《變電站多目標精確定位系統》是國家電網公司、江蘇省電力公司和江蘇省電力公司無錫供電公司於2013年10月21日申請的發明專利，該專利的申請號為2013104955939，公布號為CN103592629A，授權公布日為2014年2月19日，發明人是諸軍、董斌、吳曦、姜華、王崢。
《變電站多目標精確定位系統》包括智慧型定位終端、聲定位信標節點及無線數據傳輸基站；智慧型定位終端，能與聲定位信標節點配合後對聲定位信標節點進行時間同步，其後發出超音波定位信號；聲定位信標節點，通過與智慧型定位終端配合後進行時間同步，能對智慧型定位終端發出的超音波信號進行解碼以得到定位信息，並將定位信息傳輸至無線數據傳輸基站；無線數據傳輸基站，根據聲定位信標節點傳輸的定位信息處理後得到佩戴智慧型定位終端的作業人員的位置坐標。該發明能對變電站內現場設備進行定位，對操作人員進行識別以及動態定位，確保操作人員按規定操作，對超範圍、逾時間、操作對象錯誤或破壞安全措施的違規作業提供報警依據。
2016年12月7日，《變電站多目標精確定位系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《變電站多目標精確定位系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：變電站多目標精確定位系統
- 公布號：CN103592629A
- 公布日：2014年2月19日
- 申請號：2013104955939
- 申請日：2013年10月21日
- 申請人：國家電網公司、江蘇省電力公司、江蘇省電力公司無錫供電公司
- 地址：北京市西城區西長安街86號
- 發明人：諸軍、董斌、吳曦、姜華、王崢
- Int.Cl.：G01S5/22(2006.01)I、G08C17/02(2006.01)I、H04W84/18(2009.01)I
- 代理機構：無錫市大為專利商標事務所
- 代理人：殷紅梅
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
安全生產是電力企業各項工作的基礎，隨著電網的不斷發展，變電站的數量日益增加，安全生產確保電網穩定運行顯得尤為重要。變電運維在電力系統中承擔著變電站的運維管理、倒閘操作和事故處理等重要工作，是保證電網安全、穩定和經濟運行的執行者，安全壓力逐漸增大。為加強變電運維安全管理，預防變電站安全事故，許多公司、組織、團體都在積極研究實用於變電運維現場的安全防護技術，力求保證變電運維作業現場的可控、能控、在控。
根據實際運行情況，控制作業實踐活動中的危險源是建立現場安全防護的關鍵。2013年10月前，一些變電站的運維藉助視頻監控、RFID（Radio Frequency IDentification）、遠程調度等技術，來實現現場安全生產管理。其中現較多使用視頻監控技術遠程監控管理手段，掌控現場人員的工作狀態。但是，在實際套用過程中，由於視頻監控設備安裝相對固定，留有觀察死角，安全防護與監控實效性不高。RFID通過作業人員攜帶的RFID標籤與RFID讀寫器配合工作，監控人員是否在某一區域，其作用區域狹小、識別過程需要人員主動配合，不能實現自動實時監控。遠程調度是指作業人員在遠離作業設備控制室中，通過操作電腦對作業設備進行操作，保證了作業人員的人身安全。此項技術並不能覆蓋所有的設備操作作業，有些設備操作作業還需在現場有作業人員親自動手完成。
發明內容
專利目的
《變電站多目標精確定位系統》的目的是克服2013年10月前已有技術中存在的不足，提供一種變電站多目標精確定位系統，其能對變電站內現場設備進行定位，對操作人員進行識別以及動態定位，確保操作人員按規定操作，對超範圍、逾時間、操作對象錯誤或破壞安全措施的違規作業提供報警依據，安全可靠。
