一、系統(tǒng)概述

人員定位系統(tǒng)是專為數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一套全流程人員管理系統(tǒng)，涵蓋了人員出入、訪客陪同、實(shí)時(shí)定位、視頻聯(lián)動(dòng)、區(qū)域告警等多場(chǎng)景需求。系統(tǒng)采用最適合數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景應(yīng)用的“RFID區(qū)域觸發(fā)定位技術(shù)”，結(jié)合自主研發(fā)的機(jī)柜間位置算法，使得定位精度達(dá)3～4個(gè)機(jī)柜。系統(tǒng)可多地區(qū)級(jí)聯(lián)、同步定位，支持2D、3D地圖。多頻率復(fù)合定位電子標(biāo)簽可與現(xiàn)有RFID門禁系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，無(wú)需重復(fù)發(fā)卡。

該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于多家銀行數(shù)據(jù)中心，定位技術(shù)實(shí)際效果理想，受環(huán)境干擾小、無(wú)漂移。與門禁系統(tǒng)整合使用，大大提高了工作效率，數(shù)據(jù)完整透明，是國(guó)內(nèi)首個(gè)數(shù)據(jù)中心專用人員出入與定位全流程管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)建設(shè)意義：

1. 對(duì)人員實(shí)時(shí)定位追蹤（信息中心可實(shí)時(shí)查看人員位置信息、人員數(shù)量、任何房間人員信息、人員動(dòng)態(tài)變化、人員遇突發(fā)事情求助、進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域告警信息等）。
2. 主動(dòng)預(yù)警，解決事故發(fā)生滯后性問(wèn)題，將事故發(fā)生隱患提前暴露，避免事故發(fā)生。
3. 視頻聯(lián)動(dòng)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)有視頻聯(lián)動(dòng)可實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)情況，為調(diào)配相關(guān)人員及時(shí)解決突發(fā)情況提供依據(jù)。
4. 減輕工作人員管理的工作量，減少人力成本投入，提高工作效率。
5. 提高管理工作的信息化水平，推動(dòng)對(duì)人員的管理工作向制度化、規(guī)范化、實(shí)時(shí)化發(fā)展，為逐步實(shí)現(xiàn)“智能化全方位監(jiān)管”奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、技術(shù)闡述

RFID是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。因?yàn)榭梢钥焖僮x寫、長(zhǎng)期跟蹤管理目標(biāo)，在智能識(shí)別領(lǐng)域受到廣泛青睞。同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)的快速發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)的RFID技術(shù)被認(rèn)為是有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。未來(lái)幾年中，將有更多的產(chǎn)品中會(huì)被植入RFID標(biāo)簽，RFID技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)是相當(dāng)?shù)膹V泛。

一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

圖1 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 定位技術(shù)比較

定位服務(wù)是非常受到人們青睞和重視的一項(xiàng)技術(shù)。目前，人們比較熟知的定位服務(wù)是GPS（全球定位系統(tǒng)），還有我們國(guó)家的北斗定位系統(tǒng)。盡管GPS技術(shù)應(yīng)用最成熟也最廣泛，但它有明顯的缺陷，定位精度差（10米-50米），不支持室內(nèi)定位。因此越來(lái)越多的其它無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)入到定位服務(wù)這一領(lǐng)域，例如GSM手機(jī)定位、Wi-Fi、RFID、ZigBee、UWB、藍(lán)牙Bluetooth定位等；以及一些特殊技術(shù)，如LED、紅外線、激光等也加入進(jìn)來(lái)。

下圖2是根據(jù)各種技術(shù)的定位精度和實(shí)際部署難易度做的比較圖：

圖2 各種定位技術(shù)比較

2.2 RFID定位技術(shù)

根據(jù)多年的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，我們通常會(huì)為客戶不同的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)提供不同的定位方案。從各種技術(shù)的定位精度、市場(chǎng)規(guī)劃化程度、實(shí)際定位效果、保密性等多維度情況來(lái)考察，RFID定位技術(shù)是最具有市場(chǎng)接受度和使用場(chǎng)景的。當(dāng)前有三種RFID技術(shù)可用于室內(nèi)定位，如圖3所示：

