基于RFID的人員精確定位方法分析

韓業飛 侯偉 王軍 鮑幸吉

摘要

由于電網工程生產作業的特殊性，其內部作業面分散，人員管理難度較大。特別是對于高壓電塔等特殊作業，實時掌握每一個人員空間作業位置非常重要。因此，本文以基于RFID人員定位技術為研究目標，對RFID技術定位優勢及傳統人員定位技術應用弊端進行了簡單的分析。并通過RFID定位系統云平臺構建，對基于RFID的人員精確定位方法進行了進一步探究。

【關鍵詞】RFID 人員 精確定位

RFID又稱為無線射頻技術，其是一種無線非接觸式系統，可通過射頻電磁場將物體標簽數據信息傳輸到無線射頻終端，實現物體信息追蹤、自動識別的目的。在RFID技術發展過程中，RFID物體追蹤定位功能不斷優化，在人員定位及考勤管理方面取得了良好的成就。因此，為了進一步提高人員定位精確程度，對RFID在人員定位管理中的應用進行適當分析非常必要。

1基于RFID的人員定位優勢

基于RFID人員定位管理系統主要是在現代作業環境監控設施集成的基礎上，通過與作業面人員雙向通訊，進行人員實時定位跟蹤，保證作業面人員安全生產。

2傳統人員定位弊端

傳統人員定位系統主要包括無線擴頻定位、無絕緣音頻定位、交叉感應回線定位、GPS定位等。其中無線擴頻人員定位技術精確度較高，但是由于需要在沿線設置專用擴頻基站，整體損耗成本較高;而無絕緣音頻定位技術定位精度與人員分布面積具有較大的關聯，極易產生移動閉塞情況;交叉感應回線定位技術僅僅可以獲得人員相對位置;GPS定位技術定位精度較低。且在人員并行情況下，極易發生人員定位錯位情況。

3基于RFID的人員精確定位方法

3.1定位模型構建

基于實際作業環境中人員精確定位需求，在定位模型建立環節需要綜合考慮作業面人員定位需要、復雜作業環境及維護作業預期要求等因素。而為了保證人員定位精確度，可采用蛛網定位算法進行人員位置信息收集。其中蛛網模型主要由RFID標簽構成，RFID讀寫器為主要功能實現模塊，射頻信號為蛛網震動模擬機構。

3.2人員位置數據采集

人員位置數據采集是人員精確定位的主要依據。在具體位置數據采集作業過程中，需要利用蛛網定位算法，利用RFID參考標簽及RFID讀寫器進行整體數據收集處理。考慮到位置信息收集成本，可將RFID參考標簽鋪設在工作主要通道，并由人員以安全帽的形式攜帶待測標準。即通過主要工作通道讀寫器向周邊環境發射射頻信號，對工作區域內參考標準、工作卡射頻信號進行收集整理。隨后構建A、B兩個相似環信號計算矩陣。通過RFID讀寫器相同標準圓環的整合，對相似環中參考標簽信號強度、待測標簽信號強度進行一一對應。在得到相似環數據之后，可利用RFID進行信號發送，驗證人員定位信息的正確性。在RFID參考標簽信號接收后，可根據具體參考標簽信息的區別進行讀寫器命令的重新編寫轉發。在參考標準信號轉發半徑一定的情況下，根據在一定面積內是否可以接收參考標簽信號的待測標簽數量及轉發信息，可初步確定相應人員位置。然后保留參考標簽數據信息之后，采用同樣的方法，逐步調整信號轉發命令符，結合蛛網定位計算，可得出具體人員精確位置。

此外，在基于RFID人員精確定位環節，考慮到自然環境磁場、人員走動等因素的影響，可利用誤差公式進行測量誤差的計算。誤差公式為：√（x—x1）2+（y—y1）2

上述式子中x、y分別為人員實際位置橫坐標及縱坐標，xl、yl分別為人員計算位置橫坐標、縱坐標。

3.3基于RFID人員定位硬件設計

基于RFID人員定位系統主要在地面監控中心主計算機平臺中，通過數據傳輸接口開放。結合變電站通信光纜設置及作業面無線數據采集器的安裝，可實現作業面無線數據自動采集。

3.4基于RFID人員定位功能實現

（1）進行單片機程序設計，在單片機程序設計過程中，主要采用模塊化設計方法，以某一功能模塊為核心進行各模塊功能耦合。以AT89S55單片機程序設計為例，可在KeilUVision V4.3嵌入式軟件開發平臺中，采用C語言進行二級制文件編碼。隨后利用AVR-fighter軟件，以ISP的形式進入AT89S55單片機。通過控制計算機終端命令符，為X-Y機械移動平臺運動提供驅動力。

（2）為了保證后期基于RFID的人員定位信息通信效果，可利用單片機串行口控制寄存器進行串行口接收/發送工作模式定義。同時為了最大程度降低人員誤動誤差，在單片機信號輸出端口數據信息設計過程中，可以依據RFID定位系統后續擴容要求，對X軸方向單位距離移動、Y軸方向單位距離移動、RFID閱讀器具體位置定位、RFID閱讀器軌跡參數調節等模塊進行優化分析，并以串口通信協議的方式控制通信含義歧義情況發生概率。如對于RFID閱讀器移動軌跡啟動，可以輸入$+2+7bytes+#命令符，達到人員定位數據有效收集的目的。

（3）在具體定位功能模塊設計過程中，基于RFID人員定位功能還包括禁區管理、人員分布管理、雙向呼叫、超員超時預警等功能。其中禁區管理主要是通過禁區設置，對違規進入作業面人員或者某一類禁止進入設定區域待測標簽號進行聲光預警，并同步記錄在RFID閱讀器中;人員分布管理主要是通過實時分布、實時跟蹤、歷史分布、軌跡回放等功能合理利用，準確獲得人員分布信息;雙向呼叫功能主要是在特定緊急情況下，基于RFID人員分布系統可對作業面個體或團體進行呼叫。同時作業面人員也可以利用隨身攜帶RFID待測標簽向主要計算機發送信號;超員超時預警主要是通過對RFID閱讀器數據信息分析，實時監控作業面作業人員數量及工作時間。通過對現有人員工作數量與上一階段人員工作數量的分析，可及時發現人員超額或超時情況。

4總結

綜上所述，基于RFID人員定位系統主要包括人員位置信息樣本收集、估算標簽分析、系統軟硬件設計幾個模塊。在實際RFID人員定位系統設計過程中，通過蛛網定位算法得到的人員位置信息往往與實際作業面人員位置信息具有細微的差異，因此，為了最大限度提高人員定位精度，可利用誤差估算法對定位精度進行進一步驗證，保證系統運行效率。

參考文獻

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