一种作业现场人员在线监管预警的系统和方法与流程

1.本发明涉及工程建设现场人员管理技术领域，尤其是一种作业现场人员在线监管预警的系统和方法。


背景技术：

2.现有的传统电磁触碰式或是电子围栏与gps终端定位等新型技术手段组合，可以很好的实现定位和追踪，但是该类技术手段需要额外建设通信基础设施，才能解决偏远地区信号不稳定时的监管和预警信息、作业人员实施定位等信息回传问题，存在一定的成本问题。现有技术通过北斗短报文回传位置，在服务器段进行比对后再回传预警信息，不受偏远地区地面信号不稳定影响，但由于短报文本身有时延且不保证接收端一定接收到数据，在预警的及时性和可靠性上存在明显问题，甚至会出现漏报情况。当在小区域使用采用设置预警线进行预警的方式时，设置预警距离并不能起到预警效果，要么造成误报，要么作业人员已经快速通过预警区，从而失去预警意义。另外，很多工程建设项目人员流动大，现场往往在偏远山区，通讯信号不好，再加上场地点多而且分散，远离现场绘制电子围栏的方法使得电子围栏的制作并不方便、更不精准，而且用于管理作业现场人员来说既不准确、又不及时。


技术实现要素：

3.本发明需要解决的技术问题是提供一种作业现场人员在线监管预警的系统和方法在地面信号不稳的偏远地区也能通过对移动趋势分析提前准确预警。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种作业现场人员在线监管预警的系统，包括便携终端、服务器和北斗全球系统；
5.便携终端安装有用于完成全局统一的授时管理的时序设备、定位设备和用于分析运动轨迹的运动感知设备；
6.服务器通过北斗短报文与便携终端进行信息传递，用于管理、接收和分发电子围栏数据，接收和存储由便携终端发出的时序化的移动轨迹数据，包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据。
7.本发明技术方案的进一步改进在于：便携终端的时序设备是自身的时间系统或通过北斗短报文获取服务器的时间或通过北斗授时系统，以完成全局统一的授时管理；
8.定位设备是gps定位设备或北斗定位设备或glonass定位设备或伽利略定位设备；
9.运动感知设备为陀螺仪，进行运动趋势感知时通过陀螺仪的三相感知识别物体的运动方向和运动速度，或者使用定位位置数据的变化，或者两者相结合，从而模拟出物体的移动轨迹，对轨迹数据和定位数据进行纠偏和预估，便携终端和服务器各自都可以分析得出预警时间内的预期行动轨迹，结合电子围栏的数据，做到实时监测和预警。
10.本发明技术方案的进一步改进在于：服务器将便携终端与对应作业人员绑定，便携终端具有交互功能，便携终端根据对应人员权限，开启或者禁用制作和上传电子围栏的
功能；便携终端可接收并更新服务器指定的电子围栏，所述电子围栏是当前便携终端对应人员的所有电子围栏库，包括当前人员的工作区、禁止区。
11.本发明技术方案的进一步改进在于：便携终端会实时记录时序化的移动轨迹数据，轨迹数据包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据，并通过北斗短报文定时回传服务器；服务器可通过北斗短报文向指定便携终端发送实时监管的指令，指定便携终端实时回传移动轨迹数据，实现主动按需对便携终端进行实时在线监管，当监测到便携终端进入禁止区时，语音警告，并自动进入实时回传；当便携终端执行实时监管指令时，期间记录的数据一样会在定时回传数据再次上传，通过在服务器中进行比对和清洗，确保轨迹数据的完整性，不会因为北斗短报文的不保证送达机制而造成数据缺失；服务器可结合时序化的移动轨迹数据进行再次数据复核和纠偏后另行存储，作为可视化和数据挖掘利用，确保数据的准确性。
12.本发明技术方案的进一步改进在于：服务器可根据各便携终端回传的移动轨迹数据生成考勤记录。
13.本发明技术方案的进一步改进在于：服务器可通过分析运动趋势预计出运动轨迹，结合电子围栏库数据进行判断是否会触碰电子围栏产生“触网”，“触网”时发出相关语言警报，实现远端预警；便携终端可通过分析运动趋势预计出运动轨迹，结合电子围栏库数据进行判断是否会触碰电子围栏产生“触网”，“触网”时发出相关语言警报，实现近点预警；远端预警和近点预警可按需结合，实现实时监测和预警。