圖3 三種RFID定位技術(shù)比較

（1）傳統(tǒng)RFID定位方案，利用2.45GHz微波技術(shù)感應(yīng)其讀取范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽，覆蓋范圍一般為50~100米半徑，我們稱之為區(qū)域范圍定位，或存在性定位。優(yōu)勢(shì)是建設(shè)成本較低，設(shè)備部署數(shù)量較少、施工簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是只能感知目標(biāo)的存在，不能精確定位、不能連續(xù)追蹤。但深受很多對(duì)室內(nèi)定位精度要求不高的客戶青睞。

（2）雙頻RFID觸發(fā)方案，采用125KHz低頻激活器和2.45GHz微波基站進(jìn)行組網(wǎng)，利用低頻近距離觸發(fā)定位，微波遠(yuǎn)距離識(shí)別和上傳數(shù)據(jù)，定位范圍2m~7m（吸頂天線）/30cm~3m（地感天線）。優(yōu)勢(shì)是定位精確、識(shí)別度高、技術(shù)成熟穩(wěn)定；缺點(diǎn)是建設(shè)成本略高、施工復(fù)雜，不適用大范圍連續(xù)跟蹤定位。主要應(yīng)用于入口、通道、重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)控定位。

（3）高精度實(shí)時(shí)定位，一種物聯(lián)網(wǎng)革命性創(chuàng)新產(chǎn)品，采用HALS定位基站組網(wǎng)，兼容RFID和BLE兩種工作模式，利用AOA技術(shù)，定位精度在0.3m-1m。優(yōu)勢(shì)是定位精度高、施工簡(jiǎn)單、可大范圍持續(xù)跟蹤定位，缺點(diǎn)是建設(shè)成本較高。主要適用于高精度人員及物品的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位。

2.3技術(shù)選型

2.3.1用戶需求

數(shù)據(jù)中心機(jī)房場(chǎng)景內(nèi)的定位比較特殊，在一個(gè)空曠的房間內(nèi)，布設(shè)了多排金屬機(jī)柜，對(duì)無(wú)線信號(hào)形成了嚴(yán)重的遮擋，并容易強(qiáng)化信號(hào)的反射和多徑效應(yīng)，因此定位環(huán)境惡劣。

數(shù)據(jù)中心的機(jī)房管理者一般對(duì)無(wú)線定位系統(tǒng)提出以下要求：

1，能定位機(jī)房?jī)?nèi)人員的實(shí)時(shí)位置，精確到單個(gè)通道或4~5個(gè)機(jī)柜；

2，能記錄機(jī)房?jī)?nèi)人員的運(yùn)動(dòng)軌跡；

3，能對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的人員劃定電子圍欄，并能夠在該人員跨越電子圍欄時(shí)報(bào)警；

4，能讓工作人員到指定位置巡檢，并生成數(shù)據(jù)報(bào)表；

5，能夠監(jiān)控定位標(biāo)簽電池，并在電池不足時(shí)報(bào)警。

2.3.2 技術(shù)選型

根據(jù)上述需求并通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)很多無(wú)線定位技術(shù)在該環(huán)境中出現(xiàn)信號(hào)被干擾、遮擋，定位點(diǎn)嚴(yán)重漂移的現(xiàn)象。RFID觸發(fā)技術(shù)采用低頻125KHz激活定位，2.45GHz微波傳輸數(shù)據(jù)，具有功耗低、抗多徑效果好、抗干擾能力強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)，配合本系統(tǒng)的位置與精度矯正算法，使得系統(tǒng)定位精度較高、定位點(diǎn)不漂移、不穿機(jī)柜，是最適合數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境內(nèi)使用的定位技術(shù)。

