司福強

（北京中鐵建電氣化設計研究院有限公司，北京 100043）

1 人員定位管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 安全管理現(xiàn)狀

地鐵施工作業(yè)范圍廣和專業(yè)數(shù)量多，決定了作業(yè)人員均為分散式作業(yè)，并不集中，因此經常出現(xiàn)運輸車輛和人員交叉作業(yè)的情況，也就提高了運輸車輛和人員的安全作業(yè)風險。雖然制定了“紅區(qū)”管控管理規(guī)定，規(guī)范了運輸車輛和人員的作業(yè)行為，但由于人員的不確定因素導致運輸車輛無法提前預估危險，造成事故的發(fā)生，比如作業(yè)人員在未告知司機的情況下在違規(guī)地點休息、作業(yè)人員在進路里作業(yè)時未按“紅區(qū)”管控要求設立或解除紅區(qū)警戒繩等。近幾年所發(fā)生的地鐵施工建設中，運輸車輛安全事故均是由于人員的違章行為造成事故的發(fā)生，對運輸車輛安全運行帶來極大的風險。

1.2 人員管理現(xiàn)狀

通過“六大系統(tǒng)”建設，地鐵施工建設初步實現(xiàn)以FRID 為核心的人員管理系統(tǒng)，通過在現(xiàn)場安裝定位基站，識別過往人員攜帶的射頻卡實現(xiàn)人員定位管理，但此系統(tǒng)存在以下缺點。

1）實時定位難。系統(tǒng)不具備精準定位能力，只能對過往人員進行范圍性確認，活動軌跡無法掌握。

2）有效考勤難。系統(tǒng)只能知道人員是否刷卡，無法掌握人員是否到達指定的工作面，難以實現(xiàn)對人員的有效考勤。

3）安全預警難。人員進入施工區(qū)域后，系統(tǒng)無法根據(jù)人員位置，判斷是否需要對人員進行危險預警。

4）反饋管控難。因為無法確切掌握現(xiàn)場人員的工作狀況，難以對相關人員實施有效的反饋，一旦發(fā)生事故，很難利用現(xiàn)有手段快速確定事故人員位置。

2 實行人員精準定位系統(tǒng)的目的

2.1 實現(xiàn)的功能

通過高精度人車定位系統(tǒng)，可以實現(xiàn)包括但不限于考勤統(tǒng)計、實時監(jiān)測、安全保障、查詢回調等功能。人車定位系統(tǒng)的應用，使施工管理的粒度精細到每個人和車輛，即精確到了施工作業(yè)的基本單元。通過實時獲取作業(yè)人員和車輛的實時位置，可以明確判斷人員和車輛的出勤狀態(tài)、工作狀態(tài)、是否安全（及必要的安全提示），分析人員和車輛具體工作時間、工作效率，保障人員和車輛的安全、提供緊急狀態(tài)下處置方案的數(shù)據(jù)支撐；通過與綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、應急播報系統(tǒng)等的聯(lián)動，及時發(fā)現(xiàn)和確認異常、及時提供針對性極強的干預，保障項目的規(guī)范和安全。

2.2 極大降低隧道內運輸車輛安全運行風險

運輸車輛是地下作業(yè)面運輸渣土、廢石、材料以及設備的重要載具，同時也存在著較高的安全運行風險。無軌設備的安全高效運行，不僅是完成生產任務的重要保證，同時也是地鐵建設中地下施工人員人身安全的重要保障。

通過在運輸車輛安裝的測距基站和人員佩戴的測距標簽的距離監(jiān)測來進行相互提示和報警，配合“紅區(qū)”管控措施，最大程度地降低運輸車輛的安全運行風險。

3 人車精準定位系統(tǒng)的原理、結構及功能

3.1 人車精準定位系統(tǒng)的原理

LocalSense ? 無線定位系統(tǒng)使用先進的超窄脈沖精確測量飛行時間技術，實現(xiàn)底層的精確測距/計時；結合LocalSense ? 位置解算算法，實現(xiàn)上層的精確定位。其基本原理如圖1 所示。

圖1 人車精準定位系統(tǒng)定位原理Fig.1 Positioning principle of precise positioning system for person and vehicle

假設有 3 個基站（P1，P2，P3）分別發(fā)射信號，終端（MS）接收信號，假設MS 與Pi的距離為di，則di的計算如公式（1）所示。

其中，t0為信號從終端發(fā)出的時間；ti為基站接收信號的時間；c為信號傳播速度。

設基站坐標為Pi(x1，y1)，移動終端位置MS(xn，yn)，計算如公式（2）所示。

可得出移動終端位置MS(xn，yn)如公式（3）所示。

3.2 人車精準定位系統(tǒng)的架構

人車精準定位管理系統(tǒng)由定位硬件層、網絡連接層、數(shù)據(jù)解算層和應用層組成。其中定位硬件層是人車定位系統(tǒng)實現(xiàn)定位功能的主體部分，包括定位微基站和定位微標簽；網絡連接層用于將定位微基站采集的數(shù)據(jù)回傳到數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)解算層則是實現(xiàn)標簽位置計算的關鍵；應用層針對現(xiàn)場管理需求，完成業(yè)務層面的呈現(xiàn)。人車精準定位系統(tǒng)架構如圖2 所示。

