司福强

（北京中铁建电气化设计研究院有限公司，北京 100043）

1 人员定位管理系统的现状及存在的问题

1.1 安全管理现状

地铁施工作业范围广和专业数量多，决定了作业人员均为分散式作业，并不集中，因此经常出现运输车辆和人员交叉作业的情况，也就提高了运输车辆和人员的安全作业风险。虽然制定了“红区”管控管理规定，规范了运输车辆和人员的作业行为，但由于人员的不确定因素导致运输车辆无法提前预估危险，造成事故的发生，比如作业人员在未告知司机的情况下在违规地点休息、作业人员在进路里作业时未按“红区”管控要求设立或解除红区警戒绳等。近几年所发生的地铁施工建设中，运输车辆安全事故均是由于人员的违章行为造成事故的发生，对运输车辆安全运行带来极大的风险。

1.2 人员管理现状

通过“六大系统”建设，地铁施工建设初步实现以FRID 为核心的人员管理系统，通过在现场安装定位基站，识别过往人员携带的射频卡实现人员定位管理，但此系统存在以下缺点。

1）实时定位难。系统不具备精准定位能力，只能对过往人员进行范围性确认，活动轨迹无法掌握。

2）有效考勤难。系统只能知道人员是否刷卡，无法掌握人员是否到达指定的工作面，难以实现对人员的有效考勤。

3）安全预警难。人员进入施工区域后，系统无法根据人员位置，判断是否需要对人员进行危险预警。

4）反馈管控难。因为无法确切掌握现场人员的工作状况，难以对相关人员实施有效的反馈，一旦发生事故，很难利用现有手段快速确定事故人员位置。

2 实行人员精准定位系统的目的

2.1 实现的功能

通过高精度人车定位系统，可以实现包括但不限于考勤统计、实时监测、安全保障、查询回调等功能。人车定位系统的应用，使施工管理的粒度精细到每个人和车辆，即精确到了施工作业的基本单元。通过实时获取作业人员和车辆的实时位置，可以明确判断人员和车辆的出勤状态、工作状态、是否安全（及必要的安全提示），分析人员和车辆具体工作时间、工作效率，保障人员和车辆的安全、提供紧急状态下处置方案的数据支撑；通过与综合视频监控系统、应急播报系统等的联动，及时发现和确认异常、及时提供针对性极强的干预，保障项目的规范和安全。

2.2 极大降低隧道内运输车辆安全运行风险

运输车辆是地下作业面运输渣土、废石、材料以及设备的重要载具，同时也存在着较高的安全运行风险。无轨设备的安全高效运行，不仅是完成生产任务的重要保证，同时也是地铁建设中地下施工人员人身安全的重要保障。

通过在运输车辆安装的测距基站和人员佩戴的测距标签的距离监测来进行相互提示和报警，配合“红区”管控措施，最大程度地降低运输车辆的安全运行风险。

3 人车精准定位系统的原理、结构及功能

3.1 人车精准定位系统的原理

LocalSense ® 无线定位系统使用先进的超窄脉冲精确测量飞行时间技术，实现底层的精确测距/计时；结合LocalSense ® 位置解算算法，实现上层的精确定位。其基本原理如图1 所示。

图1 人车精准定位系统定位原理Fig.1 Positioning principle of precise positioning system for person and vehicle

假设有 3 个基站（P1，P2，P3）分别发射信号，终端（MS）接收信号，假设MS 与Pi的距离为di，则di的计算如公式（1）所示。

其中，t0为信号从终端发出的时间；ti为基站接收信号的时间；c为信号传播速度。

设基站坐标为Pi(x1，y1)，移动终端位置MS(xn，yn)，计算如公式（2）所示。

可得出移动终端位置MS(xn，yn)如公式（3）所示。

3.2 人车精准定位系统的架构

人车精准定位管理系统由定位硬件层、网络连接层、数据解算层和应用层组成。其中定位硬件层是人车定位系统实现定位功能的主体部分，包括定位微基站和定位微标签；网络连接层用于将定位微基站采集的数据回传到数据中心；数据解算层则是实现标签位置计算的关键；应用层针对现场管理需求，完成业务层面的呈现。人车精准定位系统架构如图2 所示。

图2 人车精准定位系统架构Fig.2 Precise positioning system architecture for person and vehicle

通过在作业现场部署定位基站，对人员、车辆配置标签的方式，实现实时高精度定位功能。基于系统提供的精准定位数据，开发人员和车辆安全管理、实时位置检测、考勤管理、统计查询等功能，以及开放的系统对接接口，为后期实现视屏联动和应急语音播报系统提供技术支持。

3.3 人车精准定位系统的功能

1）实时位置定位与轨迹显示

绘制现场电子地图，对现场作业人员和车辆进行精准定位，并将作业人员和车辆运行的实时运动轨迹在电子地图上进行显示，在一般情况下，定位精度可达到15～30 cm。定位数据经过软件算法处理，得出各具体信息（包括人员ID、位置、时间等）。同时可在现场LED 大屏，实时滚动显示作业现场人员和车辆位置信息。

2）突发情况报警

一旦发生突发情况，施工人员可通过按下所携带定位标签上的定位按钮发出警报，同时，监控室的动态显示界面会立即触发报警事件并进行记录。当突发情况发生时，定位系统将保留人员和车辆的最后活动位置，为精确紧急搜救提供重要参考。

