本實(shí)用新型涉及一種燃煤火力發(fā)電廠數(shù)字化煤場(chǎng)無(wú)線電定位系統(tǒng)，尤其涉及一種采用UWB技術(shù)的燃煤火力發(fā)電廠數(shù)字化煤場(chǎng)無(wú)線電定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)燃煤火力發(fā)電廠來(lái)煤情況復(fù)雜，運(yùn)輸方式多樣，鍋爐基本上采用優(yōu)、劣煤混配摻燒的方式，以達(dá)到降低火力發(fā)電成本的目的。由于煤場(chǎng)管理技術(shù)水平有限，不同品質(zhì)的燃煤堆放混亂，因此無(wú)法準(zhǔn)確知曉各煤種的精確堆放位置、堆放時(shí)間、庫(kù)存量及品質(zhì)信息，從而直接影響鍋爐配煤摻燒、資產(chǎn)核算和效益分析的準(zhǔn)確性。堆取料機(jī)是輸煤系統(tǒng)中取煤和堆煤的重要設(shè)備之一，堆取料機(jī)定位的準(zhǔn)確性是數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)堆取料機(jī)普遍采用編碼器定位方式，個(gè)別電廠也采用GPS定位方式，但是這些定位方式都存在問(wèn)題。編碼器定位是通過(guò)在臺(tái)堆取料機(jī)的行程、旋轉(zhuǎn)、俯仰機(jī)構(gòu)上分別安裝相應(yīng)編碼器，實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)主機(jī)位置、大臂旋轉(zhuǎn)角度、大臂俯仰角度的定位，其主要缺點(diǎn)為：1）編碼器在室外環(huán)境下長(zhǎng)距離使用時(shí)，存在較大的累計(jì)誤差，定位精度差；2）安裝現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜，易發(fā)生信號(hào)干擾。GPS定位方式是通過(guò)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位，其主要缺點(diǎn)為：1）某些電廠建設(shè)位置偏僻，存在無(wú)信號(hào)或弱信號(hào)的情況，同時(shí)信號(hào)受天氣影響比較大，無(wú)法保證定位精度；2）隨著環(huán)保要求進(jìn)一步提高，新建電廠要求同步建設(shè)干煤棚，現(xiàn)有電廠要求對(duì)煤場(chǎng)進(jìn)行干煤棚改造，而GPS定位無(wú)法在有煤棚的煤場(chǎng)中使用。

針對(duì)目前堆取料機(jī)定位存在的缺點(diǎn)，有必要選用更準(zhǔn)確及可靠的定位方式來(lái)實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)的高精度定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種采用UWB無(wú)線電定位技術(shù)的定位系統(tǒng)，能有效提高定位精度。

本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題所提出的技術(shù)方案為：一種燃煤火力發(fā)電廠數(shù)字化煤場(chǎng)UWB無(wú)線電定位系統(tǒng)，用于定位煤場(chǎng)中的堆取料機(jī)、推煤機(jī)、運(yùn)煤車輛或工作人員的位置，包括設(shè)置于煤場(chǎng)四周的固定基站、移動(dòng)標(biāo)簽和定位系統(tǒng)服務(wù)器；所述固定基站、移動(dòng)標(biāo)簽和定位系統(tǒng)服務(wù)器通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)連接；所述移動(dòng)標(biāo)簽安裝在堆取料機(jī)、推煤機(jī)、運(yùn)煤車輛上或由工作人員攜帶，用于發(fā)出UWB信號(hào)；所述固定基站用于接收UWB信號(hào)并將UWB信號(hào)傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)服務(wù)器；所述定位系統(tǒng)服務(wù)器用于處理UWB信號(hào)，判定移動(dòng)標(biāo)簽的位置。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為：所述固定基站至少設(shè)有三個(gè)。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為：還包括同步控制器，該同步控制器分別與各固定基站和定位系統(tǒng)服務(wù)器連接，用于向固定基站發(fā)送同步控制命令，并協(xié)調(diào)定位時(shí)序，匯集固定基站定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)服務(wù)器；所述固定基站通過(guò)單模光纖與同步控制器連接，所述同步控制器通過(guò)單模光纖與定位系統(tǒng)服務(wù)器連接。

