TDOA teknolojisine dayalı fabrika personeli güvenlik konumlandırma sisteminin tasarımı
0 Önsöz
Modern bir fabrika artık basit bir üretim ve işleme alanı değil, ofis alanları, üretim araştırma ve geliştirme, özel operasyonlar, depolar, restoran lojistiği, otoparklar ve diğer yerleri içeren karmaşık bir alandır. Kimya tesislerinde yangın ve patlamalar, makine fabrikalarında mekanik yaralanmalar, şantiyelerde yüksek yerlerden düşmeler ve üretim atölyelerinde toz patlamaları dünyanın her yerinde sık sık meydana gelir.Bunların çoğu güvenli olmayan insan davranışları veya emniyetsiz koşullardan kaynaklanır. Yani güvenli üretim, fabrikanın hayatta kalmasının temelidir. Aynı zamanda, fabrika personelinin çeşitliliği, yöneticilerin daha fazla enerji ve zaman harcamasına neden olur, ancak nihai etki çok tatmin edici değildir.
Mevcut Zaman Farkı (TDOA) teknolojisi, net teori, optimize edilmiş konumlandırma yöntemi, yüksek konumlandırma doğruluğu ve ultra geniş bant UWB darbelerinin güçlü penetrasyonu, sinyal doğruluğu ve hızlı hız avantajlarına sahip olduğundan, bu makale öneriyor Konumlandırma teknolojisine dayalı bir fabrika personeli güvenlik konumlandırma sisteminin tasarım şeması, çok yönlü bir analiz ve modern fabrikaların gizli tehlikelerinin bir özeti ile birlikte, yukarıda belirtilen güvenli olmayan sorunlar için bir personel güvenliği konumlandırma güvenlik sistemi tasarlar. Tüm güvenlik konumlandırma sistemi, sistem yapısı tasarımı, önleme ve kontrol fonksiyonu tasarımı ve operasyon süreci tasarımı ile tasarlanmıştır.Sadece geleneksel video gözetimini desteklemekle kalmaz, aynı zamanda tüm fabrika personelinin ve makinelerinin yönetim verimliliğini de geliştirir.
TDOA konumlandırması basitçe varış zaman farkı, yani UWB (Ultra Geniş Bant) ultra geniş bant darbe sinyalini sinyali alan iki baz istasyona (Baz İstasyonu) gönderen mobil istasyon (Mobil istasyon) arasındaki zaman farkı olarak anlaşılır. Sistemin, hareketli hedeflerin dengesiz saatlerinin neden olduğu hataları önlemek için yalnızca baz istasyonları arasında saatleri senkronize etmesi gerekir. TDOA konumlandırma teknolojisinin, mutlak zaman noktasından ziyade yalnızca zaman farkını, küçük zaman hatası ve yüksek konumlandırma doğruluğu ile elde etmesi gerekir. Varış Zamanı (TOA) konumlandırma teknolojisi, baz istasyonunun hareketli hedef ile sıkı bir zaman senkronizasyonu sürdürmesini gerektirir ki bu çoğu durumda elde edilmesi zordur.
1.1 TDOA konumlandırma prensibi
TDOA konumlandırma teknolojisi, güvenlik konumlandırma sisteminin önemli bir temelidir. TDOA konumlandırma ilkesi hiperbolik özellikten türetilmiştir, yani hiperbol üzerindeki herhangi bir nokta ile iki odak noktası arasındaki mesafe eşittir.Şekil 1, L1, L2 ve L3'ün sırasıyla ölçülecek hedefi baz istasyonu 1'e hareket ettirdiği iki kesişen hiperbolik eğri gösterir. (BS1), baz istasyonu 2 (BS2), baz istasyonu 3 (BS3) mesafesi.
