一种3D电厂复杂厂房立体定位系统及方法与流程

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一种3d电厂复杂厂房立体定位系统及方法
技术领域
1.本发明涉及室内定位领域技术领域，具体为一种3d电厂复杂厂房立体定位系统及方法。

背景技术：

2.室内定位主流技术主要有uwb、蓝牙、rfid、zigbee、wifi等技术。不同行业基于自身行业的特点选择定位技术侧重点有所差异，如化工领域基于厂区面积、定位精度需求、管道复杂度、成本等因素，多选择1-5米定位精度的蓝牙定位技术。商超、地下车库等基于低精度导航指引需求、部署便捷性、成本等因素多采用wifi定位。在电力行业，无论是发电领域还是配电领域，基于对生产作业高风险管控的诉求，多采用定位精度最高的uwb定位技术。当然，从实际应用情况看，多种定位技术混合应用亦被广泛应用，如空旷场所采用gps定位，密闭空间采用室内人员定位技术(如uwb定位、uwb+蓝牙混合定位等)。
3.从已批露的资料可知，在智慧工厂领域，uwb定位技术已应实现了较为普遍的应用。申请号为【202110395994.1】的专利批露了“一种基于uwb的人员定位系统及定位方法”，包括感知模块、传输模块、服务模块、应用模块，该专利所提及的定位系统结构事实上是人员定位系统中心汇聚解算方案较为通用的实现方式，只是不同厂家的定位系统实现技术有差异。申请号为【202111459748.4】的专利批露了“一种3d人员定位用人员安全管控系统”，包括了lora区域定位、gps车辆定位、uwb定位、3d展示等内容，该专利所提及的系统是多种定位技术综合应用的典型实现方式，其中3d展示也代表了智慧工厂逐步主流的呈现方式。更多的相关专利多是结合人员定位应用与特定场景深度融合而形成的专有系统或方法，如申请号为【202111336819.1】的专利批露的“船舶乘客安全保障系统和船舶乘客安全保障方法”即是如此。
4.整体而言，智慧工厂领域尤其是智慧电厂领域基于uwb技术或多种定位技术混合的定位应用已成为保障安全生产的一种常用方式，其中3d可视化作为展示方式日益成为主流方式。众所周知，电厂生产厂房包括主厂房、锅炉区域等为非规则构造，具有夹层、岛状突起平台、镂空桥架等，且金属设备及障碍物多。因此，在电厂复杂厂房内实施定位覆盖且实现精准定位难度非常大，尤其是从厂房平面到岛状凸起平台、厂房平面到夹层、不同厂房平面间及不同镂空桥架间跨楼梯连续定位并在三维场景内准确展示难度更大。从目前批露的资料来看，均未对本段描述的技术问题提出专有的解决方案。

技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种3d电厂复杂厂房立体定位系统及方法，以克服现有技术中，电厂复杂厂房内实施定位覆盖且实现精准定位难度非常大，三维场景内准确展示难度更大的问题，实现电厂复杂厂房内连续镂空桥架式巡检通道等复杂线性定位场景及连续厂房平面、厂房平面与凸起岛状作业平面等复杂二维平面定位场景的不间断连续定位，并能够在三维场景内连续、稳定的可视化展示，从而实现了立体定位，能够连续不间断的获取进
入室内人员的位置信息，有助于提升电厂安全生产的空间管理精度，增加安全生产管理维度及增强安全生产管理水平。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，包括传感层、传输层和3d定位层；
8.所述传感层包括连续一维定位模块及连续二维定位模块，所述一维定位模块及二维定位模块覆盖范围内具有唯一标识信息的定位标签，一维定位模块及二维定位模块获取定位标签的定位数据，连同一维定位模块及二维定位模块自身的管理信息通过传输层向上传递到3d定位层，并且3d定位层向下传输的管理信息能通过传输层向下传递到一维定位模块及二维定位模块；
