葉永康 呂 偉 吳明輝

（浙江大禹信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州310002）

0 引言

生命重于泰山，人民利益高于一切。在項目施工中時常會發(fā)生一些未知的安全事故，特別是一些相對封閉的施工區(qū)域。通過一定的手段來對現(xiàn)場人員進行定位，對于施工過程中的安全管控及后期安全事故的施救有著重大意義。

如今，水利工程正迎來全新的發(fā)展局面，隧洞工程成為水利工程的重要建設環(huán)節(jié)，隧洞工程主要特點是封閉、未知并受各種地質(zhì)條件、施工條件以及各種不穩(wěn)定的安全因素制約著，隧洞施工相對于水庫、大壩、提防、涵閘等水利工程管理難度及危險性更高。如何提高施工過程中人員安全管控問題，一直以來都是項目施工及項目管理最為關(guān)注的焦點。為滿足項目管理的迫切需求，探索封閉空間和開放空間相結(jié)合的人員管控方案，有效地解決封閉區(qū)域和開放區(qū)域相結(jié)合場景下的人員管控問題，進一步加強人員管控力度，提升人員管控水平。

1 人員定位技術(shù)

人員定位技術(shù)可實現(xiàn)對作業(yè)人員進行定位及全方面監(jiān)管，使作業(yè)人員安全得以保障。并結(jié)合高速視頻聯(lián)動提高預警能力，對危險區(qū)域、權(quán)限區(qū)域進行分權(quán)限管控，無權(quán)限人員進入，系統(tǒng)報警提示。人員安全管控技術(shù)可實現(xiàn)全工區(qū)人員定位，人員位置實時顯示，分布情況一目了然，自動統(tǒng)計出入施工現(xiàn)場，人員信息和數(shù)量。

因此，人員安全管控技術(shù)在水利施工中至關(guān)重要，尤其是隧洞等封閉區(qū)域施工，人員定位技術(shù)的應用有效地解決了人員管控的問題。

根據(jù)現(xiàn)階段較為成熟的人員定位技術(shù)主要有UWB定位技術(shù)、北斗/GPS定位技術(shù)、藍牙電子標簽定位技術(shù)及其他一些無線傳輸定位技術(shù)等。

綜合比較各類定位技術(shù)的布設成本、施工簡易難度、施工安全性、人員定位精度及功能要求并結(jié)合水利施工現(xiàn)場環(huán)境的不同主要設計考慮隧洞內(nèi)部封閉空間采用UWB定位技術(shù)。隧洞出入口及開放空間采用北斗/GPS定位技術(shù)，最終實現(xiàn)內(nèi)外部相結(jié)合的方式。

1.1 UWB定位技術(shù)

UWB（Ultra Wide Band）主要是一種和自建信號基站通過無線載波進行通信。定位標簽與信號基站間采用特定的脈沖信號進行定位數(shù)據(jù)傳輸。

UWB定位技術(shù)主要采用信號基站、定位標簽及服務器組成（見圖1）。整套系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，具有較強的信號穿透能力、在復雜的施工環(huán)境下具有較好的可靠性。尤其適用于復雜的施工期室內(nèi)人員密集的場所的定位數(shù)據(jù)的接入。

圖1 UWB/衛(wèi)星定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 北斗定位技術(shù)

北斗定位系統(tǒng)，主要利用北斗衛(wèi)星及GPS衛(wèi)星雙重定位技術(shù)，北斗定位系統(tǒng)不受外部因素制約，具有全天候、高精度、高可靠及支持實時定位的優(yōu)點、北斗定位系統(tǒng)也是目前使用較為廣泛的一種。

在需要定位的施工區(qū)域，施工人員佩戴裝有北斗/GPS定位終端的安全帽。定位終端是可充電式有源信號標簽，定位標簽通過北斗/GPS獲取定位數(shù)據(jù)，通過GPRS發(fā)送到定位數(shù)據(jù)服務器，通過相應的管理軟件對信號進行濾波處理計算從而得到人員的實時位置并記錄。

