本发明专利技术提供了一种可快速部署的高空作业定位装置及其定位方法，所述装置主要包括：标签、可折叠基站组件和支持组件，所述方法包括：S01，展开可折叠基站组件，并连接支持组件完成部署；S02，高空作业工作人员或工作设备在作业时佩戴用于定位的标签；S03，利用TOF算法测量所述标签和所述三个基站之间的距离；S04，在工控机中通过定位的解析解计算标签的坐标；S05，将定位数据通过4G上传到云端用于定位监测。本发明专利技术适用于高空作业人员或设备需要监控实时位置的场景，能实时记录工作人员和设备的作业轨迹。特别地，本发明专利技术的所述设备可快速展开部署，降低实施成本，所述3个基站位置在同一平面，使得解算定位的非线性方程组有解析解，降低解算的复杂度。低解算的复杂度。低解算的复杂度。
【技术实现步骤摘要】
一种可快速部署的高空作业定位装置及其定位方法
[0001]本专利技术涉及一种定位装置和方法，特别涉及一种可快速部署的高空作业定位装置及其定位方法。
技术介绍
[0002]高空作业是指在坠落高度基准面2m以上(含2m)有可能坠落的高处进行的作业。在高空作业领域中安全事故频发，对于高空作业来说，作业区域可能有危险因素存在，比如存在带电区域等，因而监控高空作业人员或设备的位置是防止或降低现场高空作业危险事故发生的重要举措。
[0003]超宽带(也称UWB)是一种无线电技术，能够以非常低的能量水平，在很大一部分无线电频谱上进行短距离，高带宽通信。可用于室内、室外工业环境的定位。对比基于蓝牙和Wi
‑
Fi的技术，UWB定位技术已经实现了最高精度达厘米级的室内定位系统，但高精度解算定位的TOF算法需要求解非线性方程组的数值解，求解方法主要为牛顿法或拟牛顿法，用到了大量的微分运算和矩阵运算，比较复杂且耗时，对解算主机的性能要求较高。
[0004]对于UWB定位的部署实施，其中将各个基站部署到不同位置、给基站供电联网接线、测量基站之间的距离建立坐标系等一系列复杂的流程，实施部署比较费时费力，并且存在测量误差使基站坐标产生误差从而导致定位结果准确度降低。
[0005]在此技术背景下，经过申请人探索和研究，提出一种可快速部署的高空作业定位装置及其定位方法，能够快速部署，且简化定位求解算法的求解复杂度，降低硬件成本。更能在人员或设备进行高空作业时实时监测其位置，若作业附近有危险区域时，能预防高空作业危险事故的发生。
技术实现思路
[0006]本专利技术旨在提供一种可快速部署的高空作业定位装置及其定位方法，适用于高空作业工作人员或工作设备需要监控实时定位的场景，降低了定位设备部署实施成本，提高了定位实时性和稳定性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0008]所述可快速部署的高空作业定位装置主要包括：可折叠基站组件、支持组件、标签，所述可折叠基站组件包括：第一基站、第二基站、第三基站、第一可折叠基站支架、第二可折叠基站支架、第三可折叠基站支架、可伸缩主支架、底盘、弯折轴、主支架调节手柄，所述支持组件包括：箱体、箱体盖、POE交换机、工控机主机、电池。
[0009]作为优选：所述第一基站与第一可折叠基站支架连接，第二基站与第二可折叠基站支架连接，第三基站与第三可折叠基站支架连接，第一可折叠基站支架、第二可折叠基站支架、第三可折叠基站支架与可伸缩主支架连接，主支架调节手柄与可伸缩主支架连接，可伸缩主支架与底盘连接，弯折轴设置在第一可折叠基站支架、第二可折叠基站支架、第三可折叠基站支架上。
[0010]作为优选：所述第一可折叠基站支架上设置有两个弯折轴，一个弯折轴位于第一可折叠基站支架与可伸缩主支架的连接处，一个弯折轴位于第一可折叠基站支架上，第二可折叠基站支架、第三可折叠基站支架上弯折轴的设置方式与第一可折叠基站支架上弯折轴的设置方式相同。
[0011]作为优选：所述POE交换机、工控机主机、电池设置在箱体内部，箱体盖位于箱体顶部。
[0012]作为优选：所述可折叠基站组件可展开或折叠。
[0013]作为优选：所述可折叠基站组件展开后，第一基站、第二基站、第三基站的位置在同一个平面且成等腰三角形。
[0014]作为优选：所述底盘上设置有主支架调节手柄。
[0015]作为优选：所述可快速部署的高空作业定位装置的定位方法包括以下步骤：
[0016]S01：在高空作业现场的地面上展开所述可折叠基站组件，若地面不平，调整所述伸缩主支架使所述可折叠基站组件稳定，然后采用网线连接可折叠基站组件和支持组件完成部署；
[0017]S02：高空作业工作人员或工作设备在作业时佩戴用于定位的所述标签；
[0018]S03：在k时刻，所述标签向所述第一基站、第二基站、第三基站发送UWB信号，所述第一基站、第二基站、第三基站测量并记录所述标签发送的UWB信号的到达时间值，将所述的第一基站、第二基站、第三基站到所述标签的到达时间值T
k1
、T
k2
、T
k3
，分别乘以信号的传播速度c，得到所述的第一基站、第二基站、第三基站到所述标签的距离d
k1
