面向变电站改扩建施工的超宽带虚拟电子围栏监控方法

1.面向变电站改扩建施工的超宽带虚拟电子围栏的监控方法，其特征在于，具体包括：
步骤1、在变电站改扩建施工现场部署UWB节点，包括定位基站以及人员/机具定位标签；具体为：
设立定位基站，基站不共面且均匀分布在变电站中；在定位基站中选定相距一定距离且不共面的若干个节点作为锚节点，用于定位施工人员；设立人员/机具UWB定位标签，用于实时计算出场内每个施工人员和机具的位置坐标；
步骤2、根据施工作业任务及现场带电设施状况划定安全区域，建立虚拟电子围栏；
步骤3、采用基于混合指数幂分布的噪声容错超宽带定位算法进行作业人员/机具定位；具体为：
通过节点之间相互通信获取采样的欧氏距离矩阵；在采样欧氏距离矩阵基础上，采用基于混合指数幂分布的低秩矩阵分解技术重构出真实的欧式距离矩阵；最后根据锚节点的位置信息，以及节点之间的距离信息，调用四点定位算法计算出未知节点的坐标；
噪声容错超宽带定位算法建模具体为：
设有n个无线传感器节点部署在变电站中，节点的三维坐标表示为Xi＝{xi1,xi2,xi3}∈
3 n×n
R ,i＝1,2,...,n，节点间的距离信息表示为真实欧式距离矩阵D∈R ；
其中真实欧式距离矩阵D中的元素定义如下：
2
dij＝‖Xi‑Xj‖,i,j∈{1,2,…,n}                      (1)
将实际采样到的距离信息记为采样欧式距离矩阵M，有：
PΩ(M)＝PΩ(D+N)                            (2)
其中N为噪声矩阵，PΩ(·)为正交投影算子，其定义为：
其中Ω表示采样矩阵M中非缺失元素的下标集合，mij为矩阵M元素；
引入混合指数幂分布来拟合复杂环境下的未知噪声，引入低秩矩阵分解技术来建模，补全实际采样中缺失的节点间距离信息；
提出基于混合指数幂分布的距离矩阵补全模型，该模型建模为：
其中，ui和vj分别表示矩阵U的第i行和矩阵V的第j行，矩阵U和V是真实欧式距离矩阵D分解出的两个低秩矩阵，nij为测距过程中引入的未知噪声；
设噪声nij服从混合指数幂分布，即：
其中πk是混合比例且满足 K为混合噪声成分的数量，函数f为指数幂分布的概率密度函数，其定义为：
其中η为精度参数，p为形状参数，Γ(·)为gamma函数；
设每种噪声nij只服从一种特定的指数幂分布，
T
引入隐变量zij＝[zij1,zij2,...,zijK] ，zijk∈{0,1}并且满足 zijk＝1表示噪声nij服从第k个指数幂分布；
T
zij服从多项式分布，即zij～M(π)，其中π＝[π1,π2,...,πK]；由此得到：
引入变量Z＝(zij)n×n，N＝(nij)n×n，Θ＝{π,η,U,V}，
则完全似然函数为：
转化为完全对数似然函数：
由此，模型的目标函数为：
其中l(Θ)为参数Θ的完全对数似然函数；
采用期望最大化算法求解所述模型，算法输入采样欧式距离矩阵M以及初始化参数(0)
Θ ，算法输出补全后的真实欧式距离矩阵D；
步骤4、根据作业人员/机具坐标判断作业人员/机具是否存在越界违章作业行为。
2.如权利要求1所述的面向变电站改扩建施工的超宽带虚拟电子围栏的监控方法，其特征在于，所述步骤4对作业人员/机具的越界违章作业行为检测方法具体为：
根据作业人员/机具定位坐标，判断其为地面作业人员/机具还是高空作业人员/机具；
如果是高空作业人员/机具，判断其垂直高度是否超过区域既定的最大高度；
若超过，则作业人员/机具存在越界违章行为；
若未超过，则将高空作业人员/机具的位置映射至地面，得到映射后的地面位置，判断作业人员/机具的地面位置是否位于安全区域内；
如果是地面作业人员/机具，直接判断作业人员/机具的地面位置是否位于安全区域内；
若作业人员/机具的地面位置未处于安全区域，则存在越界违章行为。
3.如权利要求2所述的面向变电站改扩建施工的超宽带虚拟电子围栏的监控方法，其特征在于，判断作业人员/机具的地面位置是否位于安全区域内的方法具体为：
设定位基站构成的多边形包括n个传感器节点，第i个传感器节点的坐标为(xi,yi,0),1≤i≤n，施工人员的三维坐标为P(a,b,c)；
现作一条沿x轴正方向的射线y＝b,x>a，计算出其与多边形相邻两节点(xi,yi,0)和(xj,yj,0)形成线段的交点的横坐标：
若xcross>a且min(xi,xj)≤xcross≤max(xi,xj)，则该射线与多边形的一条线段存在交点；
同理计算出该条射线与多边形其余线段不同交点的个数；
若交点个数总和为奇数，则施工人员位于安全区域内；若为偶数，则施工人员位于施工危险区域。
4.如权利要求1所述的面向变电站改扩建施工的超宽带虚拟电子围栏的监控方法，其特征在于，所述步骤2设置施工安全区域并建立电子围栏，具体为：
根据改扩建施工的实际情况划定出安全施工区域，在安全区域边界处放置若干个UWB结点，保证相邻节点的连线形成的多边形覆盖全部安全区域，则形成的不规则多边形即为超宽带虚拟电子围栏。

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