隧道施工人員定位管理系統的制作方法

隧道施工人員定位管理系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種隧道施工人員定位管理系統，包括：由進入隧道人員攜帶的人員定位信息卡，所述人員定位信息卡具有基于Zigbee的無線通信模塊；多個基站，根據隧道的現場情況布置于隧道內，各基站均具有基于Zigbee的無線通信模塊，構成無線定位網絡，與所述人員定位信息卡進行無線通信獲取定位信息；服務器，通過有線或無線方式連接一個或多個基站，接收各基站上傳的定位信息，本實用新型通過于隧道內建立Zigbee無線網絡，通過基站接收覆蓋范圍內的人員定位信息卡發送的無線信號并對其進行處理獲得定位信息后送至服務器分析處理，使隧道外的管理人員能夠實時了解隧道施工現場人員、機械設備的位置分布，并進行人員考勤管理。
【專利說明】隧道施工人員定位管理系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及隧道施工安全管理領域，特別是涉及一種隧道施工人員定位管理系統。

【背景技術】
[0002]盡管我國隧道修建理論和技術近年來得到了很大的發展，但由于隧道的特殊性，在修建過程中不確定因素仍然很多，存在著很大的風險。同時我國隧道修建過程中自動化水平不高，發生危險時，施工人員的生命安全常常受到很大的威脅。
[0003]20世紀90年代以后，隧道工程施工逐步邁向信息化時代，同時，巖土工程安全監控手段的硬件和軟件發展迅速，監控范圍不斷擴大，監測自動化系統、信息處理和資料分析系統、安全預報系統也在不斷推出和完善，目前在大壩、隧道、基坑、邊坡工程中已經涌現出一些針對性的監控系統。
[0004]我國在隧道及地下工程技術的運用程度和建設管理水平上與先進國家相比，還有較大的差距。其他與隧道大國的主要差距是機械裝備、監測手段以及技術可靠性保障系統方面。這些與國家快速發展的經濟形勢對隧道及地下工程建設的需求不相適應。
[0005]關于人員定位的相關應用在隧道內還很少，目前在國內隧道施工應用較廣泛的是在洞口設置門禁卡，但這種方式只能了解洞內人員數量，無法確定具體位置。而且由于隧道內深處沒有手機信號覆蓋，所以也難以和隧道內人員進行通訊和交互。
實用新型內容
[0006]為克服上述現有技術存在的不足，本實用新型之目的在于提供一種隧道施工人員定位管理系統，通過于隧道內建立Zigbee無線網絡，通過基站接收覆蓋范圍內的人員定位信息卡發送的無線信號并對其進行處理獲得定位信息后送至服務器分析，使隧道外的管理人員能夠實時了解隧道施工現場人員、機械設備的位置分布，并進行人員考勤管理。
[0007]為達上述及其它目的，本實用新型提出一種隧道施工人員定位管理系統，包括:
[0008]由進入隧道人員攜帶的人員定位信息卡，所述人員定位信息卡具有基于Zigbee的無線通信模塊；
[0009]多個基站，根據隧道的現場情況布置于隧道內，各基站均具有基于Zigbee的無線通信模塊，構成無線定位網絡，與所述人員定位信息卡進行無線通信獲取定位信息；
[0010]服務器，通過有線或無線方式連接一個或多個基站，接收各基站上傳的定位信息。
[0011]進一步地，所述人員定位信息卡包括Zigbee無線模塊、顯示裝置、按鍵電路、指示燈以及電池供電電路，所述Zigbee無線模塊與各基站進行無線通信，其內置一單片機，所述顯示裝置、按鍵電路、指示燈連接所述Zigbee無線模塊，所述電池供電電路與其他各部分連接以對其他部分供電。
[0012]進一步地,所述顯示裝置為液晶IXD顯示屏。
[0013]進一步地，每個基站包括Zigbee無線通信模塊以及數據處理單元，所述Zigbee無線通信模塊接收基站覆蓋范圍內的人員定位信息卡發送的無線信號，并將所述定位信息經各基站組成的無線網絡發送至所述服務器，所述數據處理單元與所述Zigbee無線通信模塊連接。
[0014]進一步地，所述人員定位信息卡固定于洞內人員身上或嵌在頭盔內。
[0015]與現有技術相比，本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統通過于隧道內建立Zigbee無線網絡，通過基站接收覆蓋范圍內的人員定位信息卡發送的無線信號并對其進行處理獲得定位信息后送至服務器分析，使隧道外的管理人員能夠實時了解隧道施工現場人員、機械設備的位置分布，并進行人員考勤管理，通過本實用新型，管理人員可實時掌握工作面及整個隧道人員的分布情況，非常方便施工管理人員對施工進度、勞動力的合理安排及時掌握和調度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統之架構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統之基站的結構示意圖；
