夏俊輝，李 杰，羅飛舟，彭曉飛，常宏磊，于海波

（1.中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院，山西 太原 030051；2.中北大學(xué)儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030051；3.中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院宇航業(yè)務(wù)部，北京 100071）

0 引 言

隨著我國(guó)公路、鐵路、高鐵等交通方式的不斷發(fā)展擴(kuò)建，隧道施工日益增多、建設(shè)范圍逐漸擴(kuò)大，但是隧道施工存在很多安全隱患問(wèn)題。由于實(shí)際情況中存在地下通信信號(hào)差，照明亮度不足，小半徑曲線視線不佳，能見度短，隧道內(nèi)空間狹窄等問(wèn)題，導(dǎo)致地下人員的定位精度低，生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)效率低、危險(xiǎn)性高的情況。

針對(duì)上述問(wèn)題，許多學(xué)者都致力于人員定位的研究，并提出了以下技術(shù)：紅外定位技術(shù)，但介于光的傳播特性使其不能通過(guò)障礙，紅外對(duì)其它光的擾動(dòng)性大，并且其傳播距離短于藍(lán)牙技術(shù)；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳播距離可以達(dá)到100 m 并有效地解決無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多徑干擾，但無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位會(huì)受到2.4 GHz 無(wú)線信號(hào)的干擾，導(dǎo)致定位精度急劇降低，從而影響定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性。超聲波定位系統(tǒng)中，由于聲波的傳播速率比電磁波的傳輸要慢得多，因而傳輸同樣的信息所需的時(shí)間也較多，從而降低了系統(tǒng)的傳輸能力。現(xiàn)階段市面上多數(shù)UWB 定位系統(tǒng)多是以STM32 單片機(jī)為主控芯片，當(dāng)數(shù)據(jù)上傳速率快時(shí)，基站與標(biāo)簽卡會(huì)存在上傳速度不匹配的問(wèn)題[1-2]，但是FPGA（Field-Programmable Gate Array）可并行處理各個(gè)模塊，使得信息流進(jìn)行高速傳遞，可以很大程度地降低接收與發(fā)送數(shù)據(jù)所需時(shí)間，減少傳輸速度不匹配的問(wèn)題發(fā)生。

針對(duì)以上不足，本文提出采用FPGA 作為主控芯片的隧道內(nèi)UWB（Ultra-Wide Band，超寬帶）定位系統(tǒng)，在電腦端采用設(shè)計(jì)的上位機(jī)對(duì)隧道內(nèi)人員實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精確定位、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，并采用效率較高的卡爾曼濾波算法對(duì)后端采集數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到提高系統(tǒng)定位精度、增強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性的效果。

1 UWB 測(cè)距原理

UWB 是一種利用納秒至微秒級(jí)的非正弦窄脈沖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)載波通信技術(shù)。

UWB 技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

1）傳輸效率高、帶寬大。在UWB 技術(shù)中信號(hào)帶寬可達(dá)到1 GHz 甚至更高，并且其數(shù)據(jù)的傳輸速率最大可達(dá)到1 000 Mb/s。

2）功率低。UWB 極大的帶寬保證了較低的發(fā)射功率。因?yàn)檫@一特點(diǎn)，很大程度上延長(zhǎng)了電池壽命，保證了較長(zhǎng)的系統(tǒng)工作時(shí)間。可以長(zhǎng)時(shí)間看到在隧道工作的工人的運(yùn)動(dòng)軌跡，在發(fā)生意外情況時(shí)對(duì)于救援工作有巨大的幫助。

3）精準(zhǔn)度高。UWB 定位技術(shù)在測(cè)試人員無(wú)遮擋物的前提下，其精度可達(dá)到10 cm。

4）抗干擾能力強(qiáng)。由于UWB 的占空比一般為0.01~0.001，因此其具有較高的處理增益，抗干擾能力強(qiáng)。盡管超聲波、紅外線定位的精度也可以達(dá)到厘米級(jí)，但其抗干擾能力以及穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如UWB 定位技術(shù)。

1.1 UWB 定位原理

UWB 定位與傳統(tǒng)定位方式的差別在于不需要傳輸信息的載波，比如超聲波、激光等，而是利用電子標(biāo)簽設(shè)備發(fā)送具有納秒級(jí)以下的非正弦窄脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)[3]，固定基站接收到來(lái)自標(biāo)簽傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后再計(jì)算時(shí)間差進(jìn)行UWB 定位。