14.本发明技术方案的进一步改进在于：服务器连接设置有显示系统，用于可视化展示配有便携终端的所有作业人员的位置和移动情况，显示系统支持可视化地图标注便携终端的位置、移动姿态和运动趋势，并且根据便携终端的状态和位置有不同的颜色显示，当便携设备在工作区外，便携设备相应的图标变为灰色；便携设备在工作区域内，便携设备相应的设备图标变为蓝色；便携设备在预警状态时，便携设备相应的图标变为黄色；便携设备在警报状态时，便携设备相应的图标变为红色。
15.一种作业现场人员在线监管预警方法，步骤如下：
16.步骤1：通过服务器直接编制电子围栏库或协同监管编制电子围栏库，电子围栏包括工作区和禁止区，服务器配置好便携终端与作业人员，并根据人员的权限进行分组设置；
17.步骤2：服务器根据作业人员权限自动向便携终端通过北斗短报文的方式推送电子围栏信息，并启动便携终端主动定时通过北斗短报文的方式请求获取最新的电子围栏信息，并在便携终端的电子围栏库中更新；
18.步骤3：便携终端定时回传时序化的移动轨迹数据，轨迹数据包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据；时间系统可以采用激活便携终端时序设备同步时间，完成全局范围的时间同步，从而确保轨迹数据的完整性、准确性和有效性；
19.步骤4：便携终端通过定位设备实时与电子围栏库信息进行比对，如果当前进入禁止区时，发出语音警报，并通过北斗短报文向服务器发送警报通知；
20.步骤5：服务器和便携终端分别根据过去最近时间定位坐标数据的位置变化产生基准的运动方向和运动速度，再借助运动感知设备获取移动姿态数据感知生成物体的运动方向和运动速度，产生最终的运动趋势，结合预警时间的计算得出预计的运行轨迹，结合电子围栏库的数据进行判断是否会产生“触网”，一旦预计会发生“触网”则立即发出相关语音
预警；
21.步骤6：便携终端进入警报状态时，会向服务器发送警报通知，并实时向服务器发送时序化的移动轨迹数据，轨迹数据包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据；服务器接收到警报通知后，会通知相关人员触发的警报，并在地图上实时追踪和显示该便携设备的位置、移动姿态和运动趋势。
22.本发明技术方案的进一步改进在于，步骤1中的协同监管具体流程为：
23.步骤11：通过便携终端上的交互功能，实现当前位置的坐标定位，通过便携终端的多次定位形成坐标集合，从而在现场实时准确的绘制电子围栏，并通过北斗短报文上传至服务器；
24.步骤12：服务器接受到电子围栏后可以通过审批或者自动的向指定范围内的便携终端推送最新的电子围栏库；
25.步骤13：各个便携终端接受到新的电子围栏库后，各自更新自己本地的电子围栏库。
26.本发明技术方案的进一步改进在于：针对步骤5的“触网”情形不同，发出的相关语音预警分别为：“接近禁止区”、“即将走出禁止区”、“已离开禁止区”、“即将进入工作区”、“即将走出工作区”、“已离开工作区”。
27.由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：通过使用北斗短报文进行通讯，即使工程现场位置偏僻，地面信号覆盖不全，也可以稳定通信。通过在便携终端上设置运动轨迹感知设备，可对工作人员的运动轨迹包括运动方向，运动速度等运动趋势进行分析，得出在警报时间内是否会触碰电子围栏，实现提前及时的发出预警，解决了因作业人员移动速度过快而预警刚发出就已突破警戒线，从而失去预警意义的问题。便携终端本身便可通过分析运动轨迹做出近点预警，没有延迟。预警的及时性，可靠性大大提升，克服了北斗短报延时特点，消除了虚拟电子围栏因通讯和沟通导致设立不及时易出事故的安全隐患。本发明可以历史回放作业人员位置、行动趋势、移动轨迹，更加全面的记录作业人员用工出勤的情况，还能佐证作业人员的用工情况，增强了项目部对于现场人员的管理的精度、细度和力度。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
29.图1是本发明的系统结构示意图；
30.图2是本发明的方法流程示意图；
31.图3是协同监管流程示意图。
具体实施方式
32.下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
33.如图1所示，为作业现场人员在线监管预警系统的结构示意图，包括多个便携终
端、服务器、北斗全球系统和显示系统。
34.服务器可在地图上标注划分出电子围栏，也可利用便携终端的交互功能制作电子围栏回传服务器。根据对应人员权限，开启或者禁用制作和上传电子围栏的交互功能；该制作方法包括作业现场移动位置定位生成坐标集合，在作业现场多人协作定位生成坐标集合等方式。服务器将电子围栏数据分发给各自的便携终端，便携终端接收并更新电子围栏，所述电子围栏是当前便携终端对应人员的所有电子围栏库，包括当前人员的工作区、禁止区；