9.所述传输层用于为传感层提供链路传输到所述3d定位层；
10.所述3d定位层通过传输层获取所述传感层定位标签的定位数据及管理信息，3d定位层对定位数据进行解算、转换、过滤和映射处理，再进行校准后将定位坐标与虚拟人和物绑定，实现在三维场景内的轨迹展示。
11.优选地，连续一维定位模块包括一维定位单元、一维中继单元和一维定位标签单元，一维定位单元与一维中继单元的数量关系为n与n-1，其中n为大于等于1的正整数，所述一维定位标签单元用于提供定位物体位置标识，所述一维定位单元用于一维定位标签单元的定位，所述一维中继单元用于连接两个一维定位单元。
12.优选地，一维定位单元至少包括两个定位，各定位均部署在同一水平面上。
13.优选地，一维定位单元还包括校准锚点，校准锚点发射具有唯一性的标识自身位置信息的无线信号。
14.优选地，校准锚点为rfid锚点。
15.优选地，连续二维定位模块包括二维定位单元、二维中继单元和二维定位标签单元，二维定位单元与二维中继单元的数量关系为n与n-1，其中n为大于1的正整数，所述二维定位标签单元用于提供定位物体位置标识，所述二维定位单元用于二维定位标签单元的定位，所述二维中继单元用于连接两个二维定位单元。。
16.优选地，二维定位单元至少包括四个定位，各定位均部署在同一水平面上。
17.优选地，所述3d定位层包括：
18.二维人员定位引擎单元：用于通过传输层接收来自传感层定位标签的定位数据与一维定位模块及二维定位模块自身的管理信息，并对收到的定位数据结合定位位置信息解算为定位标签的坐标数据，二维定位引擎单元连同一维定位模块及二维定位模块自身的管理信息向三维可视化引擎单元进行传递；
19.系统管理单元：用于整个系统的配置与管理；
20.三维可视化引擎单元：用于接收从二维人员定位引擎单元传递的所述传感层定位标签的定位数据和定位模块自身的管理信息，再将定位数据传递到坐标转换单元，将管理信息数据传递给系统管理单元；
21.三维模型单元：用于存储电厂三维模型，并传输给三维可视化引擎单元；
22.坐标转换单元：用于将定位标签的定位数据转换为三维引擎定位坐标数据；
23.原始定位数据存储单元：用于存储从坐标转换单元传递的三维引擎定位坐标数据，以时间顺序存储形成三维引擎定位历史坐标数据；
24.实时定位数据矫正单元：用于对从坐标转换单元接收到的三维引擎定位坐标数据运用算法进行矫正，并将矫正后的三维引擎定位坐标数据传输到实时定位展示单元；
25.实时定位展示单元：用于接收实时定位数据矫正单元传输的三维引擎定位坐标数据，并进行展示；
26.历史定位数据矫正单元：用于对从原始定位数据存储单元读取三维引擎定位坐标历史数据运用算法进行矫正，并将矫正后的坐标数据传输到所述的历史定位轨迹展示单元；
27.历史定位轨迹展示单元：用于从历史定位数据矫正单元接收矫正后的三维引擎定位坐标数据并进行轨迹展示；
28.三维定位算法支撑模块：用于对实时定位数据矫正单元和历史定位数据矫正单元提供算法支撑。
29.优选地，实时定位展示单元对三维引擎定位坐标数据的展示不限制上限数量，并采用虚拟人、物在三维场景与所对应的定位坐标数据位置同步的展示方式。
30.一种3d电厂复杂厂房立体定位方法，基于上述一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，包括以下步骤：
31.s1：定位标签进入所述传感层连续一维定位模块及连续二维定位模块覆盖区域；
32.s2：定位标签周期性发送带有自身唯一标识信息的无线定位数据；
33.s3：连续一维定位模块及连续二维定位模块接收到定位标签传送的周期性定位数据经传输层传送到3d定位层；
34.s4：3d定位层对定位数据进行解算，获得定位标签原始定位坐标，再转换为3d引擎定位坐标，并对3d引擎定位坐标进行过滤；
35.s5：对过滤后的3d引擎定位坐标进行区域与设备定位映射处理，对处理后的3d引擎定位坐标通过移动趋势计算和速度补偿计算，进一步校准位置精度；
