基于5G和UWB的工程机械操作工时统计和判定系统的制作方法

基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统
技术领域
1.本实用新型涉及桥式起重机的安全防护技术领域，特别是一种基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统。


背景技术：

2.工时是指一个劳动者工作一小时即为一个工时。工时的具体含义，根据情境的不同，可有几种情况：对于任务，是指完成任务所需的人员总数；对于工作分配，是指分配给资源的工时量；对于资源，是指为完成所有任务而分配给资源的总工时量。目前对于工程机械作业工时判定的主要问题是：
①
机械特点：工程机械的操作使用过程中，机械作业时间方便统计，但是操作人员的工作时间却难以直接判定；管理难度大；
②
作业特点：多工人联合作业，操控工程机械，精确到每个人的工时数据无法确定，统计难度大；
③
电子统计：常用的工时判定方式基于生物特征识别，或者rfid、nfc等电子信息进行上下班打卡计时，可能有员工利用系统，只打卡不上班，鉴别难度大；
④
人为统计：数据量大容易出错，且容易受管理者主观因素影响，判定难度大。
3.5g网络（5g network）是第五代移动通信网络，其峰值理论传输速度可达20gbps，合2.5gb每秒，具有速度快、稳定性高、接入量大等特点。现有技术中，已经有将5g通讯技术用于工程机械作业中的识别、统计等，但没有与具体定位技术相结合的，特别对于uwb定位技术。
4.超宽带（ultra wide band，uwb）技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。uwb技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。
5.基于现有技术中，并没有成熟的将5g无线通讯的和uwb定位相结合用于车间工程作业中工时判定技术的，所以可以将uwb定位、5g通讯技术用于车间工程机械操作工时的精细化统计，形成一套有效的统计和判定系统，来提供给管理者更加精细化的参考材料，支撑管理人员进行精准、客观的工时计算和认定。