1.2 TDOA konumlandırma algoritması
Ölçülecek hareketli hedefin koordinatlarının (x, y, z) olduğu varsayılırsa, n'inci baz istasyonunun koordinatları (xn, yn, zn) olarak bilinir ve ilk baz istasyonu, üç boyutlu türetmek için saat referans baz istasyonu olarak kullanılır. Üç boyutlu uzay matematiksel denklemleri:
Üç boyutlu uzay matematiksel denklemlerini çözün:
Gauss-Markov teoremi, her bir hata vektörü bileşeninin varyansı aynı olduğunda, minimum hata varyansı konumlandırma doğruluğunun en iyiye ulaştığını gösterir.
2 Güvenlik konumlandırma sistemi tasarımı
Güvenlik konumlandırma sisteminin tasarım sürecinde, TDOA konumlandırma teknolojisinin özelliklerine göre, bu makale sistemin ana gövdesini sistematik ve net bir şekilde üç kısımda sunmaktadır: sistem yapısı tasarımı, önleme ve kontrol fonksiyonu tasarımı ve operasyon süreci tasarımı.
2.1 Yapısal tasarım
Güvenlik konumlandırma sistemi ve mevcut güvenlik sistemi birbiriyle çatışmayacak ve yardımcı bir role sahip olacak ve orijinal güvenlik etkisini artıracaktır. Bu amaç olarak, konumlandırma güvenlik sisteminin yapı şeması Şekil 2'de gösterildiği gibi tasarlanmıştır. Tüm konumlandırma sistemi üç bölümden oluşur: darbe sinyali alma ve işleme, kablosuz ağ kapsama sistemi ve terminal kontrol görüntüleme sistemi (işlevsel entegrasyona ihtiyaç varsa, terminal Kontrol görüntüleme sistemi ve kontrol odası terminali erken uyarı ve kontrol sistemi tek bir sistemde birleştirilebilir).
Darbe sinyali alma ve işleme için ekipman oluşturmanın üç yolu vardır: mevcudiyet konumlandırma, tek boyutlu konumlandırma, iki boyutlu ve üç boyutlu konumlandırma. Şekil 2'den görülebileceği gibi, mevcudiyet konumlandırması bir mikro baz istasyonu tarafından tamamlanabilir Tek boyutlu konumlandırma iki mikro baz istasyonu gerektirir ve iki boyutlu ve üç boyutlu konumlandırma üç veya daha fazla mikro baz istasyonu gerektirir. Darbe sinyali alma ve işleme süreci, elektronik etiketin belirli bir kodlanmış sinyal göndermekten sorumlu olması ve mikro baz istasyonunun sinyali alması ve ikisi arasındaki mesafeyi hesaplamak için kodunu çözmesidir. Kablosuz ağ kapsama sistemi, kablosuz ağ kapsama alanı için geniş banda bağlanmak üzere bir iletişim modemi kurmak için esas olarak fabrikanın mevcut güç hattı sistemini kullanır.Mikro baz istasyonu, veri bilgisi iletimini gerçekleştirir ve kablosuz ağ üzerinden sistemle alışveriş yapar. , İletim hızı hızlıdır ve geleneksel karmaşık ağ kablolamasından kaçınılır, bu da verimliliği artırır ve maliyetleri düşürür. Terminal kontrol görüntüleme sistemi, mikro baz istasyonu tarafından ağ üzerinden iletilen veri bilgilerini, yani her bir elektronik etiket ile mikro baz istasyonu arasındaki mesafeyi elde etmekte ve daha sonra sistem ölçülecek hareketli hedefin koordinatlarını programlanmış MATLAB algoritması ile elde etmektedir.
2.2 Önleme ve kontrol fonksiyonlarının tasarımı
TDOA konumlandırma teknolojisi, güvenlik konumlandırma sisteminin temel ve önemli bir parçasıdır, ancak fabrikadaki çeşitli gizli güvenlik tehlikelerine yönelik hedeflenen işlevsel tasarımı gerçekleştirmek için TDOA konumlandırma teknolojisini ve makine görme teknolojisini kullanmak gerekir.Şekil 3, hassas konumlandırmayı gösterir. Güvenli olmayan durum izleme sistemi, makine ile görerek inceleme personel erişimini, gerçek zamanlı sanal kordonu, elektronik kordonu ve alarm cihazlarını içerir.
