殷建

(無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇無錫 214121)

RFID標(biāo)簽實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)

殷建

(無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇無錫 214121)

傳統(tǒng)的安全管理系統(tǒng)，往往采用按指紋或刷卡的方式，效率很低，而且會(huì)帶來許多的不便。為了實(shí)現(xiàn)人員或物品的實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)控，提出了一種基于無線局域網(wǎng)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，該基于Wi-Fi的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)是一種結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別和實(shí)時(shí)定位等多種技術(shù)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及定位原理，給出了工作原理圖，并分析了預(yù)警系統(tǒng)方案。

射頻識(shí)別;Wi-Fi;實(shí)時(shí)定位;定位標(biāo)簽;追蹤系統(tǒng)

0 引言

近年來隨著射頻技術(shù)的飛速發(fā)展，采用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的有效監(jiān)控已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。射頻人員管理系統(tǒng)是采用有源的射頻標(biāo)簽作為人員的標(biāo)志，射頻標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)人員的相關(guān)信息。射頻技術(shù)可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)人員位置的信息采集和傳送，無需人工干預(yù)，不影響人員的正常工作，不改變?nèi)粘５墓ぷ髁?xí)慣。如果某大樓里部署了射頻監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控終端可以顯示出大樓通道中人員的身份(依據(jù)他在入口的登記信息)及移動(dòng)方向等，管理系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的人員移動(dòng)位置信息統(tǒng)計(jì)分析人員的移動(dòng)路線等［1］。

基于 Wi-Fi的 RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)(Wi-Fi RTLS)結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別(RFID)和實(shí)時(shí)定位等多種技術(shù)，在無線局域網(wǎng)覆蓋的地方，定位系統(tǒng)能夠隨時(shí)跟蹤監(jiān)控各種人員和資產(chǎn)，并準(zhǔn)確找尋到目標(biāo)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)資產(chǎn)和人員的實(shí)時(shí)定位和監(jiān)控［2-3］。

1 系統(tǒng)組成

無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)(Wi-Fi RTLS)由以下三部分組成:定位標(biāo)簽(有源RFID Tag)、無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)(Access Point:2.45 GHz可調(diào)有源Wi-Fi RFID讀寫器，以下簡(jiǎn)稱讀寫器)、定位服務(wù)器(Loca-ting Server)。無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)支持802.11b［4］。

基本系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示:

圖1 無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)構(gòu)架圖

無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)(Wi-Fi RTLS)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示:

圖2 無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)(Wi-Fi RTLS)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

1.1 定位標(biāo)簽

定位標(biāo)簽具有唯一的ID，表示特定攜帶者。標(biāo)簽大部分時(shí)間處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)工作區(qū)后，向閱讀器網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)，并接受管理。定位過程中，標(biāo)簽定時(shí)發(fā)送信號(hào)，以便閱讀器網(wǎng)絡(luò)對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行定位。

人員標(biāo)簽根據(jù)需要可以有不同的設(shè)計(jì)，如腕帶標(biāo)簽、胸卡等。

1.2 讀寫器

可調(diào)有源讀寫器采用2.4 GHz頻段、全向天線設(shè)計(jì)，支持802.11b/g模式，并且提供了大容量緩沖器，可存儲(chǔ)高達(dá)800個(gè)標(biāo)簽數(shù)據(jù)集。通過內(nèi)置的全向天線，RFID閱讀器支持多標(biāo)簽的探測(cè)和識(shí)別，讀取范圍高達(dá)30米。

讀寫器分為直接模式和緩沖模式。在直接模式下，其直接上傳信息到實(shí)時(shí)主機(jī)系統(tǒng)。在緩沖模式下，RFID讀寫器接收和儲(chǔ)存的信息，只有在主機(jī)系統(tǒng)要求后才上傳。

1.3 定位服務(wù)器

定位服務(wù)器的功能主要有:計(jì)算標(biāo)簽位置、提供標(biāo)簽位置查詢服務(wù)、標(biāo)簽管理以及閱讀器網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。