技術方案
一種變電站多目標精確定位系統，所述定位系統包括智慧型定位終端、聲定位信標節點及無線數據傳輸基站，其中：智慧型定位終端，佩戴於作業人員身上，在接收到無線數據傳輸基站發出的時間同步信號後，能與聲定位信標節點配合後對聲定位信標節點進行時間同步，在時間同步完成後，發出超音波定位信號；聲定位信標節點，固定在設定空間內並有具體位置坐標，能接收無線數據傳輸基站傳輸的時間同步信號以及智慧型定位終端發出的超音波定位信號；在接收到時間同步信號後，通過與智慧型定位終端配合後進行時間同步，能對智慧型定位終端發出的超音波信號進行解碼以得到定位信息，並將定位信息傳輸至無線數據傳輸基站；無線數據傳輸基站，安裝於設定空間內，根據聲定位信標節點傳輸的定位信息處理後得到佩戴智慧型定位終端的作業人員的位置坐標。
所述無線數據傳輸基站在對聲定位信標節點傳輸的解碼後信息進行處理時，無線數據傳輸基站需要接收不低於四個聲定位信標節點傳輸的定位信息，所述定位信息包括超音波定位信號到達聲定位信標節點的時間，無線數據傳輸基站計算在同一時間基準下智慧型定位終端發出超音波定位信號到達不同聲定位信標節點之間的時間差，利用三邊測量法得到佩戴智慧型定位終端的作業人員的位置坐標。
所述智慧型定位終端發出的超音波定位信號為採用超音波擴頻編碼技術的超音波信號，超聲頻定位信號的頻段為20千赫～25千赫。
所述智慧型定位終端測量所述智慧型定位終端所處環境的終端環境溫濕度值，並將所述終端環境溫濕度值通過超音波定位信號傳輸至聲定位信標節點；聲定位信標節點同時測量所述聲定位信標節點所處環境的節點環境溫濕度值，聲定位信標節點將解碼後的終端環境溫濕度值以及節點環境溫濕度值均傳輸至無線數據傳輸基站，無線數據傳輸基站對終端環境溫濕度值以及節點環境溫濕度值處理後對定位信息進行溫濕度補償。
所述無線數據傳輸基站與後台監控伺服器連線，無線數據傳輸基站將佩戴智慧型定位終端的作業人員的位置坐標傳輸至後台監控伺服器內，以在後台監控伺服器內形成作業人員移動軌跡跟蹤。
所述聲定位信標節點通過乙太網將定位信息傳輸至無線數據傳輸基站。
所述智慧型定位終端包括終端處理器，所述終端處理器的輸出端通過音頻DAC電路、功率放大器與揚聲器連線，終端處理器的輸入端與終端溫濕度感測器連線，終端處理器還與終端無線通訊模組連線。
所述聲定位信標節點包括節點處理器，節點處理器的輸入端通過聲波接收電路與MEMS麥克風連線，節點處理器還與節點無線通訊模組及節點乙太網模組連線，節點處理器的輸入端還與節點溫濕度感測器連線。
所述無線數據傳輸基站包括基站處理器，所述基站處理器分別與基站無線通訊模組及基站乙太網模組連線
改善效果
《變電站多目標精確定位系統》智慧型定位終端發出的超音波信號採用超音波擴頻編碼，在相同功率輸出下超音波信號傳輸距離成倍提升，智慧型定位終端內設定不同的為隨機碼，聲定位信標節點可以同時識別多個智慧型定位終端發出的超音波定位信號、並同時具有較高的實時性，定位時間周期極短，能夠有效的抵抗由於建築物及其他固體反射引起的多徑效應，能夠有效的抵抗目標在移動過程中產生的都卜勒效應，具有較高的可靠性與定位精度。無線數據傳輸基站、聲定位信標節點及智慧型定位終端間的無線時間同步技術具有占用無線頻寬極少、精度高，作用範圍廣，其節點數量不受限制，能對變電站內現場設備進行定位，對操作人員進行識別以及動態定位，確保操作人員按規定操作，對超範圍、逾時間、操作對象錯誤或破壞安全措施的違規作業提供報警依據，安全可靠。
附圖說明
圖1為《變電站多目標精確定位系統》的使用狀態示意圖。
圖2為該發明利用三邊測量法進行位置計算的結構示意圖。
