1 背景

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，以及人口老年化趨勢的進展，越來越多的養(yǎng)老院、老年公寓等性質(zhì)的機構(gòu)進入我們的關(guān)注視野。由于養(yǎng)老院一般都分布設(shè)立在一個相對比較封閉的區(qū)域，由圍墻、院落及具有各種功能的建筑物群構(gòu)成，這種區(qū)域格局一般會范圍比較大。正常情況下，老人大部分時間都在在這個建筑區(qū)域內(nèi)進行活動。而實時確定老人在養(yǎng)老院內(nèi)的位置，并對其及時提供服務(wù)，特別是當老人發(fā)生緊急情況，需要院方提供救助時，“定位”更顯重要。無論何時，一旦老人有危險發(fā)生，都能快速定位，并第一時間自動報警，各崗位服務(wù)人員立刻趕往現(xiàn)場。人員定位監(jiān)護系統(tǒng)將整個社區(qū)的室內(nèi)外區(qū)域都納入實時無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)護的范圍內(nèi)。于是，對養(yǎng)老院老年人的安全管理問題，成為社會越來越關(guān)注的問題。

　　RTLS(實時定位系統(tǒng))在老人監(jiān)護方面發(fā)揮著重要的作用，可對老人進行實時的定位和信息的采集。

　　2 系統(tǒng)概述

　　老人關(guān)愛室內(nèi)定位系統(tǒng)主要關(guān)注的對象為老年人，實際中也涉及到護理人員和管理人員的管理。針對這樣的需求，專門設(shè)計并開發(fā)了一套軟硬件結(jié)合的管理系統(tǒng)。在養(yǎng)老院的管理工作可以用更低的成本和時間成本，采集整理信息、工作人員能夠針對老人的起居生活進行管理。在出現(xiàn)意外特殊情況的時候，系統(tǒng)會及時啟動報警，工作人員能夠據(jù)此做出最快的響應(yīng)，從而為老年人的生命安全與健康舒適的生活提供保障。整個系統(tǒng)結(jié)合 RFID 技術(shù)、無線傳輸、通信等技術(shù)，和老人關(guān)愛應(yīng)用相結(jié)合，融入了新的技術(shù)信息理念。在軟件平臺集合了養(yǎng)老管理的功能應(yīng)用，具體功能為人員基本信息的管理，位置定位、監(jiān)控報警、信息查詢、數(shù)據(jù)維護等，達到實現(xiàn)集中養(yǎng)老服務(wù)和管理工作的信息化、智能化。

　　3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　3.1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)由三個部分組成，分別是信息采集端、服務(wù)器端和客戶端：

　　1、數(shù)據(jù)采集端：采集端硬件包括讀寫器、固定標簽、卡。

　　定位卡周期性發(fā)送一次無線信號(無線信號包括定位信息、各類報警信息等)傳送給固定標簽，讀寫器負責(zé)實時采集定位卡信息并上傳網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)上層軟件分析得出卡的位置，實現(xiàn)定位、報警等功能。

　　2、服務(wù)器端：服務(wù)器端安裝分析程序和數(shù)據(jù)庫，主要用于存儲、分析處理數(shù)據(jù)采集端上報的數(shù)據(jù)，這些處理包括：人員身份信息、卡信息、位置信息、異常報警信息、設(shè)備鏈路信息、設(shè)備低電信息等。

　　3、客戶端：客戶端主要用基本信息的錄入及數(shù)據(jù)的界面顯示。錄入的信息包括人員及定位卡的基本信息、基站信息、地圖的基本信息;顯示的信息包括人員圖標及位置顯示、各類報警信息、各類查詢結(jié)果顯示、各分類統(tǒng)計信息顯示等。

　　數(shù)據(jù)采集端、服務(wù)器端、客戶端共同組成了人員定位管理系統(tǒng)，通過三個部分的有機結(jié)合，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的上傳、數(shù)據(jù)的分析處理、數(shù)據(jù)的顯示，從而實現(xiàn)實時、全面的人員監(jiān)控。

