隧道人员安全定位综合管理系统

建设方案
目 录

一、系统概述

二．系统设计

1. 设计原则

1.1 实用性原则

1.2安全性原则

1.3成熟和先进性原则

1.4规范性原则

1.5开放性原则

1.6可伸展性原则

2. 设计特点

2.1安全性

2.2高可靠性

2.3易管理

2.4多元化

3. 技术描述

4. 技术特点

5. 系统架构

6. 系统整体示意图

三、系统组成

1. UWB高精度定位标签

2. UWB高精度定位基站

3. 系统管理功能

3.1 地图管理

3.2 标签管理

3.3 用户管理

四、软件主要功能

1. 实时定位

2. 轨迹回放

3. 视频联动

4. 统计管理

5. 报警管理

6. 智能考勤

7. 巡检管理

8. 数据可视化分析

六、系统特点

七、项目实施

1. 显控软件硬件配置要求表

2. 项目系统网络

3. 定位基站布设网络

4. 项目设备安装

一、系统概述

隧道管廊等施工现场具有规模大、工期长、施工环境相对封闭等特征，而随着施工过程的推进，人员进入隧道后无法实时监控工作状态，一方面不利于管理，另一方面遇到突发状况时，无法第一时间采取措施，做不到防患于未然。河南尚辉航基于行业领先的UWB高精度定位技术，在深入调研各类隧道施工现场的管理现状的基础上，对现在安全管理存在的问题进行针对解决，为现场提供专业的位置管理服务，提高安全管理水平。本系统具有实时定位、轨迹回放、视频联动、巡检管理等功能。

二．系统设计

1. 设计原则

1.1 实用性原则

系统建设以满足用户需求为基础，在节省投资的同时，充分考虑定位全覆盖、系统无线安装、便于维护、操作便捷等。

1.2安全性原则

提供网络层上的安全手段防止非控制网授权用户访问以及操作人员的越权操作，确保数据、信息的安全性和可靠性。

1.3成熟和先进性原则

系统结构设计、算法实现、系统配置、系统管理方式等方面采用的国际先进的、成熟、实用的技术。

1.4规范性原则

系统设计所采用的技术和设备符合国际标准、国家标准和业界标准，为系统的扩展升级、与其他系统互联互通提供良好的基础。

1.5开放性原则

在设计时，要求提供开放性好、标准化程度高的技术方案，系统的各种接口满足国际标准及工业标准，使系统具有开放性和兼容性。

1.6可伸展性原则

系统设计在充分考虑当前情况的同时，必须考虑到以后长期业务发展的需求，留有充分的升级和扩充的可能性。

2. 设计特点

2.1安全性

定位数据无线传输的安全性，定位引擎主机运行的安全性。

2.2高可靠性

网络采用冗余拓扑结构，提供网络备用和网络负载均衡，使网络具有故障自愈的能力，最大限度地保证网络传输的可靠性。

2.3易管理

整个系统易于管理、维护，操作简单，易学，易用，便于进行系统配置，并可以进行远程管理和故障诊断。

2.4多元化

视频监控系统可配合定位系统进行全景联动，触发告警后可及时准确定位并实时全景展现；系统提供二次开发接口。

3. 技术描述

UWB（Ultra-Wide-Band）是一种利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据的无线通信方式，该技术采用高带宽、快速脉冲的方式，具有优秀的穿透性和抗干扰性。

本定位系统采用TOF/TDOA算法，基于UWB测距技术与时间差定位技术，在实验室环境下，定位精度达到250px以内；在普通环境下，定位精度依然能保持在30厘米以内。其中产品测距精度达到2.5厘米，测距距离可达2公里。

系统具有精度高、功耗低、成本低、易部署等优点，用于复杂环境下的人员、物品等高精准定位，解决基于一维、二维、三维场景下的精准定位需求。

4. 技术特点

l 工作频率为3GHz~8G Hz，干扰能力强，不影响其他信号；

l 通讯安全可靠不可干扰、难于破解；

l 低功耗，射频输出低于-40dBm/MHz, 基本接近于噪声；

l 定位频率1~50HZ可调，适用与各种场景和技术要求。

l UWB定位基站，同时支持有线和无线两种组网方式，在无线模式下基站有3中工作模式（AP、中继、工作站）。工程部署及维护简单方便，成本相对较低；

l 提供实时定位数据接口，便于二次开发。

5. 系统架构

6. 系统整体示意图

三、系统组成

本系统由UWB高精度定位标签、UWB高精度定位基站、应用平台等组成。

1. UWB高精度定位标签

定位标签被配置在需要定位的人员或者物品上，以广播方式向附近的定位基站发射脉冲超宽带（UWB）信号，进而实现定位。技术参数如表格2所示：

2. UWB高精度定位基站

定位基站可设置为主设备模式和从设备模式，主设备除具备从节点接收信号功能外，还可向各从设备发射同步信号，使各个定位基站获得统一的时钟。基站布设于应用场景后，选择一个基站将其调试为位置的基准设备（主基站）进行基站之间的时钟同步后，接收定位标签发射的超宽带（UWB）信号。并通过网络传输层，将数据传至服务器。

