CN103592629B

CN103592629B - 变电站多目标精确定位系统

Info

Publication number: CN103592629B
Application number: CN201310495593.9A
Authority: CN
Inventors: 诸军; 董斌; 吴曦; 姜华; 王峥
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd; Wuxi Power Supply Co of Jiangsu Electric Power Co
Current assignee: Wuxi Power Supply Co of Jiangsu Electric Power Co
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-10-21
Also published as: CN103592629A; EP2876458A1; EP2876458B1

Abstract

本发明涉及一种变电站多目标精确定位系统，其包括智能定位终端、声定位信标节点及无线数据传输基站；智能定位终端，能与声定位信标节点配合后对声定位信标节点进行时间同步，其后发出超声波定位信号；声定位信标节点，通过与智能定位终端配合后进行时间同步，能对智能定位终端发出的超声波信号进行解码以得到定位信息，并将定位信息传输至无线数据传输基站；无线数据传输基站，根据声定位信标节点传输的定位信息处理后得到佩戴智能定位终端的作业人员的位置坐标。本发明能对变电站内现场设备进行定位，对操作人员进行识别以及动态定位，确保操作人员按规定操作，对超范围、超时间、操作对象错误或破坏安全措施的违规作业提供报警依据。

Description

变电站多目标精确定位系统

技术领域

本发明涉及一种定位系统，尤其是一种变电站多目标精确定位系统，属于变电站定位的技术领域。

背景技术

安全生产是电力企业各项工作的基础，随着电网的不断发展，变电站的数量日益增加，安全生产确保电网稳定运行显得尤为重要。变电运维在电力系统中承担着变电站的运维管理、倒闸操作和事故处理等重要工作，是保证电网安全、稳定和经济运行的执行者，安全压力逐渐增大。为加强变电运维安全管理，预防变电站安全事故，许多公司、组织、团体都在积极研究实用于变电运维现场的安全防护技术，力求保证变电运维作业现场的可控、能控、在控。

根据实际运行情况，控制作业实践活动中的危险源是建立现场安全防护的关键。目前，一些变电站的运维借助视频监控、RFID（Radio FrequencyIDentification）、远程调度等技术，来实现现场安全生产管理。其中现较多使用视频监控技术远程监控管理手段，掌控现场人员的工作状态。但是，在实际应用过程中，由于视频监控设备安装相对固定，留有观察死角，安全防护与监控实效性不高。RFID通过作业人员携带的RFID标签与RFID读写器配合工作，监控人员是否在某一区域，其作用区域狭小、识别过程需要人员主动配合，不能实现自动实时监控。远程调度是指作业人员在远离作业设备控制室中，通过操作电脑对作业设备进行操作，保证了作业人员的人身安全。此项技术并不能覆盖所有的设备操作作业，有些设备操作作业还需在现场有作业人员亲自动手完成。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种变电站多目标精确定位系统，其能对变电站内现场设备进行定位，对操作人员进行识别以及动态定位，确保操作人员按规定操作，对超范围、超时间、操作对象错误或破坏安全措施的违规作业提供报警依据，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，一种变电站多目标精确定位系统，所述定位系统包括智能定位终端、声定位信标节点及无线数据传输基站，其中：

智能定位终端，佩戴于作业人员身上，在接收到无线数据传输基站发出的时间同步信号后，能与声定位信标节点配合后对声定位信标节点进行时间同步，在时间同步完成后，发出超声波定位信号；

声定位信标节点，固定在设定空间内并有具体位置坐标，能接收无线数据传输基站传输的时间同步信号以及智能定位终端发出的超声波定位信号；在接收到时间同步信号后，通过与智能定位终端配合后进行时间同步，能对智能定位终端发出的超声波信号进行解码以得到定位信息，并将定位信息传输至无线数据传输基站；

无线数据传输基站，安装于设定空间内，根据声定位信标节点传输的定位信息处理后得到佩戴智能定位终端的作业人员的位置坐标。

所述无线数据传输基站在对声定位信标节点传输的解码后信息进行处理时，无线数据传输基站需要接收不低于四个声定位信标节点传输的定位信息，所述定位信息包括超声波定位信号到达声定位信标节点的时间，无线数据传输基站计算在同一时间基准下智能定位终端发出超声波定位信号到达不同声定位信标节点之间的时间差，利用三边测量法得到佩戴智能定位终端的作业人员的位置坐标。