Fabrika çalışanlarının ve dışarıdan gelenlerin konumlandırılması elektronik çalışma kartı etiketleri ile donatılmalıdır.Sistem, konumlandırmayı elde etmek için ilgili personelin veya makinelerin koordinatlarını hesaplamak için elektronik çalışma kartı tarafından gönderilen gerçek zamanlı darbe sinyalini kullanır. Bazı atölyelerdeki geniş alan nedeniyle, geleneksel çok yönlü kontrol kamerası yerine döner bir pan-tilt kamera kullanılır ve pan-tilt dönen kamerayı kontrol etmek için konumlandırma sistemi kullanılır. Tüm atölye, koordinat noktaları olarak insan ve makinelerin kullanıldığı üç boyutlu bir koordinat sistemine eşdeğerdir.Atölyedeki tehlikeli alanlar ve özel operasyon alanları, yüksek voltajlı tehlikeli alanlar, depolar vb. Gibi hiyerarşik izinlere sahip sanal alanlara bölünmüştür. Personel sete girdikten sonra Kimlik bilgileri şebekede tanımlanacak ve değerlendirilecek ve özel olmayan operatörler veya yetkisi olmayan yabancılar giriş yaptığında hemen bir alarm üretilecek ve sınırlandırılmış aralıktaki kamera ekipmanı fotoğraf çekecek ve bilgileri kaydedecektir.
Personel konumlandırmasına ek olarak, sistem ayrıca çalışanlar için özel iş kıyafetleri, koruyucu kasklar ve yalıtım eldivenleri gibi güvenli olmayan durum izleme ile donatılmıştır.Sonuçlar kamera çekimi ile terminal kontrol sistemi ve erken uyarı sisteminde analiz edilir ve işlenir.Şekil 4 kontrolü gösterir. Oda terminali erken uyarı ve kontrol sistemi. Görme algoritmaları açısından sistem, çeşitli güvenli olmayan koşullarla başa çıkmak için daha gelişmiş sinir ağları, makine öğrenimi, büyük veri işleme ve diğer teknolojileri ekler.
2.3 İşlem süreci tasarımı
Elektronik etiket (ultra geniş bantlı darbe, anahtarlama transistörünün kısa süreli iyi huylu çığ etkisini kullanır) belirli bir kodlanmış darbe sinyali iletir, mikro baz istasyonu darbe süresini alır, zaman farkı üzerinden elektronik etiket ile baz istasyonu arasındaki mesafeyi hesaplar ve hareketli hedef koordinatlarını hesaplamak için TDOA konumlandırma ilkesini kullanır. Güvenlik konumlandırma sistemi, bölünmüş alana göre tanımlama ve izleme gerçekleştirir, tehlikeli bölgeye ulaşan profesyonel olmayan işçilerin güvensiz durumunu analiz eder ve işler ve son olarak terminal kontrol sistemi aracılığıyla bir uyarı verir ve gerçek zamanlı durum bilgilerini sınıflandırır ve kaydeder. Sistemin tamamı otomatiktir ve yöneticiler bilgi kayıtlarını herhangi bir zamanda görüntüleyebilir İş akışı Şekil 5'te gösterilmektedir.
3 Sistem sonuçlarının analizi
Personel güvenlik konumlandırma sistemi, algoritma yazma, yazılım üretimi ve sistem işlevi tasarımını gerçekleştiren TDOA konumlandırma teknolojisine dayanmaktadır. Eksiksiz ekipman kurulumu öncülüğünde, elektronik etiket ile mikro baz istasyonu arasındaki mesafe ölçüm hatası 0.1 m içinde kontrol edilir; TDOA konumlandırma algoritması ile elde edilen personel koordinatları, yatay ve dikey eksen hataları 0.2 m içinde kontrol edilir; sanal kordon, elektronik kordon duvarı Alan doğru şekilde bölünmüştür ve personel ve makinelerin konum bilgileriyle etkileşim doğrudur; kamera bağlantısı açısından, koordinat bilgileri kameranın pan / tilt dönüşünü kontrol edebilir; video bilgileri, erken uyarı bilgilerinin zamanında geri bildirimini sağlamak için sistemin makine görme algoritması tarafından işlenebilir; görüntüleme ve kayıt işlevini kullanın , Yöneticiler herhangi bir zamanda personel konumu hakkında bilgi alabilir ve bilgileri takip edebilir, gerçek zamanlı kamera resimlerini çağırabilir ve yoklama istatistiklerini sayabilir. Mevcut deneysel koşullar kullanılarak üç grup deney gerçekleştirilmiş, deneysel sonuçlar ve hata analizi Tablo 1'de gösterilmiştir.