圖4 數(shù)據(jù)中心定位示意圖

2.4觸發(fā)式定位原理

低頻125K激活器連接四路定位天線，通過(guò)天線主動(dòng)發(fā)射低頻脈沖信號(hào)（載波數(shù)據(jù)中含該定位天線編號(hào)），配套的低頻激活標(biāo)簽持續(xù)打開(kāi)低頻接收功能，當(dāng)收到某激活器天線的激活信號(hào)時(shí)，該標(biāo)簽的低頻芯片將實(shí)時(shí)解析出該激活器編號(hào)，同時(shí)檢測(cè)出該低頻信號(hào)的RSSI場(chǎng)強(qiáng)值，然后喚醒并傳入MCU單片機(jī)，接著打開(kāi)板載的2.4G無(wú)線射頻芯片進(jìn)行一次強(qiáng)信號(hào)發(fā)射（無(wú)線發(fā)射的數(shù)據(jù)包中含標(biāo)簽ID和激活器天線編號(hào)以及低頻場(chǎng)強(qiáng)RSSI值）。

有效識(shí)別范圍內(nèi)的2.4G讀寫器將收到該標(biāo)簽以2.4G頻段發(fā)射的數(shù)據(jù)包，解析出該數(shù)據(jù)包中的標(biāo)簽ID號(hào)和激活器天線編號(hào)后以及RSSI值后立刻上傳到上位機(jī)電腦。

觸發(fā)式定位典型應(yīng)用是可判斷該標(biāo)簽通過(guò)了何地點(diǎn)（激活器天線所在的物理位置），如果某門禁內(nèi)外各安裝了一臺(tái)激活器天線，可以根據(jù)標(biāo)簽被激活的先后順序做出非常準(zhǔn)確的進(jìn)出判斷；可精確判定上下樓層。

圖5 低頻觸發(fā)定位原理圖

三、系統(tǒng)介紹

3.1 系統(tǒng)組成

人員定位系統(tǒng)擁有統(tǒng)一的管理平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)，為管理決策提供最翔實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)中心通過(guò)信息技術(shù)提升管理能力的重要平臺(tái)。該平臺(tái)主要包含人員定位系統(tǒng)、出入控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)和用戶應(yīng)用系統(tǒng)。

3.1.1 定位設(shè)備組成

1)      RFID2.4GHz吸頂式定位基站（也叫閱讀器、定位AP）。定位基站分單頻、雙頻兩種，單頻基站頻率為2.4G，雙頻基站頻率分為2.4G和125K，定位基站主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)，并上傳到定位服務(wù)器，安裝在定位區(qū)域內(nèi)。

2)      RFID定位標(biāo)簽。定位標(biāo)簽為2.4G與125K雙頻半有源RFID電子標(biāo)簽，定位標(biāo)簽定時(shí)向外發(fā)送2.4G信號(hào)，和接收125K激活信號(hào)。標(biāo)簽內(nèi)置電池，電池可更換，因?yàn)闃?biāo)簽的功耗較低，所以人員標(biāo)簽的一塊電池，正常情況下能用2年以上。人員定位標(biāo)簽有腕帶式和卡片式，卡片式上可定制功能按鍵，可用于求救呼叫或位置上報(bào)功能。

3)      125K定位天線。低頻激活天線通過(guò)二芯屏蔽線與激活器相連接，定位天線主要安裝在定位點(diǎn)和出入口，用于定位和出入判斷，低頻定位天線分為地感式線圈天線和棒狀天線兩種。

4)      網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

5)        計(jì)算機(jī)及服務(wù)器

3.1.2 定位軟件組成

人員定位系統(tǒng)軟件由四個(gè)部分組成。

1)      系統(tǒng)核心程序：主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理和接收數(shù)據(jù)采集端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)采集端送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、查詢、統(tǒng)計(jì)等等。

2)      信息采集程序：主要負(fù)責(zé)采集定位標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，并對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行定位計(jì)算。

3)      展示端程序：負(fù)責(zé)地圖顯示、人員位置顯示、告警輸出等。

4)        后臺(tái)管理：負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備管理、人員與物品跟標(biāo)簽的關(guān)聯(lián)，人員、物品的檔案管理，定位區(qū)域管理，以及各種查詢統(tǒng)計(jì)等。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)據(jù)中心人員出入定位系統(tǒng)采用四層架構(gòu)，即數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)解算層和系統(tǒng)應(yīng)用層。

數(shù)據(jù)采集層是系統(tǒng)人員定位和出入管理的核心部分，包括定位基站、定位天線、門禁讀卡器和定位卡等，是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的源頭；