所述智能定位终端发出的超声波定位信号为采用超声波扩频编码技术的超声波信号，超声频定位信号的频段为20K～25KHz。

所述智能定位终端测量所述智能定位终端所处环境的终端环境温湿度值，并将所述终端环境温湿度值通过超声波定位信号传输至声定位信标节点；声定位信标节点同时测量所述声定位信标节点所处环境的节点环境温湿度值，声定位信标节点将解码后的终端环境温湿度值以及节点环境温湿度值均传输至无线数据传输基站，无线数据传输基站对终端环境温湿度值以及节点环境温湿度值处理后对定位信息进行温湿度补偿。

所述无线数据传输基站与后台监控服务器连接，无线数据传输基站将佩戴智能定位终端的作业人员的位置坐标传输至后台监控服务器内，以在后台监控服务器内形成作业人员移动轨迹跟踪。

所述声定位信标节点通过以太网将定位信息传输至无线数据传输基站。

所述智能定位终端包括终端处理器，所述终端处理器的输出端通过音频DAC电路、功率放大器与扬声器连接，终端处理器的输入端与终端温湿度传感器连接，终端处理器还与终端无线通讯模块连接。

所述声定位信标节点包括节点处理器，节点处理器的输入端通过声波接收电路与MEMS麦克风连接，节点处理器还与节点无线通讯模块及节点以太网模块连接，节点处理器的输入端还与节点温湿度传感器连接。

所述无线数据传输基站包括基站处理器，所述基站处理器分别与基站无线通讯模块及基站以太网模块连接

本发明的优点：智能定位终端发出的超声波信号采用超声波扩频编码，在相同功率输出下超声波信号传输距离成倍提升，智能定位终端内设置不同的为随机码，声定位信标节点可以同时识别多个智能定位终端发出的超声波定位信号、并同时具有较高的实时性，定位时间周期极短，能够有效的抵抗由于建筑物及其他固体反射引起的多径效应，能够有效的抵抗目标在移动过程中产生的多普勒效应，具有较高的可靠性与定位精度。无线数据传输基站、声定位信标节点及智能定位终端间的无线时间同步技术具有占用无线带宽极少、精度高，作用范围广，其节点数量不受限制，能对变电站内现场设备进行定位，对操作人员进行识别以及动态定位，确保操作人员按规定操作，对超范围、超时间、操作对象错误或破坏安全措施的违规作业提供报警依据，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的使用状态示意图。

图2为本发明利用三边测量法进行位置计算的结构示意图。

图3为本发明声定位信标节点区分不同智能定位终端的示意图。

图4为本发明进行时间同步的示意图。

图5为本发明的连接示意图。

图6为本发明声定位信标节点的结构框图。

图7为本发明声定位信标节点中MEMS麦克风与节点处理器连接的电路原理图。

图8为本发明声定位信标节点的工作流程图。

图9为本发明智能定位终端的结构框图。

图10为本发明无线数据传输基站的结构框图。

附图标记说明：1-变电站、2-变压室、3-无线数据传输基站、4-声定位信标节点、5-基站连接器、6-后台监控服务器、7-智能定位终端、8-节点处理器、9-节点电源、10-MEMS麦克风、11-声波接收电路、12-节点无线通讯模块、13-节点接口电路、14-节点温湿度传感器、15-节点以太网模块、16-终端处理器、17-锂电池、18-电源管理器、19-终端温湿度传感器、20-终端接口电路、21终端无线通讯模块、22-音频DAC电路、23-功率放大器、24-扬声器、25-基站处理器、26-基站电源、27-基站无线通讯模块、28-基站通讯接口电路、29-基站以太网模块及30-模数转换电路。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能对变电站内现场设备进行定位，对操作人员进行识别以及动态定位，确保操作人员按规定操作，对超范围、超时间、操作对象错误或破坏安全措施的违规作业提供报警依据，本发明所述定位系统包括智能定位终端7、声定位信标节点4及无线数据传输基站3，其中：

智能定位终端7，佩戴于作业人员身上，在接收到无线数据传输基站3发出的时间同步信号后，能与声定位信标节点4配合后对声定位信标节点4进行时间同步，在时间同步完成后，发出超声波定位信号；

声定位信标节点4，固定在设定空间内并有具体位置坐标，能接收无线数据传输基站3传输的时间同步信号以及智能定位终端7发出的超声波定位信号；在接收到时间同步信号后，通过与智能定位终端7配合后进行时间同步，能对智能定位终端7发出的超声波信号进行解码以得到定位信息，并将定位信息传输至无线数据传输基站3；