UWB 定位基本原理基于三邊測(cè)量算法?；続 的坐標(biāo)定義為（x1,y1,z1），基站B 定義為（x2,y2,z2），基站C 定義為（x3,y3,z3），基站D 的坐標(biāo)為（x4,y4,z4）。分別以A、B、C、D 為中心建立4 個(gè)半徑分別為R1、R2、R3、R4的不重合圓，4 個(gè)圓相較于標(biāo)簽卡E，在此基礎(chǔ)上以4 個(gè)圓心為參考節(jié)點(diǎn)，E點(diǎn)為移動(dòng)點(diǎn)，求解的標(biāo)簽坐標(biāo)E為（x,y,z），由最小二乘法列出公式進(jìn)行計(jì)算[4]。

將這些式子展開得到：

將上述公式轉(zhuǎn)換為矩陣相乘的形式：

綜上所述，當(dāng)知道A、B、C、D 的坐標(biāo)以及到標(biāo)簽的距離，根據(jù)以上推導(dǎo)公式即可得到標(biāo)簽的坐標(biāo)，從而定位到標(biāo)簽的位置。

1.2 TOF 測(cè)距

在UWB 定位中，主要計(jì)算方法有信號(hào)到達(dá)時(shí)間定位法，它通過(guò)測(cè)量UWB 信號(hào)在基站與標(biāo)簽之間往返的飛行時(shí)間（Time of Flight, TOF）來(lái)計(jì)算距離。

信號(hào)到達(dá)時(shí)間定位法的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)硬件設(shè)備要求相對(duì)較低，通過(guò)計(jì)算兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間信號(hào)往返的時(shí)間實(shí)現(xiàn)測(cè)距，并且在測(cè)距計(jì)算過(guò)程中不依賴讀卡器與識(shí)別卡的時(shí)間同步，因此沒有時(shí)鐘同步偏差所產(chǎn)生的誤差[5]。

單邊雙向測(cè)距方法作為目前原理最簡(jiǎn)單的測(cè)距方式，由于其飛行誤差會(huì)隨著延遲TREPLY 和時(shí)鐘偏移的增加而增加，會(huì)使得測(cè)距不準(zhǔn)確，不符合實(shí)際工程使用要求。因此為減少其誤差，在使用UWB 測(cè)距時(shí)常常使用雙邊雙向測(cè)距，其原理圖如圖1 所示。

圖1 TOF 測(cè)距圖

基站A 主動(dòng)發(fā)起第一次測(cè)距指令，當(dāng)標(biāo)簽卡收到指令后立即再向基站返回?cái)?shù)據(jù)，而當(dāng)基站收到來(lái)自標(biāo)簽卡的數(shù)據(jù)時(shí)再次發(fā)送第二次測(cè)距指令。因此得到4 個(gè)時(shí)間差。

使用以下公式來(lái)計(jì)算生成的估計(jì)飛行時(shí)間：

以上測(cè)距機(jī)制是非對(duì)稱測(cè)距方法，因?yàn)槠鋵?duì)于響應(yīng)時(shí)間不要求相同。在實(shí)際工程中很難保證基站與標(biāo)簽的時(shí)間延遲相等，因此有可能會(huì)導(dǎo)致誤差增大。

DS 時(shí)鐘輸入誤差如下：

在具有20 ppm（差）鐘精度裝置A 和B 中，KA和KB的值分別為0.999 98 和1.000 02。在這里KA和KB是裝置A 和B 的實(shí)際和期望頻率。假設(shè)裝置A 與B 之間的距離是300 m，則無(wú)線信號(hào)在空中的飛行時(shí)間大概為1 μs，其誤差為20×10-6×1×10-6=20×10-12=20 ps，換算距離為6 mm，與300 m 比較而言幾乎可以忽略不計(jì)，因此即使響應(yīng)時(shí)間不相等，對(duì)最終結(jié)果的影響也是微乎其微的。所以，雙邊測(cè)距是最常見的測(cè)距方法。

1.3 模塊間的通信

采用主動(dòng)掃描標(biāo)記法進(jìn)行設(shè)計(jì)。所有的工作都集中在主基站發(fā)送處理指令上，具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，所有的操作都只需要控制主基站的配置[6]，如圖2 所示。