36.s6：将位置精度校准后的3d引擎定位坐标与虚拟人和物绑定，实现在三维场景内的轨迹展示。
37.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，包括传感层、传输层及3d定位层，通过传感层获取复杂的定位数据，经过传输层传递给3d定位层，3d定位层对定位数据进行解算、转换、过滤和映射处理，再进行校准后将定位坐标与虚拟人和物绑定，实现在三维场景内的轨迹展示，实现电厂复杂厂房内连续镂空桥架式巡检通道等复杂线性定位场景及连续厂房平面、厂房平面与凸起岛状作业平面等复杂二维平面定位场景的不间断连续定位，并能够在三维场景内连续、稳定的可视化展示，从而实现了立体定位；
38.同时本发明提供一种3d电厂复杂厂房立体定位方法，能够连续不间断的获取进入室内人员的位置信息，有助于提升电厂安全生产的空间管理精度，增加安全生产管理维度及增强安全生产管理水平。
附图说明
39.图1是本发明一种3d电厂复杂厂房立体定位系统结构图；
40.图2是本发明传感层连续一维定位模块结构图；
41.图3是本发明传感层连续二维定位模块结构图；
42.图4是本发明实施例一种3d电厂复杂厂房立体定位方法流程图。
具体实施方式
43.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
44.实施例：
45.如图1-4所示，本发明提供了一种一种3d电厂复杂厂房立体定位系统及方法；
46.本发明提供一种3d电厂复杂厂房立体定位系统为分层结构，包括传感层、传输层及3d定位层，见图1所示。
47.传感层包括连续一维定位模块及连续二维定位模块，定位模块覆盖范围内具备可佩戴的具有唯一标识信息的定位标签，定位模块获取定位标签的定位数据，连同定位模块自身的管理信息通过传输层向上传递到3d定位层。反之，3d定位层向下传输的管理信息亦能通过传输层向下传递到所述定位模块。
48.传输层用于为传感层提供链路传输到所述3d定位层，作为一种优选的技术方案，采用有线以太网网络。
49.3d定位层通过传输层获取所述传感层定位标签的定位数据及管理信息，通过坐标转换及三维定位算法实现定位数据矫正及三维展示。
50.所述传感层的连续一维定位模块包括一维定位单元、一维中继单元、一维定位标签单元。一维定位单元与一维中继单元的数量关系为n与n-1，其中n为大于等于1的正整数。一维中继单元处于两个一维定位单元的连接处。典型的应用场景如锅炉外墙不同层的镂空桥架式巡检区域，环形巡检通道对应一维定位单元部署结构，环形巡检通道间的钢架楼梯对应一维中继单元的部署结构。
51.所述一维定位单元实现一维线性定位，包括至少两个定位，各定位均部署在同一水平面的直线上。作为一种优选的实现方式，定位为uwb，与所述传感层采用有线以太网络传输数据。
52.作为一种可选的实施方式，所述一维定位单元还包括校准锚点，发射具有唯一性的标识自身位置信息的无线信号，供移动标签接收并最终传输到所述3d定位层，起到供3d定位层在一维线性定位单元之间信号发生窜扰时进行过滤校准的作用。作为一种优选的实现方式，校准锚点为rfid锚点。
53.所述一维中继单元由中继及可选的校准锚点组成，起到连接两个一维定位单元的作用，保障一维定位区域的连续性。作为一种优选的实现方式，中继采用测距工作模式的uwb，校准锚点为rfid锚点。
54.所述一维定位标签单元可佩戴在人员身上或固定在设备上，具备识别校准锚点标识信息能力，具备与所述定位、中继传输定位数据、管理信息、锚点标识信息的能力。作为一种优选的实现方式，定位标签为uwb标签。