无线数据传输基站3，安装于设定空间内，根据声定位信标节点4传输的定位信息处理后得到佩戴智能定位终端7的作业人员的位置坐标。

具体地，智能定位终端7、声定位信标节点4及无线数据传输基站3均位于变电站1内的变压室2内，变电站1内设置一个或一个以上的变压室2，声定位信标节点4均匀分散地固定在监控区域墙面或天花板上，无线数据传输基站3安装在变压室2的入口处，智能定位终端7佩戴在进入变压室2的作业人员身上，本发明实施例中，一个变压室2即为一个监控区域，图1中示出了变电站1内设置三个变压室2的结构，每个变压室2内均设置无线数据传输基站3以及声定位信标节点4，一般地，一个变压室2内设置至少四个声定位信标节点4，声定位信标节点4安装后具有自己固定的位置坐标。

所述智能定位终端7发出的超声波定位信号为采用超声波扩频编码技术的超声波信号，超声频定位信号的频段为20K～25KHz。本发明实施例中，采用了超声波扩频编码技术，超声波扩频编码技术使用了伪随机噪声编码技术与正交扩频编码技术相结合，使用20K～25K超声波频率段，能够扩展超声波传播距离，减少声定位信标节点铺设个数，使系统更具有可用性，对超声波定位信号使用了伪随机噪声编码技术，原理为使用连续发送一组窄脉冲，时间总长度拉长，使得脉冲组总能量增加，从而定位距离成倍提升。

为了实现多目标区分能力，是采用了自相关、互相关特性优异的伪随机噪声编码方式，码相位对齐，还原出宽脉冲，码相位不对齐，只得到噪声。利用伪随机编码后，可同时保留窄脉冲和宽脉冲定位的好处，且其互相关性优异性，可保证良好的多目标正交性，实现多目标码序列区分，并通过对不同的智能定位终端7分配不同的伪随机码，这些伪随机码互相之间有较好的互相关性，从而声定位信标节点4能根据不同伪随机码区分出相应智能定位终端7。同时多目标码序列区分，可以实现多目标同时发出超声定位信号其互相之间信号不受干扰，在时间上无需错峰，有效降低多目标定位所需总体时间，确保系统实时性不受目标数量的影响。本发明实施例中，多目标是指在监控区域内具有多个智能定位终端7，并能对多个智能定位终端7同时进行定位。

为了提高系统的定位精度与可靠性，利用编码的正交性，使得多径信号可分，考虑到直射径信号最先到达，因此选取最先到达的信号分量，抛弃其他分量，解决超声波在室内由于物体反射引起的多径效应。由于定位的目标是可以自由移动的人员，其在移动过程中超声波定位信号会产生多普勒效应，使信号频率偏移。为解决多普勒效应带来的问题，在超声波扩频编码信号前，先发射固定频率的超声波信号，以便声定位信标节点估计出多普勒频移，进行频率补偿，修正移动物体会引起超声波信号的多普勒效应。

所述无线数据传输基站3在对声定位信标节点4传输的解码后信息进行处理时，无线数据传输基站3需要接收不低于四个声定位信标节点4传输的定位信息，所述定位信息包括超声波定位信号到达声定位信标节点4的时间，无线数据传输基站3计算在同一时间基准下智能定位终端7发出超声波定位信号到达不同声定位信标节点4之间的时间差，利用三边测量法得到佩戴智能定位终端7的作业人员的位置坐标。

具体地，如图2所示，智能定位终端7发出经过伪随机编码的超声波定位信号，如果有不低于四个声定位信标节点4（这些节点位置坐标已知）接收到超声波信号，无线数据传输基站3通过计算在同一时间基准下，智能定位终端7发出的超声波定位信号到各个声定位信标节点4互相之间的到达时间差，可推算出智能定位终端7与至少三个声定位信标节点4间的距离，再利用三边测量法的原理，可解算出智能定位终端的位置，从而实现精确定位的功能。如图2所示：

M1、M2、M3、M4均为声定位信标节点4，其坐标为M1（X_M1,Y_M1），M2（X_M2,Y_M2），M3（X_M3,Y_M3），M4（X_M4,Y_M4），P为佩戴智能定位终端7的作业人员，其坐标为P（X_P,Y_P），d₁,d₂,d₃,d₄为点P到M1，M2，M3，M4的距离，m₂，m₃，m₄分别为d₂-d₁,d₃-d₁,d₄-d₁的距离差值，其公式为：