對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)為：還包括遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與定位系統(tǒng)服務(wù)器連接，遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)可將定位信息通過(guò)二維圖模擬顯示。

上述技術(shù)方案中移動(dòng)標(biāo)簽可安裝在堆取料機(jī)、推煤機(jī)和運(yùn)煤車輛上，或者可固定于工作人員身上，也可由工作人員手持，這樣就可以定位在煤場(chǎng)內(nèi)的設(shè)備和人員的位置信息，并將定位信息通過(guò)二維圖模擬顯示，做到對(duì)設(shè)備和人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本實(shí)用新型技術(shù)方案的技術(shù)效果為：

采用UWB無(wú)線電定位技術(shù)，對(duì)煤場(chǎng)的堆取料機(jī)、推煤機(jī)、運(yùn)煤車輛、工作人員等位置的定位精度可達(dá)到5～10cm，且不易受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，具備極強(qiáng)的抗干擾能力，具有對(duì)信道衰落不敏感、發(fā)射信號(hào)功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)將設(shè)備和人員的定位信息通過(guò)二維圖模擬顯示，可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1中固定基站、移動(dòng)標(biāo)簽布置示意圖；

圖2為實(shí)施例2固定基站、移動(dòng)標(biāo)簽布置示意圖；

圖3為TDOA算示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖中：1-同步控制器，21-低處固定基站，22-高處固定基站，3-移動(dòng)標(biāo)簽，4-待定位堆取料機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的燃煤火力發(fā)電廠數(shù)字化煤場(chǎng)UWB無(wú)線電定位系統(tǒng)，包括設(shè)置于煤場(chǎng)四周的固定基站、移動(dòng)標(biāo)簽、同步控制器、定位系統(tǒng)服務(wù)器和遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)，移動(dòng)標(biāo)簽用于發(fā)出UWB信號(hào)，固定基站用于接收UWB信號(hào)并將UWB信號(hào)傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)服務(wù)器，固定基站通過(guò)單模光纖與同步控制器連接，同步控制器通過(guò)單模光纖與定位系統(tǒng)服務(wù)器連接；同步控制器用于向固定基站發(fā)送同步控制命令，協(xié)調(diào)定位時(shí)序，匯集固定基站定位數(shù)據(jù)并傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)服務(wù)器，遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與定位系統(tǒng)服務(wù)器連接，遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)可將定位信息通過(guò)二維圖模擬顯示。

如圖1所示，本實(shí)施例以條形煤場(chǎng)為例，選用的移動(dòng)標(biāo)簽3，其UWB信號(hào)發(fā)送距離為150米，固定基站信號(hào)接收范圍為120米，移動(dòng)標(biāo)簽3設(shè)置于待定位堆取料機(jī)4上。

本實(shí)施例中煤場(chǎng)大小為300米（長(zhǎng)）×120米（寬），煤堆最大高度約12米，煤場(chǎng)儲(chǔ)量為20萬(wàn)噸。為保證待定位堆取料機(jī)4定位精度，移動(dòng)標(biāo)簽3發(fā)出的UWB信號(hào)需要在任意位置同時(shí)被3個(gè)或3個(gè)以上固定基站所接收，固定基站與移動(dòng)標(biāo)簽之間的距離不能超過(guò)100米。

固定基站均勻分布在煤場(chǎng)周邊，共設(shè)有12臺(tái)，其中低處固定基站21設(shè)有8臺(tái)，架設(shè)高度應(yīng)不低于12米；高處固定基站22設(shè)有4臺(tái)，架設(shè)應(yīng)結(jié)合堆取料機(jī)以及支臂最高上升高度而定，一般不低于16米；同步控制器1用量為1臺(tái)。固定基站通過(guò)U型卡件直接固定在安裝支架上，有煤棚的煤場(chǎng)，固定基站安裝在煤棚上；有擋煤墻的煤場(chǎng)，安裝在擋煤墻上方；對(duì)于四周無(wú)任何安裝支點(diǎn)的煤場(chǎng)，通過(guò)立桿的方式安裝固定基站。