[0018]圖3為本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統之服務器的架構示意圖；
[0019]圖4為本實用新型之隧道施工人員定位管理系統的工作流程圖；
[0020]圖5為本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統之人員定位信息卡的內部結構示意圖。

【具體實施方式】
[0021]以下通過特定的具體實例并結合【專利附圖】

【附圖說明】本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本實用新型的其它優點與功效。本實用新型亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基于不同觀點與應用，在不背離本實用新型的精神下進行各種修飾與變更。
[0022]圖1為本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統之架構示意圖。如圖1所示，本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統，包括:人員定位信息卡10、基站20以及服務器30。
[0023]其中人員定位信息卡10與基站20均具有基于ZigBee的無線通信模塊，基站20的個數可以為多個，其根據隧道的現場情況合理布置，構成無線定位網絡，例如在洞口處、區域入口處、工作面等重要地點可以多布置一些基站，而在隧道中可以少布置一些基站20，人員定位信息卡10由洞內人員攜帶，可固定于洞內人員身上或嵌在頭藍內，每個人員定位信息卡10有不同的編號，人員定位信息卡中的無線通信模塊(基于Zigbee)每隔幾秒向外發送一次數據(無線信號)，這些數據被周圍的基站20接收，基站20經過數據處理后可確定其周圍有哪些人員定位信息卡10。由于人員定位信息卡10和人員—對應,從而可以知道在基站附近有哪些人員。同時，各基站20根據基站接收到的人員定位信息卡10發送的無線信號的信號強度RSSI和信號質量LQI，可以得出攜帶該人員定位信息卡10的人員離基站大概有多遠。需說明的是，人員定位信息卡10在發送數據的間歇內會自動進入休眠狀態，從而達到省電的目的；服務器30接收基站20上傳的人員定位信息卡10的定位信息，并對其接收到的定位信息進行分析并顯示分析結果，同時將信息儲存在數據庫中，例如基站20將接收到的人員定位信息卡10對應的相關人員的身份等信息讀出并傳送回服務器30，定位信息經過服務器30處理后生成人員分布圖和人員分布表，從而在洞外就可以直觀地看到隧道內人員的分布情況，由于服務器30對該些信息的處理為常規的數據處理，在此不予贅述。
[0024]圖2為本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統之基站的結構示意圖。如圖2所示，基站20包括Zigbee無線通信模塊201以及數據處理單元202，Zigbee無線通信模塊201接收該基站覆蓋范圍內的人員定位信息卡10發送的無線信號，并將數據處理單元202處理后的定位信息經各基站組成的無線網絡發送至服務器30，數據處理單元202與Zigbee無線通信模塊201連接，將Zigbee無線通信模塊201接收的無線信號進行數據處理后得出各人員定位信息卡10的定位信息,并通過Zigbee無線通信模塊201經各基站組成的無線網絡發送至服務器30。具體地說，人員定位信息卡10中的基于Zigbee的無線通信模塊每隔幾秒向外發送一次數據(無線信號)，這些數據被周圍的基站20接收，數據處理單元202經過數據處理后可確定其周圍有哪些人員定位信息卡10。由于人員定位信息卡10和人員一一對應，從而可以知道在基站附近有哪些人員，同時，數據處理單元202根據接收到的人員定位信息卡10發送的無線信號的信號強度RSSI和信號質量LQI，可以得出攜帶該人員定位信息卡10的人員離基站大概有多遠。由于上述基站端的數據處理單元對定位信息的處理為現有技術，在此不予贅述。
