本發(fā)明涉及精準定位，具體為一種作業(yè)現(xiàn)場人員精準定位方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、石油采集區(qū)域的安全管理是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中極具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用之一，涉及復(fù)雜的地下環(huán)境和大量的設(shè)備與人員協(xié)調(diào)。尤其是在地下石油采集區(qū)域作業(yè)中，實時精準定位采油工人位置對于安全至關(guān)重要，因石油采集區(qū)域環(huán)境的復(fù)雜性及潛在的危險性，監(jiān)測采油工人的具體位置及其所在區(qū)域的環(huán)境狀態(tài)變得極為重要。采油工人精準定位技術(shù)通過傳感器組、定位設(shè)備和無線通信技術(shù)等手段，在動態(tài)與危險的石油采集區(qū)域環(huán)境中保障采油工人安全，并為管理人員提供全方位的監(jiān)控支持。

2、現(xiàn)階段在石油采集區(qū)域作業(yè)中，采油工人定位不精確、環(huán)境數(shù)據(jù)更新不及時是常見的難題。傳統(tǒng)的人員定位技術(shù)大多依賴于gps等衛(wèi)星定位系統(tǒng)，但地下石油采集區(qū)域由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信號被阻擋，導(dǎo)致gps信號弱或不可用?，F(xiàn)有的無線通信或單一的傳感器數(shù)據(jù)采集方式無法準確跟蹤采油工人的實時位置，尤其在信號受阻的區(qū)域。此外，石油采集區(qū)域內(nèi)部的環(huán)境數(shù)據(jù)，如硫化氫濃度、溫濕度和地質(zhì)震動等，通常采集頻率較低，無法做到實時更新，導(dǎo)致危險來臨時無法及時預(yù)警，增加了安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種作業(yè)現(xiàn)場人員精準定位方法和系統(tǒng)，解決了背景技術(shù)中提到的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：包括以下步驟：

3、s1、通過在石油采集區(qū)域中安裝傳感器組，實時采集區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)，并對采油工人佩戴定位設(shè)備，實時采集工人定位數(shù)據(jù)；

4、s2、并將區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)和工人定位數(shù)據(jù)，發(fā)送到中央檢測系統(tǒng)中，并在中央檢測系統(tǒng)中對區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)進行特征提取獲取區(qū)域環(huán)境特征集；

5、s3、基于所獲取的工人定位數(shù)據(jù)，進行實時計算采油工人實時位置（xi，yi，zi），再通過采集區(qū)域環(huán)境特征集集計算第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii，并預(yù)設(shè)環(huán)境風(fēng)險閾值f1與第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii進行初步對比評估，并自動標記環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域；

6、s4、在初步對比評估出環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域時，自動觸發(fā)撤離路徑規(guī)劃公式和作業(yè)任務(wù)動態(tài)調(diào)度算法公式，進行計算輸出第i個采油工人的撤離路徑opi和作業(yè)負載指數(shù)tli，進行提前規(guī)劃撤離路徑和作業(yè)調(diào)度；

7、s5、在中央檢測系統(tǒng)中搭建監(jiān)控平臺，生成動態(tài)的石油采集區(qū)域安全地圖，結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)提供全方位的安全監(jiān)控，實時展示采油工人的實時位置、環(huán)境狀態(tài)及環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域情況；

8、s6、再構(gòu)建綜合評估公式，依據(jù)第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii、第i個采油工人的撤離路徑opi和作業(yè)負載指數(shù)tli，進行綜合計算輸出石油采集區(qū)域的綜合安全評估指標csa，同時預(yù)設(shè)安全閾值f2，將安全閾值f2與綜合安全評估指標csa進行二次對比評估，分析整體的石油采集區(qū)域安全情況，并基于二次對比評估結(jié)果生成相關(guān)措施。

9、優(yōu)選的，s1包括s11和s12；

10、s11、通過在石油采集區(qū)域中每間隔3米安裝一套傳感器組，通過傳感器組實時采集區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)；

11、傳感器組包括硫化氫傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和地震波傳感器；

12、區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)包括硫化氫濃度c、溫度t、濕度h和地質(zhì)波動次數(shù)n；

