基于工程建筑的室內(nèi)定位技術(shù)探究

張忠寶 劉春梅

(1.大連博瑞致信息技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116023； 2.大連大地基礎(chǔ)工程有限公司，遼寧 大連 116023)

隨著科技的發(fā)展，建筑高層樓宇拔地而起，越來(lái)越多的人更加關(guān)注對(duì)于企業(yè)的生產(chǎn)車間和辦公區(qū)域的定位管理，在國(guó)內(nèi)常規(guī)的定位技術(shù)有衛(wèi)星(GPS、北斗)定位、WiFi定位、RFID定位、藍(lán)牙定位等幾種方式，這幾種定位方式有什么不同，各有什么利弊。

目前來(lái)看定位技術(shù)的種類有幾十甚至上百種，而每種定位技術(shù)都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適合的應(yīng)用場(chǎng)景，沒(méi)有絕對(duì)的勝負(fù)之分，以表格形式對(duì)其各自優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)及定位精度進(jìn)行分析，技術(shù)性能對(duì)比表見(jiàn)表1。

表1 技術(shù)性能對(duì)比表

1 系統(tǒng)方案

定位技術(shù)分為以下幾種架構(gòu)：

1)主動(dòng)式定位系統(tǒng)。必須由設(shè)備持有人主動(dòng)發(fā)起，通過(guò)自行安裝在相關(guān)設(shè)備(如手機(jī)、平板等)上的軟件，且持續(xù)運(yùn)行的情況下進(jìn)行定位，適用于機(jī)場(chǎng)、火車站、辦公室、智慧醫(yī)院、博物館、展覽館、游樂(lè)場(chǎng)等場(chǎng)所。

2)被動(dòng)式定位系統(tǒng)。通過(guò)給需要定位的人員、資產(chǎn)、車輛發(fā)放定位設(shè)備，網(wǎng)關(guān)接收到定位設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)通過(guò)后臺(tái)算法進(jìn)行定位的一種定位方法，適用于學(xué)生定位與考勤、養(yǎng)老院、工地、監(jiān)獄、訪客管理、資產(chǎn)管理等場(chǎng)所。

3)主被動(dòng)一體式定位系統(tǒng)。綜合上面兩種定位方式，即可通過(guò)設(shè)備持有人通過(guò)安裝相關(guān)的應(yīng)用程序主動(dòng)發(fā)起定位，又可通過(guò)對(duì)特定人員、設(shè)備等發(fā)放標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)后臺(tái)定位的一種綜合定位系統(tǒng)，適用于化工廠、電廠、隧道工地、醫(yī)院、物流倉(cāng)儲(chǔ)等。

根據(jù)建筑樓宇實(shí)際需求分析，采用被動(dòng)式定位系統(tǒng)。

根據(jù)我司的實(shí)際情況，被動(dòng)式定位比較適宜，主被動(dòng)一體式定位不適合，人員主動(dòng)性難于保證。

如果采用主被動(dòng)一體式定位，被動(dòng)定位用于位置考勤，主動(dòng)定位可以用于廠區(qū)導(dǎo)航。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 軟件系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析及位置數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值設(shè)計(jì)軟件功能包括：地圖編輯、工時(shí)管理、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)工時(shí)統(tǒng)計(jì)、回放軌跡、巡檢管理、電子圍欄、信息推送、人員管理、設(shè)備管理。

2.2 系統(tǒng)功能

1)需求分析。定位的需求場(chǎng)景主要有以下幾種：a.廠區(qū)辦公樓：定位精度要求定位到辦公室;b.廠區(qū)生產(chǎn)車間：定位到工位;c.修造的船舶：要求定位到船舶的船艙、甲板;d.人員進(jìn)入廠區(qū)精確定位，定位精度亞米。2)地圖編輯。地圖編輯器(FengMap Editor)是一個(gè)高效的、輕量級(jí)的Web端室內(nèi)地圖編輯工具，用戶無(wú)需學(xué)習(xí)使用復(fù)雜的專業(yè)軟件，只需要便捷的操作，即可快速制作或更新室內(nèi)三維地圖，實(shí)現(xiàn)大眾制圖。用戶可隨時(shí)通過(guò)地圖編輯器快速修改室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)中的空間、業(yè)務(wù)、信息點(diǎn)(POI)和導(dǎo)航路線等信息，調(diào)整地圖場(chǎng)景、紋理、特效和主題等顯示效果。地圖編輯僅是在已經(jīng)做好的地圖上添加、移動(dòng)地標(biāo)性小型建筑或標(biāo)識(shí)，例如崗?fù)の恢玫淖兓?)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。在地圖2D/3D場(chǎng)景下，業(yè)務(wù)管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控樓宇內(nèi)人員位置，某個(gè)車間或辦公室的上崗人數(shù)，報(bào)警提醒。4)回放軌跡。選擇需要查看軌跡的人員，選擇要查看的時(shí)間范圍，可以軌跡回放人員在廠區(qū)活動(dòng)的歷史軌跡。5)電子圍欄。可以對(duì)一些重點(diǎn)的區(qū)域進(jìn)行圈定，創(chuàng)建區(qū)域名稱，區(qū)域顏色，透明度等設(shè)置電子圍欄區(qū)域。圖1為電子圍欄區(qū)域圖。6)人員管理。為已有的廠區(qū)人員綁定藍(lán)牙標(biāo)簽，實(shí)時(shí)查詢?nèi)藛T的位置，軌跡。7)信息推送。管理人員可以向安保人員、巡檢人員或現(xiàn)場(chǎng)管理者推送任務(wù)調(diào)度或者推送緊重要信息或者發(fā)送報(bào)警信息。8)設(shè)備管理。提供定位設(shè)備查詢、設(shè)備添加、設(shè)備工作狀態(tài)顯示、設(shè)備名稱修改、設(shè)備剩余電量顯示等，可以實(shí)時(shí)查詢?cè)O(shè)備的詳細(xì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化管理。

