基于UWB定位技術(shù)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控平臺(tái)研究

丁科宇

摘 要：近年來電網(wǎng)規(guī)模也越來越大，變電站數(shù)量逐年不斷增多，變電站運(yùn)維人員日常工作點(diǎn)多面廣，在對(duì)變電站設(shè)備做好日常巡視維護(hù)的同時(shí)，還要對(duì)進(jìn)入變電站所有工作人員的作業(yè)行為進(jìn)行有效管控，尤其是大型作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，工作地點(diǎn)分散、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員較多，傳統(tǒng)的依靠工作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督很難做到全過程管控。引入U(xiǎn)WB定位技術(shù)，并通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，形成立式現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控平臺(tái)，將是未來的現(xiàn)場(chǎng)工作數(shù)字化管控的演進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：UWB定位技術(shù);視頻監(jiān)控系統(tǒng);管控平臺(tái)

一、內(nèi)容

（一）UWB技術(shù)原理

超寬帶（UltraWide-Band，UWB）是一種新型的無線通信技術(shù)，UWB技術(shù)采用TDOA（到達(dá)時(shí)間差原理），利用UWB技術(shù)測(cè)得定位標(biāo)簽相對(duì)于兩個(gè)不同定位基站之間無線電信號(hào)傳播的時(shí)間差，從而得出定位標(biāo)簽相對(duì)于四組定位基站的距離差。使用TDOA技術(shù)不需要定位標(biāo)簽與定位基站之間進(jìn)行往復(fù)通信，只需要定位標(biāo)簽只發(fā)射或只接收UWB信號(hào)，故能做到更高的定位動(dòng)態(tài)和定位容量?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控平臺(tái)的核心就需要使用UWB-TDOA技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度、高動(dòng)態(tài)、高容量、低功耗的定位系統(tǒng)。

（二）視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)原理

電力現(xiàn)場(chǎng)使用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)較早采用的是模數(shù)結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)建，在變電站前端攝像機(jī)的監(jiān)視成像清晰度上相比，高清720P和1080P圖像成像分辨率存在較大差距，還有在實(shí)際環(huán)境中因光照變化而引起的背景的復(fù)雜性、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性、遮擋、目標(biāo)與背景顏色相似、雜亂背景等等，當(dāng)出現(xiàn)定位越界報(bào)警，視頻監(jiān)控抓拍與跟蹤，都會(huì)增加設(shè)計(jì)和選點(diǎn)的難度。所以，視頻監(jiān)控的聯(lián)動(dòng)和對(duì)接是關(guān)鍵，通過對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)API接口進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控?cái)z像頭點(diǎn)位與定位系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，無需人工干預(yù)，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中自動(dòng)搜索定位系統(tǒng)中人員位置，并推送相關(guān)視頻圖像;利用定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)區(qū)域人員和事件進(jìn)行定位和記錄，并將結(jié)果回傳至平臺(tái)，平臺(tái)根據(jù)結(jié)果聯(lián)動(dòng)攝像頭實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)情況，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控力度。

（三）基于UWB和視頻監(jiān)控的作業(yè)管控平臺(tái)架構(gòu)

基于UWB和視頻監(jiān)控的作業(yè)管控平臺(tái)架構(gòu)由感知層、傳輸層、服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成。

感知層由定位基站、通信基站、通信定位基站共3類定位基站和定位標(biāo)簽組成，通過定位基站與定位標(biāo)簽的UWB定位信道實(shí)現(xiàn)對(duì)定位標(biāo)簽的定位，通過通信基站與定位標(biāo)簽的Zigbee通信信道實(shí)現(xiàn)定位基站對(duì)定位標(biāo)簽的參數(shù)配置、定位標(biāo)簽的狀態(tài)回傳以及定位標(biāo)簽上下行的數(shù)據(jù)。定位基站通過Zigbee通信信道與通信基站、通信定位基站實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置、狀態(tài)回傳、上下行數(shù)據(jù)。

傳輸層分為無線傳輸網(wǎng)和有線傳輸網(wǎng)，無線傳輸網(wǎng)通過WIFI信道為定位基站提供數(shù)據(jù)傳輸鏈路，有線傳輸網(wǎng)通過有線以太網(wǎng)（如POE）方式為定位基站提供數(shù)據(jù)傳輸鏈路，并且有線傳輸網(wǎng)還為無線傳輸網(wǎng)提供數(shù)據(jù)傳輸鏈路。