55.所述传感层的连续二维定位模块包括二维定位单元、二维中继单元、二维定位标签单元。二维定位单元与二维中继单元的数量关系为n与n-1，其中n为大于1的正整数。二维中继单元处于两个二维定位单元的连接处。典型的应用场景如电厂汽机房不同平面层，如0米层、7.8米层、15米层的连续定位应用，不同平面层对应二维定位单元部署结构，层与层之间的“之”字型楼梯对应二维中继单元的部署结构。
56.所述二维定位单元实现二维线性定位，包括至少四个定位，各定位部署在需实现二维平面定位区域的边缘。作为一种优选的实现方式，定位为uwb。
57.所述二维中继单元与所述一维定位模块中的一维中继单元相同。
58.所述二维定位标签单元与所述一维定位模块中的一维定位标签相同。
59.所述3d定位层包括二维人员定位引擎单元、三维可视化引擎单元、系统管理单元、三维模型单元、坐标转换单元、原始定位数据存储单元、实时定位数据矫正单元、实时定位展示单元、历史定位数据矫正单元、历史定位轨迹展示单元及三维定位算法支撑模块。
60.所述二维定位引擎单元通过所述传输层接收来自所述传感层定位标签的可包含锚点标识信息的定位数据与定位模块自身的管理信息，并进一步对收到的定位数据结合定位位置信息解算为定位标签的坐标数据，连同定位模块自身的管理信息向所述的三维可视化引擎单元进行传递。
61.所述三维可视化引擎单元与所述二维人员定位引擎相连，还与所述系统管理单元、三维模型单元、坐标转换单元相连。三维可视化引擎单元接收从二维人员定位引擎单元传递的所述传感层定位标签的定位坐标数据、定位模块自身的管理信息后，将定位坐标数据传递到坐标转换单元，将管理信息数据与系统管理单元进行交互。三维可视化引擎单元还能够接收来自所述三维模型单元的三维模型并实现3d可视化驱动。
62.所述三维模型单元存储电厂三维模型，作为一种优选的可实施方式，所述三维模型为fbx格式。
63.所述系统管理单元实现对整个系统的配置与管理工作，包括权限管理、区域管理、人员管理、报警管理、报表管理等内容。
64.所述坐标转换单元实现将从所述三维可视化引擎单元接收到的所述传感层定位标签的定位坐标数据转换为三维引擎定位坐标数据的功能。坐标转换单元与原始定位数据存储单元相连，将三维引擎定位坐标数据进行存储。坐标转换单元还与实时定位数据矫正单元相连，将三维引擎定位坐标数据传递给该单元。
65.所述原始定位数据存储单元与所述坐标转换单元相连，存储从坐标转换单元传递的三维引擎定位坐标数据，以时间顺序存储形成三维引擎定位历史坐标数据。
66.所述实时定位数据矫正单元实现对从所述坐标转换单元接收到的三维引擎定位坐标数据进行矫正的作用，并将矫正后的三维引擎定位坐标数据传输到所述的实时定位展示单元。实时定位数据矫正单元还与三维定位算法支撑模块相连。
67.所述历史定位数据矫正单元实现对从所述原始定位数据存储单元读取的三维引擎定位坐标历史数据进行矫正的作用，并将矫正后的坐标数据传输到所述的历史定位轨迹展示单元。历史定位数据矫正单元还与三维定位算法支撑模块相连。
68.所述三维定位算法支撑模块为所述实时定位数据矫正单元及历史定位数据矫正单元提供算法支撑，作为一种可实施方式，包括数据过滤单元、区域与设备定位映射单元、
移动趋势计算与补偿单元。具体的，数据过滤单元能够解决所述传感层定位模块间信号窜扰、漂移问题；区域与设备定位映射单元能够解决佩戴所述传感层定位标签的人员在三维场景内采用虚拟人进行位置同步时不横穿设备问题；移动趋势计算与补偿单元能够结合历史数据，通过分析判断评估坐标值抖动的点在三维场景中应该显示的位置，可解决短暂二维定位数据由于障碍物阻挡、靠近金属而发生的无线信号自激等原因产生的信号抖动或短暂离开定位区域时虚拟人在三维场景内移动不连贯问题。
69.所述实时定位展示单元从所述实时定位数据矫正单元接收矫正后的三维引擎定位坐标数据进行展示。作为一种优选的实现方式，实时定位展示单元展示不限制产生定位坐标数据的所述传感层的定位标签上限数量，采用虚拟人、物在三维场景与所对应的定位坐标数据位置同步的展示方式。