數(shù)據(jù)傳輸層負(fù)責(zé)將定位基站和門禁讀卡器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴蠈臃?wù)器；

數(shù)據(jù)解算層包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)，負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)由RFID中間件進(jìn)行匯總、整合，統(tǒng)一成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存儲(chǔ)；

應(yīng)用層是用戶實(shí)際使用的WEB或APP系統(tǒng)，是業(yè)務(wù)層面的呈現(xiàn)。系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

3.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

人員定位系統(tǒng)采用定位中間件（Locating Middleware）作為系統(tǒng)的中樞，對(duì)電子標(biāo)簽位置數(shù)據(jù)和各類告警信息進(jìn)行匯總和分發(fā)，支持大量的信息采集程序和監(jiān)控展示程序的并發(fā)連接。

系統(tǒng)管理員可以通過(guò)管理終端登錄到web后臺(tái)管理系統(tǒng)，對(duì)檔案資料和系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行管理并存入數(shù)據(jù)庫(kù)；web后臺(tái)管理系統(tǒng)同時(shí)提供統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能。

數(shù)據(jù)采集軟件負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)接收定位基站上報(bào)的標(biāo)簽位置信息和告警信息，并周期性地對(duì)這些信息進(jìn)行預(yù)處理，采用復(fù)雜的定位算法將標(biāo)簽的位置算出，然后將處理后的定位信息上報(bào)給應(yīng)用服務(wù)器。

應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)一步對(duì)上報(bào)的定位信息進(jìn)行處理，周期性的統(tǒng)計(jì)出每個(gè)區(qū)域的人數(shù)、是否非法進(jìn)入關(guān)鍵區(qū)域。可通過(guò)配置將某些嚴(yán)重的告警信息通過(guò)手機(jī)短信的方式發(fā)生給相關(guān)人員。可以定期將區(qū)域的人員統(tǒng)計(jì)信息顯示在LED屏幕上?？梢詫⒏婢畔⒑蜆?biāo)簽的位置信息輸出，與第三方的系統(tǒng)進(jìn)行信息集成。

系統(tǒng)管理員通過(guò)監(jiān)控展示程序登錄到平臺(tái)后，可以實(shí)時(shí)收到標(biāo)簽的位置信息并通過(guò)動(dòng)畫的方式在界面上展現(xiàn)出來(lái)；實(shí)時(shí)接收到各類告警信息并通過(guò)聲光等方式提醒系統(tǒng)管理員。監(jiān)控展示程序還可以通過(guò)硬盤錄像機(jī)獲取攝像頭的視頻圖像，對(duì)定位現(xiàn)場(chǎng)的情景進(jìn)行進(jìn)一步的了解，及時(shí)的做出響應(yīng)。

系統(tǒng)特點(diǎn)：

1)      系統(tǒng)采用先進(jìn)的中間件技術(shù)，采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行開(kāi)發(fā)，整個(gè)系統(tǒng)具有低耦合、高內(nèi)聚的特點(diǎn)。采用集中式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)支持多個(gè)采集程序和多個(gè)監(jiān)控終端。

2)      系統(tǒng)容量大，能夠支持20000個(gè)標(biāo)簽和1000個(gè)激活器進(jìn)行定位；可以通過(guò)添加硬件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量的線性擴(kuò)展。

3)      系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)，可以在WINXP/WIN2008/WIN7/WIN10等WINDOWS系列系統(tǒng)上運(yùn)行。

4)      海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持SQL SERVER、MySQL等主流數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，支持海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和信息查詢檢索。

5)      擴(kuò)展性、兼性強(qiáng)、外接設(shè)備豐富，如：LED顯示設(shè)備、報(bào)警設(shè)備、短信模塊、身份證讀寫設(shè)備等。

6)      支持第三方軟件集成，可以將告警信息和標(biāo)簽的位置信息通過(guò)UDP協(xié)議發(fā)送出來(lái)，與第三方的系統(tǒng)進(jìn)行信息集成。

7)      系統(tǒng)部署靈活，定制能力強(qiáng)。除了基本的定位、告警、人員統(tǒng)計(jì)等功能外，還可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)添加一些定制功能，如：向標(biāo)簽下發(fā)蜂鳴和閃爍指令等。