圖2 四基站一標(biāo)簽通信圖解

四基站通過(guò)標(biāo)簽的通信功能為基站與標(biāo)簽之間進(jìn)行測(cè)距，主基站向從基站下達(dá)測(cè)距命令，從基站則將測(cè)距信息傳達(dá)至主基站，主基站與電腦端上位機(jī)相連接對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行采集[7]。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的標(biāo)簽卡主要由FPGA 主控模塊（XC6SLX9）、DW1000 星載陶瓷天線RF 模塊、電源管理模塊組成。它的主要功能是向基站發(fā)送輪詢信標(biāo)開始定位，接收系統(tǒng)的初始定位數(shù)據(jù)。標(biāo)簽卡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

保證雞群都能定期喂料、飲水等，這些工作間隔的時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，避免雞感受到饑渴感，最好為雞提供充足的料槽和水槽等，使用的比例為1∶1，如果為1 000只雞，準(zhǔn)備的水槽和料槽最好各10個(gè)。雞舍內(nèi)要保證充足通風(fēng)，保證有害氣體的排出；光照也要充足，夏季時(shí)，一定要避免強(qiáng)光直接照射雞舍。此外，還要保證墊料的充足性，保證飼料密度適宜，夏天少、冬天多，最好為每平方米5～10只。如果為不同類型的雞，要禁止混合養(yǎng)殖。夏季時(shí)，要加強(qiáng)防暑和降溫工作；冬季時(shí)，在雞舍內(nèi)噴水，確保雞舍內(nèi)的濕度適宜。針對(duì)產(chǎn)蛋雞，也要為其提供充足的產(chǎn)蛋箱，增加撿蛋的次數(shù)，發(fā)現(xiàn)破殼蛋要及時(shí)挑出。

圖3 標(biāo)簽卡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 電源管理模塊

在UWB 定位實(shí)際運(yùn)用中，保持標(biāo)簽卡持續(xù)工作最重要的環(huán)節(jié)之一就是供電。電源模塊的主要功能是為各個(gè)模塊供電并且保障各個(gè)模塊可以正常工作。根據(jù)各個(gè)模塊不同的工作電壓，選擇合適的電源芯片或是模塊尤為重要[8]。該硬件系統(tǒng)中主控模塊FPGA 的內(nèi)核供電電壓為1.2 V，而其I/O 口、配置芯片以及晶振的工作電壓為3.3 V，DWM1000 的工作電壓在2.8~3.6 V 之間，由于在設(shè)計(jì)標(biāo)簽卡時(shí)考慮其必須便于攜帶，所以供電電源為3.7 V、800 mA 的鋰電池。因此采用TPS73601DBVRE芯片，該芯片可以穩(wěn)定地輸出1.2~5.5 V 電壓，外接1.7~5.5 V，完全可以滿足該硬件系統(tǒng)對(duì)電源模塊的需求。供電原理如圖4 所示。

圖4 電源穩(wěn)壓模塊電路圖

2.3 主控模塊設(shè)計(jì)

FPGA 作為主控芯片可提供DW1000 工作時(shí)所需要的使能信號(hào)、數(shù)據(jù)收發(fā)模式、工作模式配置等。FPGA主控芯片通過(guò)SPI 總線與DW1000 相連接，并且通過(guò)SPI總線與DW1000 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[9]。

該系統(tǒng)選擇主控FPGA 芯片為XILINX Spartan-Ⅵ系列的XC6SLX9 芯片，其具備功耗低、體積小、設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)，其內(nèi)置9 152 個(gè)邏輯單元、11 440 個(gè)寄存器、576 Kb 的BlockRAM，可供用戶自由配置的I/O 口共102 個(gè)，具有8 個(gè)低功耗3.2 GB/s 串行收發(fā)器，帶有集成內(nèi)存控制其的800 Mb/s DDR3，可配置多種接口協(xié)議，休眠掉電模式可實(shí)現(xiàn)零功耗，完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，目前是性價(jià)比較高的FPGA 芯片[10-11]。與傳統(tǒng)的單片機(jī)相比，F(xiàn)PGA 芯片具有穩(wěn)定的控制，且更合適應(yīng)用于通信領(lǐng)域。