13、s12、再對石油采集區(qū)域中每間隔3米安裝一個uwb基站，uwb基站之間通過無線網(wǎng)絡(luò)連接形成網(wǎng)格，同時對采油工人進行佩戴uwb標簽定位設(shè)備，并在采油工人佩戴的uwb標簽定位設(shè)備中內(nèi)置加速度計、陀螺儀和rfid設(shè)備傳感器，實時采集工人定位數(shù)據(jù)；

14、工人定位數(shù)據(jù)包括接收信號強度rss、信號飛行時間tof、角度信息jd、基站信號功率p、采油工人與基站的距離d；

15、接收信號強度rss、信號飛行時間tof和采油工人與基站的距離d通過采油工人佩戴的uwb標簽定位設(shè)備，再通過站時，基站通過信號飛行時間tof測量采油工人與基站的距離d，同時采集接收信號強度rss；

16、角度信息jd通過采油工人佩戴的uwb標簽定位設(shè)備中內(nèi)置加速度計、陀螺儀和rfid設(shè)備傳感器采集獲??；

17、rfid設(shè)備分布在石油采集區(qū)域內(nèi)各個關(guān)鍵位置如入口、出口和作業(yè)面等，當采油工人攜帶的rfid設(shè)備經(jīng)過讀取器時，記錄其當前位置。

18、優(yōu)選的，s2包括s21和s22；

19、s21、將uwb基站通過uwb超寬帶技術(shù)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)ins和射頻識別技術(shù)rfid；與中央檢測系統(tǒng)進行連接，將實時采集到的區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)和工人定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒霗z測系統(tǒng)中；

20、s22、在中央檢測系統(tǒng)中對區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)進行特征提取，獲取區(qū)域環(huán)境特征集；

21、區(qū)域環(huán)境特征集包括硫化氫擴散率gdr、溫濕度梯度thg和地質(zhì)振動頻率gfq；

22、硫化氫擴散率gdr基于所獲取的硫化氫濃度c進行濃度梯度計算獲取，具體算法公式為：，式中，△c表示兩個硫化氫傳感器位置的硫化氫濃度變化差異，△t表示硫化氫濃度測量的時間間隔，△ds表示兩個硫化氫傳感器位置的空間距離；

23、溫濕度梯度thg基于溫度t和濕度h進行溫度濕度的梯度計算的計算獲取，具體算法公式為：；式中，△t表示兩個溫度傳感器位置的溫度差，△h表示兩個濕度傳感器位置的濕度差，△dw表示兩個溫度傳感器位置的空間距離，△dd表示兩個濕度傳感器位置的空間距離；

24、地質(zhì)振動頻率gfq基于地質(zhì)波動次數(shù)n進行計算獲取，具體算法公式為：式中，△t表示時間間隔。

25、優(yōu)選的，s3包括s31、s32和s33；

26、s31、通過工人定位數(shù)據(jù)進行實時計算輸出采油工人實時位置（xi，yi，zi）；

27、所述采油工人實時位置（xi，yi，zi）通過以下算法公式計算獲?。?/p>

28、；

29、式中，m表示uwb基站總數(shù)，rssij表示第i個采油工人與第j個uwb基站信號傳輸時的接收信號強度值，tofij表示第i個采油工人佩戴的uwb標簽定位設(shè)備發(fā)出信號到達第j個uwb基站所需的信號飛行時間，jdij表示第i個采油工人與第j個uwb基站的角度信息，pj表示第j個uwb基站的基站信號功率，dij表示第i個采油工人與第j個uwb基站的采油工人與基站的距離，表示信號路徑損耗因子，f表示距離和角度信息對應(yīng)的函數(shù)，公式的意義在于，確保在信號弱、地形復(fù)雜的石油采集區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)采油工人的三維定位。

30、優(yōu)選的，s32、再基于所獲取的區(qū)域環(huán)境特征集，計算輸出第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii，分析采油工人實時位置（xi，yi，zi）區(qū)域的環(huán)境情況；