[0025]圖3為本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統之服務器的架構示意圖。圖4為本實用新型之隧道施工人員定位管理系統的工作流程圖。服務器30包括數據處理分析模塊301、消息平臺302、消息發送終端303、消息客戶端304、預警消息配置模塊305以及存儲器306，其中數據處理分析模塊301對隧道內基站20上傳獲得的數據(定位信息)進行分析并儲存在存儲器306，進而供其他模塊對人員位置和警戒狀態進行判斷，例如數據處理分析模塊301通過定位信息可以跟蹤人員在洞內的運動軌跡，記錄他們經過的監測點和他們在各監測點的停留時間，數據處理分析模塊301還可進行考勤統計，自動記錄人員的進洞、出洞時間，并自動統計生成每日考勤、每月考勤報表等，為隧道施工提供考勤管理基礎信息，數據處理分析模塊301還可對隧道內各區域人員進行統計，可自動統計出各區域的人數，根據不同的情況采用兩種區域統計方法:對于有狹長入口的區域，可以采用入口統計法，與洞口考勤統計方法相同；對于沒有狹長入口的區域，可以采用基站和統計法，即將區域中各基站檢測到的人數相加得到區域總人數，另外，數據處理分析模塊301還可自動檢測出人員在洞內長時間(如8小時以上)未出的情況，并觸發消息客戶端304發出提示信息。
[0026]消息發送終端303以及消息平臺302以windows服務方式運行，保證計算機啟動后能自動運行，并提供監視功能，對不同來源的消息進行集中管理與發送，消息發送終端303以及消息平臺302用于實現各類預警信息的集中管理與發送，包括隱患報警信息分級發送、日常調度、安全管理系統隱患排查情況、通知等信息的群發；預警消息配置模塊305主要實現各監控子系統報警信息的組織管理，管理系統如辦公自動化、生產調度、安全管理系統等系統通過消息平臺302提供的接口組織相關消息；消息客戶端304主要負責將消息以桌面提醒方式進行提交，只要用戶打開計算機，就會彈出消息框提示。
[0027]在本實用新型較佳實施例中，服務器30通過主控電腦提供一個直觀的圖形顯示界面，直觀顯示隧道洞內示意圖及洞內各工作區域人員分布信息，信息內容包括:當前洞內總人數、當前洞內各區域人數及人員信息、當前各部門進洞人數及人員區域分布情況。
[0028]管理人員可利用主控電腦通過網絡訪問服務器30，實時了解隧道施工現場人員的位置分布，并進行人員考勤管理。它可實時掌握工作面及整個隧道人員的分布情況，非常方便施工管理人員對施工進度、勞動力的合理安排及時掌握和調度；同時，在隧道進入紅色警報或出現事故后，提供現場人員分布情況信息，并對現場人員發出警報和指令。
[0029]圖5為本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統之人員定位信息卡的內部結構示意圖。在本實用新型較佳實施例中，人員定位信息卡10是一個Zigbee無線網絡終端節點設備，它主要用于人員定位，同時可以與基站之間進行數據的收發，該人員定位信息卡10包括Zigbee無線模塊101、顯示裝置102、按鍵電路103、指示燈104以及電池供電電路105。
[0030]人員定位信息卡上的Zigbee無線模塊101能自動實現網絡的構架和數據的收發，內置了 C8051單片機，能將應用層控制程序嵌入。人員定位信息卡上提供了顯示裝置102、指示燈104以及按鍵電路103，其中顯示裝置102為液晶IXD顯示屏，指示燈104為LED指示燈，用于人機交互。電池供電電路105電采用了可充電鋰電池，并內置充電電路，外部留出了通用的接口方便設備充電。
[0031]人員定位信息卡在Zigbee無線網絡中移動到某個基站的覆蓋范圍時會通過Zigbee協議與基站建立聯系，服務器根據基站返回的周邊信息卡的信息來確定基站的位置。
[0032]可見，本實用新型之隧道施工人員定位管理系統可實現的以下功能:
[0033](1)隧道人員定位:在隧道的進出口、交叉道口、工作面、地面主要出入口等位置安裝基站。當攜帶有人員定位信息卡的人員進入基站檢測范圍時，基站可以將相關人員的身份等信息讀出并傳送回服務器。定位信息經過服務器處理后生成人員分布圖和人員分布表，從而在洞外就可以直觀地看到隧道內人員的分布情況。
[0034](2)路徑跟蹤:本實用新型可以跟蹤人員在洞內的運動軌跡，記錄他們經過的監測點和他們在各監測點的停留時間。
[0035](3)短消息:洞外管理人員可以通過服務器發送短消息呼叫洞內人員，洞內人員可以通過帶液晶LCD顯示屏的識別卡發送短消息到洞外系統。
[0036]本實用新型可以實現各類預警信息的集中管理與發送，包括隱患報警信息分級發送、日常調度、安全管理系統隱患排查情況、通知等信息的群發；系統具有預警信息收集與發送的分布式部署，桌面消息提醒功能，同時提供多重方式的消息接收(短信、計算機桌面客戶端、網頁)功能。
[0037](4)考勤統計:本實用新型可自動記錄人員的進洞、出洞時間，并自動統計生成每日考勤、每月考勤報表等，為隧道施工提供考勤管理基礎信息。