　　3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

　　老人關(guān)愛室內(nèi)定位系統(tǒng)是基于MySQL輕量級數(shù)據(jù)庫，采用組件式開發(fā)的三層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。三層結(jié)構(gòu)分別為：

　　數(shù)據(jù)庫：管理人員及設(shè)備信息數(shù)據(jù)。

　　中間層：用于人員及設(shè)備信息增加、修改、刪除等系統(tǒng)設(shè)置的工作。

　　表示層：用戶日常查詢定位等管理工作。

　　3.3 系統(tǒng)基本原理

　　老人關(guān)愛室內(nèi)定位系統(tǒng)基于RFID技術(shù)，采用RSSI信號場強測量算法，精度為5m。

　　首先根據(jù)區(qū)域現(xiàn)場具體情況，放置一定數(shù)量的定位基站。人員攜帶一張定位卡，當人員進入該區(qū)域時，固定標簽接收到卡的信息，并將信息傳給讀寫器，然后上傳至服務(wù)器，經(jīng)系統(tǒng)軟件處理可計算出人員在地圖上的坐標信息，并在地圖上以人員圖標+姓名的方式顯示出來。

　　測距原理：

　　定位卡與定位基站的距離和信號強度成正比，當定位卡離固定標簽越近時，固定標簽接收到卡的信號就越強，反之越弱;系統(tǒng)根據(jù)距離與信號強度的函數(shù)關(guān)系，從而計算出定位卡與固定標簽的距離。

　　定位卡周邊的基站周期性的與定位標簽進行測距操作，服務(wù)器結(jié)合測出的數(shù)據(jù)及固定標簽的坐標信息計算出定位卡的坐標，從而確定定位標簽的具體位置，實現(xiàn)定位。

　　3.4 定位算法

　　系統(tǒng)定位分為區(qū)域定位、直線定位和平面定位，區(qū)域定位主要實現(xiàn)對固定標簽信號覆蓋范圍內(nèi)的人員進行識別，當定位標簽進入該區(qū)域，固定標簽接收到標簽信息，當信號強度達到設(shè)定的值，系統(tǒng)判斷此標簽在該區(qū)域內(nèi);直線定位針對較長區(qū)域，如道路等，系統(tǒng)根據(jù)固定標簽接收到的信號的強弱，計算標簽與兩個固定標簽的距離，進而確定其位置;平面定位主要針對較大型區(qū)域的定位，在區(qū)域內(nèi)布設(shè)一定數(shù)量的固定標簽，一般布設(shè)的區(qū)域的四周，每四個固定標簽組成一個定位區(qū)域，定位的信號的強弱計算標簽到固定標簽的距離，再根據(jù)固定標簽的坐標信息計算出標簽在此區(qū)域內(nèi)的X、Y坐標，實現(xiàn)標簽的定位。

　　3.4.1 區(qū)域定位原理

　　如圖，每個固定標簽有一定的信號覆蓋范圍，當移動標簽進入基站A的識別范圍時，基站可接收移動標簽發(fā)出的信息，進而得知標簽此時所在的區(qū)域位置。

　　示意圖如下：

　　3.4.2 直線定位原理

　　如下圖：當人員攜帶移動標簽處于兩固定標簽之間(信號全覆蓋)，標簽周期性的與固定標簽進行測試，系統(tǒng)根據(jù)測距結(jié)果移動標簽的位置。

　　3.4.3 平面定位原理

　　如圖，A、B、C、D為固定標簽，當人員攜帶定位標簽進入四個固定標簽內(nèi)時，標簽周期性的與固定標簽進行測距，系統(tǒng)根據(jù)測距結(jié)果和基站的坐標信息，計算出定位標簽的坐標信息。

　　3.5 設(shè)備布置規(guī)則

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　　3.5.1 固定標簽的位置設(shè)置原則

　　固定標簽的無線信號覆蓋距離為100米(可視距離)，固定標簽位置設(shè)置需根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境進行布設(shè)，如需全覆蓋基站設(shè)置原則如下：

　　樓棟出入口;

　　樓層之間及樓層走廊內(nèi);

