精准定位技术在火力发电厂的应用

精准定位技术在火力发电厂的应用

杨太勇周臣胡波潘承基施鹏

中中国电力国际发展有限公司  100097

摘要：火力发电厂现场具有独特的特点，其设备众多、管道复杂，因此需要对其进行全面的管理和维护。电厂管理人员迫切需要解决的问题是，确保电厂员工按照规定对这些设备进行检查，不让员工进入危险地带，对工厂员工的状况了如指掌。其中，电厂管理的关键一环就是获得人员的实时位置。现代科学的飞速进步，使得火力发电厂的运营更加先进，采用的新技术、新产品不断增加，使其自动化水平不断攀升，从而大大改善了其生产效率。

关键字：UWB技术；改正模型；RFID室内定位技术；

作者简介：杨太勇（中国电力国际发展有限公司）、周臣（中国电力国际发展有限公司）、胡波（中电（普安）发电有限责任公司）、潘承基（中电（普安）发电有限责任公司）、施鹏（中电华创（苏州）电力技术研究有限公司）

引言

火力发电厂现场具有独特的特点，其设备众多、管道复杂，因此需要对其进行全面的管理和维护。电厂管理人员迫切需要解决的问题是，确保电厂员工按照规定对这些设备进行检查，不让员工进入危险地带，对工厂员工的状况了如指掌。其中，电厂管理的关键一环就是获得人员的实时位置。现代科学的飞速进步，使得火力发电厂的运营更加先进，采用的新技术、新产品不断增加，使其自动化水平不断攀升，从而大大改善了其生产效率。

此外，人工智能的定位技术，不仅仅局限于实验室，而是被普遍采纳广泛应用于各个领域。UWB（超宽带）定位技术与传统的通讯定位方式相比，拥有更广的带宽，能够达到吉赫兹级别，并且拥有极强的渗透能力、优秀的抗干扰能力、较高的安全性、较少的系统复杂度以及达到毫秒级的定位准确率。由于电厂的运行复杂，设施众多，且受到外界环境的影响，以及对安全的极端关注，因而导致了每年的人命伤亡案件屡禁不止。尽管目前的监督体系已经对这一问题进行了改善，但为了确保工作环境的稳定，还需要引入先进的人员定位技术。

１、室内人员定位技术发展现状

随着我国科技水平的迅猛发展，室内人员定位技术也越来越成熟，目前室内人员定位技术已经发展成熟。室内人员定位技术主要有以下几种[1]：

1）红外定位技术包括两种不同的方法：首先，我们可以使用室内的红外线接收器来确定位置；其次，我们可以使用RFID或者蓝牙连接来实现定位。这两种定位方法都可以用来确定物体的位置。

2）通过使用超声波室内定位技术，可以精准定位被检测物体与其他物体的位置。该方法需要一台主测距仪，并配备若干台应答仪，以便以一致的频率向被检测物体传输超声波信号，从而精准定位物体与其他物体的位置。

3）RFID室内定位技术，又称射频识别室内定位，是一种先进的定位方式，它可以通过安装高精度的天线和定位标签，实现双向传输，从而实现对室内物体的精准定位。

4）蓝牙室内定位技术，我们可以建立一个基于多用户的局域网，并使用蓝牙定位技术来确定目标的位置。这种技术可以通过测量定位标签的信号强度来计算，并将其放置在预先准备好的目标上。

5）WIFI室内定位技术可以帮助我们快速准确地定位到目标物体，它可以通过测量定位标签和三个WIFI网络接入点的信号强度，以及将所有位置点的信号强度记录在服务器中，从而实现快速定位，并且可以根据定位标签的信息，快速准确地定位到目标物体，从而实现快速准确的定位。通过预先记录位置信息，我们可以准确地确定目标物体的位置。

6）ZIGBEE技术是一种先进的定位技术，它可以将千个参考节点、千个待定位的盲节点和网关组合在一起，通过无线电传输，实现定位，并且可以在不同的节点之间进行协调通信，从而提高定位的准确性和可靠性。