、d
k2
、d
k3
，即
[0019]d
ki
＝cT
ki
，i＝1，2，3
[0020]其中k为自然数，k＝0时为初始时刻；
[0021]S04：在工控机主机运行定位求解程序，以第一基站为原点，第一基站到第二基站的方向为x轴的正方向，垂直与x轴且平行于地面偏向第三基站的为y轴正方形，垂直与x轴、y轴且指向地面上方为z轴正方向建立坐标系，因第一基站、第二基站、第三基站在同一平面且成等腰三角形，记两基站间的距离为D，那么可得到第一基站、第二基站、第三基站的坐标P
A
、P
B
、P
C
为
[0022]P
A
＝[0 0 0]T
[0023]P
B
＝[0 D 0]T
[0024][0025]设所述标签的坐标p
k
为(x
k
,y
k
,z
k
),且z
k
>0那么可得非线性方程组：
[0026][0027]解之得
[0028][0029]根据隐马尔科夫链的条件独立性假设和一阶马尔可夫性，将k时刻的观测坐标p
k
和k
‑
1时刻滤波后的坐标P
k
‑1带入卡尔曼滤波函数得到k时刻滤波后的坐标P
k
,特别的，当k＝0时的初始时刻设定P0＝p0；
[0030]S05：将定位数据通过4G发送到云端进行定位数据显示或各种报警配置。
[0031]作为优选：所述可快速部署的高空作业定位装置的定位方法用于解算定位的非线性方程组存在解析解。
[0032]作为优选：所述工控机主机通过卡尔曼滤波算法优化定位坐标。
[0033]本专利技术的有益效果：
[0034](1)所述可折叠基站组件能快速的展开或折叠，便于装配、运输和部署，减少了现场部署安装基站的时间。同时由于组件结构固定，3个基站之间的位置相对固定，避免了实施安装时测量基站坐标产生的误差。
[0035](2)所述可伸缩主支架可自由调节基站所在平面的高度，能有效规避地面不平的问题。
[0036](3)所述第一基站、第二基站、第三基站在同一个平面且成等腰三角形，使得解算定位的非线性方程组存在解析解，规避了解非线性方程复杂的微分计算和矩阵计算，能降低解算工控机主机的成本，同时提高了定位数据的实时性。
[0037](4)通过卡尔曼滤波算法优化定位坐标，降低噪声对本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可快速部署的高空作业定位装置，其特征在于，所述可快速部署的高空作业定位装置主要包括：可折叠基站组件、支持组件、标签，所述可折叠基站组件包括：第一基站、第二基站、第三基站、第一可折叠基站支架、第二可折叠基站支架、第三可折叠基站支架、可伸缩主支架、底盘、弯折轴、主支架调节手柄，所述支持组件包括：箱体、箱体盖、POE交换机、工控机主机、电池。2.根据权利要求1中所述的一种可快速部署的高空作业定位装置，其特征在于：所述第一基站与第一可折叠基站支架连接，第二基站与第二可折叠基站支架连接，第三基站与第三可折叠基站支架连接，第一可折叠基站支架、第二可折叠基站支架、第三可折叠基站支架与可伸缩主支架连接，主支架调节手柄与可伸缩主支架连接，可伸缩主支架与底盘连接，弯折轴设置在第一可折叠基站支架、第二可折叠基站支架、第三可折叠基站支架上。3.根据权利要求2中所述的一种可快速部署的高空作业定位装置，其特征在于：所述第一可折叠基站支架上设置有两个弯折轴，一个弯折轴位于第一可折叠基站支架与可伸缩主支架的连接处，一个弯折轴位于第一可折叠基站支架上，第二可折叠基站支架、第三可折叠基站支架上弯折轴的设置方式与第一可折叠基站支架上弯折轴的设置方式相同。4.根据权利要求1中所述的一种可快速部署的高空作业定位装置，其特征在于：所述POE交换机、工控机主机、电池设置在箱体内部，箱体盖位于箱体顶部。5.根据权利要求1中所述的一种可快速部署的高空作业定位装置，其特征在于：所述可折叠基站组件可展开或折叠。6.根据权利要求1中所述的一种可快速部署的高空作业定位装置，其特征在于：所述可折叠基站组件展开后，第一基站、第二基站、第三基站的位置在同一个平面且成等腰三角形。7.根据权利要求1中所述的一种可快速部署的高空作业定位装置，其特征在于：所述底盘上设置有主支架调节手柄。8.根据权利要求1中所述的一种可快速部署的高空作业定位装置，其特征在于：所述可快速部署的高空作业定位装置的定位方法包括以下步骤：S01：在高空作业现场的地面上展开所述可折叠基站组件，若地面不平，调整所述伸缩主支架使所述可折叠基站组件稳定，然后采用网线连接可折叠基站组件和支持组件完成部署；S02：高空作业工作人员或工作设备在作业时佩戴用于定位的所述标签；S03：在k时刻，所述标签向所述第一基站、第二基站、第三基站发送UWB信号，所述第一基站、第二基站、第三...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆昶宇，刘坤，李秀珍，
申请(专利权)人：陆昶宇，
类型：发明
国别省市：
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