　　樓層的房間內(nèi);

　　樓棟之外的空曠區(qū)域;

　　保安巡更點、保潔人員工作場所;

　　其它需要監(jiān)控的區(qū)域。

　　3.5.2 布線原則

　　固定標簽可采用有源或無源供電，采用網(wǎng)絡(luò)傳輸。

　　有源供電指取市電供電，無源指采用電池供電，信息的傳輸可利用先用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。

　　3.6 系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

　　3.6.1 人員實時定位

　　人員攜帶定位卡進入監(jiān)控區(qū)域，四周固定標簽不斷與卡進行測距，系統(tǒng)根據(jù)測距結(jié)果及基站的坐標信息，從而計算出人員的坐標信息，實現(xiàn)定位。

　　基于實時定位，可實時觀察人員的分布情況。

　　3.6.2 老人跌倒報警

　　當老人發(fā)生事故時(如跌倒)，定位卡內(nèi)的重力感應(yīng)裝置會發(fā)出求救信號發(fā)送給系統(tǒng)，系統(tǒng)的定位功能可定位到發(fā)出求救信號的老人的當前位置，醫(yī)護人員能夠?qū)先思皶r救援。

　　3.6.3 人員歷史軌跡回放

　　人員攜帶定位卡行進時，系統(tǒng)每隔一定的距離自動記錄該人員所到達的地點，由此形成人員歷史軌跡記錄，以列表形式顯示軌跡信息，并可進行動畫播放軌跡。

　　3.6.4 接待管理

　　系統(tǒng)設(shè)計外來人員管理模塊，在地圖上以不同的圖標進行顯示。

　　當有外來人員時，管理人員將外來人員身份信息與定位卡(腕帶卡，具有防拆卸功能)信息綁定。外來人員攜卡進入定位區(qū)域后，基站實時采集定位卡的位置信息，管理人員可實時查看外來人員的位置;系統(tǒng)同時可設(shè)置外來人員禁止進入?yún)^(qū)域，當外來人員攜卡進入該區(qū)域時，系統(tǒng)產(chǎn)生報警信息以提示管理人員;外來人員出監(jiān)控區(qū)域時必須到出入口管理處將卡進行激活，激活后管理員刷卡放行并將定位卡回收，否則無法打開閘門;管理員也可對定位卡的歷史軌跡進行回放，查看外來人員去過哪些地方，停留多長時間等信息，可為異常分析等提供基礎(chǔ)信息。

　　3.6.5 巡更管理

　　系統(tǒng)設(shè)置巡更管理模塊，模塊主要功能如下：

　　1、巡更路線制定：系統(tǒng)可根據(jù)地圖上布設(shè)的基站位置，靈活制定巡更路線，巡更人員需按照此路線并在規(guī)定的時間段內(nèi)進行巡更，否則系統(tǒng)將會產(chǎn)生報警。

　　2、巡更時間制定：在制定巡更路線后，可設(shè)置此路線巡更的頻率，比如一個小時巡更一遍;或者制定特殊的時間點，要求巡更人員必須在此時間點完成巡更。

　　3、巡更報警：如巡更人員未按照規(guī)定路線巡更或者未按著規(guī)定巡更頻率和時間巡更，系統(tǒng)將會產(chǎn)生報警提示。

　　4、巡更歷史信息查詢：巡更路線信息查詢以列表形式顯示到達各巡更點的時間;報警信息查詢以列表形式顯示歷史報警信息。

　　3.6.6 人員考勤

　　系統(tǒng)根據(jù)可自動記錄人員進出監(jiān)控區(qū)域的時間，并計算出在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的停留時間，形成歷史記錄，作為考勤的基本依據(jù)。

　　3.6.7 特殊崗位值守管理

　　系統(tǒng)設(shè)置特殊崗位值守管理模塊，模塊主要功能如下：

　　1、值守崗位制定：系統(tǒng)根據(jù)值守崗位的要求，在值守點附近安裝固定標簽;同時在系統(tǒng)中設(shè)定值守人員所使用的定位卡，當值守人員攜帶的卡被基站收到且在規(guī)定距離內(nèi)，系統(tǒng)判斷此人在值守崗位上，否則視為脫崗。

