本文是一篇工程管理论文，本研究基于UWB定位技术实现建筑工地施工人员实时精确位置感知，基于位置信息，实现工人接近和滞留风险区域自动预警，基于轨迹信息，构建施工人员潜在安全状态评价模型，并在此基础上，开发建筑工地施工人员安全管理系统。
第1章绪论
1.1研究背景
建筑业作为我国经济的重要组成部分，近年来在多方的共同努力下，保持了稳步增长的趋势。据住房和城乡建设部统计，2023年，建筑业总产值达到31.6万亿元，增加值达到8.6万亿元、占国内生产总值的6.8%，吸纳就业超过5000万人[1]。与2012年相比，建筑业从业人数增加了1000多万，增加值从3.69万亿元跃升至8.6万亿元，对于保障民生、促进经济增长发挥着重要作用。
然而，在建筑业迅速发展的同时，建筑施工安全问题日益凸显，不仅对国家财产造成了重大损失，更直接威胁到施工人员的生命安全，成为制约行业可持续发展的重大障碍。据相关统计，2016－2022年我国建筑施工领域共发生安全生产事故4748起，死亡5844人[2]。安全事故高发的原因主要有两个：一是施工现场环境复杂，危险源多；二是传统安全管理模式存在很多局限性。建筑施工现场作业区域广阔，存在大量高处作业，潜在危险点多且呈动态分布，不仅增加了安全事故的发生概率，同时也给安全管理带来了挑战。
建筑施工人员构成复杂，数量庞大且素质参差不齐，工人所从事的工作内容与类型繁多，加之外包人员的广泛使用，使得个人安全行为的监管难度加大。同时，施工现场人员、机械及车辆流动性强，位置不固定，这种粗放式的劳动密集型作业模式使得对人员不安全行为进行全天候、实时性的监控与预警变得异常艰难。施工设备种类繁多且数量庞大，机械施工与手工操作并存，缺乏有效监管措施时，可能在施工作业中引发严重的安全事故。这些特点使建筑施工行业的危险因素较高，安全隐患频发，造成的后果和损失也十分严重。
1.2研究目的和意义
1.2.1研究目的
本研究的核心目的是从建筑施工人员的个体视角出发，利用高精度定位技术所采集的位置数据，实现对施工人员的不安全行为的提前预警。进一步地，通过深入分析施工人员的轨迹信息，揭示其潜在的安全倾向，从而实施针对性的安全管理措施，对安全等级低的施工人员重点培训和指导，以有效降低施工人员安全事故风险，整体提升施工人员安全管理的精准性和实效性。
1.2.2研究意义
本研究借助定位技术、人工智能等现代信息技术，充分利用施工人员位置信息和轨迹信息，构建施工人员安全管理系统，加强施工人员安全管理，具有重要的理论意义和现实意义。
（1）理论意义
本研究基于位置信息提出的建筑施工人员安全风险实时监测和预警机制，以及基于轨迹信息构建的建筑施工人员潜在安全状态评价模型，不仅可以丰富施工人员安全管理理论的研究内容，还能为施工人员安全管理提供了新的思路和方法。最终设计的施工人员安全管理系统作为安全科学、管理科学以及信息技术等多个学科交叉融合的产物，可促进更加系统和完整的施工人员安全管理理论体系的建立。
（2）现实意义
基于位置信息和轨迹信息构建的建筑施工人员安全管理系统，可弥补当前施工人员安全管理中的薄弱环节，显著提升事前预警、事中定位及事后追踪的能力，实现施工人员安全的可视化、精细化与智能化管理。从更宏观的层面来看，通过减少事故发生率，可保障施工人员的生命安全，减少因事故引发的经济损失，促进企业的可持续发展。此外，整体安全水平的提升将增强公众对建筑行业的信任，改善行业形象，为构建安全、和谐的施工环境奠定坚实基础。
第2章相关概念和理论方法
2.1 UWB定位技术
2.1.1 UWB定义
美国联邦通信委员会和国际电信联盟无线电通信部门定义UWB为发射信号的绝对带宽（Band Width，BW）大于等于500 MHz或者相对带宽大于20%的无线电通信技术。UWB早期主要用于军事雷达、军事定位和军事通信系统。2002年，由FCC批准用于民用通信，并限定其使用的频谱范围为3.1 GHz~10.6 GHz，频宽为7500 MHz，发射机的信号最高功率谱密度为-41.3 dBm/MHz。UWB利用纳秒级甚至是皮秒级的非正弦波窄脉冲进行数据传输，其时域信号由快速上升和下降的短脉冲序列构成。这种极短的脉冲持续时间导致其频谱范围非常宽广，因此，也被称之为脉冲无线电超宽带[64]。UWB与现有的多数无线技术（如卫星、WiF i、蓝牙等）的区别主要体现在两方面：一是UWB的带宽明显大于目前所有通信技术的带宽，如图2.1所示；二是UWB的无载波传输方式，是以基带进行传输的，而现有的窄带和宽带无线通信技术都是在载波上调制正弦波来传输信息的。
2.2系统化管理理论与工程信息化理论
2.2.1系统化管理理论
系统化管理理论是一种强调系统性、协同性与全面性，以整体视角审视、分析和解决管理问题，以期实现管理目标最优化的科学方法。该理论的基本架构由系统思维、系统建模、系统分析及系统改进组成，共同构成了系统化管理理论的坚实基础。