31、第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii通過以下算法公式計算獲取；

32、；

33、式中，erii表示第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)，gdri表示第i個采油工人所在區(qū)域的硫化氫擴散率，thgi表示第i個采油工人所在區(qū)域的溫濕度梯度，gfqi表示第i個采油工人所在區(qū)域的地質(zhì)振動頻率，表示硫化氫濃度變化率，、和表示硫化氫擴散率gdr、溫濕度梯度thg和硫化氫濃度變化率的預(yù)設(shè)權(quán)重值，和分別表示地質(zhì)振動頻率gfq的調(diào)節(jié)因子和衰減控制因子，e表示指數(shù)函數(shù)，log表示對數(shù)函數(shù)，t1表示當前時間點，t2表示下一時間點；

34、這個指數(shù)衰減函數(shù)表示地質(zhì)震動頻率越高，采油工人的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)增幅越小，指數(shù)衰中的衰減控制因子控制了衰減速度，調(diào)節(jié)因子調(diào)整該參數(shù)在風(fēng)險評估中的整體影響；

35、這里使用對數(shù)函數(shù)來平滑硫化氫濃度變化率的影響，硫化氫濃度變化率權(quán)重值控制該參數(shù)的權(quán)重，防止硫化氫濃度變化率較小時對指數(shù)產(chǎn)生過大影響，但仍然保留其重要性；

36、s33、基于用戶進行設(shè)定環(huán)境風(fēng)險閾值f1與第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境分析指數(shù)erii進行初步對比評估，識別當前區(qū)域的潛在風(fēng)險，具體評估內(nèi)容如何下；

37、當?shù)趇個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境分析指數(shù)erii＞環(huán)境風(fēng)險閾值f1時，表示當前石油采集區(qū)域存在環(huán)境異常風(fēng)險，此時生成自動標記當前區(qū)域為環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域；

38、當?shù)趇個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境分析指數(shù)erii≤環(huán)境風(fēng)險閾值f1時，表示當前石油采集區(qū)域環(huán)境正常。

39、優(yōu)選的，s4包括s41和s42；

40、s41、在初步對比評估出環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域時，自動觸發(fā)撤離路徑規(guī)劃公式，進行計算輸出第i個采油工人的撤離路徑opi；

41、第i個采油工人的撤離路徑opi通過以下撤離路徑規(guī)劃公式計算輸出；

42、；

43、式中，erij表示第j個uwb基站區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)，acti表示第i個采油工人當前活動狀態(tài)，采油工人的活動狀態(tài)反映其當前的運動速度、行為模式如是否疲勞和移動的快慢等，影響撤離速度和路徑選擇，通過采油工人佩戴的uwb標簽定位設(shè)備，實時監(jiān)測采油工人的運動狀態(tài)，表示偏導(dǎo)數(shù)，表示第j個uwb基站區(qū)域硫化氫擴散率隨時間t的變化率，gfqj表示第j個uwb基站區(qū)域的地質(zhì)震動頻率，a1、a2、a3和a4分別表示第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)eri、采油工人當前活動狀態(tài)act、硫化氫擴散率變化率和地質(zhì)震動頻率預(yù)設(shè)權(quán)重值，其具體數(shù)值由用戶進行設(shè)定。

44、優(yōu)選的，s42、通過構(gòu)建作業(yè)任務(wù)動態(tài)調(diào)度算法公式，進行計算輸出作業(yè)負載指數(shù)tli，動態(tài)調(diào)整當前檢測區(qū)域的作業(yè)負載情況；

45、作業(yè)負載指數(shù)tli通過以下作業(yè)任務(wù)動態(tài)調(diào)度算法公式進行計算輸出；

46、；

47、式中，n表示采油工人總數(shù)量，wi表示第i個采油工人的工作負荷，通過任務(wù)管理系統(tǒng)自動記錄采油工人承擔(dān)的任務(wù)量，ui表示第i個采油工人使用設(shè)備的當前負載狀態(tài)，通過設(shè)備傳感器和管理系統(tǒng)實時監(jiān)控設(shè)備的負載狀態(tài)，ti表示第i個采油工人任務(wù)的預(yù)計完成時間，表示設(shè)備使用狀態(tài)的權(quán)重因子，表示第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險權(quán)重因子。