　　2、值守時間制定：值守時間可以靈活設(shè)置，根據(jù)具體值守需要，用戶可以自定義時間段，如在制動的時間段內(nèi)值守人員有脫崗現(xiàn)象，系統(tǒng)產(chǎn)生報警提示。

　　3、值守歷史信息查詢：值守歷史信息查詢包括值守崗位人員活動信息及歷史報警信息，以列表形式顯示出來。

　　3.6.8 區(qū)域控制

　　系統(tǒng)可將監(jiān)控區(qū)域劃分為若干個監(jiān)控區(qū)域域進行管理，可規(guī)定哪些屬于正?；顒訁^(qū)域、哪些屬于限制區(qū)域，一旦發(fā)現(xiàn)人員攜帶定位卡進入到危險區(qū)域，系統(tǒng)立即告警。系統(tǒng)同時具有區(qū)域進入權(quán)限管理，如定位基站探測到攜卡人員無權(quán)限進入該區(qū)域，則系統(tǒng)產(chǎn)生告警。

　　3.6.9 信息查詢

　　系統(tǒng)軟件提供多種信息查詢功能，如人員信息查詢、人員位置查詢(定位)、軌跡查詢、求救報警查詢等。

　　3.6.10 系統(tǒng)集成功能

　　3.6.10.1 視頻監(jiān)控

　　如下圖所示，當定位到該人員后，以定位目標為圓心，在地圖上劃定某一區(qū)域(紅色圓形區(qū)域)，該區(qū)域內(nèi)的所有攝像頭都顯示在右邊的列表中，然后手動選擇查看哪一個攝像頭。

　　3.7 系統(tǒng)特點

　　3.7.1 信號可實現(xiàn)全覆蓋

　　根據(jù)監(jiān)控區(qū)域具體情況，設(shè)置一定數(shù)量的固定標簽和讀寫器，使得監(jiān)控區(qū)域信號全覆蓋，不留盲區(qū)。

　　3.7.2 定位精確

　　系統(tǒng)采用RFID技術(shù)，結(jié)合精確的定位算法，實現(xiàn)根據(jù)場強強度及基站的坐標信息，計算出腕帶卡的地圖上的實際位置，定位更精確。

　　3.7.3 實時監(jiān)控

　　地圖上實時顯示人員分布情況，使得管理者對整個監(jiān)控區(qū)域的人員布置一幕了然，可根據(jù)管理人員的分布情況，合理調(diào)配人員，提升服務(wù)。

　　3.7.4 歷史軌跡回放

　　可對人員歷史軌跡進行查看，有兩種方式顯示，一種是列表方式，一種是動畫軌跡方式。管理人員可掌握在規(guī)定時間內(nèi)人員的活動路線。

　　3.7.5 可靠性高

　　系統(tǒng)采用可靠的傳輸協(xié)議和高靈敏度的識別性，對進入識別范圍的標簽?zāi)軌蚩煽孔R別，不會發(fā)生漏識別和錯誤識別的情況。

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　　4 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格

　　1) 定位精度5米。

　　2) 固定標簽覆蓋范圍可達40米(可視距離)，讀寫器覆蓋范圍可達150米(可視距離)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無線信號全覆蓋或根據(jù)需求覆蓋重點區(qū)域。

　　3) 系統(tǒng)采集的信息采用485通訊線纜或者網(wǎng)線傳輸方式進行信息傳輸;

　　4) 系統(tǒng)可同時識別200張定位卡;

　　5) 系統(tǒng)漏卡率不大于10-4;

　　6) 系統(tǒng)誤碼率不大于10-8;

　　7) 系統(tǒng)定位響應(yīng)時間不超過1s;

　　8) 系統(tǒng)具有歷史軌跡回放的功能;

　　9) 系統(tǒng)軟件具有定位卡電池管理功能;

　　10) 系統(tǒng)軟件具有讀寫器、固定標簽、卡故障管理功能;