圖3為該發明聲定位信標節點區分不同智慧型定位終端的示意圖。
圖4為該發明進行時間同步的示意圖。
圖5為該發明的連線示意圖。
圖6為該發明聲定位信標節點的結構框圖。
圖7為該發明聲定位信標節點中MEMS麥克風與節點處理器連線的電路原理圖。
圖8為該發明聲定位信標節點的工作流程圖。
圖9為該發明智慧型定位終端的結構框圖。
圖10為該發明無線數據傳輸基站的結構框圖。
附圖示記說明：1-變電站、2-變壓室、3-無線數據傳輸基站、4-聲定位信標節點、5-基站連線器、6-後台監控伺服器、7-智慧型定位終端、8-節點處理器、9-節點電源、10-MEMS麥克風、11-聲波接收電路、12-節點無線通訊模組、13-節點接口電路、14-節點溫濕度感測器、15-節點乙太網模組、16-終端處理器、17-鋰電池、18-電源管理器、19-終端溫濕度感測器、20-終端接口電路、21終端無線通訊模組、22-音頻DAC電路、23-功率放大器、24-揚聲器、25-基站處理器、26-基站電源、27-基站無線通訊模組、28-基站通訊接口電路、29-基站乙太網模組及30-模數轉換電路。
技術領域
《變電站多目標精確定位系統》涉及一種定位系統，尤其是一種變電站多目標精確定位系統，屬於變電站定位的技術領域。
權利要求
1.一種變電站多目標精確定位系統，其特徵是，所述定位系統包括智慧型定位終端（7）、聲定位信標節點（4）及無線數據傳輸基站（3），其中：智慧型定位終端（7），佩戴於作業人員身上，在接收到無線數據傳輸基站（3）發出的時間同步信號後，能與聲定位信標節點（4）配合後對聲定位信標節點（4）進行時間同步，在時間同步完成後，發出超音波定位信號；聲定位信標節點（4），固定在設定空間內並有具體位置坐標，能接收無線數據傳輸基站（3）傳輸的時間同步信號以及智慧型定位終端（7）發出的超音波定位信號；在接收到時間同步信號後，通過與智慧型定位終端（7）配合後進行時間同步，能對智慧型定位終端（7）發出的超音波信號進行解碼以得到定位信息，並將定位信息傳輸至無線數據傳輸基站（3）；無線數據傳輸基站（3），安裝於設定空間內，根據聲定位信標節點（4）傳輸的定位信息處理後得到佩戴智慧型定位終端（7）的作業人員的位置坐標。
2.根據權利要求1所述的變電站多目標精確定位系統，其特徵是：所述無線數據傳輸基站（3）在對聲定位信標節點（4）傳輸的解碼後信息進行處理時，無線數據傳輸基站（3）需要接收不低於四個聲定位信標節點（4）傳輸的定位信息，所述定位信息包括超音波定位信號到達聲定位信標節點（4）的時間，無線數據傳輸基站（3）計算在同一時間基準下智慧型定位終端（7）發出超音波定位信號到達不同聲定位信標節點（4）之間的時間差，利用三邊測量法得到佩戴智慧型定位終端（7）的作業人員的位置坐標。
3.根據權利要求1所述的變電站多目標精確定位系統，其特徵是：所述智慧型定位終端（7）發出的超音波定位信號為採用超音波擴頻編碼技術的超音波信號，超聲頻定位信號的頻段為20K~25千赫。
4.根據權利要求1所述的變電站多目標精確定位系統，其特徵是：所述智慧型定位終端（7）測量所述智慧型定位終端（7）所處環境的終端環境溫濕度值，並將所述終端環境溫濕度值通過超音波定位信號傳輸至聲定位信標節點（4）；聲定位信標節點（4）同時測量所述聲定位信標節點（4）所處環境的節點環境溫濕度值，聲定位信標節點（4）將解碼後的終端環境溫濕度值以及節點環境溫濕度值均傳輸至無線數據傳輸基站（3），無線數據傳輸基站（3）對終端環境溫濕度值以及節點環境溫濕度值處理後對定位信息進行溫濕度補償。