[0038](5)區域統計:本實用新型可自動統計出各區域的人數，根據不同的情況采用兩種區域統計方法。對于有狹長入口的區域，可以采用入口統計法，與洞口考勤統計方法相同；對于沒有狹長入口的區域，可以采用基站和統計法，即將區域中各基站檢測到的人數相加得到區域總人數。
[0039](6)數據存儲:本實用新型具有長期保存數據的能力，將考勤定位信息存入數據庫，并隨時可以方便地查詢到考勤定位歷史信息。
[0040](7)異常提示:本實用新型可以自動檢測出人員在洞內長時間(如8小時以上)未出的情況，并發出提示信息。
[0041]異常提示是本實用新型人性化管理的重要體現，它根據人員的身體狀況，可選擇允許某人在洞內的累計時間不能超過多少小時。具體確定由現場管理人員制定后輸入系統，系統內默認健康狀態良好的人員在洞內停留時間不超過10小時，健康狀態一般在洞內停留時間不超過8小時，健康狀態較差在洞內停留時間不超過6小時。一旦超過以上規定，系統就通過服務器提示。另外，系統可通過服務器發送指令到人員卡，通過振動傳送信息提醒盡快出洞。
[0042](8)網絡共享:本實用新型之服務器具有網絡共享功能，可以通過局域網訪問考勤定位信息，為隧道各部門及上級各層及時提供實時監測信息與歷史信息，為他們監督指揮決策提供重要依據。
[0043](9)洞內危險區域報警提示:在洞內設立報警功能，當該區域超過規定的安全人數時自動報警，可有效地阻止其他人員繼續進入。同時，當禁進區域有非法人員進入時自動報警，可有效地阻止人員違章進入，并將違章人員記錄在案，有效保證洞內作業環境的安全。
[0044]綜上所述，本實用新型一種隧道施工人員定位管理系統通過于隧道內建立Zigbee無線網絡，通過基站接收覆蓋范圍內的人員定位信息卡發送的無線信號并對其進行處理獲得定位信息后送至服務器分析，使隧道外的管理人員能夠實時了解隧道施工現場人員、機械設備的位置分布，并進行人員考勤管理，通過本實用新型管理人員可實時掌握工作面及整個隧道人員的分布情況，非常方便施工管理人員對施工進度、勞動力的合理安排及時掌握和調度；同時，本實用新型在隧道進入紅色警報或出現事故后，可提供現場人員分布情況信息，便于實施營救或采取應急措施；另外，本實用新型的收發短消息功能極大地方便洞內與洞外人員及時溝通，一旦洞內發生事故，救援人員可以根據本實用新型所提供的數據、圖表，迅速了解洞內人員的位置情況，從而及時采取相應的救援措施，提高應急救援工作的效率。
[0045]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何本領域技術人員均可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本實用新型的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
【權利要求】
1.一種隧道施工人員定位管理系統，其特征在于，所述系統包括: 由進入隧道人員攜帶的人員定位信息卡，所述人員定位信息卡具有基于Zigbee的無線通信模塊； 多個基站，根據隧道的現場情況布置于隧道內，各基站均具有基于Zigbee的無線通信模塊，構成無線定位網絡，與所述人員定位信息卡進行無線通信獲取定位信息； 服務器，通過有線或無線方式連接一個或多個基站，接收各基站上傳的定位信息； 所述人員定位信息卡包括Zigbee無線模塊、顯示裝置、按鍵電路、指示燈以及電池供電電路，所述Zigbee無線模塊與各基站進行無線通信，其內置一單片機，所述顯示裝置、按鍵電路、指示燈連接所述Zigbee無線模塊，所述電池供電電路與其他各部分連接以對其他部分供電； 每個基站包括Zigbee無線通信模塊以及數據處理單元，所述Zigbee無線通信模塊接收基站覆蓋范圍內的人員定位信息卡發送的無線信號，并將所述定位信息經各基站組成的無線網絡發送至所述服務器，所述數據處理單元與所述Zigbee無線通信模塊連接； 所述服務器包括數據處理分析模塊、消息平臺、消息發送終端、消息客戶端、預警消息配置模塊以及存儲器。
2.如權利要求1所述的一種隧道施工人員定位管理系統，其特征在于:所述顯示裝置為液晶IXD顯示屏。
3.如權利要求1所述的一種隧道施工人員定位管理系統，其特征在于:所述人員定位信息卡固定于洞內人員身上或嵌在頭盔內。
【文檔編號】E21F17/18GK204069358SQ201420166081
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2014年4月8日
【發明者】葉英, 楊新銳, 張智明 申請人:北京市市政工程研究院