48、優(yōu)選的，s5包括s51和s52；

49、s51、在中央檢測系統(tǒng)中通過數(shù)據(jù)庫和大數(shù)據(jù)分析平臺，對傳感器組和uwb基站采集到的區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)和工人定位數(shù)據(jù)進行處理和融合，生成實時的三維石油采集區(qū)域安全地圖，并通過在中央檢測系統(tǒng)中構(gòu)建用戶界面gui，提供實時地圖、數(shù)據(jù)可視化和報警提示；

50、s52、利用ai技術(shù)，從歷史區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)和工人定位數(shù)據(jù)中進行深度學(xué)習(xí)，優(yōu)化風(fēng)險評估和決策建議，通過路徑規(guī)劃算法自動計算，結(jié)合區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)和工人定位數(shù)據(jù)動態(tài)更新路徑，與石油采集區(qū)域的設(shè)備控制系統(tǒng)集成，決策支持能夠自動觸發(fā)應(yīng)急設(shè)備的啟動或停止，確保及時響應(yīng)。

51、優(yōu)選的，s6包括s61和s62；

52、s61、構(gòu)建綜合評估公式，并將所獲取第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii、第i個采油工人的撤離路徑opi和作業(yè)負載指數(shù)tli，進行輸入到綜合評估公式中，進行計算輸出石油采集區(qū)域的綜合安全評估指標csa，整體分析石油采集區(qū)域的安全狀態(tài)；

53、綜合安全評估指標csa通過以下綜合評估公式計算輸出；

54、；

55、式中，ai表示第i個采油工人到安全出口的距離，n表示采油工人總數(shù)量，tlii表示第i個采油工人的作業(yè)負載指數(shù)；

56、s62、并基于用戶進行預(yù)設(shè)安全閾值f2與綜合安全評估指標csa進行二次對比評估，并基于二次對比評估，結(jié)果生成相關(guān)措施，具體評估內(nèi)容如下；

57、當綜合安全評估指標csa≥安全閾值f2時，表示石油采集區(qū)域的安全狀態(tài)正常，此時持續(xù)監(jiān)控，正常作業(yè)；

58、當綜合安全評估指標csa＜安全閾值f2時，表示石油采集區(qū)域的安全狀態(tài)異常，此發(fā)出警報，停止作業(yè)，通過佩戴的uwb標簽設(shè)備通知第i個采油工人的撤離路徑opi，再通過設(shè)備控制系統(tǒng)啟動應(yīng)急通風(fēng)。

59、一種作業(yè)現(xiàn)場人員精準定位系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸與提取模塊、定位與環(huán)境信息融合模塊、路徑規(guī)劃與作業(yè)調(diào)度模塊、實時監(jiān)控模塊和綜合安全分析模塊；

60、數(shù)據(jù)采集模塊通過在石油采集區(qū)域中安裝傳感器組，實時采集區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)，并對采油工人佩戴定位設(shè)備，實時采集工人定位數(shù)據(jù)；

61、數(shù)據(jù)傳輸與提取模塊通過將區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)和工人定位數(shù)據(jù)，發(fā)送到中央檢測系統(tǒng)中，并在中央檢測系統(tǒng)中對區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)進行特征提取獲取區(qū)域環(huán)境特征集；

62、定位與環(huán)境信息融合模塊通過基于所獲取的工人定位數(shù)據(jù)，進行實時計算采油工人實時位置（xi，yi，zi），再通過采集區(qū)域環(huán)境特征集集計算第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii，并預(yù)設(shè)環(huán)境風(fēng)險閾值f1與第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii進行初步對比評估，并自動標記環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域；

63、路徑規(guī)劃與作業(yè)調(diào)度模塊通過在初步對比評估出環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域時，自動觸發(fā)撤離路徑規(guī)劃公式和作業(yè)任務(wù)動態(tài)調(diào)度算法公式，進行計算輸出第i個采油工人的撤離路徑opi和作業(yè)負載指數(shù)tli，進行提前規(guī)劃撤離路徑和作業(yè)調(diào)度；