5.根據權利要求1所述的變電站多目標精確定位系統，其特徵是：所述無線數據傳輸基站（3）與後台監控伺服器（6）連線，無線數據傳輸基站（3）將佩戴智慧型定位終端（7）的作業人員的位置坐標傳輸至後台監控伺服器（6）內，以在後台監控伺服器（6）內形成作業人員移動軌跡跟蹤。
6.根據權利要求1所述的變電站多目標精確定位系統，其特徵是：所述聲定位信標節點（4）通過乙太網將定位信息傳輸至無線數據傳輸基站（3）。
7.根據權利要求1所述的變電站多目標精確定位系統，其特徵是：所述智慧型定位終端（7）包括終端處理器（16），所述終端處理器（16）的輸出端通過音頻DAC電路（22）、功率放大器（23）與揚聲器（24）連線，終端處理器（16）的輸入端與終端溫濕度感測器（19）連線，終端處理器（16）還與終端無線通訊模組（21）連線。
8.根據權利要求1所述的變電站多目標精確定位系統，其特徵是：所述聲定位信標節點（4）包括節點處理器（8），節點處理器（8）的輸入端通過聲波接收電路（11）與MEMS麥克風（10）連線，節點處理器（8）還與節點無線通訊模組（12）及節點乙太網模組（15）連線，節點處理器（8）的輸入端還與節點溫濕度感測器（14）連線。
9.根據權利要求1所述的變電站多目標精確定位系統，其特徵是：所述無線數據傳輸基站（3）包括基站處理器（25），所述基站處理器（25）分別與基站無線通訊模組（27）及基站乙太網模組（29）連線。
實施方式
如圖1所示：為了能對變電站內現場設備進行定位，對操作人員進行識別以及動態定位，確保操作人員按規定操作，對超範圍、逾時間、操作對象錯誤或破壞安全措施的違規作業提供報警依據，《變電站多目標精確定位系統》所述定位系統包括智慧型定位終端7、聲定位信標節點4及無線數據傳輸基站3，其中：智慧型定位終端7，佩戴於作業人員身上，在接收到無線數據傳輸基站3發出的時間同步信號後，能與聲定位信標節點4配合後對聲定位信標節點4進行時間同步，在時間同步完成後，發出超音波定位信號；聲定位信標節點4，固定在設定空間內並有具體位置坐標，能接收無線數據傳輸基站3傳輸的時間同步信號以及智慧型定位終端7發出的超音波定位信號；在接收到時間同步信號後，通過與智慧型定位終端7配合後進行時間同步，能對智慧型定位終端7發出的超音波信號進行解碼以得到定位信息，並將定位信息傳輸至無線數據傳輸基站3；無線數據傳輸基站3，安裝於設定空間內，根據聲定位信標節點4傳輸的定位信息處理後得到佩戴智慧型定位終端7的作業人員的位置坐標。
具體地，智慧型定位終端7、聲定位信標節點4及無線數據傳輸基站3均位於變電站1內的變壓室2內，變電站1內設定一個或一個以上的變壓室2，聲定位信標節點4均勻分散地固定在監控區域牆面或天花板上，無線數據傳輸基站3安裝在變壓室2的入口處，智慧型定位終端7佩戴在進入變壓室2的作業人員身上，《變電站多目標精確定位系統》實施例中，一個變壓室2即為一個監控區域，圖1中示出了變電站1內設定三個變壓室2的結構，每個變壓室2內均設定無線數據傳輸基站3以及聲定位信標節點4，一般地，一個變壓室2內設定至少四個聲定位信標節點4，聲定位信標節點4安裝後具有自己固定的位置坐標。
所述智慧型定位終端7發出的超音波定位信號為採用超音波擴頻編碼技術的超音波信號，超聲頻定位信號的頻段為20K～25千赫。《變電站多目標精確定位系統》實施例中，採用了超音波擴頻編碼技術，超音波擴頻編碼技術使用了偽隨機噪聲編碼技術與正交擴頻編碼技術相結合，使用20K～25K超音波頻率段，能夠擴展超音波傳播距離，減少聲定位信標節點鋪設個數，使系統更具有可用性，對超音波定位信號使用了偽隨機噪聲編碼技術，原理為使用連續傳送一組窄脈衝，時間總長度拉長，使得脈衝組總能量增加，從而定位距離成倍提升。
