基于UWB的智能安全带区域报警方法及系统与流程

基于uwb的智能安全带区域报警方法及系统
技术领域
1.本发明涉及安全监测领域，具体涉及一种基于uwb的智能安全带区域报警方法及系统。


背景技术：

2.建筑施工过程中，当作业高度超过2米以上时，需要佩戴安全带，防止高坠事故的发生。但是安全带的佩戴和使用通常都需要严格按照工作流程进行。在使用者自身安全意识不强的情况下，很难监管安全带是否佩戴或使用。
3.在高空作业中，必须佩戴及使用安全带。但传统安全带的使用效果，取决于使用者自身的安全意识。在使用者安全意识不足的情况下，即使佩戴了安全带，但由于安全带没有佩戴或使用在正确的位置，也很难起到保护效果。
4.因此，需要一种基于uwb的智能安全带区域报警方法及系统，能够提醒使用者在正确的位置佩戴或使用安全带。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于uwb的智能安全带区域报警方法及系统，能够在正确的位置及时提醒使用者佩戴或使用安全带，保证了使用者的人身安全。
6.本发明的基于uwb的智能安全带区域报警方法，包括如下步骤：
7.s1.在目标区域布置uwb信标，并在安全带上布置uwb终端；
8.s2.uwb信标与处在通信范围内的安全带之间进行uwb数据通信，得到uwb信标与安全带之间的距离；
9.s3.判断所述距离是否小于距离阈值，若是，则发出报警信号，提醒使用者佩戴安全带；若否，则不作处理；
10.s4.重复步骤s2-s3，直到施工作业结束。
11.进一步，所述步骤s2，具体包括：
12.uwb信标每隔时间t向周围发送一个广播数据包，记录发送广播数据包的时间戳为t1；
13.安全带收到uwb信标的广播数据包后，记录接收到广播数据包时的时间戳t2；
14.安全带发送回复数据包，记录发送回复数据包的发送时间戳t3；
15.uwb信标收到安全带的回复数据包后，记录收到回复数据包时的时间戳t4，然后向安全带发送定向数据包，并记录发送定向数据包的时间戳为t5；
16.安全带接收到定向数据包后，记录收到定向数据包时的时间戳t6；
17.确定数据包在空中传播所消耗的时间tf；
18.计算得到uwb信标与安全带之间的距离d：
19.d＝tf*c；
20.其中，c为空气中光速。
21.进一步，根据如下公式确定数据包在空中传播所消耗的时间tf：
22.tf＝(ta*tb-tc*td)/(ta+tb+tc+td)；
23.其中，ta＝t4-t1，tb＝t6-t3，tc＝t5-t4，td＝t3-t2。
24.进一步，所述目标区域包括施工危险区域以及施工高空作业区域。
25.一种基于uwb的智能安全带区域报警系统，包括布置于目标区域的uwb信标、布置于安全带的uwb终端、通讯基站、报警器以及远程监控平台；
26.所述uwb信标与处在通信范围内的安全带之间进行uwb数据通信，得到uwb信标与安全带之间的距离；
27.所述uwb终端判断所述距离是否小于距离阈值，若是，则通过通讯基站分别向报警器以及远程监控平台发出报警信号，提醒使用者佩戴安全带；若否，则不作处理。
28.进一步，所述uwb信标与处在通信范围内的安全带之间进行uwb数据通信，得到uwb信标与安全带之间的距离，具体包括：
29.uwb信标每隔时间t向周围发送一个广播数据包，记录发送广播数据包的时间戳为t1；
30.安全带收到uwb信标的广播数据包后，记录接收到广播数据包时的时间戳t2；
31.安全带发送回复数据包，记录发送回复数据包的发送时间戳t3；
32.uwb信标收到安全带的回复数据包后，记录收到回复数据包时的时间戳t4，然后向安全带发送定向数据包，并记录发送定向数据包的时间戳为t5；
33.安全带接收到定向数据包后，记录收到定向数据包时的时间戳t6；
34.确定数据包在空中传播所消耗的时间tf；
35.计算得到uwb信标与安全带之间的距离d：
36.d＝tf*c；
37.其中，c为空气中光速。
38.进一步，根据如下公式确定数据包在空中传播所消耗的时间tf：
39.tf＝(ta*tb-tc*td)/(ta+tb+tc+td)；
40.其中，ta＝t4-t1，tb＝t6-t3，tc＝t5-t4，td＝t3-t2。
41.进一步，所述目标区域包括施工危险区域以及施工高空作业区域。
42.进一步，所述报警器采用声光报警器。
43.本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于uwb的智能安全带区域报警方法及系统，可以判断携带了安全带的使用者是否进入了危险区域或者高空作业区域，若没有在正确的位置佩戴或使用安全带，便对使用者进行提醒，并将使用者安全带的使用状态上传至平台进行管理，避免了由于使用者安全意识不足导致未能在正确位置使用安全带的风险。