安裝了定位服務(wù)器軟件系統(tǒng)的監(jiān)控管理中心，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理。定位服務(wù)器根據(jù)閱讀器網(wǎng)絡(luò)上傳的信息，計(jì)算標(biāo)簽的位置，并記錄。同時(shí)，可通過局域網(wǎng)提供軌跡、歷史位置的查詢服務(wù)。監(jiān)控各個(gè)標(biāo)簽的活動(dòng)狀態(tài)，必要時(shí)發(fā)出一定的信號(hào)。對(duì)閱讀器網(wǎng)絡(luò)中的閱讀器實(shí)時(shí)監(jiān)控，檢測(cè)閱讀器工作狀態(tài)與故障。

2 工作原理

2.1 原理概述

系統(tǒng)工作原理如圖3所示:

圖3 基于無線局域網(wǎng)(Wi-Fi)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)工作原理示意圖

在覆蓋無線局域網(wǎng)的地方，佩戴在人員身上或安裝在物品上面的定位標(biāo)簽周期性地發(fā)出信號(hào)，有源Wi-Fi RFID讀寫器接收到信號(hào)后，將信號(hào)傳送給定位服務(wù)器。定位服務(wù)器根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱或信號(hào)到達(dá)時(shí)差判斷出人員或物品的位置，并通過電子地圖顯示人員或物品的具體位置。具體如下:

①定位標(biāo)簽作為無線數(shù)據(jù)采集模塊佩戴在人員身上或者安裝在貴重物品上，系統(tǒng)通過對(duì)標(biāo)簽的跟蹤實(shí)現(xiàn)對(duì)人員和物品的跟蹤定位。

②可調(diào)有源Wi-Fi RFID讀寫器及時(shí)采集標(biāo)簽的信息，傳輸?shù)胶蠖说谋O(jiān)控中心，對(duì)定位標(biāo)簽進(jìn)行控制管理。在辦公室內(nèi)部每個(gè)AP的有效覆蓋范圍為30米。讀寫器安裝在園區(qū)各個(gè)區(qū)域入口處和每個(gè)辦公室內(nèi)。

③當(dāng)安裝了定位服務(wù)器軟件系統(tǒng)的監(jiān)控管理中心接收到讀寫器發(fā)送的信息后，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理。分析管理標(biāo)簽數(shù)據(jù)，通過控制中心的電子地圖監(jiān)視并及時(shí)顯示各現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)簽的位置，數(shù)據(jù)可同時(shí)存入存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)控人員可以通過計(jì)算機(jī)訪問存儲(chǔ)服務(wù)器查詢?nèi)藛T或物品位置、報(bào)警信息，以及人員或物品的移動(dòng)軌跡等。

2.2 具體工作流程

訪客或員工進(jìn)入展館園區(qū)后，首先在登記處登記姓名、身份證號(hào)等信息，登記時(shí)可追溯視頻設(shè)備開啟并進(jìn)行訪客圖像采集。訪客圖像信息和登記的相關(guān)信息被錄入后臺(tái)計(jì)算機(jī)，并與射頻定位與追蹤系統(tǒng)相連，授權(quán)一張記錄有訪客相關(guān)信息的有源RFID標(biāo)簽供訪客使用。在園區(qū)停車場(chǎng)、各個(gè)建筑物出入口及重要房間等處部署一定數(shù)量的讀寫器，訪客持有源RFID標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，讀寫器將會(huì)自動(dòng)感應(yīng)到標(biāo)簽信號(hào)，并開始對(duì)該訪客進(jìn)行電子定位，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給監(jiān)控終端，判斷訪客移動(dòng)路線并保留必要的數(shù)據(jù)信息，以備將來查詢。

2.3 虛擬預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在有無線局域網(wǎng)覆蓋的區(qū)域，定位標(biāo)簽對(duì)進(jìn)入?yún)^(qū)域的人員或物品進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤定位，有源讀寫器把采集到的信息發(fā)送到監(jiān)控管理中心進(jìn)行處理，根據(jù)接收到的定位數(shù)據(jù)可以判斷區(qū)域內(nèi)的任何人員的行為是否異常，從而達(dá)到預(yù)警效果。