本實(shí)施例為獲取待定位堆取料機(jī)4的堆取料位置信息和姿態(tài)信息，在待定位堆取料機(jī)4大臂前端、主體適當(dāng)位置各安裝一個(gè)移動(dòng)標(biāo)簽。

實(shí)施例2

如圖2所示，本實(shí)施例以圓形煤場(chǎng)為例，煤場(chǎng)直徑為110米，煤堆最大高度約14米，煤場(chǎng)儲(chǔ)量為14萬(wàn)噸，選用的移動(dòng)標(biāo)簽UWB信號(hào)發(fā)送距離為150米，固定基站信號(hào)接收范圍為120米。

本實(shí)施例中固定基站用量為5臺(tái)，其中低處固定基站21設(shè)有4臺(tái)，架設(shè)高度應(yīng)不低于14米；高處固定基站22設(shè)有1臺(tái)，安裝于棚頂，高度約為20米；同步控制器1用量為1臺(tái)。移動(dòng)標(biāo)簽3安裝在待定位堆取料機(jī)4的堆料臂、取料臂的前端。

上述各實(shí)施例中，為了進(jìn)一步提高定位精度，定位系統(tǒng)服務(wù)器還可以采用TDOA算法來(lái)計(jì)算移動(dòng)標(biāo)簽的坐標(biāo)位置。

上述各實(shí)施例中，同步控制器協(xié)調(diào)整個(gè)定位網(wǎng)絡(luò)，配有光纖口，用于連接固定基站的同步口，每個(gè)端口最多可串接10個(gè)固定基站，因此一臺(tái)同步控制器可控制40臺(tái)固定基站；另外一個(gè)預(yù)留口是用于連接通用的標(biāo)準(zhǔn)口，將Reader傳送來(lái)的到達(dá)時(shí)間差（TDOA）數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)給定位系統(tǒng)服務(wù)器，使固定基站以及定位軟件協(xié)同工作，使得整個(gè)定位網(wǎng)絡(luò)工作在一個(gè)同步狀態(tài)。

同步控制器用于向全網(wǎng)固定基站發(fā)送同步控制命令，協(xié)調(diào)定位時(shí)序；匯集各固定基站定位數(shù)據(jù)并傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)服務(wù)器；發(fā)送定位系統(tǒng)標(biāo)識(shí)信號(hào)喚醒入網(wǎng)標(biāo)簽并動(dòng)態(tài)設(shè)置標(biāo)簽參數(shù)；發(fā)送定位控制指令至各工作標(biāo)簽，安排標(biāo)簽定位時(shí)序；接收各工作標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù)；接收各固定基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并發(fā)送給定位引擎，供定位引擎計(jì)算并移動(dòng)標(biāo)簽。

TDOA算法原理如圖3所示，目標(biāo)發(fā)出的電磁波信號(hào)被一組觀測(cè)站所接收，它們所得到的波達(dá)時(shí)間的差異。由于有著傳播時(shí)間相減的過(guò)程，不需要被測(cè)移動(dòng)站（Ms）與觀測(cè)基站（Bs）之間時(shí)間同步，僅需要多個(gè)觀測(cè)基站（Bs）之間時(shí)間同步。TDOA描述的目標(biāo)移動(dòng)站的可能位置（R），是目標(biāo)到兩個(gè)觀測(cè)基站恒定時(shí)間差所能形成的雙曲線，多組TDOA能夠提供多組雙曲線的交點(diǎn)，從而定出目標(biāo)的位置。同樣，在實(shí)際情況下，交點(diǎn)不會(huì)完全重合，這就有了定位算法中的最優(yōu)估計(jì)問(wèn)題。TDOA由于巧妙設(shè)計(jì)的求差過(guò)程，會(huì)抵消其中很大一部分的時(shí)間誤差和多徑效應(yīng)帶來(lái)的誤差，因而可以大大提高定位的精確度。