為了實現多目標區分能力，是採用了自相關、互相關特性優異的偽隨機噪聲編碼方式，碼相位對齊，還原出寬脈衝，碼相位不對齊，只得到噪聲。利用偽隨機編碼後，可同時保留窄脈衝和寬脈衝定位的好處，且其互相關性優異性，可保證良好的多目標正交性，實現多目標碼序列區分，並通過對不同的智慧型定位終端7分配不同的偽隨機碼，這些偽隨機碼互相之間有較好的互相關性，從而聲定位信標節點4能根據不同偽隨機碼區分出相應智慧型定位終端7。同時多目標碼序列區分，可以實現多目標同時發出超聲定位信號其互相之間信號不受干擾，在時間上無需錯峰，有效降低多目標定位所需總體時間，確保系統實時性不受目標數量的影響。《變電站多目標精確定位系統》實施例中，多目標是指在監控區域內具有多個智慧型定位終端7，並能對多個智慧型定位終端7同時進行定位。
為了提高系統的定位精度與可靠性，利用編碼的正交性，使得多徑信號可分，考慮到直射徑信號最先到達，因此選取最先到達的信號分量，拋棄其他分量，解決超音波在室內由於物體反射引起的多徑效應。由於定位的目標是可以自由移動的人員，其在移動過程中超音波定位信號會產生都卜勒效應，使信號頻率偏移。為解決都卜勒效應帶來的問題，在超音波擴頻編碼信號前，先發射固定頻率的超音波信號，以便聲定位信標節點估計出都卜勒頻移，進行頻率補償，修正移動物體會引起超音波信號的都卜勒效應。
所述無線數據傳輸基站3在對聲定位信標節點4傳輸的解碼後信息進行處理時，無線數據傳輸基站3需要接收不低於四個聲定位信標節點4傳輸的定位信息，所述定位信息包括超音波定位信號到達聲定位信標節點4的時間，無線數據傳輸基站3計算在同一時間基準下智慧型定位終端7發出超音波定位信號到達不同聲定位信標節點4之間的時間差，利用三邊測量法得到佩戴智慧型定位終端7的作業人員的位置坐標。
具體地，如圖2所示，智慧型定位終端7發出經過偽隨機編碼的超音波定位信號，如果有不低於四個聲定位信標節點4（這些節點位置坐標已知）接收到超音波信號，無線數據傳輸基站3通過計算在同一時間基準下，智慧型定位終端7發出的超音波定位信號到各個聲定位信標節點4互相之間的到達時間差，可推算出智慧型定位終端7與至少三個聲定位信標節點4間的距離，再利用三邊測量法的原理，可解算出智慧型定位終端的位置，從而實現精確定位的功能。如圖2所示：
M1、M2、M3、M4均為聲定位信標節點4，其坐標為M1（XM1,YM1），M2（XM2,YM2），M3（XM3,YM3），M4（XM4,YM4），P為佩戴智慧型定位終端7的作業人員，其坐標為P（XP,YP），d1,d2,d3,d4為點P到M1，M2，M3，M4的距離，m2，m3，m4分別為d2-d1,d3-d1,d4-d1的距離差值，其公式為：
其中，m2，m3，m4可以通過超音波定位信號到達M1聲定位信標節點4、M2聲定位信標節點4、M3聲定位信標節點4、M4聲定位信標節點4時間時間差來獲得，解出上述的三元二次方程組，就可以求出作業人員P的坐標P（XP,YP），即能夠實現對佩戴智慧型定位終端7的作業人員位置坐標的確定。
《變電站多目標精確定位系統》實施例中，多目標區分能力是通過對不同的智慧型定位終端7分配不同的偽隨機碼CODE（i），i是指智慧型定位終端7的編號，這些偽隨機碼互相之間有較好的互相關性，從而聲定位信標節點4能根據不同偽隨機碼區分出相應目標。如圖3所示：
具體實施時，對四個智慧型定位終端7編制不同的為隨機編號，通過揚聲器24發出經編碼之後的超音波定位信號，在聲定位信標節點4收到一～四號智慧型定位終端7發出的超音波定位信號，並進行解碼通過不同的偽隨機碼識別出各個智慧型定位終端7的編號，將標記了到達時間信息、智慧型定位終端7的編號和聲定位信標節點4的編號的數據通過乙太網傳輸到無線數據傳輸基站3，由無線數據傳輸基站3進行計算得到編號一～編號四的智慧型定位終端7的位置信息。