　　11) 移動標簽分為張貼式和懸掛式，張貼式移動標簽采用鋰電池供電，懸掛式移動標簽采用大容量的紐扣電池供電

　　12) 固定標簽供電方式可選擇直接嵌入設(shè)備取電，也可以使用電池供電。默認采取市電供電，電池以備電方式工作。

　　13) 讀寫器、固定標簽和卡具有完全獨立的發(fā)射與接收部件，其核心技術(shù)均由嵌入式微處理器和嵌入式軟件組成;

　　14) 卡采用高級嵌入式微處理器，在嵌入式軟件的控制下，實現(xiàn)編碼、解碼、通信及信息碰撞處理等功能;

　　15) 系統(tǒng)中心站及網(wǎng)絡(luò)終端可以聯(lián)網(wǎng)運行, 使網(wǎng)上所有終端在使用權(quán)限范圍內(nèi)都能共享監(jiān)測信息，查詢、打印各類數(shù)據(jù)報表;

　　16) 系統(tǒng)具有開放性的接口，可以企業(yè)系統(tǒng)進行兼容。

　　5 系統(tǒng)簡介

　　5.1 系統(tǒng)拓補圖

　　6 系統(tǒng)軟件(參考)

　　6.1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　6.2 主界面

　　在監(jiān)控區(qū)域地圖上實時顯示人員分布情況：

　　2D(平面)地圖顯示

　　定位顯示：定位時地圖的人員上會出現(xiàn)閃爍，顯示方位為人員圖標+姓名。

　　軌跡回放：軌跡回放時，地圖上顯示人員圖標行進路線，以線段方式描繪出人員軌跡。

　　系統(tǒng)主界面包含四個部分：

　　1、快速操作欄：對常用操作提供快捷入口，如人員監(jiān)控、軌跡回放、綜合查詢、查找定位等;

　　2、報警顯示：對跌倒報警、越界報警進行顯示，有報警時紅色圖標不斷閃爍進行提示。

　　3、菜單欄及導(dǎo)航欄：包括系統(tǒng)大部分的操作功能，如實時監(jiān)控、管理設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢、用戶管理、系統(tǒng)設(shè)置等。

　　4、地圖監(jiān)控：在地圖上顯示人員分布分布情況。

　　6.3 實時監(jiān)控

　　實時監(jiān)控包括區(qū)域顯示、部門顯示及實時報警顯示。

　　6.3.1 區(qū)域顯示

　　區(qū)域顯示時將地圖分成若干個區(qū)域，以樹形列表將區(qū)域內(nèi)的人員分布顯示在監(jiān)控主界面的左側(cè);顯示內(nèi)容包括區(qū)域名稱、固定標簽數(shù)量、人員數(shù)量及詳細人員列表。通過區(qū)域顯示可很方便的了解到當前人員的分布情況。

　　6.3.2 部門顯示

　　部門顯示時以部門及班組對整個監(jiān)控區(qū)域人員進行分類，以樹形列表方式顯示將部門及班組的人員分布情況顯示在監(jiān)控主界面的左側(cè);顯示內(nèi)容包括部門名稱及數(shù)量、班組名稱及數(shù)量、人員分布情況;通過部門顯示可方便的了解到目前監(jiān)控區(qū)域內(nèi)各部門人員的分布情況。

　　6.3.3 實時報警

　　實時報警，可實時統(tǒng)計設(shè)備故障(讀寫器故障、固定標簽故障)信息、無信號報警、監(jiān)測區(qū)域準入報警、求救報警信息等;并可對設(shè)備進行定位操作，以方便查找出低電或故障設(shè)備，及時維護，確保系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

　　6.3.4 區(qū)域限制

　　根據(jù)監(jiān)控區(qū)域?qū)嶋H情況，在限制區(qū)域禁止非授權(quán)人員通過，如員工通道、監(jiān)控區(qū)域出入口等。人員私自進入時，非授權(quán)出入時，系統(tǒng)自動提示并進行報警提示。