2 水利隧洞工程施工中的應用

2.1 封閉空間

隧洞UWB定位系統(tǒng)主要由硬件（UWB信號基站、定位標簽），軟件及數(shù)據(jù)服務器組成。

UWB定位系統(tǒng)各設備之間通過特定的信號進行數(shù)據(jù)通信。定位標簽和信號基站通過UWB無線載波進行通信，基站將標簽的信息數(shù)據(jù)采集后通過無線網(wǎng)橋及光纖局域網(wǎng)傳輸?shù)蕉ㄎ粩?shù)據(jù)服務器，定位數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，在特制的場地平面圖上顯示人員定位數(shù)據(jù)并開放相應端口將數(shù)據(jù)推送給第三方軟件平臺可在BIM或三維建模中精準的顯示隧洞人員及機械的位置并記錄移動軌跡。

隧洞UWB定位可實現(xiàn)的功能包括：精確的定位功能、SOS緊急呼救功能、脫帽報警功能、長時間靜止報警、歷史軌跡查看功能、電子圍欄功能、自動考勤統(tǒng)計功能等。

2.2 開放空間

北斗/GPS定位系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)可分為三大部分。第一部分即前端設備，主要是北斗/GPS衛(wèi)星定位設備，第二部分為信號傳輸設備，主要是運營商提供的GPRS網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸。第三部分為后端設備，主要是數(shù)據(jù)服務器及數(shù)據(jù)處理軟件。

北斗/GPS定位系統(tǒng)通過定位終端模塊的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)將整個系統(tǒng)組合在一起實現(xiàn)定位。定位終端模塊集成了北斗/GPS衛(wèi)星信號接收模塊、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊及供電模塊。完成衛(wèi)星實時信號接收。并通過運營商GPRS無線傳輸將接收到的衛(wèi)星信號發(fā)送到數(shù)據(jù)服務器并通過數(shù)據(jù)計算確定最終的定位位置。

該定位模塊可根據(jù)使用人員的不同制定不同的樣式，如安裝于安全帽上、手環(huán)式及工牌式等，使用簡單安裝方便。

戶外北斗/GPS定位可實現(xiàn)的功能包括：精確的定位功能、SOS緊急呼救功能、長時間靜止報警、歷史軌跡查看功能、電子圍欄功能、自動考勤統(tǒng)計功能等。

2.3 結(jié)合空間

水利施工場景主要分為點狀工程及線狀工程，實際工程布置中往往需要結(jié)合考慮。將UWB定位與北斗/GPS定位有機結(jié)合，可以進一步設計提升人員定位標簽。

在解決長時間供電及產(chǎn)品規(guī)格大小滿足方便攜帶，不影響施工的前提下，將北斗/GPS定位芯片結(jié)合到UWB定位標簽中，從而實現(xiàn)隧洞內(nèi)部UWB定位、戶外北斗/GPS定位，并通過后臺軟件及數(shù)據(jù)處理手段，將兩種定位技術(shù)進行處理，將一條完整的人員活動線路展示給管理人員。

除此之外，施工期隧洞工況復雜，主要受環(huán)境因素影響，易受大型施工機械設備及施工破壞、電力不穩(wěn)、信號傳輸收到機械設備干擾。

根據(jù)復雜工況存在問題主要考慮可結(jié)合現(xiàn)場實施加強設備維護，選擇盡量不受影響的位置安裝，其次對每個點設置后備電池進行供電，保證施工過程中臨時斷電期間可以正常適用。最后保障相關(guān)專業(yè)的人員，對隧洞設備加強加密巡查及設備維護，保證設備損壞能及時修復并投入正常使用。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，對施工期隧洞人員安全管控技術(shù)進行探討具有非常深遠的意義，在未來水利施工中人員安全管控將是施工全過程中的重中之重。如何加強人員管理，如何進行人員安全管控，如何增強人員安全意識，人員定位系統(tǒng)將發(fā)揮出更加強大的功能，協(xié)助管理人員進行人員管理，從而進一步保障施工人員的人身安全。

本文基于UWB人員定位與北斗/GPS定位技術(shù)展開闡述。根據(jù)人員定位的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，信號的傳輸能力及信號穿透能力。在隧洞施工現(xiàn)場人員定位應用中取得了較好的效果，通過對人員的精準定位和活動軌跡記錄，對突發(fā)事件的后續(xù)溯源提供了事實依據(jù)。后期將根據(jù)項目管理需要，對基于此技術(shù)的方案進行不斷完善，著重優(yōu)化定位精度、增強傳輸能力和深度應用場景。