圖2 人車精準定位系統(tǒng)架構Fig.2 Precise positioning system architecture for person and vehicle

通過在作業(yè)現(xiàn)場部署定位基站，對人員、車輛配置標簽的方式，實現(xiàn)實時高精度定位功能。基于系統(tǒng)提供的精準定位數(shù)據(jù)，開發(fā)人員和車輛安全管理、實時位置檢測、考勤管理、統(tǒng)計查詢等功能，以及開放的系統(tǒng)對接接口，為后期實現(xiàn)視屏聯(lián)動和應急語音播報系統(tǒng)提供技術支持。

3.3 人車精準定位系統(tǒng)的功能

1）實時位置定位與軌跡顯示

繪制現(xiàn)場電子地圖，對現(xiàn)場作業(yè)人員和車輛進行精準定位，并將作業(yè)人員和車輛運行的實時運動軌跡在電子地圖上進行顯示，在一般情況下，定位精度可達到15～30 cm。定位數(shù)據(jù)經過軟件算法處理，得出各具體信息（包括人員ID、位置、時間等）。同時可在現(xiàn)場LED 大屏，實時滾動顯示作業(yè)現(xiàn)場人員和車輛位置信息。

2）突發(fā)情況報警

一旦發(fā)生突發(fā)情況，施工人員可通過按下所攜帶定位標簽上的定位按鈕發(fā)出警報，同時，監(jiān)控室的動態(tài)顯示界面會立即觸發(fā)報警事件并進行記錄。當突發(fā)情況發(fā)生時，定位系統(tǒng)將保留人員和車輛的最后活動位置，為精確緊急搜救提供重要參考。

3）電子圍欄報警

在電子地圖上或對某個基站的監(jiān)控范圍劃定一個危險區(qū)域，當人員或車輛進入該危險區(qū)域或在設定的時間內未離開該區(qū)域時，就會觸發(fā)系統(tǒng)報警，報警效果如圖3 所示。

圖3 電子圍欄報警效果Fig.3 Electronic fence alarm effect picture

4）歷史軌跡存儲與回放

對人員和車輛運行歷史軌跡進行一年的存儲和回放，同時呈現(xiàn)人員和車輛活動熱力分布情況。歷史回放效果如圖4 所示。

圖4 歷史軌跡回放效果Fig.4 Historical track replay effect picture

5）區(qū)域統(tǒng)計與電子點名

對劃定的區(qū)域內的人員和車輛數(shù)量、狀態(tài)信息進行統(tǒng)計并以電子表格的形式進行顯示。

（如各采場人員和車輛數(shù)量、狀態(tài)信息）實時監(jiān)測人員在線、休眠、離線狀態(tài)，對于長時間未移動的人員或車輛進行系統(tǒng)報警。

6）自動考勤與工時統(tǒng)計

定制考勤任務，自動統(tǒng)計人員、車輛出勤、準時、遲到、早退天數(shù)，并形成電子化表格。

7）視頻聯(lián)動

定位系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行視頻聯(lián)動，多目標多畫面跟蹤指定人員或車輛，并保存視頻信息，視頻聯(lián)動效果如圖5 所示。

圖5 視頻聯(lián)動效果Fig.5 Videos linkage effect picture

4 人車定位系統(tǒng)應用實例及可推廣性

4.1 人車定位系統(tǒng)的應用實例解析

為進一步增強地下施工本質化安全管理水平，堅決杜絕各類安全事故的發(fā)生，2018 年，一施工企業(yè)在地下施工作業(yè)現(xiàn)場全面推廣應用人車測距防撞報警系統(tǒng)，使地下施工運輸車輛安全運行狀況得到改善。在此基礎上為進一步提高施工作業(yè)現(xiàn)場人員和車輛安全管控能力，基于無線測距定位技術，2019 年5 月，該施工企業(yè)分段建立并投用人車精準定位管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)由定位硬件層、網絡連接層、數(shù)據(jù)解算層和應用層組成。其中定位硬件層是人車定位管理系統(tǒng)實現(xiàn)定位功能的主體部分，由定位基站和定位標簽組成。定位標簽則由已投用的人車測距報警系統(tǒng)中的車載測距基站和人員測距標簽組成，人車精準定位系統(tǒng)現(xiàn)場效果如圖6 所示。

圖6 人車精準定位系統(tǒng)現(xiàn)場效果Fig.6 On-site effect picture of precise positioning system for person and vehicle