3 藍(lán)牙定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

部署：iBeacon信標(biāo)部署方式：室內(nèi)吸頂部署和地面平埋。發(fā)送藍(lán)牙iBeacon廣播包，默認(rèn)發(fā)射頻率500 ms；內(nèi)置950 mAh鋰亞電池；藍(lán)牙4.0低功耗技術(shù)，續(xù)航1年～3年；膠貼式安裝；固定于天花板、墻壁、柱子等區(qū)域；每6 m～8 m部署一個(gè)。接收定位標(biāo)簽信號(hào)，并上傳數(shù)據(jù)到定位引擎服務(wù)器；支持IEEE802.3協(xié)議，支持Bluetooth BLE 4.0協(xié)議；Lora傳輸協(xié)議；適配器供電(輸入AC100-240V)；網(wǎng)絡(luò)傳輸：網(wǎng)絡(luò)通過(guò)WiFi或POE接入。

4 RFID定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

RFID定位系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽、射頻讀寫器、中間件以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)組成，射頻標(biāo)簽和讀寫器是通過(guò)由天線架起的空間電磁波的傳輸通道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。本文采用RFID定位技術(shù)典型系統(tǒng)是LandMark定位系統(tǒng)。

1)系統(tǒng)架構(gòu)。參考RFID定位原理，設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。2)部署。RFID定位基站部署方式：必須有源安裝，因?yàn)楣妮^大，每3 m左右部署一個(gè)。3)RFID有源標(biāo)簽。處于距離的原因采用RFID有源標(biāo)簽，可制作成：胸卡、手環(huán)。

5 系統(tǒng)結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)方案、結(jié)構(gòu)選型及定位設(shè)計(jì)比較分析，對(duì)于藍(lán)牙定位設(shè)計(jì)，室內(nèi)定位的精度要求并沒(méi)有到分毫不差的地步，主要是判斷人員在具體哪個(gè)樓宇、哪個(gè)辦公室、哪個(gè)分段，而且具體的精度還受預(yù)制的地圖等精度的影響，在這種前提下，精度上的少許誤差可以通過(guò)算法進(jìn)行彌補(bǔ)，最主要是考察技術(shù)的可行性。

RFID定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)增加定位標(biāo)簽的大小和重量，同時(shí)還需要考慮樓宇內(nèi)標(biāo)簽的售量，使用起來(lái)并不方便，同時(shí)也增加了定位標(biāo)簽的成本，并不經(jīng)濟(jì)；另外，混合定位也增加了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)維難度，這種難度是幾何倍數(shù)增長(zhǎng)的。

本設(shè)計(jì)采用的藍(lán)牙定位技術(shù)，在我司的應(yīng)用場(chǎng)景下，效果基本與設(shè)計(jì)要求符合，并不存在技術(shù)上的互補(bǔ)效應(yīng)。

不同的技術(shù)應(yīng)用到不同的場(chǎng)景，才能發(fā)揮最大的優(yōu)勢(shì)。在軟件算法上，應(yīng)用慣性導(dǎo)航技術(shù)可以改善定位效果，建設(shè)成本增加不大。進(jìn)而降低企業(yè)信息化系統(tǒng)內(nèi)外數(shù)據(jù)交換而產(chǎn)生的人工成本，提高工作速度，達(dá)到數(shù)據(jù)信息及時(shí)更新反饋，經(jīng)本系統(tǒng)的編程設(shè)計(jì)運(yùn)行結(jié)果表明，各項(xiàng)功能均可實(shí)現(xiàn)，達(dá)到預(yù)期，設(shè)計(jì)滿足要求。