35.对接近或进入电子围栏的便携终端进行跟踪，并根据运动趋势判断其行进路线，当便携终端和服务器检测到人员当前的运动趋势下会在预警时间内将触碰禁止区或者工作区电子围栏时产生“触网”，发出语音提醒。
36.每台便携终端和每个工作人员身份绑定。每个便携终端上安装有时序设备，时序设备为便携终端自身的时间系统或通过北斗短报文获取服务器的时间或通过北斗授时系统，以完成全局统一的授时管理。便携终端上安装有定位设备，定位设备为gps定位设备或北斗定位设备或glonass定位设备或伽利略定位设备实现对携带便携终端工作人员的定位。便携终端上安装有运动感知设备，运动感知设备为陀螺仪，运动趋势感知可以使用陀螺仪的三相感知识别物体的运动方向和运动速度，或者使用定位位置数据的变化，或者两者相结合，从而不仅可以更加准确的模拟出物体移动轨迹，还能对轨迹数据和定位数据进行纠偏和预估；进一步地，从分析得出预警时间内的预期行动轨迹，结合电子围栏的数据，做到实时监测和预警；
37.便携终端实时通过过去最近时间定位坐标数据的位置变化产生基准的运动方向和运动速度，再借助运动感知设备获取移动姿态数据感知生成物体的运动方向和运动速度，产生最终的运动趋势，结合预警时间的计算得出预计的运行轨迹，结合电子围栏库的数据进行判断是否会触碰电子围栏产生“触网”，一旦预计会发生“触网”则立即发出相关语音预警，实现近点实时预警。
38.服务器实时通过过去最近时间定位坐标数据的位置变化产生基准的运动方向和运动速度，再借助运动感知设备获取移动姿态数据感知生成物体的运动方向和运动速度，产生最终的运动趋势，结合预警时间的计算得出预计的运行轨迹，结合电子围栏库的数据进行判断是否会触碰电子围栏产生“触网”，一旦预计会发生“触网”则立即发出相关语音预警，实现远端实时预警。远端预警和近点预警可按需结合，实现实时监测和预警。
39.服务器可记录该人员进入和离开工作区域的时间，在工作区内时序化的移动轨迹数据，轨迹数据包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据，并定时回传至监管系统，形成用工出勤凭证；当便携终端接受到服务器的实时上报信号时，便携终端会实时回传当前人员的时序化的移动轨迹数据，当便携终端检测到进入禁止区域时，发出语音报警功能，自动进入实时回传当前人员的定位数据、移动姿态数据和运动趋势数，服务器实时跟踪轨迹，通知项目管理员。当便携终端进入实时回传数据，期间记录的数据一样会在定时回传数据再次上传，通过在服务器中进行比对和清晰，确保轨迹数据的完整性，不会因为北斗短报文的不保证送达机制而造成数据缺失。服务器可结合时序化的移动轨迹数据进行再次数据复核和纠偏后另行存储，作为可视化和数据挖掘利用，确保数据的准确性。
40.服务器连接设置有显示系统，用于可视化展示配有便携终端的所有作业人员的位置和移动情况，显示系统支持可视化地图标注便携终端的位置、移动姿态和运动趋势，并且
根据便携终端的状态和位置有不同的颜色显示，当便携设备在工作区外，便携设备相应的图标变为灰色；便携设备在工作区域内，便携设备相应的设备图标变为蓝色；便携设备在预警状态时，便携设备相应的图标变为黄色；便携设备在警报状态时，便携设备相应的图标变为红色。
41.一种作业现场人员在线监管预警方法步骤如下：
42.步骤1：通过服务器直接编制电子围栏库或利用便携终端的交互功能协同监管编制电子围栏库，电子围栏包括工作区和禁止区，服务器配置好便携终端与作业人员，并根据人员的权限进行分组设置；
43.协同监管的步骤如下：
44.步骤11：通过便携终端上的交互功能，实现当前位置的坐标定位，通过便携终端的多次定位形成坐标集合，从而在现场实时准确的绘制电子围栏，并通过北斗短报文上传至服务器；
45.步骤12：服务器接受到电子围栏后可以通过审批或者自动的向指定范围内的便携终端推送最新的电子围栏库；
46.步骤13：各个便携终端接受到新的电子围栏库后，各自更新自己本地的电子围栏库。
47.步骤2：服务器根据作业人员权限自动向便携终端通过北斗短报文的方式推送电子围栏信息，并启动便携终端主动定时通过北斗短报文的方式请求获取最新的电子围栏信息，并在便携终端的电子围栏库中更新；