首先采集各種影響園區(qū)正常運(yùn)營(yíng)的異常人員行為的定位數(shù)據(jù)，根據(jù)定位數(shù)據(jù)，在定位服務(wù)器監(jiān)控管理中心建立一個(gè)預(yù)警模式庫(kù)。

其次，實(shí)時(shí)接收讀寫器發(fā)送來的信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并與預(yù)警模式庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。

最后，當(dāng)有異常人員流動(dòng)時(shí)，發(fā)送到監(jiān)控中心的實(shí)際模式數(shù)據(jù)就會(huì)與預(yù)警模式庫(kù)中的某些數(shù)據(jù)吻合，觸動(dòng)報(bào)警器報(bào)警，即可迅速定位異常人員位置，這樣，就可以達(dá)到預(yù)警效果。

具體流程圖如圖4所示:

圖4 預(yù)警系統(tǒng)流程圖

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1)無線局域網(wǎng)非常普及，價(jià)格便宜，容易搭建和管理操作，無線局域網(wǎng)還可以用于無線上網(wǎng)、語(yǔ)音、視頻等其他用途。

2)實(shí)時(shí)的人員跟蹤，可隨時(shí)查找某個(gè)人位置，與在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)所經(jīng)過的路徑，顯示出線路軌跡。

3)定位精度高，可達(dá)3～5 m(視具體環(huán)境而定)，準(zhǔn)確掌握貴重物品或人員所處位置。

4)超低功耗，可更換電池標(biāo)簽，電池壽命可達(dá)到3年以上，且對(duì)人體安全、無輻射損害。

5)可視化終端平臺(tái)，以電子地圖形式顯示人員或物品的位置和移動(dòng)軌跡，還能顯示周圍環(huán)境的溫度警報(bào)信息，便于環(huán)境監(jiān)測(cè)和安全防范。

6)有源RFID標(biāo)簽讀寫距離遠(yuǎn)，適于實(shí)現(xiàn)大區(qū)域的無縫覆蓋和監(jiān)控。

4 結(jié)束語(yǔ)

此系統(tǒng)投資成本低，建設(shè)時(shí)間短，安裝靈活，安全環(huán)保，并且無線寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣。此無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)特別適用于人員定位、物流和倉(cāng)庫(kù)管理、閉環(huán)資產(chǎn)跟蹤和高價(jià)值資產(chǎn)跟蹤等，系統(tǒng)的高可靠、高性能、易操作、易管理等特點(diǎn)對(duì)于公司人性化、高效率的管理帶來很大的幫助。

［1］ 李海波，吳文軍，王雪莉.Wi-Fi通訊技術(shù)及其在金鼎礦業(yè)中的應(yīng)用［J］.金屬礦山，2010(8):120-127.

［2］ 游戰(zhàn)清，李蘇劍.無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)理論與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004:90-116.

［3］ 侯方勇，戴葵.計(jì)算機(jī)射頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2002，19(12):105-107.

［4］ 宋先文，郭春燕.基于射頻技術(shù)的無線控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2008(24):70-72.

RFID Label Real-time Positioning System

YIN Jian
(Wuxi Institute of Technology，Wuxi 214121，China)

Traditional safety management system usually adopts crediting card or pressing fingerprint.Its efficiency is low and it is not convenient.To realize real-time tracking and monitoring of objects，this paper advances a real-time positioning system based on Wireless Fidelity.This positioning system combines wireless network，RFID，real-time positioning techniques and etc.This paper introduces the structure and positioning principle of the system，provides the working principle chart and analyses the pre-alarm system project of the system.

RFID;Wi-Fi;real-time positioning;positioning label;tracking system

TP 391.44

A

1672-2434(2011)03-0040-03

2011-03-23

上海市科委重點(diǎn)科技攻關(guān)專項(xiàng)(09511503400)

殷 建(1963-)，男，副教授，碩士，從事研究方向:信號(hào)處理