　　6.3.5 管理設(shè)置

　　管理設(shè)置包括人員管理、用戶管理。

　　6.3.6 人員管理

　　人員管理以列表形式顯示區(qū)域內(nèi)所有人員信息;并可實現(xiàn)對人員信息進行新增、修改、刪除;對區(qū)域內(nèi)人員信息查看;對某個人員進行查找;對人員信息的批量導(dǎo)入及導(dǎo)出。

　　通過人員管理功能實現(xiàn)人員信息與腕帶卡綁定，從而實現(xiàn)對人員的監(jiān)控。

　　6.3.7 用戶管理

　　用戶管理主要實現(xiàn)對用戶的密碼設(shè)置，可重新設(shè)定密碼，已實現(xiàn)對系統(tǒng)登錄的管理。

　　6.4 數(shù)據(jù)查詢

　　數(shù)據(jù)查詢包括人員查詢、軌跡查詢、設(shè)備故障查詢。

　　6.4.1 人員查詢

　　人員查詢以列表形式顯示人員信息，列表提供按姓名、卡號、部門、職務(wù)、班組等條件查詢。此功能主要實現(xiàn)對某特定人員的查詢。

　　6.4.2 軌跡查詢

　　歷史軌跡查詢提供按姓名、卡號、時間段等條件查詢。并可進行動畫回放軌跡，此功能主要實現(xiàn)對某特定人員的軌跡回放。

　　軌跡播放

　　6.4.3 設(shè)備故障查詢

　　設(shè)備故障查詢包括基站及基站控制單元故障查詢，提供按設(shè)備編號、時間段等條件查詢，此功能主要實現(xiàn)對故障設(shè)備的維護。

　　6.4.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

　　根據(jù)人員歷史軌跡記錄，統(tǒng)計數(shù)據(jù)后導(dǎo)出報表，提供可供參考的統(tǒng)計整理后的數(shù)據(jù)。

　　6.5 地圖服務(wù)

　　地圖服務(wù)包括人員分布顯示、設(shè)備顯示、地圖管理、監(jiān)控配置等功能。

　　6.5.1 人員分布顯示

　　在地圖上實時顯示人員分布情況，人員用人員圖標表示。管理人員可實時直觀的掌握到當前人員分布信息，點擊人員圖標可對該人員的詳細信息進行查看，包括姓名、卡號、部門、職務(wù)等信息。

　　6.5.2 設(shè)備分布顯示

　　在地圖上實時顯示設(shè)備分布情況，設(shè)備用設(shè)備圖標表示。管理人員可實時直觀的掌握到當前設(shè)備分布信息，點擊人員圖標可對該設(shè)備的詳細信息進行查看，包括編號、安裝位置、所屬區(qū)域、鏈路是否正常等信息。

　　6.5.3 地圖管理

　　當?shù)貓D需要進行修改時，可對地圖進行更換。

　　6.5.4 監(jiān)控配置

　　對需要顯示的圖標進行設(shè)置，可以選擇只顯示人員圖標或只顯示設(shè)備圖標，或者人員圖標和設(shè)備圖標都顯示。

　　6.6 快捷按鈕

　　為便于操作，系統(tǒng)提供常用功能的快捷按鈕，以方便操作者。快捷按鈕包括：人員監(jiān)控、查找定位、軌跡回放及綜合查詢。

　　6.6.1 人員監(jiān)控

　　實時統(tǒng)計人員分布情況，以區(qū)域方式及部門方式進行統(tǒng)計，以列表形式進行顯示。同時可點擊數(shù)字鏈接，查看該區(qū)域或部門下的詳細人員列表。

　　此功能主要是實現(xiàn)快速查詢?nèi)藛T分布情況。

　　6.6.2 查找定位

　　可按照姓名、卡號對人員進行快速定位。

　　6.6.3 軌跡回放

　　可實現(xiàn)人員的歷史軌跡回放。顯示人員在一定時間內(nèi)的移動路徑。

　　6.6.4 綜合查詢

　　綜合查詢提供快速、模糊搜索功能，提供按時間段、部門、職務(wù)、班組等條件查詢，對符合條件的區(qū)域內(nèi)人員以列表形式顯示。