4. Sonuç
Bu makalede önerilen TDOA konumlandırma teknolojisine dayalı fabrika güvenlik konumlandırma sistemi, modern izleme sistemleri için düşük maliyetli, düşük enerjili, yüksek verimli ve yüksek güvenilirliğe sahip bir yardımcı sistemdir. Ana özellikler şunları içerir:
(1) Saat hatası probleminin üstesinden gelebilen ve doğruluğu geliştirme amacına ulaşabilen en son pratik TDOA konumlandırma teknolojisi benimsenmiştir. Bu teknik, hiperbolik özelliklerden yararlanır ve matrisi en küçük karelerle çözerek en doğru koordinatları elde eder.
(2) Düzenli bir şekilde yönetilmesi zor olan büyük ve karmaşık modern büyük ölçekli fabrikalar sorununu çözün. Bu tasarımda fabrika personeli, çalışma ve çalışma alanının türüne göre mekana bölünmüş olup, sistem personelin erişim ve devam durumunu hızlı bir şekilde kaydedebilmekte, ayrıca fabrikadaki hareket yörüngesini kaydedebilmektedir.
(3) Modern fabrikanın video gözetim sistemi ile entegrasyon yardımını tamamladı. Sistem, çalışanın koordinatlarını her zaman ve her yerde görüntülemek için isim veya numarayı girebilir ve koordinat alanının durumunu görüntülemek için koordinat alanındaki kamerayı arayarak gerçek zamanlı gözetim kamerası bağlantısını gerçekleştirebilir.
(4) Sinir ağı, makine öğrenimi, büyük veri işleme ve diğer teknolojiler, personelin güvenli olmayan koşullarıyla başa çıkmak ve sistemin erken uyarı yeteneklerini geliştirmek için kullanılır.
(5) Modern video gözetim sistemlerindeki eksiklikleri tamamlar ve büyük güvenlik ihtiyaçları olan büyük fabrikalar ve endüstriler için güvenilir ve etkili bir tasarım temeli sağlar.
Referanslar
Mou Xiaolong. Ultra geniş bant kablosuz konumlandırma algoritmasının performans analizi Qingdao: Ocean University of China, 2012.
Ouyang Yongyan, Fan Xiangning, Xu Pingping, ve diğerleri.Ultra Geniş Bant Radyoda Nanosaniye Darbe Üretimi Araştırması Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2003, 29 (7): 44-45.
Ma Gang. ZigBee'ye dayalı yer altı personel izleme ve konumlandırma sisteminin tasarımı ve uygulaması Dalian: Dalian University of Technology, 2008.
You Zhanqing Radyo Frekansı Tanımlama Teorisi ve Uygulaması (RFID) Beijing: Electronic Industry Press, 2004.
Tian Long, Liu Zongtian. Parçalı çizgi uydurmanın en küçük kareler yöntemi Bilgisayar Bilimleri, 2012, 39 (6A): 482-484.
Li Xiaohui, Liu Ya, Zhang Lirong.Ultra geniş bant iç mekan konumlandırma sistemi Ölçüm ve kontrol teknolojisi, 2007 (7): 1-2.
yazar bilgileri:
Hu Zifei, Wen Guojun, Liang Jingpu, Xia Yu
(Mekanik ve Elektronik Bilgi Okulu, Çin Yerbilimleri Üniversitesi (Wuhan), Wuhan 430074, Hubei)