\{\begin{matrix} m_{2} = \sqrt{{(X_{P} - X_{M 2})}^{2} - {(Y_{P} - Y_{M 2})}^{2}} - \sqrt{{(X_{P} - X_{M 1})}^{2} - {(Y_{P} - Y_{M 1})}^{2}} \\ m_{3} = \sqrt{{(X_{P} - X_{M 3})}^{2} - {(Y_{P} - Y_{M 3})}^{2}} - \sqrt{{(X_{P} - X_{M 1})}^{2} - {(Y_{P} - Y_{M 1})}^{2}} \\ m_{4} = \sqrt{{(X_{P} - X_{M 4})}^{2} - {(Y_{P} - Y_{M 4})}^{2}} - \sqrt{{(X_{P} - X_{M 1})}^{2} - {(Y_{P} - Y_{M 1})}^{2}} \end{matrix}

其中，m₂，m₃，m₄可以通过超声波定位信号到达M1声定位信标节点4、M2声定位信标节点4、M3声定位信标节点4、M4声定位信标节点4时间时间差来获得，解出上述的三元二次方程组，就可以求出作业人员P的坐标P（X_P,Y_P），即能够实现对佩戴智能定位终端7的作业人员位置坐标的确定。

本发明实施例中，多目标区分能力是通过对不同的智能定位终端7分配不同的伪随机码CODE(i)，i是指智能定位终端7的编号，这些伪随机码互相之间有较好的互相关性，从而声定位信标节点4能根据不同伪随机码区分出相应目标。如图3所示：

具体实施时，对四个智能定位终端7编制不同的为随机编号，通过扬声器24发出经编码之后的超声波定位信号，在声定位信标节点4收到一～四号智能定位终端7发出的超声波定位信号，并进行解码通过不同的伪随机码识别出各个智能定位终端7的编号，将标记了到达时间信息、智能定位终端7的编号和声定位信标节点4的编号的数据通过以太网传输到无线数据传输基站3，由无线数据传输基站3进行计算得到编号一～编号四的智能定位终端7的位置信息。

为了能够提高定位精度，无线数据传输基站4通过无线射频进行声定位信标节点4的时间同步，无线传输基站3发出短距离无线射频信号（即时间同步信号）同步声定位信标节点4之间的时间，保证声定位信标节点4之间时间误差在5μs以内，实现过程为：无线数据传输基站3发出时间同步信号内包含系统时间T，智能定位终端7与声定位信标节点4分别在T3，T2时刻收到时间同步信号。智能定位终端7经过一定时间，在T4时刻发出应答包，智能定位终端7发出的应答包内包含时间间隔Ts，其中Ts=T4-T3，附近的声定位信标节点4在T5收到应答包。T为无线数据基站3的内部绝对时间，即全局时间，T2为声定位信标节点4的内部绝对时间，T3为智能定位终端7的内部绝对时间，T4智能定位终端7的内部绝对时间，Ts为T4-T3的时间差，T5为声定位信标节点4内部绝对时间，Tr为声定位信标节点4内部绝对时间，（Tr与T1在物理时间上是同一点，只是参照物不一样），得到

Tr=2*T2-T5+Ts，Tr为T1全局时间在声定位信标节4点相对时间，其时序如图4所示：通过上述时间同步过程可以屏蔽掉无线射频芯片在收发过程中引入的误差，部分数据包传输延迟误差，能够以极少的信号带宽占有率达到，大量信标节点的时间同步。实际工作过程如下：声定位信标节点4在Tc时刻收到超声波定位信号，Tc为声定位信标节点4内部绝对时间，需要转换成全局时间Ta：Ta=Tc–T2+Tr，Ta为声定位信标节点4接收到超声波定位信号的全局时间。

进一步地，所述智能定位终端7测量所述智能定位终端7所处环境的终端环境温湿度值，并将所述终端环境温湿度值通过超声波定位信号传输至声定位信标节点4；声定位信标节点4同时测量所述声定位信标节点4所处环境的节点环境温湿度值，声定位信标节点4将解码后的终端环境温湿度值以及节点环境温湿度值均传输至无线数据传输基站3，无线数据传输基站3对终端环境温湿度值以及节点环境温湿度值处理后对定位信息进行温湿度补偿。