技术参数如表格3所示：

表格3 2. UWB高精度定位基站技术参数

3. 系统管理功能

3.1 地图管理

（1）支持定位地图信息的增、删、改、查，包括地图名称、地图类别、坐标等信息；

（2）支持摄像机信息的增、删、改、查，包括IP地址、所属地图、监控区域等信息。

3.2 标签管理

（1）分级设置组织架构，设置最低级架构中人员/车辆定位标记的形状与颜色；

（2）支持组织架构的增、删、改、查；

（3）支持定位标签信息的增、删、改、查，如标签ID、标签名称、所属部门、性别、工种等信息；

（4）支持定位标签信息的批量导入。

3.3 用户管理

（1）支持管理员添加、删除普通用户；

（2）支持业务模块权限设置；

（3）支持用户操作日志。

四、软件主要功能

1. 实时定位

系统界面实时显示隧道内施工人员的位置分布情况、各区域人员数量统计，定位标签电量、定位标签在线/离线状态等；点击地图中的定位标记可查看人员的详细信息；系统支持地图的缩放和多地图切换模式，能够实现地图与监控画面之间的切换，实现隧道可视化管理。

2. 轨迹回放

可查询任意时间段内任意施工人员的历史活动轨迹，为人员管理提供数据依据。根据查询的历史轨迹，实现岗位监管，保障工作流程符合岗位管理标准。

3. 视频联动

定位系统与现场摄像头联动，当发生紧急报警事件或对指定人员进行严控时，可根据位置信息自动进行现场视频画面切换，大大节省调取视频监控画面的时间和缓解监看视频画面的疲劳。

4. 统计管理

1）目标数量统计

可在数字地图上设置目标数量统计区域，实现各区域的人员/车辆分类统计并以图形化方式显示统计结果。

2）报警统计

根据实际管理情况，在系统中设置相应的报警类型（如越界报警、脱岗报警、静止报警、聚集报警、超员报警等），系统实时统计触发的报警事件并形成报表，便于管理人员及时发现安全隐患，从而做出及时地处理措施。

5. 报警管理

发生报警事件时，管理平台自动记录该报警事件，并发出报警提示（事发时间、事件位置、事件类型以及事件处理状态等），便于管理人员做出快速、有效的应对措施。

1）越界报警

对于危险禁区或重要区域，设置电子围栏，如有人员靠近该区域或非指定人员进入，系统会发出相应的报警提示，提醒该人员和管理人员提高警惕，保障人身安全或区域安全。

2）一键求助

遇到紧急事件时，施工人员通过定位标签发出求助信号，系统智能显示该人员的具体位置，并触发对应的监控视频，便于管理人员及时了解现场情况，并采取准确的响应措施。

6. 智能考勤

通过对人员位置信息和历史轨迹的记录，以及人员出入隧道的时间，可查看所有隧道施工人员在指定时间内的数据信息，方便管理人员进行统计，实现人员智能考勤。 

7. 巡检管理

设置特定的巡检点、巡检路线、巡检时段等信息，当工作人员未按照设置的巡检路线和时段进行巡检时，系统立即发出违规巡检报警提示并自动记录该报警事件，便于管理人员监督和规范巡检工作。

8. 数据可视化分析 

可通过大屏上各类饼图、柱状图、折线图、地图等图表直观形象地展现出人员定位系统各类数据的统计分析，包括实时人数统计、告警统计、巡检统计等。

六、系统特点

七、项目实施

1. 显控软件硬件配置要求表

表格7 系统配置参数

2. 项目系统网络

环形网络是使用一个连续的环将每台设备连接在一起。它能够保证一台设备上发送的信号可以被环上其他所有的设备都看到。优点是：信息在网络中沿固定方向流动，两个结点间有惟一的通路，大大简化了路径选择的控制；当某个节点发生故障时，可以自动旁路，可靠性高。

环形网中各节点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何节点均可以请求发送信息。请求一旦被批准，便可以向环路发送信息。环形网中的数据可以是单向也可是双向传输。由于环线公用，一个节点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口，信息流中目的地址与环上某节点地址相符时，信息被该节点的环路接口所接收，而后信息继续流向下一环路接口，一直流回到发送该信息的环路接口节点为止。

如上图所示：我们将定位基站通过超五类网线连接到交换机设备上（支持POE供电传输），然后使用光纤设备将交换机连接起来形成一个环形网络，最终从其中一个设备上或第一个网络设备上接出一条数据网络线连接到服务器，实现现场环形组网。

3. 定位基站布设网络

如上图所示，隧道施工长度9Km，采用一维定位的方式，为保证传输数据的实时性及完整性，采用光纤收发+交换机形式，基站与交换机之间采用超五类网线，每个交换机接1台定位基站，交换机之间通过光纤线缆进行桥接。

基站到交换机之间采用超五类网线进行数据传输及基站供电，交换机与交换机之间采用光纤线连接，进行数据回传；由上图可知在环形网络中其中任何一条线路出现故障都不会影响设备工作，在成本上也得到了很好的控制。

4. 项目设备安装

定位基站安装拥有固定安装配件，通过配件可以将基站安装在墙体、隧道顶、支柱等上面，且可以任意调节基站的朝向，方便工程实施者现场施工，也可以根据现场效果调整合适的固定角度。

所需安装配件：膨胀螺丝连丝杆，金属套管，金属连接固定件，螺母等。

首先需将金属连接固定件与基站进行连接，然后将膨胀螺丝固定在墙壁上、隧道顶或金属框架上，然后通过与丝杆连接。然后将网线沿丝杆穿下去，外加金属套管，丝杆上旋上螺母，再将装配好的基站和固定件与丝杆进行连接，最后旋紧螺母，基站连接上网线即完成基站的安装。

地下区域安装基站是直接采用4个M6膨胀丝锥将定位基站固定在地下隧道的侧面墙体上；由于考虑到后期地下接触网的施工，因此地下基站安装位置尽量不要在隧道的正顶部，可以在侧面墙壁上或者隧道顶部1/3位置处，这样不会影响后期的接触网施工，也不会影响人员定位效果。