信号盲区下基于SLAM的石化施工现场人员定位方法研究

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石化行业是国民经济的支柱产业之一,同时也是一个高危行业。石化施工现场作业面狭窄、交叉作业频繁、人员高度密集,安全事故频发。工人的实时定位管理被认为是保障石化现场安全最直接有效的途径之一。但当前的研究主要是采用RFID、蓝牙等Outside-in(由外向内)定位技术,这类技术完全依赖定位信号的强度及覆盖率,在金属构件密集、大型设备广泛存在的这种强干扰、遮挡严重的石化场景中容易出现定位信号弱、定位不连续或定位失效等信号盲区,直接造成定位数据的缺失,影响安全管控的质量。因此,如何解决石化现场信号盲区下的人员实时定位,成为石化工程建设中亟待解决的难题。为此,本文引入了基于SLAM的工人定位方法。首先,结合石化施工现场特点,分析了现有定位系统的不足并列出信号盲区所对应的具体石化场景,从而提出了信号盲区下定位技术选型。然后,建立了基于ORB-SLAM的工人定位模型,通过不同影响因素下的对比实验,分析出SLAM对弱光或快速运动表现出极强的敏感性,定位效果急剧下降;在转弯时存在明显的定位丢失。为了提高SLAM定位的鲁棒性,本文引入IMU建立了ORB-SLAM与IMU融合的工人定位模型,并在同样的实验环境下进行性能比较。研究结果表明,该融合定位方法解决了SLAM由于工人快速移动等带来的瞬时定位数据丢失问题,弥补了其在复杂环境中定位的局限性,在不同光照、移动速度下,均能完整地进行运动轨迹跟踪,定位误差基本上控制在1-2%。最后,以武汉某石化烷基化项目为背景验证了该融合定位方法的有效性和稳定性。结论表明,本文所提出基于SLAM与IMU融合的定位方法可以实现石化现场信号盲区下的工人实时定位,克服了现有Outside-in定位技术的不足,为信号盲区下的定位管理提供了可靠的技术支持。通过该定位方法可以有效地降低石化工程安全事故发生的概率,对保障现场安全、落实石化HSSE安全管理规定具有重大意义。
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