本发明实施例中，无线数据传输基站3对终端环境温湿度及节点环境温湿度值的处理包括对终端环境温湿度、节点环境温湿度求平均值，通过得到的温湿度值的平均值来修正超声波在监控区域的传播速度，以减小由声音传播速度误差引起的定位坐标计算误差，提高计算的精度。

本发明实施例中，无线数据传输基站3利用温湿度值的平均值来修正超声波在监控区域的传播速度，具体为：

v = v_{0} \sqrt{(1 + \frac{t}{T_{0}}) (1 + 0.3192 \frac{{rp}_{s}}{p})}

其中，v为智能定位终端7到声定位信标节点4的实际温度下的超声波传播速度，t为室内平均温度，t=(t_z+t_j)/2，t_z为智能定位终端7测量的温度值，t_j为声定位信标节点4测量的温度值，v₀为在0℃时在气体中的超声波传播速度，T0为0℃时热力学温度值，p为标准大气压，ps室温时空气的饱和蒸气压，r相对湿度，r=(r_z+r_j)/2，r_z为智能定位终端7测量的湿度值，r_j为声定位信标节点4测量的湿度值，从而得到距离差值修正为：

m₂=v_pm2(T_m2-T_m1)；

m₃=v_pm3(T_m3-T_m1)；

m₄=v_pm4(T_m4-T_m1)；

其中，v_pm2为智能定位终端7到M2声定位信号节点7的实际声速，v_pm3为智能定位终端4到M3声定位信标节点4的实际声速，v_pm4为智能定位终端7到M4声定位信标节点4的实际声速，T_m1、T_m2、T_m3、T_m4分别为超声波信号到达M1声定位节点4、M2声定位信标节点4、M3声定位信标节点4、M4声定位信标节点4的绝对时刻。

所述无线数据传输基站3与后台监控服务器6连接，无线数据传输基站3将佩戴智能定位终端7的作业人员的位置坐标传输至后台监控服务器6内，以在后台监控服务器6内形成作业人员移动轨迹跟踪。后台监控服务器6通过基站连接器5连接无线数据传输基站3，基站连接器5可以采用信号采集器或集线器等匹配设备。后台监控服务器6根据无线数据传输基站3反馈的定位坐标信息，能够对作业人员是否存在超范围、超时间、操作对象错误或破坏安全措施等违规作业行为提供告警依据，保证作业人员对在操作中的安全性。

如图9所示：所述智能定位终端7包括终端处理器16，所述终端处理器16的输出端通过音频DAC电路22、功率放大器23与扬声器24连接，终端处理器16的输入端与终端温湿度传感器19连接，终端处理器16还与终端无线通讯模块21连接。

具体地，终端处理器16可以采用常用的微处理芯片，如单片机等，终端处理器16通过音频DAC电路22、功率放大器23及扬声器24将编码后的信号以超声波形式发出，终端处理器16内预先设置有编号，以便让声定位信标节点4进行区分识别。终端温湿度传感器19将采集的温湿度值传输到终端处理器16内，终端无线通讯模块21用于与无线数据传输基站3间的无线连接，终端无线通讯模块21与基站无线通讯模块27能匹配连接，终端无线通讯模块21可以采用2.4GHz的无线通信形式，终端处理器16的电源端通过电源管理器18与锂电池17连接，通过锂电池17能对整个智能定位终端7进行供电，电源管理器18能对锂电池17的工作状态进行管理。终端处理器16还与终端接口电路20连接，终端接口电路20可以采用USB或RS232接口形式。

每个智能定位终端7配备固定伪随机编码号，每当收到无线数据传输基站3发送的无线时间同步信号进行时间同步后，将预先编制成超声波定位信号码流发送到音频DAC电路22中，音频DAC电路22将数字码流转换成模拟信号，通过功率放大器23将编码信号放大，扬声器24将经过放大的模拟信号转换成声波信号传播到空气中。

如图6所示：所述声定位信标节点4包括节点处理器8，节点处理器8的输入端通过声波接收电路11与MEMS麦克风10连接，节点处理器8还与节点无线通讯模块12及节点以太网模块15连接，节点处理器8的输入端还与节点温湿度传感器14连接。