服務(wù)層由UWB定位引擎軟件、UWB定位系統(tǒng)管理軟件、對(duì)內(nèi)和對(duì)外接口軟件組成，這些軟件部署在系統(tǒng)服務(wù)層服務(wù)器。UWB定位引擎軟件實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的解算，得到定位標(biāo)簽的坐標(biāo);UWB定位系統(tǒng)管理軟件實(shí)現(xiàn)定位網(wǎng)、通信網(wǎng)、無線傳輸網(wǎng)的管理及維護(hù)功能，并作為應(yīng)用層到感知層的數(shù)據(jù)交換橋梁;對(duì)內(nèi)接口軟件給我司自有系統(tǒng)應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)接口;對(duì)外接口軟件給第三方應(yīng)用提供數(shù)據(jù)接口。

網(wǎng)絡(luò)層分為互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)，并完成部署。

應(yīng)用層包括系統(tǒng)應(yīng)用軟件和應(yīng)用層對(duì)外接口軟件，系統(tǒng)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)定位顯示、軌跡回放等基礎(chǔ)功能及應(yīng)用定位數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控、巡檢、過程管理、行為分析等拓展功能;應(yīng)用層對(duì)外接口軟件提供接口以便集成4A模塊等使用本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

（四）UWB和視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)中解決的關(guān)鍵問題

1.遮擋問題

遮擋是目標(biāo)中必須解決的難點(diǎn)問題。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)被部分或完全遮擋，又或是多個(gè)目標(biāo)相互遮擋時(shí)，目標(biāo)部分不可見會(huì)造成目標(biāo)違規(guī)信息缺失，影響圖像采集的穩(wěn)定性。為了減少遮擋帶來的歧義性問題，必須正確處理遮擋時(shí)特征與目標(biāo)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。大多數(shù)系統(tǒng)一般是通過統(tǒng)計(jì)方法預(yù)測(cè)目標(biāo)的位置、尺度、動(dòng)作等，都不能很好地處理較嚴(yán)重的遮擋問題。

2.兼容性問題

現(xiàn)目前變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)是通過設(shè)備初設(shè)預(yù)置點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)攝像頭聯(lián)動(dòng)控制。本次項(xiàng)目通過結(jié)合設(shè)備定位技術(shù)與圖像識(shí)別技術(shù)有機(jī)結(jié)合，需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行充分融合分析論證并進(jìn)行聯(lián)動(dòng)兼容性調(diào)試試驗(yàn)問題。

3.圖像識(shí)別算法技術(shù)

圖像識(shí)別技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員違章分析，算法策略要求較高，現(xiàn)目前變電站算法只能實(shí)現(xiàn)保護(hù)屏壓板核對(duì)檢查等工作。圖像識(shí)別技術(shù)策略的好與壞，直接關(guān)系到本次項(xiàng)目功能能否實(shí)現(xiàn)，將出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)的情況應(yīng)降低到合理接受范圍之內(nèi)。

二、結(jié)語

通過UWB和視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)，保障變電站工作區(qū)域智能化監(jiān)管的實(shí)現(xiàn)，演進(jìn)出變電站數(shù)據(jù)采集處理平臺(tái)，改變目前僅靠人工監(jiān)督變電站施工作業(yè)過程的現(xiàn)狀，通過對(duì)線路、內(nèi)容、人員一一對(duì)應(yīng)，提供智能化的管控，減少由于疏忽出現(xiàn)的安全事故，通過對(duì)區(qū)域安全進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)非授權(quán)人員誤闖、擅闖等行為進(jìn)行提示和報(bào)警，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)視頻聯(lián)動(dòng)，為保障人員安全，增強(qiáng)變電站有序化管控力度提供保障，對(duì)變電站的工作人員按照不同的工作內(nèi)容和工作性質(zhì)劃分不同工種，為變電站工作人員的有序管理，并在發(fā)生特殊情況的責(zé)任劃分提供清晰的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)區(qū)域作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)全過程規(guī)范化管理，提升管理水平。