7）超宽带室内定位技术：通过在待测空间内预先布置好的已知位置的参考节点，我们可以快速准确地找到被观察的物体。这项技术通常使用TOA和TDOA等算法，它们可以帮助我们通信到被观察物体的盲节点，从而精准地找到它的位置。

随着科技的飞速进步，定位技术的应用越来越广泛，它可以帮助企业准确地定位室内的位置，从而更好地管理移动人员、车辆、设施等，尤其是在复杂的室内环境中，更能够满足企业的需求[2]。

目前，以下的行业和领域主要应用室内人员定位技术：

l）在许多商业环境，例如飞机站、商店、超级市场、医疗保健室、图书馆、博物馆，都必须实施定位分析，以确保安全。这些环境的硬件设施，包括：收集客流数据，识别客流密度较高的地方，以及在紧急情况下的快速撤离与抢险。

2）通过将洞室、隧道等地下洞室环境与先进的视频监控、应急广播等系统相结合，构建出一个安全管理的综合平台，以便在紧急情况下，能够有效地实施人员安全管理和搜救任务。

3）工业厂房是一个集生产、仓储、物流、人员、财产、设施、设备等多种功能于一体的综合性场所，旨在确保人员及财产的安全。

4）安全保卫行业情况：用定位给需要安全服务的人员和财产设备作为安防行业的重要组成部分，在紧急情况下实现对人员的安全保护和搜救工作。

2、UWB室内定位技术

UWB是美国联邦通信委员会于2002年批准进入民用市场的一种无线通讯技术，通过发送或接受纳秒或纳秒级以下的脉冲。如图1所示，UWB的工作频谱为3.1~10.6GHz。

图1 ＵＷＢ频谱与其他无线信号频谱的关系

当前，UWB技术已经广泛应用，其中以信号接受强度、到达角、到达时间以及到达时间之间的关系为主要考量因素，以实现更准确的目标识别[3]。

人员定位系统由一个完整的框架构成，其中包括用户自己携带的定位标签、定位基站的接收信号、网络连接以及POE交换机的供电，以及上位机和相应的定位软件。

图2系统总体框架

定位系统由定位标记、定位基座组成。定位标记可以帮助定位系统定位目标，并向目标发送UWB定位信号。定位基座可分为两类：一类是主定位系统，它可以进行定位标记的搜索，并且可以在不使用定位系统时进行切换。另一类是普通定位系统，它仅仅可以进行被动的定位，并且可以将定位信息进行上传。利用先进的技术，定位基站可以从POE交换机中获取精确的位置数据，并且可以被安装于高精度的定位算法中，从而实现对物品的准确识别，最终生成准确的物品的位置标记（Tag）。

2.1 UWB测距误差改正模型

UWB技术的应用受到许多限制，例如其高效的电子元件、复杂的空间分布以及不可见的光线，这些限制导致了它无法提供准确的测量结果，从而大大降低了室内定位的准确率[4]。

王川阳及其团队通过应用高斯-牛顿改代法，大大改善UWB室内定位的准确性，其位置准确率达到70%以上，同时，他们还利用指数函数及多项函数模型，有效地抑制了测距误差的干扰。程鑫等人利用RBF神经网络，开发出一个新的UWB测距数据模式，该模式采用最小二乘法，可有效地将UWB的位置偏差减少66%，并将测量结果的准确性限制在10厘米之内。李荣冰等人通过研究UWB天线的时钟偏差、节点之间的相对运动，并结合卡尔曼滤波算法，成功地识别并削弱NLOS环境中的偏差，最终实现偏差的50%的减小，这一成果得益于刘韬等人的自适应抗差卡尔曼滤波算法，它能够有效地识别并减小3dm偏差，并有效地抑制4cm偏差。通过蒙静等人的努力，他们开发出一套基于IR-UWB的TOA测距算法，并将其应用于多径误差与NLOS偏差的分析，从而大大改善了UWB位置的准确性。贺远华和其他研究人员通过应用TOA测量技术，研究了如何通过优化约束函数来降低UWB定位的误差。这种方法可以在保证定位准确性的同时，最大限度地降低NLOS误差。