64、實時監(jiān)控模塊通過在中央檢測系統(tǒng)中搭建監(jiān)控平臺，生成動態(tài)的石油采集區(qū)域安全地圖，結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)提供全方位的安全監(jiān)控，實時展示采油工人的實時位置、環(huán)境狀態(tài)及環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域情況；

65、綜合安全分析模塊通過構(gòu)建綜合評估公式，依據(jù)第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii、第i個采油工人的撤離路徑opi和作業(yè)負載指數(shù)tli，進行綜合計算輸出石油采集區(qū)域的綜合安全評估指標csa，同時預(yù)設(shè)安全閾值f2，將安全閾值f2與綜合安全評估指標csa進行二次對比評估，分析整體的石油采集區(qū)域安全情況，并基于二次對比評估結(jié)果生成相關(guān)措施。

66、本發(fā)明提供了一種作業(yè)現(xiàn)場人員精準定位方法和系統(tǒng)。具備以下有益效果：

67、（1）該方法通過在石油采集區(qū)域中每隔3米安裝傳感器組，采集硫化氫濃度、溫度、濕度和地質(zhì)波動等區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)，并為采油工人佩戴了uwb標簽定位設(shè)備，實時獲取工人定位數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至地面站中央檢測系統(tǒng)后，系統(tǒng)能夠動態(tài)計算采油工人的實時三維位置（xi,yi,zi），并根據(jù)區(qū)域環(huán)境特征集計算出第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii。通過實時對比預(yù)設(shè)的環(huán)境風(fēng)險閾值f1，系統(tǒng)能夠快速識別環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域并自動標記，從而在環(huán)境惡化時如硫化氫濃度增加或地質(zhì)震動加劇發(fā)出早期預(yù)警，為采油工人提供及時的安全提示，有效減少石油采集區(qū)域事故的發(fā)生，提高采油工人的安全保障。

68、（2）該方法通過在識別出環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域后，系統(tǒng)能夠自動觸發(fā)撤離路徑規(guī)劃公式和作業(yè)任務(wù)動態(tài)調(diào)度算法。每個采油工人的最優(yōu)第i個采油工人的撤離路徑opi通過對其位置、第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii、硫化氫擴散率變化和地質(zhì)震動頻率gfq等多重參數(shù)計算得出，確保采油工人能夠根據(jù)實時動態(tài)的最優(yōu)路徑迅速撤離，避免進入環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域。同時，系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)負載指數(shù)tli，結(jié)合采油工人的當前工作負荷、設(shè)備負載狀態(tài)、任務(wù)預(yù)計完成時間等信息，進行任務(wù)調(diào)整和分配優(yōu)化，避免采油工人在環(huán)境異常風(fēng)險區(qū)域進行過高負荷的作業(yè)。這種智能化的撤離與任務(wù)調(diào)度不僅提高了緊急情況下的應(yīng)對效率，還能夠有效減少石油采集區(qū)域運營中的人員傷亡和設(shè)備損失。

69、（3）該方法通過在中央檢測系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過整合傳感器組和uwb基站采集到的區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)和工人定位數(shù)據(jù)，生成了一個實時動態(tài)的三維石油采集區(qū)域安全地圖。系統(tǒng)通過綜合評估公式，將第i個采油工人所在區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)erii、第i個采油工人的撤離路徑opi和作業(yè)負載指數(shù)tli進行綜合計算，得出石油采集區(qū)域的綜合安全評估指標csa，并與預(yù)設(shè)的安全閾值f2進行對比分析，評估石油采集區(qū)域的整體安全情況。系統(tǒng)能夠在評估結(jié)果顯示安全異常時，發(fā)出警報、暫停作業(yè)和啟動緊急通風(fēng)設(shè)備等應(yīng)急措施。通過歷史數(shù)據(jù)和ai技術(shù)的深度學(xué)習(xí)，系統(tǒng)能夠不斷優(yōu)化風(fēng)險評估模型與決策支持，實現(xiàn)石油采集區(qū)域管理的智能化和自動化，為管理者提供全面的數(shù)據(jù)支持和有效的決策建議，從而大幅提升石油采集區(qū)域的安全管理水平和運營效率。