基于UWB定位技术与视频监控系统联动的现场作业管控平台研究

丁科宇

摘 要：近年来电网规模也越来越大，变电站数量逐年不断增多，变电站运维人员日常工作点多面广，在对变电站设备做好日常巡视维护的同时，还要对进入变电站所有工作人员的作业行为进行有效管控，尤其是大型作业现场，工作地点分散、现场作业人员较多，传统的依靠工作人员现场监督很难做到全过程管控。引入UWB定位技术，并通过视频监控系统联动，形成立式现场作业管控平台，将是未来的现场工作数字化管控的演进方向。

关键词：UWB定位技术;视频监控系统;管控平台

一、内容

（一）UWB技术原理

超宽带（UltraWide-Band，UWB）是一种新型的无线通信技术，UWB技术采用TDOA（到达时间差原理），利用UWB技术测得定位标签相对于两个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位标签相对于四组定位基站的距离差。使用TDOA技术不需要定位标签与定位基站之间进行往复通信，只需要定位标签只发射或只接收UWB信号，故能做到更高的定位动态和定位容量。现场作业管控平台的核心就需要使用UWB-TDOA技术实现高精度、高动态、高容量、低功耗的定位系统。

（二）视频监控联动原理

电力现场使用的视频监控系统建设较早采用的是模数结合结构构建，在变电站前端摄像机的监视成像清晰度上相比，高清720P和1080P图像成像分辨率存在较大差距，还有在实际环境中因光照变化而引起的背景的复杂性、目标运动的复杂性、遮挡、目标与背景颜色相似、杂乱背景等等，当出现定位越界报警，视频监控抓拍与跟踪，都会增加设计和选点的难度。所以，视频监控的联动和对接是关键，通过对视频监控系统API接口进行二次開发，实现视频监控摄像头点位与定位系统联动，无需人工干预，在视频监控系统中自动搜索定位系统中人员位置，并推送相关视频图像;利用定位系统实时对区域人员和事件进行定位和记录，并将结果回传至平台，平台根据结果联动摄像头实时查看现场情况，增强现场管控力度。

（三）基于UWB和视频监控的作业管控平台架构

基于UWB和视频监控的作业管控平台架构由感知层、传输层、服务层、网络层、应用层组成。

感知层由定位基站、通信基站、通信定位基站共3类定位基站和定位标签组成，通过定位基站与定位标签的UWB定位信道实现对定位标签的定位，通过通信基站与定位标签的Zigbee通信信道实现定位基站对定位标签的参数配置、定位标签的状态回传以及定位标签上下行的数据。定位基站通过Zigbee通信信道与通信基站、通信定位基站实现参数配置、状态回传、上下行数据。

传输层分为无线传输网和有线传输网，无线传输网通过WIFI信道为定位基站提供数据传输链路，有线传输网通过有线以太网（如POE）方式为定位基站提供数据传输链路，并且有线传输网还为无线传输网提供数据传输链路。

服务层由UWB定位引擎软件、UWB定位系统管理软件、对内和对外接口软件组成，这些软件部署在系统服务层服务器。UWB定位引擎软件实现定位数据的解算，得到定位标签的坐标;UWB定位系统管理软件实现定位网、通信网、无线传输网的管理及维护功能，并作为应用层到感知层的数据交换桥梁;对内接口软件给我司自有系统应用软件提供数据接口;对外接口软件给第三方应用提供数据接口。

网络层分为互联网和局域网，并完成部署。

应用层包括系统应用软件和应用层对外接口软件，系统应用软件实现定位显示、轨迹回放等基础功能及应用定位数据的现场作业管控、巡检、过程管理、行为分析等拓展功能;应用层对外接口软件提供接口以便集成4A模块等使用本系统的数据。

（四）UWB和视频监控联动中解决的关键问题

1.遮挡问题

遮挡是目标中必须解决的难点问题。运动目标被部分或完全遮挡，又或是多个目标相互遮挡时，目标部分不可见会造成目标违规信息缺失，影响图像采集的稳定性。为了减少遮挡带来的歧义性问题，必须正确处理遮挡时特征与目标间的对应关系。大多数系统一般是通过统计方法预测目标的位置、尺度、动作等，都不能很好地处理较严重的遮挡问题。

2.兼容性问题

现目前变电站图像监控系统是通过设备初设预置点的方式实现摄像头联动控制。本次项目通过结合设备定位技术与图像识别技术有机结合，需要现场进行充分融合分析论证并进行联动兼容性调试试验问题。

3.图像识别算法技术

图像识别技术运用现场作业人员违章分析，算法策略要求较高，现目前变电站算法只能实现保护屏压板核对检查等工作。图像识别技术策略的好与坏，直接关系到本次项目功能能否实现，将出现错报、漏报的情况应降低到合理接受范围之内。

二、结语

通过UWB和视频监控联动，保障变电站工作区域智能化监管的实现，演进出变电站数据采集处理平台，改变目前仅靠人工监督变电站施工作业过程的现状，通过对线路、内容、人员一一对应，提供智能化的管控，减少由于疏忽出现的安全事故，通过对区域安全进行自动监控，实现对非授权人员误闯、擅闯等行为进行提示和报警，并结合现场视频联动，为保障人员安全，增强变电站有序化管控力度提供保障，对变电站的工作人员按照不同的工作内容和工作性质划分不同工种，为变电站工作人员的有序管理，并在发生特殊情况的责任划分提供清晰的依据，实现对生产区域作业现场全过程规范化管理，提升管理水平。