70.所述历史定位轨迹单元从所述历史定位数据矫正单元接收矫正后的三维引擎定位坐标数据进行轨迹展示。作为一种优选的实现方式，历史定位轨迹展示单元展示限制产生定位坐标数据的所述传感层的定位标签上限数量与时间段长度，采用虚拟人、物在三维场景与所对应的定位坐标数据位置同步的展示方式。
71.本发明还提供了一种3d电厂复杂厂房立体定位方法，包括以下步骤：
72.步骤1：定位标签进入所述传感层连续一维定位模块及连续二维定位模块覆盖区域；
73.步骤2：定位标签周期性发送带有自身唯一标识信息及所识别到的校准锚点标识信息的无线定位数据；
74.步骤3：连续一维定位模块及连续二维定位模块的定位接收到定位标签传送的周期性定位数据经传输层传送到3d定位层的二维人员定位引擎单元；
75.步骤4：二维人员定位引擎根据定位标签定位数据进行解算，获取传感层定位标签原始定位坐标，传送到三维引擎后转换为3d引擎定位坐标；
76.步骤5：对3d引擎定位坐标经窜扰判断、漂移判断、锚点辅助校正等方式进行过滤；
77.步骤6：对经步骤5过滤后的坐标进行区域与设备定位映射处理，平面坐标矫正后不会落入到设备3d模型内部，高度坐标匹配后可关联到厂房3d模型的正确层面；
78.步骤7：对经步骤6处理后的坐标通过移动趋势计算、速度补偿计算进一步校准该坐标的位置精度；
79.步骤8：对经步骤7处理后的坐标与虚拟人、物绑定实现在三维场景内轨迹展示。
80.尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

技术特征：

1.一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，包括传感层、传输层和3d定位层；所述传感层包括连续一维定位模块及连续二维定位模块，所述一维定位模块及二维定位模块覆盖范围内具有唯一标识信息的定位标签，一维定位模块及二维定位模块获取定位标签的定位数据，连同一维定位模块及二维定位模块自身的管理信息通过传输层向上传递到3d定位层，并且3d定位层向下传输的管理信息能通过传输层向下传递到一维定位模块及二维定位模块；所述传输层用于为传感层提供链路传输到所述3d定位层；所述3d定位层通过传输层获取所述传感层定位标签的定位数据及管理信息，3d定位层对定位数据进行解算、转换、过滤和映射处理，再进行校准后将定位坐标与虚拟人和物绑定，实现在三维场景内的轨迹展示。2.根据权利要求1所述的一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，所述连续一维定位模块包括一维定位单元、一维中继单元和一维定位标签单元，一维定位单元与一维中继单元的数量关系为n与n-1，其中n为大于等于1的正整数，所述一维定位标签单元用于提供定位物体位置标识，所述一维定位单元用于一维定位标签单元的定位，所述一维中继单元用于连接两个一维定位单元。3.根据权利要求2所述的一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，所述一维定位单元至少包括两个定位，各定位均部署在同一水平面上。4.根据权利要求3所述的一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，所述一维定位单元还包括校准锚点，校准锚点发射具有唯一性的标识自身位置信息的无线信号。5.根据权利要求4所述的一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，所述校准锚点为rfid锚点。6.根据权利要求1所述的一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，所述连续二维定位模块包括二维定位单元、二维中继单元和二维定位标签单元，二维定位单元与二维中继单元的数量关系为n与n-1，其中n为大于1的正整数，所述二维定位标签单元用于提供定位物体位置标识，所述二维定位单元用于二维定位标签单元的定位，所述二维中继单元用于连接两个二维定位单元。