2.4 射頻模塊DW1000 設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的定位系統(tǒng)是由愛爾蘭DecaWave 公司研制的DW1000 芯片和基于此芯片的UWB 定位系統(tǒng)[12]。該系統(tǒng)可以設(shè)置為跟蹤、導(dǎo)航和監(jiān)視三種方式，該系統(tǒng)使用IEEE 802.15.4—2011 標(biāo)準(zhǔn)的UWB 收發(fā)信機(jī)，在視距情況下的定位距離達(dá)到290 m，最大定位精度為10 cm，同時(shí)還具備兩種低功耗模式。在此芯片中，包含了收發(fā)器、模式轉(zhuǎn)換器、電源管理、狀態(tài)控制器、SPI 接口。它的工作頻帶范圍在3.1~6.5 GHz 之間，滿足IEEE 802.15.4—2011 的超寬帶標(biāo)準(zhǔn)，具有低功耗、低成本的特點(diǎn)。DW1000 由包含射頻和基帶的仿真前端和包含接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的數(shù)字后端構(gòu)成。數(shù)字后端負(fù)責(zé)模擬前端向主機(jī)處理器傳輸和接收數(shù)據(jù)，與主機(jī)處理器進(jìn)行互動(dòng)，并提供工業(yè)級(jí)SPI 數(shù)據(jù)接口，執(zhí)行不同的控制策略來(lái)維持和優(yōu)化收發(fā)信機(jī)的性能。DW1000 芯片外圍電路配置如圖5 所示。

圖5 DW1000 芯片外圍電路配置

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)以Visual studio 2022 為開發(fā)環(huán)境，采用C#語(yǔ)言進(jìn)行隧道人員定位系統(tǒng)的開發(fā)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道人員實(shí)施全方位監(jiān)測(cè)，為隧道內(nèi)人員的安全以及施工效率提供了保障。該系統(tǒng)基本滿足隧道管廊對(duì)施工人員管理的實(shí)際需求。

上位機(jī)整體的設(shè)計(jì)思路如流程圖6、圖7 所示。該系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計(jì)包括：精確定位、測(cè)距、上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)。該基地臺(tái)利用基地臺(tái)與標(biāo)簽間的通信取得距離信息，再把距離信息傳給交換機(jī)，由交換機(jī)將各基地臺(tái)間的距離信息加入到服務(wù)器中。最后，通過(guò)主機(jī)端的上位機(jī)對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，并將相關(guān)信息顯示在通信界面中。

圖6 標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)程序流程圖

圖7 基站節(jié)點(diǎn)程序流程圖

3.2 精度優(yōu)化方法

在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，測(cè)得信號(hào)存在一定的粗差和噪聲。因此，為了降低噪聲并且減少粗差，加入卡爾曼濾波，進(jìn)一步提高測(cè)試的精度以及穩(wěn)定性[13]。

用TOF 距離值和距離變化率作為系統(tǒng)狀態(tài)向量Xk，建立TOF 距離模型：

式中：xk為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣；A為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；B為控制輸入矩陣；w為過(guò)程噪聲；uk-1為控制輸入。因在此過(guò)程中值極低，可忽略不計(jì)，因此公式變?yōu)椋?/p>

式中：zk表示實(shí)際的測(cè)量值；H為轉(zhuǎn)換矩陣；v為實(shí)測(cè)噪聲。

卡爾曼濾波增益矩陣為：

由式（9）可知：卡爾曼增益Kk隨著k時(shí)刻的觀察噪聲Rk的變化而變化，當(dāng)增益減小時(shí)，新觀測(cè)值對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)協(xié)方差矩陣的影響也會(huì)隨之而降低，因此，可行的優(yōu)化精度為預(yù)測(cè)xk、xk-1的值，并由此推斷出。由式（8）推算出，且v的協(xié)方差方程為，檢驗(yàn)量為，設(shè)定給定閾值C，當(dāng)檢驗(yàn)量小于C時(shí)，認(rèn)為新觀測(cè)值不含粗差[14]。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及分析

4.1 不同基站數(shù)量比較

為了比較定位系統(tǒng)的定位精度，將模擬隧道施工部門施工人員坐標(biāo)系的二維定位，定位系統(tǒng)在10 m×10 m的區(qū)域并設(shè)定一定障礙以制造復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行定位實(shí)驗(yàn)。在定位區(qū)域分別設(shè)置3 個(gè)、4 個(gè)、5 個(gè)基站后，選取8 個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)采取200 組數(shù)據(jù)，選取縱坐標(biāo)進(jìn)行比較。不同基站數(shù)量測(cè)距表如表1 所示。