通過在作業(yè)現(xiàn)場部署定位基站，接收人員、車輛定位標簽發(fā)送的定位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時的高精度定位。定位數(shù)據(jù)通過光纖網絡上傳至服務器進行數(shù)據(jù)解算，并根據(jù)定位數(shù)據(jù)針對現(xiàn)場管理需求，完成業(yè)務層面的呈現(xiàn)。目前已實現(xiàn)的功能如下。

1）人、車實時精準定位

繪制現(xiàn)場電子地圖，對現(xiàn)場作業(yè)人員和車輛進行精準定位，并將其實時運動軌跡在電子地圖上進行顯示。通過劃定點名區(qū)域，對各作業(yè)現(xiàn)場人員、車輛進行統(tǒng)計，可以全面掌握作業(yè)現(xiàn)場人員、車輛分布情況、工作狀態(tài)、是否安全（及必要的安全提示），提高現(xiàn)場調度指揮能力。

2）電子圍欄報警

在電子地圖上或對某個基站的監(jiān)控范圍劃定一個危險區(qū)域（如隧道進/出口、站廳層與站臺層中空地段），當人員或車輛進入該危險區(qū)域或在設定的時間內未離開該區(qū)域時，人員攜帶的定位標簽會觸發(fā)震動報警，系統(tǒng)后臺會觸發(fā)圍欄報警，提高危險區(qū)域的安全管控能力。

3）視頻聯(lián)動

定位系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行視頻聯(lián)動，多目標多畫面跟蹤指定人員或車輛，通過視頻聯(lián)動可以第一時間掌握人員、車輛工作狀態(tài)，提高現(xiàn)場行為糾偏處置能力。對于長時間停滯的標簽，可以通過視頻聯(lián)動觀察標簽目前工作狀態(tài)，存在危險情況時，通過后臺向標簽下達預警信號，及時提醒作業(yè)人員規(guī)避安全風險。

4）應急處置

發(fā)生危險情況時，作業(yè)人員可通過按下所攜帶的定位標簽上的定位按鈕發(fā)出警報，同時，監(jiān)控室的動態(tài)顯示界面會立即觸發(fā)報警事件并進行記錄，定位系統(tǒng)將保留人員、車輛的最后活動位置，為精確緊急搜救提供重要參考。發(fā)生重大危險情況，需要整個作業(yè)區(qū)域人員全部撤離時，可通過定位管理系統(tǒng)高效組織撤離，提高現(xiàn)場應急指揮能力。

5）提高施工現(xiàn)場“紅區(qū)”管控能力

現(xiàn)場生產管理人員可通過定位系統(tǒng)掌握施工現(xiàn)場人員、車輛分布情況。當施工作業(yè)人員未全部撤離時，禁止運輸車輛進行渣土、設備、材料等運輸作業(yè)。在作業(yè)過程中可通過定位系統(tǒng)有效制止人員誤入和違章作業(yè)現(xiàn)象，提高采場“紅區(qū)”管控能力。

6）提高應急演練質量

通過定位系統(tǒng)，實時掌握模擬危險區(qū)域人員、車輛分布狀況，在應急演練過程中提高應急指揮能力，在后期可通過軌跡回放功能對演練過程進行數(shù)據(jù)分析，為演練方案調整優(yōu)化提供技術支持。

4.2 可推廣性分析

人車精準定位系統(tǒng)已經在某一施工企業(yè)在地下施工現(xiàn)場分段應用，使生產作業(yè)管理的粒度精細到每個人和車輛，即精確到生產作業(yè)的基本單元。目前已經與視頻完成聯(lián)動，在后期的系統(tǒng)開發(fā)應用過程中將加入應急播報系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)和確認異常、及時提供針對性極強的干預，進一步提高地鐵施工作業(yè)現(xiàn)場的安全生產管控能力，提升施工作業(yè)現(xiàn)場工業(yè)信息化、智能化水平。

5 結束語

人車精準定位管理系統(tǒng)通過實時獲取作業(yè)人員和車輛的實時位置，可以明確判斷作業(yè)人員的出勤狀態(tài)、工作狀態(tài)、是否安全（及必要的安全提示），分析作業(yè)人員具體的工作時間、工作效率，保障作業(yè)人員的安全、提供緊急狀態(tài)下的處置方案的數(shù)據(jù)支撐，從而提高對現(xiàn)場作業(yè)人員的精細粒度管控和作業(yè)安全。

人車精準定位管理系統(tǒng)建立了人員、車輛精準位置數(shù)據(jù)庫，通過對分析軟件的二次開發(fā)，以及開放的系統(tǒng)對接接口，可擴展豐富的管理功能，比如可與視頻監(jiān)控及應急播報通訊系統(tǒng)進行聯(lián)動，及時發(fā)現(xiàn)和確認異常，及時提供針對性極強的干預，確保人員和車輛的安全。它的建立對于地鐵施工作業(yè)系統(tǒng)的數(shù)字化建設具有借鑒和指導意義。