7.根据权利要求6所述的一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，所述二维定位单元至少包括四个定位，各定位均部署在同一水平面上。8.根据权利要求1所述的一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，所述3d定位层包括：二维人员定位引擎单元：用于通过传输层接收来自传感层定位标签的定位数据与一维定位模块及二维定位模块自身的管理信息，并对收到的定位数据结合定位位置信息解算为定位标签的坐标数据，二维定位引擎单元连同一维定位模块及二维定位模块自身的管理信息向三维可视化引擎单元进行传递；系统管理单元：用于整个系统的配置与管理；三维可视化引擎单元：用于接收从二维人员定位引擎单元传递的所述传感层定位标签的定位数据和定位模块自身的管理信息，再将定位数据传递到坐标转换单元，将管理信息数据传递给系统管理单元；三维模型单元：用于存储电厂三维模型，并传输给三维可视化引擎单元；
坐标转换单元：用于将定位标签的定位数据转换为三维引擎定位坐标数据；原始定位数据存储单元：用于存储从坐标转换单元传递的三维引擎定位坐标数据，以时间顺序存储形成三维引擎定位历史坐标数据；实时定位数据矫正单元：用于对从坐标转换单元接收到的三维引擎定位坐标数据运用算法进行矫正，并将矫正后的三维引擎定位坐标数据传输到实时定位展示单元；实时定位展示单元：用于接收实时定位数据矫正单元传输的三维引擎定位坐标数据，并进行展示；历史定位数据矫正单元：用于对从原始定位数据存储单元读取三维引擎定位坐标历史数据运用算法进行矫正，并将矫正后的坐标数据传输到所述的历史定位轨迹展示单元；历史定位轨迹展示单元：用于从历史定位数据矫正单元接收矫正后的三维引擎定位坐标数据并进行轨迹展示；三维定位算法支撑模块：用于对实时定位数据矫正单元和历史定位数据矫正单元提供算法支撑。9.根据权利要求8所述的一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，所述实时定位展示单元对三维引擎定位坐标数据的展示不限制上限数量，并采用虚拟人、物在三维场景与所对应的定位坐标数据位置同步的展示方式。10.一种3d电厂复杂厂房立体定位方法，基于权利要求1-9任一项所述的一种3d电厂复杂厂房立体定位系统，其特征在于，包括以下步骤：s1：定位标签进入所述传感层连续一维定位模块及连续二维定位模块覆盖区域；s2：定位标签周期性发送带有自身唯一标识信息的无线定位数据；s3：连续一维定位模块及连续二维定位模块接收到定位标签传送的周期性定位数据经传输层传送到3d定位层；s4：3d定位层对定位数据进行解算，获得定位标签原始定位坐标，再转换为3d引擎定位坐标，并对3d引擎定位坐标进行过滤；s5：对过滤后的3d引擎定位坐标进行区域与设备定位映射处理，对处理后的3d引擎定位坐标通过移动趋势计算和速度补偿计算，进一步校准位置精度；s6：将位置精度校准后的3d引擎定位坐标与虚拟人和物绑定，实现在三维场景内的轨迹展示。

技术总结

本发明公开了一种3D电厂复杂厂房立体定位系统及方法，包括传感层、传输层及3D定位层，通过传感层获取复杂的定位数据，经过传输层传递给3D定位层，3D定位层对定位数据进行解算、转换、过滤和映射处理，再进行校准后将定位坐标与虚拟人和物绑定，实现在三维场景内的轨迹展示，实现电厂复杂厂房内连续镂空桥架式巡检通道等复杂线性定位场景及连续厂房平面、厂房平面与凸起岛状作业平面等复杂二维平面定位场景的不间断连续定位，并能够在三维场景内连续、稳定的可视化展示，从而实现了立体定位。从而实现了立体定位。从而实现了立体定位。