基本信息
- 项目名称：
- 高危场所动目标定位与跟踪系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 许多大型工矿企业存在一些极具危险性的工作场所，如水电站坝底机房、煤矿井下作业面等。这些作业场所通常区域较大，地形复杂，使其工作人员位置具有“不透明性”，难以进行有效的工位管理。 可以看出，妨碍救援的主要原因是不能确定被困人员的准确位置。因此，研制工作人员位置定位跟踪系统就显得极其重要和十分迫切。本项目就是为此研究了一套跟踪定位设备具有较高的实用价值。
- 详细介绍：
- 许多大型工矿、企业存在一些非常重要或极具危险性的工作场所，如水电站坝底机房、煤矿井下作业面、大型石化设施等。这些作业场所通常区域较大，地形复杂（如坑道作业），使其工作人员位置具有“不透明性”，难以进行有效的工位管理。因此，一旦发生灾害，由于无法了解被困人员的具体位置，救护、救援工作通常不能及时有效地进行。以煤炭行业为例，我国是煤炭消耗大国，同时也是世界上最大的煤炭生产国，我国的煤炭采掘主要来自于井下开采。煤矿井下开采作业相对于其它职业来说是危险系数较高的一项职业。作为世界上最大的产煤国，我国百万吨煤产量的死亡率达6人，是世界平均数的12倍，更是美国的100倍。虽然经过长年的治理整顿，煤矿的安全生产状况依然不尽如人意，每年因煤矿安全事故造成的伤亡达数千人。 灾害防治与救援技术是国内、外同行长期研究的重要课题，在分析常见的事故时发现造成救援不及时的原因如下： 1）作业人员与控制中心的信息沟通不及时； 2）控制人员难以及时动态掌握处于操作面的工作人员的分布及作业情况，进行精确人员定位； 3）一旦事故发生，抢险救灾、安全救护的效率低，搜救效果差。 可以看出，妨碍救援的主要原因是不能确定被困人员的准确位置。因此，研制工作人员位置定位跟踪系统就显得极其重要和十分迫切。利用定位技术对工作场所的作业人员进行跟踪定位不仅能方便决策人员快速准确了解遇险人员的具体分布位置、赢得抢救的宝贵时问，而且有利于完善企业现有人员管理机制，将人员定位推广为动目标跟踪与定位还可以应用于工业场所的设备追踪，使企业的管理工作自动化，加快企业信息化建设的步伐，具有较高的实用价值。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 近年来，无论是在军事和民用领域，对移动目标的定位与追踪这一应用的需求显得日益强烈，因此目标定位与追踪技术有着巨大的市场潜力。 用于目标定位技术的主要技术有： (1)测量目标与基准点之间的距离，或检测目标与基准点之间的角度或方向，利用边和脚的三角关系或极大似然估计法等算法实现定位，这是目前用的最多的基于测距的定位技术。 (2)根据测量目标到一系列点之间的接近程度来定位，如已知一个基准点，当物体到达该点附近，就定位该点位于基准点，该方法主要利用检测物体接触、监视无线蜂窝接入点、观测自动ID系统等技术。 (3)利用计算机图像处理技术和位图技术或对物理现象进行测量的方法实现定位的技术。 技术创新点： 1.针对复杂环境，设计可靠性较高的定位硬件系统。 2.采用有线传输与无线网络结合的方法，在降低成本的同时，也保证了系统的通信冗余性，提高可靠性。 3.无线网络除采用常见的主从模式外，还设计多跳式的自组网络通信系统，能针对复杂、宽阔的区域内实现定位，提供可行性。 4.控制中心除对收到的数据进行分析和处理，及时结合地理信息给出目标位置外，根据现场环境，结合先进算法，还可对其下一步移动给出一定预测，为监控、施救提供帮助。
科学性、先进性