為了能夠提高定位精度，無線數據傳輸基站4通過無線射頻進行聲定位信標節點4的時間同步，無線傳輸基站3發出短距離無線射頻信號（即時間同步信號）同步聲定位信標節點4之間的時間，保證聲定位信標節點4之間時間誤差在5μs以內，實現過程為：無線數據傳輸基站3發出時間同步信號內包含系統時間T，智慧型定位終端7與聲定位信標節點4分別在T3，T2時刻收到時間同步信號。智慧型定位終端7經過一定時間，在T4時刻發出應答包，智慧型定位終端7發出的應答包內包含時間間隔Ts，其中Ts=T4-T3，附近的聲定位信標節點4在T5收到應答包。T為無線數據基站3的內部絕對時間，即全局時間，T2為聲定位信標節點4的內部絕對時間，T3為智慧型定位終端7的內部絕對時間，T4智慧型定位終端7的內部絕對時間，Ts為T4-T3的時間差，T5為聲定位信標節點4內部絕對時間，Tr為聲定位信標節點4內部絕對時間，（Tr與T1在物理時間上是同一點，只是參照物不一樣），得到Tr=2*T2-T5+Ts，Tr為T1全局時間在聲定位信標節4點相對時間，其時序如圖4所示：通過上述時間同步過程可以禁止掉無線射頻晶片在收發過程中引入的誤差，部分數據包傳輸延遲誤差，能夠以極少的信號頻寬占有率達到，大量信標節點的時間同步。實際工作過程如下：聲定位信標節點4在Tc時刻收到超音波定位信號，Tc為聲定位信標節點4內部絕對時間，需要轉換成全局時間Ta：Ta=Tc–T2+Tr，Ta為聲定位信標節點4接收到超音波定位信號的全局時間。
進一步地，所述智慧型定位終端7測量所述智慧型定位終端7所處環境的終端環境溫濕度值，並將所述終端環境溫濕度值通過超音波定位信號傳輸至聲定位信標節點4；聲定位信標節點4同時測量所述聲定位信標節點4所處環境的節點環境溫濕度值，聲定位信標節點4將解碼後的終端環境溫濕度值以及節點環境溫濕度值均傳輸至無線數據傳輸基站3，無線數據傳輸基站3對終端環境溫濕度值以及節點環境溫濕度值處理後對定位信息進行溫濕度補償。
《變電站多目標精確定位系統》實施例中，無線數據傳輸基站3對終端環境溫濕度及節點環境溫濕度值的處理包括對終端環境溫濕度、節點環境溫濕度求平均值，通過得到的溫濕度值的平均值來修正超音波在監控區域的傳播速度，以減小由聲音傳播速度誤差引起的定位坐標計算誤差，提高計算的精度。
《變電站多目標精確定位系統》實施例中，無線數據傳輸基站3利用溫濕度值的平均值來修正超音波在監控區域的傳播速度，具體為：
其中，v為智慧型定位終端7到聲定位信標節點4的實際溫度下的超音波傳播速度，t為室內平均溫度，t=（tz+tj）/2，tz為智慧型定位終端7測量的溫度值，tj為聲定位信標節點4測量的溫度值，v0為在0℃時在氣體中的超音波傳播速度，T0為0℃時熱力學溫度值，p為標準大氣壓，ps室溫時空氣的飽和蒸氣壓，r相對濕度，r=（rz+rj）/2，rz為智慧型定位終端7測量的濕度值，rj為聲定位信標節點4測量的濕度值，從而得到距離差值修正為：
其中，vpm2為智慧型定位終端7到M2聲定位信號節點7的實際聲速，vpm3為智慧型定位終端4到M3聲定位信標節點4的實際聲速，vpm4為智慧型定位終端7到M4聲定位信標節點4的實際聲速，Tm1、Tm2、Tm3、Tm4分別為超音波信號到達M1聲定位節點4、M2聲定位信標節點4、M3聲定位信標節點4、M4聲定位信標節點4的絕對時刻。
所述無線數據傳輸基站3與後台監控伺服器6連線，無線數據傳輸基站3將佩戴智慧型定位終端7的作業人員的位置坐標傳輸至後台監控伺服器6內，以在後台監控伺服器6內形成作業人員移動軌跡跟蹤。後台監控伺服器6通過基站連線器5連線無線數據傳輸基站3，基站連線器5可以採用信號採集器或集線器等匹配設備。後台監控伺服器6根據無線數據傳輸基站3反饋的定位坐標信息，能夠對作業人員是否存在超範圍、逾時間、操作對象錯誤或破壞安全措施等違規作業行為提供告警依據，保證作業人員對在操作中的安全性。
