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基于RFID和WSN的人員管理方案

作者:深圳市新力量通信技術(shù)有限公司
日期:2013-01-10 10:16:32
摘要:人員管理從早期的簡單的考勤管理,到門禁出入管理,再到后來的人員定位跟蹤管理,其管理的方式和理念呈現(xiàn)出不斷深化和復(fù)雜的發(fā)展趨勢,技術(shù)手段也從最初的人員考勤打卡,到門禁刷卡出入,發(fā)展到后來的非接觸式的RFID射頻識別。

1. 系統(tǒng)概述

  1.1. 系統(tǒng)背景

  隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,人與人之間的日常交往日趨頻繁,人們的工作生活方式越來越多樣,日常行為越來越豐富,而對于一些與人們?nèi)粘9ぷ魃蠲芮邢嚓P(guān)的場所或者人員聚集較多的公共場地,如煤礦、市政單位、醫(yī)院、學(xué)校、監(jiān)獄等等,每天必須面對大量的人員服務(wù)工作,如敬老院老人的照顧、醫(yī)院嬰兒的管理、煤礦井下作業(yè)人員安全、監(jiān)獄中犯人管理等等。由于人們的行為往往存在不可預(yù)知和不可控的因素,一旦發(fā)生特別事件,如果得不到及時的應(yīng)對和處理,就有可能造成嚴(yán)重的后果,成為當(dāng)前社會的焦點,對社會造成不良影響。

  1.2. 現(xiàn)狀與分析

  人員管理從早期的簡單的考勤管理,到門禁出入管理,再到后來的人員定位跟蹤管理,其管理的方式和理念呈現(xiàn)出不斷深化和復(fù)雜的發(fā)展趨勢,技術(shù)手段也從最初的人員考勤打卡,到門禁刷卡出入,發(fā)展到后來的非接觸式的RFID射頻識別。當(dāng)前,很多公共場所對人員管理的手段僅僅是通過人員進出登記,或者刷門禁卡出入來實現(xiàn)的,該手段雖然可以嚴(yán)格記錄人員的出入,但是對于人員的內(nèi)部行為狀況卻無法了解,無法對區(qū)域人員的行為做出預(yù)見和判斷,一旦有特別事件發(fā)生不能及時掌握,更談不上預(yù)防。而純粹的RFID技術(shù),又礙于其高昂的投入成本,讓眾多管理者望而卻步。

  面對越來越復(fù)雜的人員管理和非常有限的資金投入,人們希望有一套低成本而高效率的管理方法,如何利用科學(xué)技術(shù)來提高區(qū)域人員管理的方式和效率,已經(jīng)成為擺在眾多系統(tǒng)集成專家面前的一道課題。無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展,孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN),并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點和優(yōu)點,得到眾多系統(tǒng)開發(fā)商的青睞,隨著WSN的逐漸應(yīng)用,其在人員管理上的優(yōu)勢不斷顯現(xiàn)出來。本文將介紹基于RFID和WSN的人員管理應(yīng)用方案。

2. 技術(shù)介紹

  2.1. RFID技術(shù)

  RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù),它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識別工作無需人工干預(yù),可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽,操作快捷方便。RFID系統(tǒng)主要由讀寫器、天線和標(biāo)簽三部分組成,其具有以下幾個特點:

  1)非接觸性識別;

  2)物體標(biāo)識性:標(biāo)簽具有唯一的ID號,實現(xiàn)物體唯一標(biāo)識性;

  3)識別距離遠(yuǎn):采用不同的RFID頻段技術(shù),可實現(xiàn)0~1000m不同的距離要求,適用于不同的場合;

  4)防沖突性:一次性可識別大量標(biāo)簽;

  5)抗干擾能力強:RFID無線識別可用于惡劣的環(huán)境下,且可正常工作。

  2.2. WSN技術(shù)

  WSN即無線傳感器網(wǎng)絡(luò),是通過部署在特定區(qū)域內(nèi)的大量的微型傳感器,利用其組織構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò),實時地監(jiān)測、感知和采集節(jié)點部署區(qū)的觀察者感興趣的感知對象的各種信息(如光強、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象),并對些信息進行處理后以無線方式發(fā)送給后臺系統(tǒng)。

  WSN具有以下特性:

  數(shù)據(jù)采集性:通過傳感器采集資產(chǎn)運行或環(huán)境狀態(tài)信息等;

  自組織網(wǎng)絡(luò):節(jié)點具有自動組網(wǎng)的功能,節(jié)點間能夠相互通信,協(xié)調(diào)工作;

  網(wǎng)絡(luò)建立時間短、網(wǎng)絡(luò)自組織、網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)等功能;

  成本低,采用無線網(wǎng)絡(luò)可減少布線及人工成本;

  通信距離遠(yuǎn);

  功耗低,節(jié)點可直接采用紐扣電池供電。

  2.3. RFID和WSN融合

  RFID實現(xiàn)對物的標(biāo)識及物的信息采集,WSN實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及傳輸,將RFID與WSN的兩者融合后便可巧妙地實現(xiàn)物的標(biāo)識、物信息的采集、傳輸與定位。