具体地，节点处理器8也可以采用常用的微处理芯片，节点处理器8通过节点无线通讯模块12与无线数据传输基站3之间的无线连接，以实现所需的时间同步，声定位信标节点4通过节点以太网模块15与无线数据传输基站3之间实现以太网连接，声定位信标节点4通过以太网将解码后的超声波定位信息以及所有的温湿度值传输到无线数据传输基站3内。节点处理器8的电源端与节点电源9连接，节点处理器8还与节点接口电路13连接，所述节点接口电路13包括USB（Universal Serial Bus）或RS232接口。节点处理器8通过MEMS（Micro-Electro-Mechanic System）麦克风10来接收智能定位终端7发出的超声波定位信号，超声波定位信号通过声波接收电路11处理后传输至节点处理器8内，由节点处理器8对超声波定位信号进行解码。

如图7所示：所述声波接收电路11包括运算放大器U1，运算放大器U1的一输入端与第一电容C1的一端及第四电阻R4的一端连接，第一电容C1的另一端与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端及第二电容C2的一端连接，第一电阻R1的另一端与MEMS麦克风10连接，第二电阻R2的另一端接地，第二电容C2的另一端与运算放大器U1的输出端连接，第四电阻R4的另一端通过模数转换电路30与节点处理器8连接，运算放大器U1的另一输入端通过第三电阻R3接地。

如图8所示：MEMS麦克风10接收空间中的超声波定位信号，经过声波接收电路11将其转换成模拟信号量，滤除超声信号以外的频段信息，通过模数转换电路30进行采样，将模拟信号转换成数字数据，进入节点处理器8内。

节点处理器8首先对信号进行下变频处理，得到数据E，以减少数据运算量加快之后数据处理速度。之后进行离散傅立叶计算得到相应的频域数据F，将数据只保留超声频段附近的有效数据，其他频段数据丢弃得到G。将G与随机码CODE(i)频域数据相乘解析获得相应的数据H，再将数据H进行反散傅立叶计算得到K。对K数据求均值差方法得到K数据中是否有明显的峰值，如有则记录下峰值的时间T并将CODE(1)的索引号i、峰值的时间T和温湿度传感器对与空气测量值F，通过以太网上传至无线数据传输基站3。如无再次选择其他的随机码CODE(i)进行匹配，直至找到匹配的为止。

如图10所示：所述无线数据传输基站3包括基站处理器25，所述基站处理器25分别与基站无线通讯模块27及基站以太网模块29连接。

基站处理器25可以采用常用的微处理芯片，基站处理器25通过基站无线通信模块27能向智能定位终端7及声定位信标节点4进行时间同步，基站处理器25通过基站以太网模块29能与声定位信标节点4间进行所需的数据传输。基站处理器25的电源端与基站电源26连接，基站处理器25还与基站接口数据28连接，基站接口电路28包括USB接口或RS232接口。

基站处理器25通过以太网接收声定位信标节点4传输的数据，对数据进行分析，通过各个声定位信标节点4发出数据包中包含的峰值时间T、温湿度值F、智能定位终端7的编号i数据进行解析，并根据到达时间差方法计算出各个智能定位终端7的位置，并根据不同T值采用不同的声波传播速度进行计算，根据i识别出不同的智能定位终端7。整个定位过程中，无线数据传输基站肩负时间同步主控位置，每隔一段时间发出无线时间同步帧时对全网进行时间同步。

如图1和图5所示：作业人员在进入监控区域前佩戴智能定位终端7并启动所述智能定位终端7，智能定位终端7则始终监听无线数据传输基站3传输的时间同步信号。当进入无线数据传输基站3无线通讯覆盖区域时，智能定位终端7收到无线数据传输基站3间隔发出的时间同步信号，并与声定位信标节点4进行时间同步、每隔设定时间后发送超声波定位信号，本发明实施例中，超声波定位信号中包含了测量智能定位终端7所在环境的终端环境温湿度值。安装在变电室2内的声定位信标节点4收到超声波定位信号，将超声波定位信号解码，通过以太网发送到无线数据传输基站3进行处理。无线数据传输基站3接收各个声定位信标节点4传输的数据，通过计算超声波信号到达不同声定位信标节点4的时间差，利用三边测量法计算得到智能定位终端7的位置坐标，即解算出智能定位终端7的室内位置坐标，并用自适应信号处理跟踪佩戴智能定位终端目标人员移动轨迹。后台监控服务器6针对作业人员的位置坐标判断其是否在安全的位置，并予以告警提示。