如圖4所示，固定在煤場(chǎng)四周的固定基站通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)接入到同步控制器的同步口，同步控制器的另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RJ45通信口，通過(guò)光纖接入到位于機(jī)房的定位系統(tǒng)服務(wù)器，遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)連接定位系統(tǒng)服務(wù)器。

上述各實(shí)施例中定位系統(tǒng)服務(wù)器上還安裝有定位引擎軟件，通過(guò)該軟件可以很方便的對(duì)UWB無(wú)線高精度定位系統(tǒng)的定位情況映射在煤場(chǎng)模型中的相對(duì)位置，將煤場(chǎng)模型以二維地圖的形式展示在界面上，該軟件系統(tǒng)除了可以高清晰度的動(dòng)態(tài)展示，還可設(shè)定系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)、管理定位系統(tǒng)內(nèi)的固定基站和移動(dòng)標(biāo)簽等。

定位引擎軟件功能中包括實(shí)時(shí)定位功能、標(biāo)簽管理功能、固定基站坐標(biāo)系設(shè)置功能以及延時(shí)設(shè)置功能等。實(shí)時(shí)定位功能是本軟件的核心功能，能夠?qū)⒂脩粜枰獙?shí)際定位區(qū)域平面圖的動(dòng)態(tài)定位情況實(shí)時(shí)的顯示在該軟件上，從而能夠清晰的查看該定位系統(tǒng)的工作情況；標(biāo)簽管理功能主要是對(duì)整套定位系統(tǒng)中標(biāo)簽的ID號(hào)、名稱等進(jìn)行設(shè)置管理；固定基站坐標(biāo)系設(shè)置功能是對(duì)系統(tǒng)中的固定基站的實(shí)際物理坐標(biāo)進(jìn)行設(shè)置；固定基站延時(shí)設(shè)置功能是對(duì)固定基站相對(duì)于某一個(gè)參考位置的固定基站在實(shí)際定位過(guò)程中的延時(shí)進(jìn)行修正。

上述各實(shí)施例中在堆取料機(jī)司機(jī)室內(nèi)還安裝堆取料指導(dǎo)應(yīng)用終端，實(shí)時(shí)獲取定位系統(tǒng)服務(wù)器的移動(dòng)標(biāo)簽的定位信息，在應(yīng)用終端顯示屏上顯示堆取料機(jī)在煤場(chǎng)范圍內(nèi)的空間位置和姿態(tài)，直觀展現(xiàn)給運(yùn)行人員進(jìn)行堆取料操作，提高堆煤和取煤精度。輸煤程控室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下發(fā)堆取料作業(yè)任務(wù)，堆取料機(jī)駕駛?cè)藛T接收到任務(wù)作業(yè)單后進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)過(guò)程通過(guò)堆取料機(jī)定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)在輸煤程控室顯示，整個(gè)過(guò)程在有效的監(jiān)督下進(jìn)行，使得堆取料機(jī)堆取料作業(yè)形成“下達(dá)—執(zhí)行—監(jiān)督反饋—記錄”的完整管控程序。

上述各實(shí)施例中還可將移動(dòng)標(biāo)簽安裝于推煤機(jī)、運(yùn)煤車輛或人員上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)出煤場(chǎng)的設(shè)備和人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式在遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)上展示，做到進(jìn)出煤場(chǎng)的設(shè)備和人員位置可控，進(jìn)而確保人員和設(shè)備的安全。

上述各實(shí)施例對(duì)煤場(chǎng)的堆取料機(jī)、推煤機(jī)、運(yùn)煤車輛、工作人員的定位精度可達(dá)到5～10cm，且不易受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，具備極強(qiáng)的抗干擾能力，具有對(duì)信道衰落不敏感、發(fā)射信號(hào)功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機(jī)將設(shè)備和人員的定位信息通過(guò)二維圖模擬顯示，可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本實(shí)用新型的燃煤火力發(fā)電廠數(shù)字化煤場(chǎng)UWB無(wú)線電定位系統(tǒng)不局限于上述各實(shí)施例，凡采用等同替換方式得到的技術(shù)方案均落在本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍內(nèi)。