圖1:無線傳感網(wǎng)連接圖

3. 系統(tǒng)介紹

  3.1. 系統(tǒng)工作原理

  信息采集

  將某區(qū)域人員的基本信息入錄到數(shù)據(jù)庫,每個人帶上一個存有與自己相對應(yīng)ID號的電子標(biāo)簽(以下簡稱標(biāo)簽)在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)活動,安裝在區(qū)域內(nèi)的定位器就通過識別到標(biāo)簽的ID信息來判斷人員所處位置。

  數(shù)據(jù)傳輸

  RFID標(biāo)簽、中繼器、數(shù)據(jù)中心構(gòu)成一個無線的傳輸網(wǎng)絡(luò),當(dāng)中繼器獲取到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)時,通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心對接收到的數(shù)據(jù)進行計算處理,通過網(wǎng)口或者其他接口上傳至中央數(shù)據(jù)控制中心。

  人員定位

  系統(tǒng)將中繼器作為人員定位器,定位器采集標(biāo)簽的ID號以及RSSI值,將采集到數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心根據(jù)得到的RSSI值,計算出標(biāo)簽所處的坐標(biāo)位置,并將處理的結(jié)果上傳至中央數(shù)據(jù)控制中心,控制中心可以根據(jù)在電子地圖顯示相應(yīng)的位置。

  定位方式采用三點定位,即結(jié)合三個定位器綜合信息實現(xiàn)定位。

  3.2. 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖2:系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

  3.3. 人員定位示意圖

 

圖3:人員定位示意圖

  3.4. 系統(tǒng)功能模塊 

圖4:系統(tǒng)功能框圖

4. 系統(tǒng)功能介紹

  4.1. 人員信息初始化

  每個人帶上一個存有與自己相對應(yīng)ID號的電子標(biāo)簽,系統(tǒng)將該電子標(biāo)簽的ID號與人員的詳細(xì)信息進行綁定,如:人員的姓名、年齡、性別等等。

  4.2. 人員信息管理

  人員位置定位

  人員位置的定位是基于無線傳感網(wǎng)中信號強度測距法來實現(xiàn)的,其中測試點采用三點定位模式。定位器讀取到相關(guān)ID后,將ID對應(yīng)的信號強度(RSSI)和ID發(fā)送給數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心根據(jù)接收到的RSSI,計算出該ID所處的位置,同時在電子地圖上進行顯示。

  人員軌跡跟蹤

  電子標(biāo)簽ID被定位器識別后,傳入數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心保存ID每次的獲取記錄,并與系統(tǒng)時間保持同步,通過調(diào)取相關(guān)ID的識別記錄,可以判斷出人員的運動軌跡,在電子地圖,該標(biāo)簽每次上傳數(shù)據(jù)所處的位置能夠清晰的顯示出來,從而了解人員的運動軌跡。

  4.3. 非常規(guī)事件報警

  標(biāo)簽破壞報警

  電子標(biāo)簽具有防拆功能,當(dāng)電子標(biāo)簽被帶上后,必須經(jīng)過管理人員的授權(quán)操作,才能取下,否則任何的擅自取下,或者強行破壞都會使的標(biāo)簽不斷的向系統(tǒng)發(fā)出報警信號。

  限制區(qū)域報警

  在限制區(qū)域附近安裝有定位器,當(dāng)定位器捕獲到電子標(biāo)簽的ID,系統(tǒng)立即響應(yīng)報警,并在電子地圖上顯示其位置,同時信息欄中立即彈顯示該ID所對應(yīng)的人員信息。

  其他報警

  按照需求可以增加不同的報警。

  4.4. 日常數(shù)據(jù)管理

  4.4.1. 電子標(biāo)簽管理

  標(biāo)簽發(fā)放

  將指定的人員信息與標(biāo)簽ID號進行綁定,在系統(tǒng)中顯示的標(biāo)簽就代表佩戴標(biāo)簽的人員;

  標(biāo)簽分類

  對不同崗位或者類型的人員將標(biāo)簽分為不同的種類,標(biāo)簽可以根據(jù)實際情況進行分組和分類;

  標(biāo)簽報警設(shè)置

  標(biāo)簽在佩戴上后,不可以隨意摘下,如果要摘下,必須經(jīng)過管理人員的授權(quán)操作,解除報警,同時管理人員還可以對不同的標(biāo)簽設(shè)置不同的報警條件。

  4.4.2 數(shù)據(jù)信息管理

  系統(tǒng)將每天的電子腕帶的讀取記錄進行分類,保存,以備以后進行查檢。對當(dāng)天出現(xiàn)的非常規(guī)事件進行統(tǒng)計,對定位器讀取ID的個數(shù)進行統(tǒng)計,從而對人員的行為和分布做進一步的分析。