48.步骤3：便携终端定时回传时序化的移动轨迹数据，轨迹数据包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据；时间系统可以采用激活便携终端时序设备同步时间，完成全局范围的时间同步，从而确保轨迹数据的完整性、准确性和有效性；
49.步骤4：便携终端通过定位设备实时与电子围栏库信息进行比对，如果当前进入禁止区时，发出语音警报，并通过北斗短报文向服务器发送警报通知；
50.步骤5：服务器和便携终端均可以分别根据便携终端通过过去最近时间定位坐标数据的位置变化产生基准的运动方向和运动速度，再借助运动感知设备获取移动姿态数据感知生成物体的运动方向和运动速度，产生最终的运动趋势，结合预警时间的计算得出预计的运行轨迹，结合电子围栏库的数据进行判断是否会产生“触网”，一旦预计会发生“触网”则立即发出相关语音预警，“触网”情形不同，发出的相关语音预警分别为：“接近禁止区”、“即将走出禁止区”、“已离开禁止区”、“即将进入工作区”、“即将走出工作区”、“已离开工作区”。
51.步骤6：便携终端进入警报状态时，会向服务器发送警报通知，并实时向服务器发送时序化的移动轨迹数据，轨迹数据包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据；服务器接收到警报通知后，会通知相关人员触发的警报，并在地图上实时追踪和显示该便携设备的位置、移动姿态和运动趋势。
52.本发明保证了作业人员与项目部服务器的通信畅通，解决预警数据共享的及时问题，通过便携设备端实时判断分析的方法能够有效对作业人员触碰虚拟电子围栏前进行及时和可靠的预警；工作区域的进出时间及时间内的移动轨迹，再加上时间内的行动姿态，不仅记录作业人员出勤情况，还能佐证作业人员的用工情况；增强了项目部对于现场人员的
管理的精度、细度和力度。
53.以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种作业现场人员在线监管预警的系统，其特征在于：包括便携终端、服务器和北斗全球系统；便携终端安装有用于完成全局统一的授时管理的时序设备、定位设备和用于分析运动轨迹的运动感知设备；服务器通过北斗短报文与便携终端进行信息传递，用于管理、接收和分发电子围栏数据，接收和存储由便携终端发出的时序化的移动轨迹数据，包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据。2.根据权利要求1所述的一种作业现场人员在线监管预警的系统，其特征在于：便携终端的时序设备是自身的时间系统或通过北斗短报文获取服务器的时间或通过北斗授时系统，以完成全局统一的授时管理；定位设备是gps定位设备或北斗定位设备或glonass定位设备或伽利略定位设备；运动感知设备为陀螺仪，进行运动趋势感知时通过陀螺仪的三相感知识别物体的运动方向和运动速度，或者使用定位位置数据的变化，或者两者相结合，从而模拟出物体的移动轨迹，对轨迹数据和定位数据进行纠偏和预估，便携终端和服务器可以各自分析得出预警时间内的预期行动轨迹，结合电子围栏的数据，做到实时监测和预警。3.根据权利要求2所述的一种作业现场人员在线监管预警的系统，其特征在于：服务器将便携终端与对应作业人员绑定，便携终端具有交互功能，便携终端根据对应人员权限，开启或者禁用制作和上传电子围栏的功能；便携终端可接收并更新服务器指定的电子围栏，所述电子围栏是当前便携终端对应人员的所有电子围栏库，包括当前人员的工作区、禁止区。4.根据权利要求3所述的一种作业现场人员在线监管预警的系统，其特征在于：便携终端会实时记录时序化的移动轨迹数据，轨迹数据包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据，并通过北斗短报文定时回传服务器；服务器可通过北斗短报文向指定便携终端发送实时监管的指令，指定便携终端实时回传移动轨迹数据，实现主动按需对便携终端进行实时在线监管，当监测到便携终端进入禁止区时，语音警告，并自动进入实时回传；当便携终端执行实时监管指令时，期间记录的数据一样会在定时回传数据再次上传，通过在服务器中进行比对和清洗，确保轨迹数据的完整性，不会因为北斗短报文的不保证送达机制而造成数据缺失；服务器可结合时序化的移动轨迹数据进行再次数据复核和纠偏后另行存储，作为可视化和数据挖掘利用，确保数据的准确性。5.根据权利要求4所述的一种作业现场人员在线监管预警的系统，其特征在于：服务器可根据各便携终端回传的移动轨迹数据生成考勤记录。6.根据权利要求1所述的一种作业现场人员在线监管预警的系统，其特征在于：服务器可通过分析运动趋势预计出运动轨迹，结合电子围栏库数据进行判断是否会触碰电子围栏产生“触网”，“触网”时发出相关语言警报，实现远端预警；便携终端可通过分析运动趋势预计出运动轨迹，结合电子围栏库数据进行判断是否会触碰电子围栏产生“触网”，“触网”时发出相关语言警报，实现近点预警；远端预警和近点预警可按需结合，实现实时监测和预警。7.根据权利要求1所述的一种作业现场人员在线监管预警的系统，其特征在于：服务器连接设置有显示系统，用于可视化展示配有便携终端的所有作业人员的位置和移动情况，