技术实现要素：

6.为了克服目前工程机械作业工时判定的技术问题，本实用新型提供了基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，通过5g通讯技术进行多角度的高清低延迟的音视频采集，采集到的工作视频时长可以作为工时判定的重要依据，并以uwb定位技术提供的亚米级定位精度跟踪作业人员的位移，结合电子围栏功能，能够判定在作业车间中的时间，二者交叉判定，从而使得工时统计和认定更加精确客观。
7.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
8.基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，包括无线连接的可穿戴智能设备、5g信号基站、数据处理存储和分析系统；其中：
9.所述可穿戴智能设备，穿戴于车间工程机械操作范围的工作人员，用于采集视频和音频、监测穿戴设备的状态、记录佩戴人员的位置信息；
10.所述5g信号基站，布置于车间工程机械操作范围内，用于提供和收发5g信号；
11.所述数据处理存储和分析系统，布置于车间内可收发工程机械操作相关数据的范围内，用于接收、处理分析、储存可穿戴设备上传的相关数据，由管理人员监管。
12.进一步地，所述数据处理存储和分析系统有线连接有uwb定位基站，uwb定位基站布置于车间边缘多个角落；所述uwb定位基站配置有uwb定位标签，uwb定位标签安装于车间范围内的移动载体和可穿戴智能设备上，用于发出uwb定位信号。
13.进一步地，所述数据处理存储和分析系统无线连接有电子围栏系统、工时计算系统、数据展示系统；所述电子围栏系统形成uwb定位标签的有效工作区域，所述数据展示系统采用可视化展示屏，用于展示工时、定位、视频信息。
14.进一步地，所述工程机械操作工时统计和判定系统还包括天车交互终端，布置于天车操作间内，用于工程机械操作人员查看、编辑记录的音视频以及发起音视频通话。
15.对于可穿戴智能设备，可以设计为头部穿戴的安全帽结构，帽体上设置有摄像头、声音收发装置、5g信号发信装置；摄像头安装于帽檐上方，位于帽体前侧，声音收发装置安装于帽檐侧边，5g信号发信装置安装于帽体上部靠后的位置。
16.在电子围栏系统形成的uwb定位标签的有效工作区域内，所述移动载体和可穿戴智能设备、5g信号基站、uwb定位基站可根据具体情况布置于其区域范围内。
17.在车间内，可以将所述电子围栏系统、工时计算系统、数据展示系统布置于车间内同一区域，也可以分开布置。
18.通过上述设计的基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，进行安装部署：
19.（1）配置好可穿戴智能设备，安装好5g信号基站以及数据处理存储和分析系统，完成可穿戴智能设备、5g信号基站、数据处理存储和分析系统三者之间的无线连接；其中，uwb定位基站可布置于车间边缘多个角落；
20.（2）安装并测试好电子围栏系统、工时计算系统、数据展示系统，并做好测试；
21.（3）安装好uwb定位基站，完成uwb定位基站与数据处理存储和分析系统的有线连接；调试好uwb定位标签，建立好作业车间的平面uwb坐标系；利用电子围栏系统设置好指定的有效作业区域。
22.在具体部署和测试后，可实现的统计和判定如下：
23.（一）在工程机械作业之前，机械操作人员对可穿戴智能设备和uwb定位标签进行开机，并利用可穿戴智能设备记录音视频信息，完成作业后后，自动上传视频至数据处理存储和分析系统；
24.（二）同时，安装于可穿戴智能设备上的uwb定位标签每隔固定时间发送信号到uwb定位基站，uwb定位基站传输数据到数据处理存储和分析系统；计算出uwb定位标签此时在坐标系中的坐标；
25.若uwb定位信号位于电子围栏系统指定的有效工作区域内，则可作为有效工时判定的判定依据；
26.（6）工时计算系统综合分析定位时长和现场视频时长，给出实际有效作业工时的
参考；
27.（7）数据展示系统可以将采集的作业视频、uwb定位信号、工作区域信息、工时判定参考值通过展示屏呈现给管理人员。
28.通过上述技术方案的实现，本发明的有益效果为：
29.本实用新型利用5g技术能够进行高清低延迟的音视频采集，结合可穿戴设备可提供灵活多变的视频采集角度，不增加工作人员的佩戴负担，不影响正常工作，采集到的工作视频时长可以作为工时判定的重要依据；同时利用uwb定位技术提供的亚米级定位精度可以更加清晰地跟踪作业人员的位移，结合电子围栏功能，能够判定在作业车间中的时间；二者交叉判定，使得工时统计和认定更加精确客观。
附图说明
30.图1是本实用新型的架构示意图。
31.图2是本实用新型的系统总体布局示意图。
32.图3是本实用新型的可穿戴智能设备的结构示意图。
33.其中，附图标记为：1-可穿戴智能设备，2-5g信号基站，3-数据处理存储和分析系统，4
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uwb定位基站，5
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uwb定位标签，6-电子围栏系统，7-工时计算系统，8-数据展示系统，9-摄像头，10-声音收发装置，11-5g信号发信装置，12-工程机械操作人员，13-管理人员，14-车间作业机械。
具体实施方式
34.如图1-3所示，本实施例提供了基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，包括：
35.天车交互终端，用于工程机械操作人员12进行查看、编辑记录的音视频以及发起音视频通话；
36.可穿戴智能设备1，用于采集视频和音频、监测穿戴设备的状态、记录佩戴人员的位置信息；
37.数据处理存储和分析系统3，用于接收、处理分析、储存可穿戴智能设备1上传的相关数据，由管理人员13监管；
38.5g信号基站2，用于提供和收发5g信号，布置于车间作业机械14操作范围内；
39.uwb定位基站4，用于接收uwb定位标签5发出的信号，布置于车间边缘多个角落；
40.uwb定位标签5，用于发出uwb定位信号，安装于车间范围内的移动载体上，移动载体包括但不限于可穿戴智能设备1；
41.数据处理存储和分析系统3连接有电子围栏系统6、工时计算系统7、数据展示系统8。其中，电子围栏系统6用于为uwb定位标签5画出指定工作区域，当uwb定位标签5发出的信号在电子围栏区域中即可将该段时间作为有效工时的参考；工时计算系统7用于综合分析作业视频和uwb定位轨迹，给出工时判定参考；数据展示系统8，用于工时、定位、视频信息可视化展现。所述电子围栏系统6、工时计算系统7、数据展示系统8可以集成为一体设备，也可以是分别单独的设备。
42.根据上述系统设计，实现的统计和判定过程如下：
43.（1）完成电子围栏系统6、工时计算系统7、数据展示系统8的测试和部署，还可以包括其他管理子系统；
44.（2）配置好基于5g的可穿戴智能设备1，安装好5g信号基站2以及数据处理存储和分析系统3，完成头部可穿戴智能设备1、5g信号基站2、数据处理存储和分析系统3三者之间的无线链接；
45.（3）安装好uwb定位基站4，完成uwb定位基站4与数据处理存储和分析系统3的有线链接；调试好uwb定位标签5，建立好作业车间的平面uwb坐标系，设置好指定的作业区域；
46.（4）在车间作业机械14作业之前，工程机械操作人员12对可穿戴智能设备1和uwb定位标签5进行开机，并利用可穿戴智能设备1记录音视频信息，完成作业后后，自动上传视频至数据处理存储和分析模块3；
47.（5）同时，安装于可穿戴智能设备1上的uwb定位标签5每隔固定时间发送信号到uwb定位基站4，uwb定位基站4通过有线信号，传输数据到数据处理存储和分析系统3；计算出uwb定位标签5此时在坐标系中的坐标；
48.若uwb定位信号位于指定的工作区域内，则可作为有效工时判定的判定依据；
49.（6）所述工时计算系统7综合分析定位时长和现场视频时长，给出实际有效作业工时的参考；
50.（7）所述数据展示系统8根据作业视频、uwb定位信号、电子围栏信息、工时判定参考值进行综合展示给管理人员13。
51.进一步的，所述可穿戴智能设备1为安全帽结构，帽体上设置有摄像头9、声音收发装置10、5g信号发信装置11；摄像头9安装于帽檐上方，位于帽体前侧，声音收发装置10安装于帽檐侧边，5g信号发信装置11安装于帽体上部靠后的位置。

