基于实物ID和UWB定位技术变电站作业智能化交互

尹为松 周启平 黄高举

（安徽继远软件有限公司，安徽合肥 230088）

0.引言

电力安全生产关系到国家的财产安全、人民生活利益与电力职工的安康，是电力企业最基本的效益所在。电力安全生产是电力企业生存和发展的基石，影响着电力企业本身的内外形象，在我国经济社会正处于高速发展的大好时期，电力生产安全管理显得尤为重要[1]。

高精度站内定位正处于一个高速发展的阶段，正逐步成为技术热点。由于变电站环境复杂，受电磁干扰影响较大，定位技术手段虽多，但同时满足定位精度高、性能稳定和建设成本低等要求，还需要不断去尝试探索新技术应用[2]。

本文通过研究基于实物ID和UWB定位技术的变电站作业智能化交互应用，实现精准定位、数据可视化、二三维一体化、视频融合、语音通信等多种功能应用，提升变电站安全作业智能化管控水平[3]。

1.基于实物ID和UWB定位技术变电作业智能化交互

1.1 实物ID技术

实物ID是基于物联网技术，将电网重要设备资产进行统一电子编码，实现信息完整可追溯、跨系统贯通、设备的全寿命周期管理等[4]。本文基于实物ID技术，通过移动终端扫描实物ID标签，关联工作任务，实行严格准入作业。作业前，划定电子围栏范围，当进入工作区域，作业人员佩戴标签，使用UWB人员定位，实时获取人员位置信息、时间信息、轨迹信息等，当作业人员超出电子围栏范围，发出告警，及时发现异常行为，同时利用摄像头联动机制，实现自动化监管设施的联合动作，提高应急事件的响应速度，形成人防、技防、物防、联防四防合一的立体化防范格局。

1.2 UWB定位技术

UWB是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。UWB调制采用脉冲宽度在ns级的快速上升和下降脉冲，脉冲覆盖的频谱从直流至GHz，不需常规窄带调制所需的RF频率变换，脉冲成型后可直接送至天线发射[5]。频谱形状可通过甚窄持续单脉冲形状和天线负载特征来调整。UWB信号的辐射非常低，通常只有手机辐射的千分之一。常见定位技术的整体比较如表1[6]：

表1 定位技术对比图

1.3 基于实物ID和UWB定位技术变电场景应用

UWB无线电定位技术的一个最大优势就是能够分辨一般多径环境下的直达波信号，但是当遮挡物存在于多径环境中时，就会出现进一步的问题[1]。基站安装需求比较高，基站与基站之间必须要无视距遮挡，这样才能保证定位效果正常。如图1所示[7]：

图1 基站信号传播

基于实物ID和UWB定位系统主要框架结构主要由硬件（基站、标签），定位引擎软件（C/S架构），API接口构成。移动终端和实物电子标签作为感知设备，通过设备编码关联具体工作任务，基站通过UWB脉冲信号进行通信，基站将信息数据采集后转发给定位服务器，数据通过定位引擎的算法处理，将精准的位置信息通过开放的API接口传输给上层应用。如图2所示。

图2 系统架构图

以某变电站为例，根据站内实际情况，计划安装21台室外UWB定位基站，可实现全站区域信号覆盖以及定位10cm左右精度，从而实现各区域切换时的状态判断。如图3所示。

图3 基站布置图

当作业人员进行作业时，通过移动终端扫描实物“ID”，激活定位区域，实时定位作业人员位置，通过二维和三维定位，实现了人员进入作业区域内，整个过程进行人员高精度定位，登高作业危险区域警报提醒和跌落监测，避免意外发生，做到了实时监管、提前预警，便于相关管理人员的现场指挥、远端监控。如图4所示。

图4 实物ID激活

通过平台对危险区域设置UWB定位区域，一旦作业人员接近区域系统将会提醒管理人员，定位标签也会报警，同时可与现场监控联动，中控室及时查看触发报警区域视频。具体区域设置根据现场实际情况进行划定，可以是矩形、圆形、多边形等，定位区域可以绑定多个设备实物“ID”，确保区域全覆盖、无死角。如图5所示。

图5 作业监测

2.结语

通过基于实物ID和UWB定位技术变电站作业智能交互化应用，真正做到安全生产管理的可视化、高效化，作业全过程可追溯化，避免意外发生，达到安全监护作业的目的，提高基于实物 ID 业务协同和数据共享机制的电网资产全景管控精益化水平，推动实现资产全寿命周期管理“三个转变”，全面提升公司资产全寿命周期管理水平，为智慧电网的深入落地实施提供服务和支撑。