显示系统支持可视化地图标注便携终端的位置、移动姿态和运动趋势，并且根据便携终端的状态和位置有不同的颜色显示，当便携设备在工作区外，便携设备相应的图标变为灰色；便携设备在工作区域内，便携设备相应的设备图标变为蓝色；便携设备在预警状态时，便携设备相应的图标变为黄色；便携设备在警报状态时，便携设备相应的图标变为红色。8.一种基于权利要求1-7任一权利要求所述的系统的作业现场人员在线监管预警方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：通过服务器直接编制电子围栏库或协同监管编制电子围栏库，电子围栏包括工作区和禁止区，服务器配置好便携终端与作业人员，并根据人员的权限进行分组设置；步骤2：服务器根据作业人员权限自动向便携终端通过北斗短报文的方式推送电子围栏信息，并启动便携终端主动定时通过北斗短报文的方式请求获取最新的电子围栏信息，并在便携终端的电子围栏库中更新；步骤3：便携终端定时回传时序化的移动轨迹数据，轨迹数据包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据；时间系统可以采用激活便携终端时序设备同步时间，完成全局范围的时间同步，从而确保轨迹数据的完整性、准确性和有效性；步骤4：便携终端通过定位设备实时与电子围栏库信息进行比对，如果当前进入禁止区时，发出语音警报，并通过北斗短报文向服务器发送警报通知；步骤5：便携终端和服务器各自根据过去最近时间定位坐标数据的位置变化产生基准的运动方向和运动速度，再借助运动感知设备获取移动姿态数据感知生成物体的运动方向和运动速度，产生最终的运动趋势，结合预警时间的计算得出预计的运行轨迹，结合电子围栏库的数据进行判断运行轨迹是否会触碰电子围栏产生“触网”，一旦预计会发生“触网”则立即发出相关语音预警；步骤6：便携终端进入警报状态时，会向服务器发送警报通知，并实时向服务器发送时序化的移动轨迹数据，轨迹数据包括时间戳、定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据；服务器接收到警报通知后，会通知相关人员触发的警报，并在地图上实时追踪和显示该便携设备的位置、移动姿态和运动趋势。9.根据权利要求8所述的一种作业现场人员在线监管预警方法，其特征在于，步骤1中的协同监管具体流程为：步骤11：通过便携终端上的交互功能，实现当前位置的坐标定位，通过便携终端的多次定位形成坐标集合，从而在现场实时准确的绘制电子围栏，并通过北斗短报文上传至服务器；步骤12：服务器接受到电子围栏后可以通过审批或者自动的向指定范围内的便携终端推送最新的电子围栏库；步骤13：各个便携终端接受到新的电子围栏库后，各自更新自己本地的电子围栏库。10.根据权利要求8所述的一种作业现场人员在线监管预警方法，其特征在于：针对步骤5的“触网”情形不同，发出的相关语音预警分别为：“接近禁止区”、“即将走出禁止区”、“已离开禁止区”、“即将进入工作区”、“即将走出工作区”、“已离开工作区”。

技术总结
本发明公开了一种作业现场人员在线监管预警的系统和方法，属于工程建设现场人员管理技术领域，包括便携终端、服务器和北斗全球系统，便携终端安装有时序设备、定位设备和用于分析运动轨迹的运动感知设备。服务器通过北斗短报文和便携终端进行信息传递，用于管理、接收和分发电子围栏数据，接收和存储由便携终端发出的时序化的移动轨迹数据，包括定位数据、移动姿态数据和运动趋势数据。本发明通过便携设备端实时判断分析的方法能够有效对作业人员触碰虚拟电子围栏前进行及时和可靠的预警。员触碰虚拟电子围栏前进行及时和可靠的预警。员触碰虚拟电子围栏前进行及时和可靠的预警。


技术研发人员：夏鑫珏 雷亚雄 王忆南 王晓冬 沈子轩 高翔 聂磊 崔浩
受保护的技术使用者：中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/6/28