[发明专利]一种基于UWB定位的设备虚拟电子围栏设置方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于UWB定位的设备虚拟电子围栏设置方法和系统，设置方法包括以下步骤：S1、基于设备的结构计算设备虚拟外边界；S2、根据设备上作业部件的作业方法，计算作业部件虚拟外边界；S3、基于设备运行速度，设定安全阈值；S4、在设备虚拟外边界或/和作业部件虚拟外边界上，增加安全阈值所对应的区间，得到设备虚拟电子围栏，虚拟电子围栏在设备处于移动状态时启用，在静止时关闭。本申请通过计算物体的虚拟外边界，基于信号频率特性与物体的运行速度，精确设定安全阈值，在虚拟外边界外增加安全阈值范围，保证了虚拟电子围栏的精准度，减少了安全事故发生的几率，为安全生产提供保障。

技术领域

本发明涉及人车防碰撞技术领域，尤其是涉及一种基于UWB定位的设备虚拟电子围栏设置方法和系统。

背景技术

目前，各种机械设备越来越多地应用到生产建设的各方面，人与机械共处的机会也越来越多，机械设备的司机通过眼睛观察周边情况，判断视线范围内的其他人员分布，以此决定是否需要采取鸣笛、紧急制动等安全措施。然而在施工现场，由于视线盲区、噪音、照明不足及扬尘引起的作业环境能见度低、疲劳驾驶等因素，机械设备司机往往难以掌握作业影响区周边其他人员的分布情况，司机在作业过程中存在较大的安全隐患。

目前，采用人员、设备无线定位技术解决人员机械防碰撞这一类问题。无线定位技术领域可分为广域定位和短距离无线定位，广域定位可分为卫星定位和移动定位；短距离定位主要包括WLAN、RFID、UWB、蓝牙、超声波等。

与室外环境相比，在室内环境中感测位置信息并达到非常可观的精度是极具挑战性的，部分原因是各种物体反射和信号的分散、遮挡导致。超宽带UWB(Ultra WideBand)与其他定位技术相比，它具有更好的性能，如穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低等，具有更高的精度，更适用于室内定位。

目前，超宽带(UWB)在人机防碰撞方面，主要是通过安装在机械上的射频(定位基站)识别有源标签来检测行人的存在。在铁路大型养路机械四周角点和边缘按照一定规律布设UWB基站，在施工人员的安全帽或衣物等随身携带物品上安装定位标签。定位标签发射一定频率的高频窄脉冲；定位基站作为接收机通过接收定位标签发送的脉冲，测算出标签的二维坐标信息，并将坐标信息传递给后台服务器。服务器收到坐标信息后进行位置记录和运动趋势预测，并结合施工车辆的运动信息，对可能的碰撞风险进行预测和评估。当碰撞风险较大时，预警系统启动，同时对施工车辆司机、施工车辆作业员、车外施工人员同时进行危险报警，避免安全事故的发生。

多台定位基站安装在施工机械上，成本较高，基站易损坏。定位基站单台成本较高，在施工场地内机械较多的情况下，需要大量投入定位基站，无形中增加了成本投入。且基站布设在施工机械上，在轨道交通施工现场环境复杂、有限空间内作业，往往会碰撞、损坏定位基站，不但造成信号中断，而且增加了定位系统运维成本。

在轨道交通建设工程领域，人机处于同一环境，特别是在盾构土建内，人车的防碰撞技术还未应用，人、车碰撞事件时有发生。

因此，如何防止人车的碰撞，设定物体的安全范围，减少安全事故的发生机率，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于UWB定位的设备虚拟电子围栏设置方法和系统，将基站固定设置在作业现场，在机械与人员上设置定位标签，基于定位标签和物体的类型，分别设定机械各作业部件的虚拟外边界，在虚拟外边界的基础上，增加安全阈值范围，形成机械设备的虚拟电子围栏，对进入虚拟电子围栏的人或机械进行预警，实现了物体之间的防碰撞，提高了安全性。

本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种基于UWB定位的设备虚拟电子围栏设置方法，设备上设置定位标签，基于设备的结构与作业方法，设定设备的虚拟电子围栏，包括以下步骤：

S1、基于设备的结构计算设备虚拟外边界；