- 本设计采用的各种方法实现简单、抗干扰能力强，精度高，成本较低；定位利用计算机图像技术从相机拍摄的位图获得信息，并与数据库进行比较来实现定位，无需过多布线，只需对摄像头采集到的图像进行分析处理即可完成。 本设计拟解决目前目标定位追踪存在的难题，目的在于实现复杂环境下移动目标的实施定位追踪。该系统能够实现目标精确定位，同时能通过通信网络即时上传位置信息，使得监控系统的控制更加准确、及时。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 研发阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 论文与图表的方式
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本项目采用的目标定位追踪技术所要实现的目标主要包括：能通过射频、红外、超声波等各种手段，精确确定出目标所在的位置的硬件电路终端；将位置信息通过有线或无线通讯方式传递给控制中心的可靠通信网络；能结合具体地理信息、实际灾害情况，对目标实时跟踪，并对其下一步运动给出估计的处理系统。 目标定位追踪系统的应用范围很广泛，通常可用于人员监控、车辆监控、信息分析、实施调度等方面，因此决定这项技术具有巨大的发展空间。 市场经济效益： 研制工作人员位置定位跟踪系统就显得极其重要和十分迫切。利用定位技术对工作场所的作业人员进行跟踪定位不仅能方便决策人员快速准确了解遇险人员的具体分布位置、赢得抢救的宝贵时问，而且有利于完善企业现有人员管理机制，将人员定位推广为动目标跟踪与定位还可以应用于工业场所的设备追踪，使企业的管理工作自动化，加快企业信息化建设的步伐，具有较高的实用价值。
同类课题研究水平概述
- 目前动目标定位技术在国内外的发展水平不一。定位技术在国外发展得很快，产品种类很多，如德州仪器、Motorola, Philips, Microchip等世界著名厂家都生产相关产品，并被广泛应用于工业自动化、交通运输控制管理等领域。如澳大利亚采用美国易腾迈公司(Intermec Inc.)的Intermec EasyCoder PFi产品，用于机场旅客行李管理中并发挥了出色的作用。 具体到危险工业场所的动目标定位技术，国外走在前列。以煤矿井下目标定位系统为例。国外研制矿井计算机监控系统始于20世纪60年代：为检测井下作业人员的灾前位置，美国研制了MPLAC井下人员工作位置管理系统，日本研制了坑道作业人员跟踪系统，两者设计思想均是采取灾变前跟踪定位，灾变后进行数据分析，以定被困人员的位置。 相对国外，我国在此方面的研究起步较晚，约始于20世纪80年代后期。随着各项技术的进步，以及产品的性能/价格比进一步提高，使得监控系统在我国的应用逐步得到推广。随着自动识别技术在国内各行各业的发展和应用，国内一些煤炭科研机构不断推出新一代的人员自动识别系统，并成功应用于井下人员的管理。到目前为止，国内部分矿井，尤其是现代化矿井已经安装了识别系统，用以取代以前依据矿灯管理来对下井人员进行管理。人员识别系统从最初的条形码、光电孔卡式到现在的指纹、红外线式考勤形式各不相同，这些技术装备利用不同的识别原理对下井人员进行监控、记录。这其中较为成功的有重庆煤炭科学研究院、常州自动化研究所和成都西谷曙光公司等。 以上用于工业场所的动目标定位技术一般采用区域定位方法，但随着精确定位技术成为国内外研究的热点，对于工业场所的定位技术也有了一定发展，如剑桥大学AT&T研究实验室的Active Badge (1992)系统就是一种基于红外(IR)技术的定位解决方案。基于射频技术的定位系统有Microsoft Research的RADAR (2000)系统、华盛顿大学SpotON(2000)系统、卡内基梅隆大学的Aura(2001)系统等。他们的主要工作原理是利用无线电波的信号特性如到达时间，到达角度，接收场强等信息来估计目标位置信息。但总的来看，由于工业场所环境复杂，干扰严重，精确定位技术往往误差较大，离实际应用还有较长距离。