表1 不同基站數(shù)量測(cè)距表 m

由表1可知，在相同環(huán)境下，基站越多定位精度越準(zhǔn)確。由三基站提升至四基站后，測(cè)距誤差減少0.07 m，但由四基站提升至五基站發(fā)現(xiàn)測(cè)距精度僅減少0.012 5 m，雖有一定提升，但實(shí)際應(yīng)用中定位精度提升不明顯。因此，在規(guī)模較小且復(fù)雜區(qū)域內(nèi)選用四基站進(jìn)行定位足以滿足實(shí)驗(yàn)要求，后續(xù)實(shí)驗(yàn)均以四基站為基礎(chǔ)展開。

4.2 四基站下UWB 測(cè)距

設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖8 所示。實(shí)驗(yàn)人員手持標(biāo)簽卡在設(shè)定區(qū)域運(yùn)動(dòng)，選取8 個(gè)點(diǎn)取200 組數(shù)據(jù)并取平均值與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較，為方便比較，對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行橫、縱坐標(biāo)誤差分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2、表3 所示。

表2 原始數(shù)據(jù)靜態(tài)測(cè)距表 m

表3 優(yōu)化后靜態(tài)測(cè)距表 m

圖8 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

由表2、表3 可知，在卡爾曼濾波后定位精度有所提升，且誤差均方根有大程度的降低。在加入卡爾曼濾波后靜態(tài)UWB 測(cè)距平均精度可達(dá)到0.1 m 以內(nèi)，相比未加入濾波精度提高一倍以上，除此之外，在加入卡爾曼濾波后，各個(gè)點(diǎn)定位誤差浮動(dòng)較穩(wěn)定，由此可知使用卡爾曼濾波算法進(jìn)行優(yōu)化后，定位精度有所提升且定位結(jié)果更加穩(wěn)定。

為了更加直觀地體現(xiàn)卡爾曼濾波效果，選取加入卡爾曼濾波前后誤差最為接近的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，粗線表示原始數(shù)據(jù)，細(xì)線表示濾波處理后數(shù)據(jù)，如圖9 所示，加入卡爾曼濾波后200 組數(shù)據(jù)更為平滑，濾波后粗差得到了更好的抑制。

圖9 卡爾曼濾波效果

在測(cè)試環(huán)境中，被測(cè)試人員按照8 m×8 m 正方形軌跡，從A點(diǎn)出發(fā)按軌跡行走一周后至A點(diǎn)結(jié)束，如圖10所示。

圖10 動(dòng)態(tài)測(cè)試路線

其中在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中分別在A、B、C、D 四點(diǎn)處采集標(biāo)簽卡動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)測(cè)距數(shù)據(jù)，采集100 組數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

表4 優(yōu)化后動(dòng)態(tài)測(cè)距數(shù)據(jù) m

由表4 可知，當(dāng)被測(cè)試人員處于動(dòng)態(tài)時(shí)，測(cè)距精度較靜態(tài)略低，但仍可使得測(cè)距平均精度達(dá)到0.2 m 以內(nèi)，最大誤差為0.25 m，其定位精度仍處于較高水平。

4.3 四基站下UWB 定位軌跡

為模擬隧道人員施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，對(duì)定位系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。被定位人員在測(cè)試環(huán)境中以正方形為軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并將實(shí)際值與被測(cè)值進(jìn)行比較分析。在真實(shí)路徑中選取10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行誤差分析比對(duì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11、圖12所示。

圖11 定位系統(tǒng)軌跡圖

圖12 軌跡對(duì)比誤差曲線

通過(guò)對(duì)標(biāo)簽卡的定位與追蹤以及對(duì)誤差曲線的分析可知，經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波后定位軌跡更加精準(zhǔn)，并且二者最大誤差達(dá)到0.22 m，僅有兩點(diǎn)誤差值小于0.05 m，由此可知經(jīng)濾波優(yōu)化后的定位精度更加準(zhǔn)確，并且更穩(wěn)定。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)表明本文系統(tǒng)能夠達(dá)到較高的定位精度，能夠滿足對(duì)隧道人員的定位要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了一種基于FPGA 實(shí)現(xiàn)UWB 隧道人員定位的系統(tǒng)，并依次從總體方案設(shè)計(jì)、硬件平臺(tái)、軟件控制以及后端算法優(yōu)化四方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行描述。本文將UWB 技術(shù)與FPGA 相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道人員的實(shí)時(shí)定位與數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)具有低功耗、高效率等特性，并可以將定位相關(guān)信息實(shí)時(shí)傳送回接收端，從而達(dá)到對(duì)隧道人員的精準(zhǔn)實(shí)時(shí)定位，確保工作人員的生命安全。