【CN109874173A】基于UWB的复杂电磁环境下换流站变电站内实时定位方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910177271.7
(22)申请日 2019.03.08
(71)申请人 云南电网有限责任公司文山供电局
地址 663000 云南省文山壮族苗族自治州
文山市城南片区和谐路1号
(72)发明人 李广飞　王昆仑　杨媛　李林美　
尹程臣　杨伟红　杨德林　
(74)专利代理机构 北京慕达星云知识产权代理
事务所(特殊普通合伙)
11465
代理人 李冉
(51)Int.Cl.
H04W 64/00(2009.01)
(54)发明名称
基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站
内实时定位方法
(57)摘要
本发明公开了一种基于UWB的复杂电磁环境
下换流站/变电站内实时定位方法，包括在换流
站/变电站内的间隔和通道，用支撑杆安装UWB定
位基站，每4个UWB定位基站完成一个区域定位，
UWB定位基站用于对进入区域内的UWB定位标签
进行识别；UWB定位基站通过光纤连接至同步控
制器，同步控制器用于同步所有UWB定位基站的
时间；UWB定位基站通过同步控制器连接到POE交
换机，POE交换机通过北斗短报文收发器和/或4G
网络连接到远程服务器，向远程服务器发送定位
信息。

本发明提出了基于高精度定位产品和内外
网相结合的变电站运检安全防护和远程安全监
督的技术方案，以进一步提高变电站运检工作的
安全性，同时为安监人员提供远程安全监督的技
术手段。

权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 109874173 A 2019.06.11
C N 109874173
A
1.一种基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法，其特征在于，
在换流站/变电站内的间隔和通道，用支撑杆安装UWB定位基站，每4个UWB定位基站完成一个区域定位，所述UWB定位基站用于对进入区域内的UWB定位标签进行识别；
所述UWB定位基站通过光纤连接至同步控制器，所述同步控制器用于同步所有UWB定位基站的时间；
UWB定位基站通过所述同步控制器连接到POE交换机，所述POE交换机通过北斗短报文收发器和/或4G网络连接到远程服务器，向所述远程服务器发送定位信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法，其特征在于，所述UWB定位标签包括人员定位标签和车辆定位标签，用于供UWB定位基站识别标签佩戴者的位置信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法，其特征在于，所述POE交换机通过电力数据网或视频监控网络连接到站内主站，向所述站内主站发送定位信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法，其特征在于，还包括5G通信平台，所述POE交换机通过5G网络连接到远程服务器，向所述远程服务器发送定位信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法，其特征在于，所述同步控制器将所述UWB定位基站传送的到达时间差数据包转给所述远程服务器，使所述UWB定位基站以及所述远程服务器协同工作，达到整个定位网络工作在一个同步状态；所述同步控制器后端设有1副信令信道通信天线，系统通过信令信道向所述UWB定位标签发送实时控制信号，协调各个UWB定位标签的工作。

6.根据权利要求1所述的一种基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法，其特征在于，所述UWB定位标签包括安全帽式定位标签、肩夹式定位标签，车辆采用警灯式定位标签。

7.根据权利要求1或4所述的一种基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法，其特征在于，所述远程服务器有线/无线连接有人机交互监控屏和移动终端；所述人间交互监控屏电连接有报警装置，当所述UWB定位基站发送非法进入区域的定位信息后在人机交互监控屏进行实时显示，并且通过人机交互界面触发所述报警装置启动并报警；或所述远程服务器向所述移动终端发送定位信息进行提示。

权　利　要　求　书1/1页CN 109874173 A
基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法
技术领域
[0001]本发明涉及UWB定位技术领域，特别涉及基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法。

背景技术
[0002]在变电站运行维护过程中，需对设备进行定期巡视、检查，及时发现并处理设备故障或隐患，处理事故异常情况，以保证设备安全正常的运行。

由于电力现场作业的复杂性和危险性，电力现场作业管理历来是电力安全生产极其重要的环节，常会出现误操作和安全隐患。

需要对影响变电站运行的因素实现全方位智能监测，自动实时对设备进行识别、定位、跟踪、监控并触发相应事件，实现对设备的实时管理和控制。

[0003]然而现有的室内定位技术如射频识别、WiFi、Zigbee等技术，虽然在一定环境条件下可以取得较好的定位效果，但是这些技术都有各自的缺陷，要么是定位精度低，要么是对定位环境要求苛刻，无法满足人们对定位感知系统精度高、环境适应性好的要求。

[0004]因此，如何提供一种基于UWB定位、通信过程抗干扰能力强、定位精度高的换流站/变电站内实时定位方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容
[0005]本发明针对上述研究现状和存在的问题，考虑到换流站/变电站的复杂电磁环境，结合UWB定位技术，提供一种换流站/变电站内实时定位方法。

具体方案如下：
[0006]本发明公开了一种基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法，在换流站/变电站内的间隔和通道，用支撑杆安装UWB定位基站，每4个定位基站完成一个区域定位，所述UWB定位基站用于对进入区域内的UWB定位标签进行识别；
[0007]所述UWB定位基站通过光纤连接至同步控制器，所述同步控制器用于同步所有UWB 定位基站的时间；
[0008]UWB定位基站通过所述同步控制器连接到POE交换机，所述POE交换机通过北斗短报文收发器和/或4G网络连接到远程服务器，向所述远程服务器发送定位信息。

[0009]优选的，所述UWB定位标签包括人员定位标签和车辆定位标签，用于供UWB定位基站识别标签佩戴者的位置信息。

[0010]优选的，所述POE交换机通过电力数据网或视频监控网络连接到站内主站，向所述站内主站发送定位信息。

本发明提出了基于高精度定位产品和内外网相结合的变电站运检安全防护和远程安全监督的技术方案，以进一步提高变电站运检工作的安全性，同时为安监人员提供远程安全监督的技术手段。