经过多方面的研究，UWB室内定位的精度得到了显著的改善，而且这些改善的成果得益于各种算法模型的应用。然而，由于目前UWB定位芯片的设计和制造水平存在一定的局限性，测距误差的影响仍然存在，需要更多的努力来消除这一问题。

3、UWB人员定位系统的功能

这个系统能够监测发电厂内的人员、设备和环境，并能够进行多维度的状态分析和实时管控。它利用了多种无线通信和传感技术，使得它能够更好地满足用户的需求。其作用是[5]：

3.1实时显示

通过三种不同的视图形式，如平面、立体和列表，管理人员可以实时获取现场操作员的位置信息，并且可以根据不同的区域对人数进行统计。

3.2轨迹回放

该系统能够自动记录现场工作人员的行踪，并且管理人员可以根据客户的需求来调整记录的时长，以便在指定的时间段内，通过用户的姓名或卡号来查看工作人员的行踪。

3.3考勤管理

系统可通过姓名、卡号自动生成一个时间段的出勤报告，从而将个人出勤记录导出；出勤率、出勤人数等都可以通过图表的方式直观地看到。

3.4人员管理

利用XLSX格式的人力资源管理系统，不仅能够实现快速、准确的数据更换，还能够实现快速、灵活的数据调整，从而实现快速、准确的数据更换，并且能够实现快速、准确的数据更换，从而更好地满足企业的需求。

3.5电子围栏

该系统具备强大的安全防护功能，可将敏感、危险和特殊的场所分割成多个安全区，为所有参与者分配了不同的安全等级。所有参与者都必须获得相关的安全认证，任何非法行为都将被严格禁止，若发现任何违规行为，系统将立即向相关部门发起报警，从而使得相关部门可以迅速采取行动。为了保护公司的安全，我们将采取措施防止人们进入电子围栏区。如果人们不小心进了这个区域，我们将使用我们的基站来发送报警信息，并要求他们立即逃跑。

3.6求救、撤离

如果在工作区域内发生了紧急情况，例如火灾或爆炸，管理人员可以通过管理系统发出疏散指令。系统会在第一时间发出警报，提醒危险区域内的人员撤离。如果有必要，现场人员可以通过标签卡向管制中心提交求救信号。管理人员可以利用视频联动技术，一旦收到紧急求助，就可以立即定位到现场，迅速采取行动，有效防止意外事件的发生和蔓延。

3.7重要设备管理

该监控系统旨在保护贵重物品和危险品，并确保员工的安全。为了确保安全，我们会在需要监控的物品上安装定位标签，并设置防拆功能。如果标签被拆除，系统会自动发出警报，并通知相关管理人员。管理者可以利用系统软件来控制被监控对象的安全范围，并且可以通过声光报警来及时发现和阻止其从安全范围内移动。此外，系统还可以在被移动的物品上发出声光警报，以及接收到违反规定的信息，并且可以启动视频联动，实时记录和保存现场的图像。

4、UWB人员定位系统在火力发电厂的应用

华电某煤电有限公司正在大规模地推进基于虚拟信息和物理融合的智能风险预警和监测体系，以满足公司的智慧化需求。为此，公司开发了一套先进的人工智能系统，它可以自动识别、跟踪和监测电站的运行情况，并且可以根据不同的场景和需求，进行实时的调整和优化。

4.1定位基站和定位标签设计

根据POE技术，我们对基站的性能进行了评估，并制订了相应的定位标签。详情请见表1和表2。

4.2定位基站部署

通过使用先进的无线通信技术，我们可以对目标物体进行准确的定位。这些技术可以帮助我们对目标物体的身份、地理坐标和其他相关信息进行准确的识别和记录，并且可以为其提供安全的呼救服务。

在0m的空旷地带，我们建立起86个室内定位基站，以便更加准确地定位到关键部位，以及零维的非关键部位。我们在电子部门没有建立定位基站，以防止对先进的电子产品的干扰。

在6.9米的主厂房里，我们建立起90个室内定位基站，以便更加准确地定位到汽车的关键部位，以及一维的关键部位，以及零维的非关键部位。为了保证高精度的电子产品，我们没有在电子间里建立定位基站，以防止外界的干扰。

