基于ZigBee的人员定位技术研究

摘要：随着经济的发展，企业管理方式也从最基本的人工管理发展到以信息化、智能化作为依托，通过企业信息化建设为企业的运营、管理提供了良好的技术支撑。而随着企业管理的进一步细化，保障企业核心利益与监管需要，人员定位作为新型管理手段越来越受到企业重视，特别是在化工高危厂区、生产关键区域、危险区域等限制人员进出的场所，人员的定位监控就愈发显得重要。本文提出了一种基于ZigBee的人员定位方案，为厂区人员的跟踪，定位、安全保障提供依据。

关键词：人员定位 厂区定位 ZigBee应用 定位网

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0052-01

1 引言

随着企业管理的进一步细化，保障企业核心利益与监管需要，人员定位作为新型管理手段越来越受到企业重视，特别是在化工高危厂区、生产关键区域、危险区域等限制人员进出的场所，人员的定位监控就愈发显得重要。比如在人员日常管理中，经常会遇到以下问题：如何才能确认该人员是否按时到岗？如何能快速定位到某工作人员？在人员遇到危险情况时，如何能第一时间及时处理？如何知道当前人员的分布及分工情况？发生责任事故时，如何查看人员历史轨迹信息，为责任的判断提供依据？如何才能掌握到每位员工的实时信息及历史工作信息？

本文中构建的厂区人员定位系统有效的解决了以上问题，可实现高危作业人员监控、关键区域人员进出控制、人员移动轨迹跟踪、人员非法进入报警、人员快速定位等一系列应用。基于智能化的人员监控与跟踪系统，厂区管理人员通过监控中心屏幕，即可全面了解和把控厂区人员的工作情况，对人员在工作期间的活动情况一幕了然，当出现紧急情况时可立刻定位到人员，进行及时处理，免去到现场进行巡查的麻烦。该系统对提高工作效率、监控工作状态、危险情况处理等方面提供强有力的支持，将传统的摄像头监控等被动监控手段提升为主动的跟踪、预防。

2 系统构成

该系统基于物联网中的核心技术——ZigBee技术构建，系统硬件由监控主机、交换机、基站控制单元、读卡基站、定位卡组成。首先根据工厂的厂区布局在工厂路面及车间内安装一定数量的读卡基站，通过读卡基站发射定位信号，覆盖整个厂区。然后为工厂人员佩带定位卡，各方向的读卡基站不断接收定位卡发送定位信息，读卡基站将定位卡的信息通过基站控制单元上传至监控主机。上位机系统根据定位卡的场强信息及地理信息进行分析处理，得到定位卡的实时位置，进而实现人员定位、历史轨迹回放等功能。

该系统采用三层架构，最底层包括定位基站与天线、定位卡构成，该部分用于实现定位信息的采集。定位卡由员工携带，内置电池，不断向外发送定位信息，ZigBee定位基站与天线用于在厂区外部实现整个厂区的定位网络，在人员在厂区内活动时就可以被定位系统定位。中间层为基站控制单元与网络传输系统。将现场传递的原始定位信息进行预处理与传输，并对定位信息进行修正保障定位精度。最上层由监控中心，数据服务器等构成，用于实现定位信息处理、人员定位管理等一系列应用，为用户提供友好的操作界面与定位效果展现。

3 定位原理

建设基站：首先根据工厂区域现场具体情况，放置一定数量的读卡基站，使得工厂道路及车间区域内信号全覆盖。

配备定位卡：为工厂人员佩戴一张定位卡，当人员进入厂区，读卡基站接收到定位卡的信息，并将信息上传至基站控制单元，控制单元上传至主机，经系统软件处理可判断出人员的区域位置，并在地图上以人员图标+姓名的方式显示出来。

跟踪定位：当人员在厂区道路和车间之间行走时，系统可通过道路上的读卡基站和车间的读卡基站的记录分析出人员的行进路线，并绘制成轨迹。监控人员想要了解某一人员的活动路线时可在系统中查找到该人员并点击轨迹回放即可。同时系统也可设置区域准入权限，当人员未经授权进入限制区域时进行报警。

在厂区内定位时，根据厂区的特点，布设一定数量的基站，一般布置在道路两端、分叉口、拐弯处（如果道路较长需在道路中间段布置一定数量读卡基站），使得无线信号覆盖定位区域。当人员在厂区内移动时，四周的读卡基站不断向定位卡发送无线信号并将收集到的定位卡信息通过基站控制单元上传至主机，系统通过软件处理，可定位到该人员在哪个区域内及在区域内的具置，当人员从一个位置移动到另一个位置，系统可根据人员经过的路面读卡基站，分析出行进路线，进而实现历史轨迹查询及轨迹回放。

4 系统特点

基于ZigBee技术构建：在定位系统运行过程中，定位卡需要较低的传输延时和极低的功率消耗，使用户能拥有较长的电池寿命和较多的器件阵列，这对于定位系统长期运行非常重要。ZigBee技术为新型网络传输技术，有着高通信效率、低复杂度、低功耗、低速率、低成本、高安全性以及全数字化等诸多优点。相对于其他无线通信方式，ZigBee最大的特点是其拥有自组织与自修复特性。当ZigBee节点自由分布在空间中时，节点之间可以自主协调、自动连接形成一张网络，实现节点间数据的自由流动。这对于长期处于室外工作的定位基站来说非常重要，即使在某一节点发生故障之后，整个网络仍然可以继续运行，仅仅是精度受到一定影响。

定位精度高：传统的室外定位技术，因其属于室外广域定位，其定位精度不高，且易受室外环境因素的影响。在发生障碍物遮挡的情况下定位精度会急剧下降。而“科大有志厂区人员定位系统”则可根据室外情况进行定制，有针对性的部署定位基站，保证定位区域内定位精度的可靠性。

启动迅速：在被定位人员进入定位区域时，系统可立即发现并在系统上予以监控。而传统GPS启动时间较长，在人员频繁进出室内的情况下，GPS会造成反复的初始化过程，造成定位的间歇性与不稳定性。

自有系统，不受第三方服务影响：该定位系统为建设方自有系统，其运行不依赖于其他现存系统，不会发生额外费用。而现有的GPS与移动基站定位则需要依赖其他系统，并且移动基站定位需要进行持续的移动数据通信，会产生大量通信费用。

不易受天气等因素影响：GPS或移动基站定位系统，在运行过程中对天气状况敏感。在阴天或下雨天的情况下，GPS与移动基站的定位精度会下降，并且GPS初始化过程会很长，在人员频繁流动的情况下会造成系统实用性下降。

参考文献

[1]高国胜，陈俊杰，李刚.基于RSSI测距的信标节点自校正定位算法[J].测控技术，2009（08）.

[2]方震，赵湛，郭鹏，张玉国.基于RSSI测距分析[J].传感技术学报，2007（11）.