  4.5. 定位器狀態(tài)管理

  定位器數(shù)據(jù)中心管理功能

  系統(tǒng)可同時監(jiān)控上百個定位器的工作狀態(tài),當(dāng)定位器網(wǎng)絡(luò)中斷時,會及時發(fā)送報警信息,在系統(tǒng)界面上數(shù)據(jù)傳輸中斷的定位器或者數(shù)據(jù)中心會出現(xiàn)異常的狀態(tài)顯示,從而快速應(yīng)對和處理;

  用戶管理

  可設(shè)定各種用戶權(quán)限,用戶登錄系統(tǒng)后根據(jù)自己的權(quán)限進行操作和瀏覽相應(yīng)的內(nèi)容。

  4.6. 系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)結(jié)合

  在人員管理系統(tǒng)中,和還有其他子系統(tǒng)模塊:如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)人員權(quán)限系統(tǒng)等等。各系統(tǒng)之間可通過后臺數(shù)據(jù)庫等進行數(shù)據(jù)銜接和匹配等,從而形成一個完成的系統(tǒng)。

  4.7. 技術(shù)選型

  4.7.1. RFID技術(shù)選型

  本系統(tǒng)中RFID技術(shù)主要體現(xiàn)在電子標(biāo)簽的唯一標(biāo)識性,電子標(biāo)簽采用有源方式來實現(xiàn),其頻率可在315M/433M/915M/2.4G等頻段。電子標(biāo)簽采用有源方式來實現(xiàn),具有良好的防沖突性,數(shù)據(jù)通信速度快,傳輸距離遠(yuǎn)等特點。

  4.7.2. WSN技術(shù)選型

  本系統(tǒng)中WSN主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸,以及人員定位這塊,信號頻率可選擇315M/433M/915M/2.4G等頻段。目前WSN實現(xiàn)的主要技術(shù)有zigbee、wifi、Blutooh、UWB等。

  4.7.3. 其他選型

  433MHz和2.45GHz頻段的RFID產(chǎn)品亦可組成WSN無線傳感網(wǎng),其具有如下特點:

  自主開發(fā)協(xié)議,可擴展性強,可對不同的用戶、不同的應(yīng)用進行針對性開發(fā);

  成本較低:相對目前行業(yè)內(nèi)所常用的Zigbee來說,其整體成本較低;

  低功耗:終端采集節(jié)點和中繼傳輸節(jié)點均可采用電池供電,其待機電流為0.8uA,

  工作電流為35mA,若按照1分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)來計算,1100mAh的紐扣電池可用5年;

  網(wǎng)絡(luò)智能化管理:所有設(shè)備具有自組網(wǎng)功能、可自動選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)路徑、具有網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)功能、網(wǎng)絡(luò)建立時間短(該時間用戶可設(shè)定)。與RFID 設(shè)備兼容:當(dāng)RFID讀寫器采用433MHz或2.45GHz時,其使用的讀寫器和標(biāo)簽可作為WSN的數(shù)據(jù)中心、終端采集節(jié)點和中繼傳輸節(jié)點。另RFID和WSN產(chǎn)品還可選擇我司315MHz、866MHz和915MH頻段下的相關(guān)產(chǎn)品。

5.系統(tǒng)特點及優(yōu)點

  5.1. 系統(tǒng)特點

  采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù),無需人工參與布線;

  采用標(biāo)簽的唯一ID號標(biāo)識人員,且電子標(biāo)簽可根據(jù)不同人員進行分類;

  RFID與WSN的融合,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的智能化,以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目旖莺蛯崟r高效;

  電子標(biāo)簽進入到定位器區(qū)域,能夠快速建立鏈接,傳輸數(shù)據(jù),;

  系統(tǒng)管理實現(xiàn)精細(xì)化和智能化。

  5.2. 系統(tǒng)優(yōu)點

  本系統(tǒng)采用無線傳感節(jié)點作為電子標(biāo)簽,具有廉價、實用、防拆的優(yōu)點;

  采用低功耗設(shè)計,采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)的自我能量約束技術(shù),產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)簡單,僅需小量電能即可工作且節(jié)點和數(shù)據(jù)傳輸模塊的工作狀態(tài)可由數(shù)據(jù)處理中心控制,即數(shù)據(jù)處理中心可控制節(jié)點和數(shù)據(jù)傳輸模塊的工作時間長度和何時開始工作,終端采集節(jié)點以及定位器使用壽命長;

  數(shù)據(jù)傳輸采用無線網(wǎng)絡(luò)方式,系統(tǒng)可實現(xiàn)自組網(wǎng),無需人工布線。體積小,便于廣泛分布;

  可確定事件發(fā)生的位置或采集數(shù)據(jù)節(jié)點的位置,且受環(huán)境影響小。

6. 其他應(yīng)用領(lǐng)域

  煤礦井下作業(yè)人員管理

  醫(yī)院嬰兒管理

  監(jiān)獄人員管理

  敬老院老人管理

  家校通管理

7. 硬件設(shè)備選型