本发明智能定位终端7发出的超声波信号采用超声波扩频编码，在相同功率输出下超声波信号传输距离成倍提升，智能定位终端7内设置不同的为随机码，声定位信标节点4可以同时识别多个智能定位终端7发出的超声波定位信号、并同时具有较高的实时性，定位时间周期极短，能够有效的抵抗由于建筑物及其他固体反射引起的多径效应，能够有效的抵抗目标在移动过程中产生的多普勒效应，具有较高的可靠性与定位精度。无线数据传输基站3、声定位信标节点4及智能定位终端7间的无线时间同步技术具有占用无线带宽极少、精度高，作用范围广，其节点数量不受限制，能对变电站内现场设备进行定位，对操作人员进行识别以及动态定位，确保操作人员按规定操作，对超范围、超时间、操作对象错误或破坏安全措施的违规作业提供报警依据，安全可靠。

Claims

1. 一种变电站多目标精确定位系统，所述定位系统包括智能定位终端（7）、声定位信标节点（4）及无线数据传输基站（3），无线数据传输基站（3）安装于设定空间内，根据声定位信标节点（4）传输的定位信息处理后得到佩戴智能定位终端（7）的作业人员的位置坐标；

其特征是：智能定位终端（7）佩戴于作业人员身上，在接收到无线数据传输基站（3）发出的时间同步信号后，能与声定位信标节点（4）配合后对声定位信标节点（4）进行时间同步，在时间同步完成后，发出超声波定位信号；

声定位信标节点（4），固定在设定空间内并有具体位置坐标，能接收无线数据传输基站（3）传输的时间同步信号以及智能定位终端（7）发出的超声波定位信号；在接收到时间同步信号后，通过与智能定位终端（7）配合后进行时间同步，能对智能定位终端（7）发出的超声波信号进行解码以得到定位信息，并将定位信息传输至无线数据传输基站（3）；

所述无线数据传输基站（3）在对声定位信标节点（4）传输的解码后信息进行处理时，无线数据传输基站（3）需要接收不低于四个声定位信标节点（4）传输的定位信息，所述定位信息包括超声波定位信号到达声定位信标节点（4）的时间，无线数据传输基站（3）计算在同一时间基准下智能定位终端（7）发出超声波定位信号到达不同声定位信标节点（4）之间的时间差，利用三边测量法得到佩戴智能定位终端（7）的作业人员的位置坐标；

所述智能定位终端（7）测量所述智能定位终端（7）所处环境的终端环境温湿度值，并将所述终端环境温湿度值通过超声波定位信号传输至声定位信标节点（4）；声定位信标节点（4）同时测量所述声定位信标节点（4）所处环境的节点环境温湿度值，声定位信标节点（4）将解码后的终端环境温湿度值以及节点环境温湿度值均传输至无线数据传输基站（3），无线数据传输基站（3）对终端环境温湿度值以及节点环境温湿度值处理后对定位信息进行温湿度补偿；

所述无线数据传输基站（3）与后台监控服务器（6）连接，无线数据传输基站（3）将佩戴智能定位终端（7）的作业人员的位置坐标传输至后台监控服务器（6）内，以在后台监控服务器（6）内形成作业人员移动轨迹跟踪；

所述智能定位终端（7）包括终端处理器（16），所述终端处理器（16）的输出端通过音频DAC电路（22）、功率放大器（23）与扬声器（24）连接，终端处理器（16）的输入端与终端温湿度传感器（19）连接，终端处理器（16）还与终端无线通讯模块（21）连接；

所述声定位信标节点（4）包括节点处理器（8），节点处理器（8）的输入端通过声波接收电路（11）与MEMS麦克风（10）连接，节点处理器（8）还与节点无线通讯模块（12）及节点以太网模块（15）连接，节点处理器（8）的输入端还与节点温湿度传感器（14）连接；

所述无线数据传输基站（3）包括基站处理器（25），所述基站处理器（25）分别与基站无线通讯模块（27）及基站以太网模块（29）连接。

2.根据权利要求1所述的变电站多目标精确定位系统，其特征是：所述智能定位终端（7）发出的超声波定位信号为采用超声波扩频编码技术的超声波信号，超声频定位信号的频段为20K~25KHz。

3.根据权利要求1所述的变电站多目标精确定位系统，其特征是：所述声定位信标节点（4）通过以太网将定位信息传输至无线数据传输基站（3）。