3）电子围栏报警

在电子地图上或对某个基站的监控范围划定一个危险区域，当人员或车辆进入该危险区域或在设定的时间内未离开该区域时，就会触发系统报警，报警效果如图3 所示。

图3 电子围栏报警效果Fig.3 Electronic fence alarm effect picture

4）历史轨迹存储与回放

对人员和车辆运行历史轨迹进行一年的存储和回放，同时呈现人员和车辆活动热力分布情况。历史回放效果如图4 所示。

图4 历史轨迹回放效果Fig.4 Historical track replay effect picture

5）区域统计与电子点名

对划定的区域内的人员和车辆数量、状态信息进行统计并以电子表格的形式进行显示。

（如各采场人员和车辆数量、状态信息）实时监测人员在线、休眠、离线状态，对于长时间未移动的人员或车辆进行系统报警。

6）自动考勤与工时统计

定制考勤任务，自动统计人员、车辆出勤、准时、迟到、早退天数，并形成电子化表格。

7）视频联动

定位系统与视频监控系统进行视频联动，多目标多画面跟踪指定人员或车辆，并保存视频信息，视频联动效果如图5 所示。

图5 视频联动效果Fig.5 Videos linkage effect picture

4 人车定位系统应用实例及可推广性

4.1 人车定位系统的应用实例解析

为进一步增强地下施工本质化安全管理水平，坚决杜绝各类安全事故的发生，2018 年，一施工企业在地下施工作业现场全面推广应用人车测距防撞报警系统，使地下施工运输车辆安全运行状况得到改善。在此基础上为进一步提高施工作业现场人员和车辆安全管控能力，基于无线测距定位技术，2019 年5 月，该施工企业分段建立并投用人车精准定位管理系统。此系统由定位硬件层、网络连接层、数据解算层和应用层组成。其中定位硬件层是人车定位管理系统实现定位功能的主体部分，由定位基站和定位标签组成。定位标签则由已投用的人车测距报警系统中的车载测距基站和人员测距标签组成，人车精准定位系统现场效果如图6 所示。

图6 人车精准定位系统现场效果Fig.6 On-site effect picture of precise positioning system for person and vehicle

通过在作业现场部署定位基站，接收人员、车辆定位标签发送的定位数据，实现实时的高精度定位。定位数据通过光纤网络上传至服务器进行数据解算，并根据定位数据针对现场管理需求，完成业务层面的呈现。目前已实现的功能如下。

1）人、车实时精准定位

绘制现场电子地图，对现场作业人员和车辆进行精准定位，并将其实时运动轨迹在电子地图上进行显示。通过划定点名区域，对各作业现场人员、车辆进行统计，可以全面掌握作业现场人员、车辆分布情况、工作状态、是否安全（及必要的安全提示），提高现场调度指挥能力。

2）电子围栏报警

在电子地图上或对某个基站的监控范围划定一个危险区域（如隧道进/出口、站厅层与站台层中空地段），当人员或车辆进入该危险区域或在设定的时间内未离开该区域时，人员携带的定位标签会触发震动报警，系统后台会触发围栏报警，提高危险区域的安全管控能力。

3）视频联动

定位系统与视频监控系统进行视频联动，多目标多画面跟踪指定人员或车辆，通过视频联动可以第一时间掌握人员、车辆工作状态，提高现场行为纠偏处置能力。对于长时间停滞的标签，可以通过视频联动观察标签目前工作状态，存在危险情况时，通过后台向标签下达预警信号，及时提醒作业人员规避安全风险。

4）应急处置

发生危险情况时，作业人员可通过按下所携带的定位标签上的定位按钮发出警报，同时，监控室的动态显示界面会立即触发报警事件并进行记录，定位系统将保留人员、车辆的最后活动位置，为精确紧急搜救提供重要参考。发生重大危险情况，需要整个作业区域人员全部撤离时，可通过定位管理系统高效组织撤离，提高现场应急指挥能力。

5）提高施工现场“红区”管控能力

现场生产管理人员可通过定位系统掌握施工现场人员、车辆分布情况。当施工作业人员未全部撤离时，禁止运输车辆进行渣土、设备、材料等运输作业。在作业过程中可通过定位系统有效制止人员误入和违章作业现象，提高采场“红区”管控能力。

6）提高应急演练质量

通过定位系统，实时掌握模拟危险区域人员、车辆分布状况，在应急演练过程中提高应急指挥能力，在后期可通过轨迹回放功能对演练过程进行数据分析，为演练方案调整优化提供技术支持。

4.2 可推广性分析

人车精准定位系统已经在某一施工企业在地下施工现场分段应用，使生产作业管理的粒度精细到每个人和车辆，即精确到生产作业的基本单元。目前已经与视频完成联动，在后期的系统开发应用过程中将加入应急播报系统，及时发现和确认异常、及时提供针对性极强的干预，进一步提高地铁施工作业现场的安全生产管控能力，提升施工作业现场工业信息化、智能化水平。

5 结束语

人车精准定位管理系统通过实时获取作业人员和车辆的实时位置，可以明确判断作业人员的出勤状态、工作状态、是否安全（及必要的安全提示），分析作业人员具体的工作时间、工作效率，保障作业人员的安全、提供紧急状态下的处置方案的数据支撑，从而提高对现场作业人员的精细粒度管控和作业安全。

人车精准定位管理系统建立了人员、车辆精准位置数据库，通过对分析软件的二次开发，以及开放的系统对接接口，可扩展丰富的管理功能，比如可与视频监控及应急播报通讯系统进行联动，及时发现和确认异常，及时提供针对性极强的干预，确保人员和车辆的安全。它的建立对于地铁施工作业系统的数字化建设具有借鉴和指导意义。