在这座12.6米的工业楼里，我们建立了24个室内定位系统，能够准确定位到汽车的一个部分，以及其他非关键部分。为了保证高精度的电子产品，我们没有在工业楼里建立定位系统，以防止它们的干扰。

表1 POE定位基站性能指标

表2 定位标签参数

在压站外部设置16个室外型定位基站，以实现高精度的二维定位。

为了提升系统的可靠性，我们在0层的空调系统中设置了一个16个室外的定位基站，以便在0 m层的系统中进行二维精准的定位。

空冷配电间和网络控制楼6.9米层实现二维精确定位；电子间不安装定位基站，避免干扰和影响高精尖的电子产品。。

在化学水车间，我们安装了58台室内型定位基站，以便能够准确地定位重点区域，并且能够一维地跟踪次要区域，以及对非重点区域进行零维跟踪。为了保证高精度的电子产品的准确性，我们决定不在电子间安装定位基站。

在煤矿的主要运营地，我们已经部署了84台室内式的卫星定位设备，以便在关键地带进行准确的二维、一维、无线三维定位。我们还采取措施，以防止对高精度的电子设备造成干扰。

在工业园的核心地带，我们安装了50个室内和户内的卫星导航设备，以便对关键地带进行三维、一维和无线电导航。

4.3实现功能系统

通过利用UWB技术，我们能够使用亚纳米级的超窄脉冲来实现亚纳米级的通信。这种技术能够通过联合的摄像头来实时监控并管理任何异常情况，并能够准确地识别出工地上的工人位置。此外，这种技术还能够提供高质量的实时信息，帮助我们更好地保护工地的安全。通过使用UWB技术，我们能够通过各种不同的方式来收集工地的环境信息，并通过无线组网的方式来保证工地的稳定性。利用先进的技术，我们能够收集和传递各种设备的信息，包括用户-系统和环境的信息。我们还能够利用这些信息来分析和预测设备的状况和周围的情况，从而控制和控制生产线中的人员的不当行为。此外，我们还能够利用我们的技术，在必要的情况下，使用我们的系统来提供更加有用的信息。

总结

综上，发电厂可考虑在物联网技术大发展的背景下，为提升企业安全管理水平及达成安全生产，部署人员定位系统。通过引入先进的人员定位技术，以及基于三维技术的可视化系统，使得电厂能够更加清晰地记录并实时跟踪工作人员的运动轨迹，从而大大改善了工作效率，同时也为实时的预测、跟踪以及紧急情况的处置提供了有力的支持。通过使用该系统，我们可以更好地管理和监督电厂的工作流程，从而提高工厂的安全性。

随着物联网技术的不断发展，人员定位技术已经成为发电厂的一项重要技术，它不仅能够降低安全事故的发生率，而且还能够极大地提高发电厂的安全管理水平，从而使发电厂能够更好地实施安全管理措施，从而更好地满足社会的需求。电厂生产安全保障水平的提升，必然会通过人员定位技术逐步成为业界共识。

参考文献

[1]张泽鹏,李桂林,周海俊,李雯.UWB技术的RLS-EKF室内定位算法研究[J].单片机与嵌入式系统应用,2023,23(02):70-72.

[2]苏凯,吴伟,刘二刚,王记涛,汤莉莉.UWB技术在隧道施工人员定位中的应用[J].中国公路,2023(01):105-107.DOI:10.13468/j.cnki.chw.2023.01.026.

[3]秦杰,戚文彬,杨燕明,孙权,曾望年,杨阳,朱涛.基于UWB技术的地铁无感支付研究[J].物联网技术,2022,12(11):58-59+63.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2022.11.018.

[4]邱元阳,刘宗凡,金琦,倪俊杰,杨磊.UWB技术应用漫谈[J].中国信息技术教育,2022(15):80-84.

[5]赵俊岩,刘俊,岳慧慧.基于UWB技术的地下停车场车辆定位系统解决方案[J].

电子测试,2022,36(05):106-107+124.DOI:10.16520/j.cnki.1000-8519.2022.05.024.

出生年月：1971年12月，性别：男，民族：汉族，籍贯：:河南舞钢，学历：大学本科，职称：高级工程师，研究反向：能源电力