附图说明
44.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
45.图1为本发明的报警方法流程示意图。
具体实施方式
46.以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图1所示：
47.本发明的基于uwb的智能安全带区域报警方法，包括如下步骤：
48.s1.在目标区域布置uwb信标，并在安全带上布置uwb终端；其中，所述目标区域包括施工危险区域以及施工高空作业区域；所述uwb信标可为多个，每个uwb信标被分别布置在不同的目标区域内；
49.s2.uwb信标与处在通信范围内的安全带之间进行uwb数据通信，得到uwb信标与安全带之间的距离；也即是，uwb信标与安全带上设置的uwb终端进行通信；
50.s3.判断所述距离是否小于距离阈值，若是，则发出报警信号，提醒使用者佩戴安全带；若否，则不作处理；其中，所述距离阈值r可以根据施工现场的具体工况进行设置。
51.s4.重复步骤s2-s3，直到施工作业结束。
52.通过上述方法，可以实时判断使用者是否在目标区域内使用或佩戴安全带，通过向使用者发送预警提醒，从而使得使用者能够在目标区域内使用或佩戴安全带。
53.本实施例中，所述步骤s2，具体包括：
54.uwb信标每隔时间t向周围发送一个广播数据包，记录发送广播数据包的时间戳为t1；其中，所述时间t可取值为10ms；
55.安全带收到uwb信标的广播数据包后，记录接收到广播数据包时的时间戳t2；
56.安全带发送回复数据包，记录发送回复数据包的发送时间戳t3；
57.uwb信标收到安全带的回复数据包后，记录收到回复数据包时的时间戳t4，然后向安全带发送定向数据包，并记录发送定向数据包的时间戳为t5；
58.安全带接收到定向数据包后，记录收到定向数据包时的时间戳t6；
59.确定数据包在空中传播所消耗的时间tf；
60.计算得到uwb信标与安全带之间的距离d：
61.d＝tf*c；
62.其中，c为空气中光速。
63.本实施例中，根据如下公式确定数据包在空中传播所消耗的时间tf：
64.tf＝(ta*tb-tc*td)/(ta+tb+tc+td)；
65.其中，ta＝t4-t1，tb＝t6-t3，tc＝t5-t4，td＝t3-t2。
66.所述ta为收到回复数据包时的时间戳t4与发送广播数据包的时间戳t1之间的差值；
67.所述tb为收到定向数据包时的时间戳t6与发送回复数据包的发送时间戳t3之间的差值；
68.所述tc为发送定向数据包的时间戳为t5与收到回复数据包时的时间戳t4之间的差值；
69.所述td为发送回复数据包的发送时间戳t3与接收到广播数据包时的时间戳t2之间的差值。
70.本发明还涉及了一种基于uwb的智能安全带区域报警系统，所述系统与上述基于uwb的智能安全带区域报警方法相对应，可理解为是实现上述方法的系统。
71.所述系统包括布置于目标区域的uwb信标、布置于安全带的uwb终端、通讯基站、报
警器以及远程监控平台；
72.所述uwb信标与处在通信范围内的安全带之间进行uwb数据通信，得到uwb信标与安全带之间的距离；
73.所述uwb终端判断所述距离是否小于距离阈值，若是，则通过通讯基站分别向报警器以及远程监控平台发出报警信号，提醒使用者佩戴安全带；若否，则不作处理。其中，所述报警器采用声光报警器；报警器接收到报警信号后，发出报警声音以及语音提示。所述远程监控平台采用现有的远程监控服务器以及监视器；远程监控平台接收到报警信号后，若施工现场的报警器没有其作用，可远程指挥现场维护人员向安全带使用者发出提醒。所述通讯基站采用现有的无线通信基站，比如5g通信基站。
74.所述uwb信标为若干，每个uwb信标可分别布置在不同的目标区域内，远程监控平台可以存储并显示若干uwb信标的位置，并且可由远程监控平台根据施工现场的具体工况设置距离阈值r，并下发至安全带上设置的uwb终端。
75.所述uwb信标与处在通信范围内的安全带之间进行uwb数据通信，得到uwb信标与安全带之间的距离，具体包括：
76.uwb信标每隔时间t向周围发送一个广播数据包，记录发送广播数据包的时间戳为t1；
77.安全带收到uwb信标的广播数据包后，记录接收到广播数据包时的时间戳t2；
78.安全带发送回复数据包，记录发送回复数据包的发送时间戳t3；
79.uwb信标收到安全带的回复数据包后，记录收到回复数据包时的时间戳t4，然后向安全带发送定向数据包，并记录发送定向数据包的时间戳为t5；
80.安全带接收到定向数据包后，记录收到定向数据包时的时间戳t6；
81.确定数据包在空中传播所消耗的时间tf；