系统工程理论作为系统化管理理论的重要组成部分，在建筑工程建设领域尤其是安全管理方面发挥了举足轻重的作用。在建筑工程建设过程中，安全问题始终是头等大事。为了确保建筑工程建设的顺利进行和人员的安全，必须采用系统化的管理方法来加强安全管理。具体而言，可借助预先危险性分析、安全检查表等多种手段进行详尽的安全分析，基于系统化管理理论的核心思想与技术手段，将工程系统内纷繁复杂的各类要素进行系统性整合与协调，进而构建出一个综合性的整体模型。此模型不仅支持对各类变量的深入分析，还具备对潜在风险进行全面评估的能力。在这个模型的指导下，可以更加准确地识别出潜在的安全隐患和风险点，并采取相应的措施对其进行防范和控制，从而提升建筑工程安全管理水平。
2.2.2工程信息化理论
工程信息化，简而言之，就是将现代信息技术全面、深入地渗透到工程建设的各个领域，实现工程项目管理的数字化、智能化和网络化。这一理论的形成，得益于信息技术的飞速发展，特别是互联网、大数据、云计算、人工智能等技术的广泛应用。在全球经济一体化的背景下，工程信息化已成为提升工程质量和效率、降低成本、增强创新能力的重要途径。
第3章基于位置信息的施工人员安全风险实时监测与预警........................20
3.1位置信息获取.......................20
3.1.1 UWB定位设备选取与布置.........................20
3.1.2复杂场景下UWB定位算法优化.......................23
第4章基于轨迹信息的施工人员潜在安全状态评估....................37
4.1建筑工人潜在安全状态评价指标体系建立.......................37
4.1.1评价指标选取.............................37
4.1.2评价指标数据量化处理.........................38
第5章施工人员安全管理系统开发与应用....................45
5.1系统设计..............................45
5.1.1系统功能模块设计....................45
5.1.2系统总体架构设计...........................46
第5章施工人员安全管理系统开发与应用
5.1系统设计
5.1.1系统功能模块设计
如图5.1所示，施工人员安全管理系统可以分为四个功能模块：基础数据管理模块、实时定位模块、安全监测与预警模块、行为轨迹分析模块。
（1）数据管理模块
该模块主要是对工人数据和设备数据进行收集，收集完成之后进行统一量纲，写入数据库，该模块主要包含四个部分，系统用户管理、人员信息管理、设备信息管理和施工进度管理。系统用户管理是对系统用户进行账号和密码的统计和管理。人员信息管理是对工人信息进行统计，包含员工工号、所属区域、工种等信息。设备信息包含各种工程器械所属部门、自身定位所需要的标识，以及操作人员。施工进度管理则是统计工程进度。将以上信息入库之后，为系统设计做好数据支持。
（2）实时定位模块
通过定位技术对施工人员、车辆、机械设备、危险物品进行实时高精度定位，是其他功能模块实现的基础。此功能模块包含定位引擎、时空信息管理、目标位置查询、位置实时追踪和兴趣区域查看与统计。定位引擎是实现定位的核心，通过定位标签采集数据，经引擎进行处理得到定位坐标。时空信息管理是将时间和定位坐标进行存储和管理。目标位置查询是根据数据库系统存入的目标数据，进行位置查询。目标实时位置追踪是跟踪施工人员实时位置，通过位置变化，展现实时运动轨迹。兴趣区域查看与统计则是对兴趣区域的位置、属性、人员分布等信息进行查询然后进行信息的统计。
第6章总结与展望
6.1总结
本研究基于UWB定位技术实现建筑工地施工人员实时精确位置感知，基于位置信息，实现工人接近和滞留风险区域自动预警，基于轨迹信息，构建施工人员潜在安全状态评价模型，并在此基础上，开发建筑工地施工人员安全管理系统。
主要研究成果如下：
（1）实现了基于UWB定位技术的工地复杂场景下高精度定位。经过定位技术的优劣势对比，最终选用了UWB定位技术。但是目前UWB常用算法在多径效应下存在定位误差，故本文使用基于最小二乘和距离残差的UWB定位算法对其进行改进，实现了工地复杂场景下人/车/机/物的高精度定位。并实时采集工人的位置坐标、时间坐标、速度等轨迹数据，为施工人员安全管理系统的开发提供数据基础。
（2）建立了基于位置信息的施工人员风险监测和预警机制。依据易发事故类型划分对应风险区域，利用LEC评价法设置风险区域风险等级，结合施工人员