如圖9所示：所述智慧型定位終端7包括終端處理器16，所述終端處理器16的輸出端通過音頻DAC電路22、功率放大器23與揚聲器24連線，終端處理器16的輸入端與終端溫濕度感測器19連線，終端處理器16還與終端無線通訊模組21連線。
具體地，終端處理器16可以採用常用的微處理晶片，如單片機等，終端處理器16通過音頻DAC電路22、功率放大器23及揚聲器24將編碼後的信號以超音波形式發出，終端處理器16內預先設定有編號，以便讓聲定位信標節點4進行區分識別。終端溫濕度感測器19將採集的溫濕度值傳輸到終端處理器16內，終端無線通訊模組21用於與無線數據傳輸基站3間的無線連線，終端無線通訊模組21與基站無線通訊模組27能匹配連線，終端無線通訊模組21可以採用2.4GHz的無線通信形式，終端處理器16的電源端通過電源管理器18與鋰電池17連線，通過鋰電池17能對整個智慧型定位終端7進行供電，電源管理器18能對鋰電池17的工作狀態進行管理。終端處理器16還與終端接口電路20連線，終端接口電路20可以採用USB或RS232接口形式。
每個智慧型定位終端7配備固定偽隨機編碼號，每當收到無線數據傳輸基站3傳送的無線時間同步信號進行時間同步後，將預先編製成超音波定位信號碼流傳送到音頻DAC電路22中，音頻DAC電路22將數字碼流轉換成模擬信號，通過功率放大器23將編碼信號放大，揚聲器24將經過放大的模擬信號轉換成聲波信號傳播到空氣中。
如圖6所示：所述聲定位信標節點4包括節點處理器8，節點處理器8的輸入端通過聲波接收電路11與MEMS麥克風10連線，節點處理器8還與節點無線通訊模組12及節點乙太網模組15連線，節點處理器8的輸入端還與節點溫濕度感測器14連線。
具體地，節點處理器8也可以採用常用的微處理晶片，節點處理器8通過節點無線通訊模組12與無線數據傳輸基站3之間的無線連線，以實現所需的時間同步，聲定位信標節點4通過節點乙太網模組15與無線數據傳輸基站3之間實現乙太網連線，聲定位信標節點4通過乙太網將解碼後的超音波定位信息以及所有的溫濕度值傳輸到無線數據傳輸基站3內。節點處理器8的電源端與節點電源9連線，節點處理器8還與節點接口電路13連線，所述節點接口電路13包括USB（Universal Serial Bus）或RS232接口。節點處理器8通過MEMS（Micro-Electro-Mechanic System）麥克風10來接收智慧型定位終端7發出的超音波定位信號，超音波定位信號通過聲波接收電路11處理後傳輸至節點處理器8內，由節點處理器8對超音波定位信號進行解碼。
如圖7所示：所述聲波接收電路11包括運算放大器U1，運算放大器U1的一輸入端與第一電容C1的一端及第四電阻R4的一端連線，第一電容C1的另一端與第一電阻R1的一端、第二電阻R2的一端及第二電容C2的一端連線，第一電阻R1的另一端與MEMS麥克風10連線，第二電阻R2的另一端接地，第二電容C2的另一端與運算放大器U1的輸出端連線，第四電阻R4的另一端通過模數轉換電路30與節點處理器8連線，運算放大器U1的另一輸入端通過第三電阻R3接地。
如圖8所示：MEMS麥克風10接收空間中的超音波定位信號，經過聲波接收電路11將其轉換成模擬信號量，濾除超聲信號以外的頻段信息，通過模數轉換電路30進行採樣，將模擬信號轉換成數字數據，進入節點處理器8內。