82.计算得到uwb信标与安全带之间的距离d：
83.d＝tf*c；
84.其中，c为空气中光速。
85.并根据如下公式确定数据包在空中传播所消耗的时间tf：
86.tf＝(ta*tb-tc*td)/(ta+tb+tc+td)；
87.其中，ta＝t4-t1，tb＝t6-t3，tc＝t5-t4，td＝t3-t2。
88.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种基于uwb的智能安全带区域报警方法，其特征在于：包括如下步骤：s1.在目标区域布置uwb信标，并在安全带上布置uwb终端；s2.uwb信标与处在通信范围内的安全带之间进行uwb数据通信，得到uwb信标与安全带之间的距离；s3.判断所述距离是否小于距离阈值，若是，则发出报警信号，提醒使用者佩戴安全带；若否，则不作处理；s4.重复步骤s2-s3，直到施工作业结束。2.根据权利要求1所述的基于uwb的智能安全带区域报警方法，其特征在于：所述步骤s2，具体包括：uwb信标每隔时间t向周围发送一个广播数据包，记录发送广播数据包的时间戳为t1；安全带收到uwb信标的广播数据包后，记录接收到广播数据包时的时间戳t2；安全带发送回复数据包，记录发送回复数据包的发送时间戳t3；uwb信标收到安全带的回复数据包后，记录收到回复数据包时的时间戳t4，然后向安全带发送定向数据包，并记录发送定向数据包的时间戳为t5；安全带接收到定向数据包后，记录收到定向数据包时的时间戳t6；确定数据包在空中传播所消耗的时间tf；计算得到uwb信标与安全带之间的距离d：d＝tf*c；其中，c为空气中光速。3.根据权利要求2所述的基于uwb的智能安全带区域报警方法，其特征在于：根据如下公式确定数据包在空中传播所消耗的时间tf：tf＝(ta*tb-tc*td)/(ta+tb+tc+td)；其中，ta＝t4-t1，tb＝t6-t3，tc＝t5-t4，td＝t3-t2。4.根据权利要求1所述的基于uwb的智能安全带区域报警方法，其特征在于：所述目标区域包括施工危险区域以及施工高空作业区域。5.一种基于uwb的智能安全带区域报警系统，其特征在于：包括布置于目标区域的uwb信标、布置于安全带的uwb终端、通讯基站、报警器以及远程监控平台；所述uwb信标与处在通信范围内的安全带之间进行uwb数据通信，得到uwb信标与安全带之间的距离；所述uwb终端判断所述距离是否小于距离阈值，若是，则通过通讯基站分别向报警器以及远程监控平台发出报警信号，提醒使用者佩戴安全带；若否，则不作处理。6.根据权利要求5所述的基于uwb的智能安全带区域报警系统，其特征在于：所述uwb信标与处在通信范围内的安全带之间进行uwb数据通信，得到uwb信标与安全带之间的距离，具体包括：uwb信标每隔时间t向周围发送一个广播数据包，记录发送广播数据包的时间戳为t1；安全带收到uwb信标的广播数据包后，记录接收到广播数据包时的时间戳t2；安全带发送回复数据包，记录发送回复数据包的发送时间戳t3；uwb信标收到安全带的回复数据包后，记录收到回复数据包时的时间戳t4，然后向安全带发送定向数据包，并记录发送定向数据包的时间戳为t5；
安全带接收到定向数据包后，记录收到定向数据包时的时间戳t6；确定数据包在空中传播所消耗的时间tf；计算得到uwb信标与安全带之间的距离d：d＝tf*c；其中，c为空气中光速。7.根据权利要求6所述的基于uwb的智能安全带区域报警系统，其特征在于：根据如下公式确定数据包在空中传播所消耗的时间tf：tf＝(ta*tb-tc*td)/(ta+tb+tc+td)；其中，ta＝t4-t1，tb＝t6-t3，tc＝t5-t4，td＝t3-t2。8.根据权利要求5所述的基于uwb的智能安全带区域报警系统，其特征在于：所述目标区域包括施工危险区域以及施工高空作业区域。9.根据权利要求5所述的基于uwb的智能安全带区域报警系统，其特征在于：所述报警器采用声光报警器。

技术总结
本发明公开了一种基于UWB的智能安全带区域报警方法及系统，包括：在目标区域布置UWB信标，并在安全带上布置UWB终端；UWB信标与处在通信范围内的安全带之间进行UWB数据通信，得到UWB信标与安全带之间的距离；判断所述距离是否小于距离阈值，若是，则发出报警信号，提醒使用者佩戴安全带；若否，则不作处理；重复步骤S2-S3，直到施工作业结束。本发明能够在正确的位置及时提醒使用者佩戴或使用安全带，保证了使用者的人身安全。使用者的人身安全。使用者的人身安全。


技术研发人员：王智刚 赵彪 肖松 李志 尹兴兴
受保护的技术使用者：中冶建工集团有限公司
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/7/3