技术特征：
1.基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，其特征在于，至少包括：用于采集视频和音频、监测穿戴设备的状态、记录佩戴人员位置信息的可穿戴智能设备（1），用于提供和收发5g信号的5g信号基站（2），数据处理存储和分析系统（3）；所述可穿戴智能设备（1），穿戴于车间工程机械操作范围的工作人员；所述5g信号基站（2），布置于车间工程机械操作范围内；所述数据处理存储和分析系统（3），布置于车间内可收发工程机械操作相关数据的范围内；所述可穿戴智能设备（1）、5g信号基站（2）和数据处理存储和分析系统（3）无线连接；所述数据处理存储和分析系统（3）有线连接有uwb定位基站（4），uwb定位基站（4）布置于车间边缘多个角落；所述uwb定位基站（4）配置有安装于车间范围的移动载体和可穿戴智能设备（1）上的uwb定位标签（5）；所述数据处理存储和分析系统（3）无线连接有电子围栏系统（6）、工时计算系统（7）、数据展示系统（8）；所述电子围栏系统（6）形成uwb定位标签（5）的有效工作区域，所述数据展示系统（8）采用用于展示工时、定位、视频信息的可视化展示屏。2.根据权利要求1所述的基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，其特征在于，所述工程机械操作工时统计和判定系统至少还包括布置于天车操作间内的天车交互终端。3.根据权利要求1所述的基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，其特征在于：所述可穿戴智能设备（1）为头部穿戴的安全帽结构，帽体上设置有摄像头（9）、声音收发装置（10）、5g信号发信装置（11）；摄像头（9）安装于帽檐上方，位于帽体前侧，声音收发装置（10）安装于帽檐侧边，5g信号发信装置（11）安装于帽体上部靠后的位置。4.根据权利要求1所述的基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，其特征在于：所述uwb定位基站（4）布置于车间边缘多个角落。5.根据权利要求1所述的基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，其特征在于：所述移动载体和可穿戴智能设备（1）、5g信号基站（2）、uwb定位基站（4）均布置于uwb定位标签（5）的有效工作区域内。6.根据权利要求1所述的基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，其特征在于：所述电子围栏系统（6）、工时计算系统（7）、数据展示系统（8）均布置于车间内的同一区域。7.根据权利要求1所述的基于5g和uwb的工程机械操作工时统计和判定系统，其特征在于：所述电子围栏系统（6）、工时计算系统（7）、数据展示系统（8）集成为一体设备。

技术总结
本实用新型公开了基于5G和UWB的工程机械操作工时统计和判定系统，包含了车间作业机械、可穿戴智能设备、5G信号基站、操作人员、数据处理存储和分析系统、UWB定位基站、UWB定位标签、电子围栏系统、工时计算系统、数据展示系统；通过可穿戴智能设备采集音视频信息，UWB定位基站和UWB定位标签配合采集定位信息和工作区域信息，通过5G基站发送给数据处理存储和分析系统，工时计算系统给出工时判定参考，从而展示精准的判定结果给工作人员，用于提供非常精细化的参考材料，支撑管理人员进行精准、客观的工时计算和认定。观的工时计算和认定。观的工时计算和认定。


技术研发人员：李阳 李晋航 韩鑫 王嘉琛 陈柄元 马悦 陈明仁 石致远 陈兵 吴文亮
受保护的技术使用者：东方电气集团科学技术研究院有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/9/3