節點處理器8首先對信號進行下變頻處理，得到數據E，以減少數據運算量加快之後數據處理速度。之後進行離散傅立葉計算得到相應的頻域數據F，將數據只保留超聲頻段附近的有效數據，其他頻段數據丟棄得到G。將G與隨機碼CODE（i）頻域數據相乘解析獲得相應的數據H，再將數據H進行反散傅立葉計算得到K。對K數據求均值差方法得到K數據中是否有明顯的峰值，如有則記錄下峰值的時間T並將CODE（1）的索引號i、峰值的時間T和溫濕度感測器對與空氣測量值F，通過乙太網上傳至無線數據傳輸基站3。如無再次選擇其他的隨機碼CODE（i）進行匹配，直至找到匹配的為止。
如圖10所示：所述無線數據傳輸基站3包括基站處理器25，所述基站處理器25分別與基站無線通訊模組27及基站乙太網模組29連線。
基站處理器25可以採用常用的微處理晶片，基站處理器25通過基站無線通信模組27能向智慧型定位終端7及聲定位信標節點4進行時間同步，基站處理器25通過基站乙太網模組29能與聲定位信標節點4間進行所需的數據傳輸。基站處理器25的電源端與基站電源26連線，基站處理器25還與基站接口數據28連線，基站接口電路28包括USB接口或RS232接口。
基站處理器25通過乙太網接收聲定位信標節點4傳輸的數據，對數據進行分析，通過各個聲定位信標節點4發出數據包中包含的峰值時間T、溫濕度值F、智慧型定位終端7的編號i數據進行解析，並根據到達時間差方法計算出各個智慧型定位終端7的位置，並根據不同T值採用不同的聲波傳播速度進行計算，根據i識別出不同的智慧型定位終端7。整個定位過程中，無線數據傳輸基站肩負時間同步主控位置，每隔一段時間發出無線時間同步幀時對全網進行時間同步。
如圖1和圖5所示：作業人員在進入監控區域前佩戴智慧型定位終端7並啟動所述智慧型定位終端7，智慧型定位終端7則始終監聽無線數據傳輸基站3傳輸的時間同步信號。當進入無線數據傳輸基站3無線通訊覆蓋區域時，智慧型定位終端7收到無線數據傳輸基站3間隔發出的時間同步信號，並與聲定位信標節點4進行時間同步、每隔設定時間後傳送超音波定位信號，《變電站多目標精確定位系統》實施例中，超音波定位信號中包含了測量智慧型定位終端7所在環境的終端環境溫濕度值。安裝在變電室2內的聲定位信標節點4收到超音波定位信號，將超音波定位信號解碼，通過乙太網傳送到無線數據傳輸基站3進行處理。無線數據傳輸基站3接收各個聲定位信標節點4傳輸的數據，通過計算超音波信號到達不同聲定位信標節點4的時間差，利用三邊測量法計算得到智慧型定位終端7的位置坐標，即解算出智慧型定位終端7的室內位置坐標，並用自適應信號處理跟蹤佩戴智慧型定位終端目標人員移動軌跡。後台監控伺服器6針對作業人員的位置坐標判斷其是否在安全的位置，並予以告警提示。
《變電站多目標精確定位系統》智慧型定位終端7發出的超音波信號採用超音波擴頻編碼，在相同功率輸出下超音波信號傳輸距離成倍提升，智慧型定位終端7內設定不同的為隨機碼，聲定位信標節點4可以同時識別多個智慧型定位終端7發出的超音波定位信號、並同時具有較高的實時性，定位時間周期極短，能夠有效的抵抗由於建築物及其他固體反射引起的多徑效應，能夠有效的抵抗目標在移動過程中產生的都卜勒效應，具有較高的可靠性與定位精度。無線數據傳輸基站3、聲定位信標節點4及智慧型定位終端7間的無線時間同步技術具有占用無線頻寬極少、精度高，作用範圍廣，其節點數量不受限制，能對變電站內現場設備進行定位，對操作人員進行識別以及動態定位，確保操作人員按規定操作，對超範圍、逾時間、操作對象錯誤或破壞安全措施的違規作業提供報警依據，安全可靠。
榮譽表彰
2016年12月7日，《變電站多目標精確定位系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