[0011]优选的，还包括5G通信平台，所述POE交换机通过5G网络连接到远程服务器，向所述远程服务器发送定位信息。

[0012]优选的，所述同步控制器将所述UWB定位基站传送的到达时间差数据包转给所述远程服务器，使所述UWB定位基站以及所述远程服务器协同工作，达到整个定位网络工作在
一个同步状态；所述同步控制器后端设有1副信令信道通信天线，系统通过信令信道向所述UWB定位标签发送实时控制信号，协调各个UWB定位标签的工作。

[0013]优选的，所述UWB定位标签包括安全帽式定位标签、肩夹式定位标签，车辆采用警灯式定位标签。

[0014]优选的，所述远程服务器有线/无线连接有人机交互监控屏和移动终端；所述人间交互监控屏电连接有报警装置，当所述UWB定位基站发送非法进入区域的定位信息后在人机交互监控屏进行实时显示，并且通过人机交互界面触发所述报警装置启动并报警；或所述远程服务器向所述移动终端发送定位信息进行提示。

通过人机交互监控屏和移动终端，为其提供可信、高效可用的信息支持，实现变电站智能巡检、作业安全管理和调度指挥互动化，将大幅度提升变电站现场运维管理水平。

[0015]本发明相较现有技术具有以下有益效果：
[0016]本发明采用UWB定位技术免受电站内的强电磁干扰，并且由于传统定位算法需分别计算出定位标签与至少三个定位基站之间的距离，所以标签与基站间至少需要6次通信(双向)，因此，由于累计误差的存在，导致了无法进行高精度的定位。

本发明采用了同步控制器，使得定位标签与定位基站之间仅需进行两次通信，并通过同步控制器进行解算标签与各基站之间的距离，减少了累计误差，并提高了单位时间内的通信次数，大幅提高了定位精度，可实现10cm－30cm范围内的距离定位。

附图说明
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0018]图1为本发明基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法的架构图；
[0019]图2为本发明人员定位及移动路径测试结果示意图；
[0020]图3为本发明人员定位及移动路径测试结果过滤后数据定位图。

具体实施方式
[0021]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0022]本实施例提供了一种基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法，[0023]在换流站/变电站内的间隔和通道，用支撑杆安装UWB定位基站，每4个UWB定位基站完成一个区域定位，UWB定位基站用于对进入区域内的UWB定位标签进行识别，定位区域覆盖15*20m范围。

[0024]UWB定位基站通过光纤连接至同步控制器，同步控制器用于同步所有UWB定位基站的时间。

通信过程主要包括变电站/换流站内网通信和公网通信两个部分：站内UWB定位基
站采用AMP屏蔽网线组网，站内与远程服务器之间可采用电力数据网、北斗短报文通信等方式组网。

具体的，UWB定位基站通过同步控制器连接到POE交换机，POE交换机通过北斗短报文收发器和/或4G网络连接到远程服务器，向远程服务器发送定位信息。

同步控制器将UWB 定位基站传送的到达时间差数据包转给远程服务器，使UWB定位基站以及远程服务器协同工作，达到整个定位网络工作在一个同步状态；同步控制器后端设有1副信令信道通信天线，系统通过信令信道向UWB定位标签发送实时控制信号，协调各个UWB定位标签的工作。

[0025]为了进一步优化上述技术方案，POE交换机通过电力数据网或视频监控网络连接到站内主站，向站内主站发送定位信息。

[0026]为了进一步优化上述技术方案，POE交换机还能够通过5G网络连接到远程服务器，向远程服务器发送定位信息。

[0027]为了进一步优化上述技术方案，UWB定位标签包括人员定位标签和车辆定位标签，用于供UWB定位基站识别标签佩戴者的位置信息。

人员定位标签可以采用安全帽式定位标签、肩夹式定位标签，车辆定位标签采用警灯式定位标签。

[0028]参见说明书附图2，本实施例中，选择通道宽为0.7米，当测试人员携带UWB定位标签在通道中央反复来回走动，能够保证定位路径沿着通道中央，未出现路径不连续情况，即设备抗电磁干扰效果理想，其定位精度保持在0.2m以内。

[0029]参见说明书附图3，经过过滤后数据效果图，整体无明显定位漂移，定位较稳定，强电磁对定位系统没有明显干扰。

[0030]本实施例针对北斗短报文通信过程，采用单张北斗通信SIM卡，报文信息能够正常收发，不受换流站现场电磁环境影响，但由于通信频率限制，每卡每60s才能发送一次报文，若需要每1s发送数据则16张北斗SIM卡组成整列即可满足信息发送需求。

[0031]本实施例针对4G通信过程，通过4G网络，在模拟报文数据发送中分别发送20480B (1k＝1024B)、65500B大小的数据，均未出现数据丢包。

在实际的换流站人员定位中若同时定位10人左右的位置信息，每秒的定位数据量在1-2k之间，上述通信能够满足现场数据发送的要求。

[0032]为了进一步实现远程监控报警提示功能，所述远程服务器有线/无线连接有人机交互监控屏和移动终端；所述人间交互监控屏电连接有报警装置，当所述UWB定位基站发送非法进入区域的定位信息后在人机交互监控屏进行实时显示，并且通过人机交互界面触发所述报警装置启动并报警；或所述远程服务器向所述移动终端发送定位信息进行提示。

[0033]以上对本发明所提供的一种基于UWB的复杂电磁环境下换流站/变电站内实时定位方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

[0034]在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1
图2
图3。