老人关爱室内定位系统方案

　　1 背景

　　随着经济的发展，以及人口老年化趋势的进展，越来越多的养老院、老年公寓等性质的机构进入我们的关注视野。由于养老院一般都分布设立在一个相对比较封闭的区域，由围墙、院落及具有各种功能的建筑物群构成，这种区域格局一般会范围比较大。正常情况下，老人大部分时间都在在这个建筑区域内进行活动。而实时确定老人在养老院内的位置，并对其及时提供服务，特别是当老人发生紧急情况，需要院方提供救助时，“定位”更显重要。无论何时，一旦老人有危险发生，都能快速定位，并第一时间自动报警，各岗位服务人员立刻赶往现场。人员定位监护系统将整个社区的室内外区域都纳入实时无线网络监护的范围内。于是，对养老院老年人的安全管理问题，成为社会越来越关注的问题。

　　RTLS(实时定位系统)在老人监护方面发挥着重要的作用，可对老人进行实时的定位和信息的采集。

　　2 系统概述

　　老人关爱室内定位系统主要关注的对象为老年人，实际中也涉及到护理人员和管理人员的管理。针对这样的需求，专门设计并开发了一套软硬件结合的管理系统。在养老院的管理工作可以用更低的成本和时间成本，采集整理信息、工作人员能够针对老人的起居生活进行管理。在出现意外特殊情况的时候，系统会及时启动报警，工作人员能够据此做出最快的响应，从而为老年人的生命安全与健康舒适的生活提供保障。整个系统结合 RFID 技术、无线传输、通信等技术，和老人关爱应用相结合，融入了新的技术信息理念。在软件平台集合了养老管理的功能应用，具体功能为人员基本信息的管理，位置定位、监控报警、信息查询、数据维护等，达到实现集中养老服务和管理工作的信息化、智能化。

　　3 系统设计与实现

　　3.1 系统组成

　　系统由三个部分组成，分别是信息采集端、服务器端和客户端：

　　1、数据采集端：采集端硬件包括读写器、固定标签、卡。

　　定位卡周期性发送一次无线信号(无线信号包括定位信息、各类报警信息等)传送给固定标签，读写器负责实时采集定位卡信息并上传网络，经上层软件分析得出卡的位置，实现定位、报警等功能。

　　2、服务器端：服务器端安装分析程序和数据库，主要用于存储、分析处理数据采集端上报的数据，这些处理包括：人员身份信息、卡信息、位置信息、异常报警信息、设备链路信息、设备低电信息等。

　　3、客户端：客户端主要用基本信息的录入及数据的界面显示。录入的信息包括人员及定位卡的基本信息、基站信息、地图的基本信息;显示的信息包括人员图标及位置显示、各类报警信息、各类查询结果显示、各分类统计信息显示等。

　　数据采集端、服务器端、客户端共同组成了人员定位管理系统，通过三个部分的有机结合，实现各类数据的上传、数据的分析处理、数据的显示，从而实现实时、全面的人员监控。

　　3.2 系统架构

　　老人关爱室内定位系统是基于MySQL轻量级数据库，采用组件式开发的三层结构系统。三层结构分别为：

　　数据库：管理人员及设备信息数据。

　　中间层：用于人员及设备信息增加、修改、删除等系统设置的工作。

　　表示层：用户日常查询定位等管理工作。

　　3.3 系统基本原理

　　老人关爱室内定位系统基于RFID技术，采用RSSI信号场强测量算法，精度为5m。

　　首先根据区域现场具体情况，放置一定数量的定位基站。人员携带一张定位卡，当人员进入该区域时，固定标签接收到卡的信息，并将信息传给读写器，然后上传至服务器，经系统软件处理可计算出人员在地图上的坐标信息，并在地图上以人员图标+姓名的方式显示出来。

　　测距原理：

　　定位卡与定位基站的距离和信号强度成正比，当定位卡离固定标签越近时，固定标签接收到卡的信号就越强，反之越弱;系统根据距离与信号强度的函数关系，从而计算出定位卡与固定标签的距离。

　　定位卡周边的基站周期性的与定位标签进行测距操作，服务器结合测出的数据及固定标签的坐标信息计算出定位卡的坐标，从而确定定位标签的具体位置，实现定位。

　　3.4 定位算法

　　系统定位分为区域定位、直线定位和平面定位，区域定位主要实现对固定标签信号覆盖范围内的人员进行识别，当定位标签进入该区域，固定标签接收到标签信息，当信号强度达到设定的值，系统判断此标签在该区域内;直线定位针对较长区域，如道路等，系统根据固定标签接收到的信号的强弱，计算标签与两个固定标签的距离，进而确定其位置;平面定位主要针对较大型区域的定位，在区域内布设一定数量的固定标签，一般布设的区域的四周，每四个固定标签组成一个定位区域，定位的信号的强弱计算标签到固定标签的距离，再根据固定标签的坐标信息计算出标签在此区域内的X、Y坐标，实现标签的定位。

　　3.4.1 区域定位原理

　　如图，每个固定标签有一定的信号覆盖范围，当移动标签进入基站A的识别范围时，基站可接收移动标签发出的信息，进而得知标签此时所在的区域位置。

　　示意图如下：

　　3.4.2 直线定位原理

　　如下图：当人员携带移动标签处于两固定标签之间(信号全覆盖)，标签周期性的与固定标签进行测试，系统根据测距结果移动标签的位置。

　　3.4.3 平面定位原理

　　如图，A、B、C、D为固定标签，当人员携带定位标签进入四个固定标签内时，标签周期性的与固定标签进行测距，系统根据测距结果和基站的坐标信息，计算出定位标签的坐标信息。

　　3.5 设备布置规则

{$page$}

　　3.5.1 固定标签的位置设置原则

　　固定标签的无线信号覆盖距离为100米(可视距离)，固定标签位置设置需根据现场环境进行布设，如需全覆盖基站设置原则如下：

　　楼栋出入口;

　　楼层之间及楼层走廊内;

　　楼层的房间内;

　　楼栋之外的空旷区域;

　　保安巡更点、保洁人员工作场所;

　　其它需要监控的区域。

　　3.5.2 布线原则

　　固定标签可采用有源或无源供电，采用网络传输。

　　有源供电指取市电供电，无源指采用电池供电，信息的传输可利用先用TCP/IP网络进行传输。

　　3.6 系统主要功能实现

　　3.6.1 人员实时定位

　　人员携带定位卡进入监控区域，四周固定标签不断与卡进行测距，系统根据测距结果及基站的坐标信息，从而计算出人员的坐标信息，实现定位。

　　基于实时定位，可实时观察人员的分布情况。

　　3.6.2 老人跌倒报警

　　当老人发生事故时(如跌倒)，定位卡内的重力感应装置会发出求救信号发送给系统，系统的定位功能可定位到发出求救信号的老人的当前位置，医护人员能够对老人及时救援。

　　3.6.3 人员历史轨迹回放

　　人员携带定位卡行进时，系统每隔一定的距离自动记录该人员所到达的地点，由此形成人员历史轨迹记录，以列表形式显示轨迹信息，并可进行动画播放轨迹。

　　3.6.4 接待管理

　　系统设计外来人员管理模块，在地图上以不同的图标进行显示。

　　当有外来人员时，管理人员将外来人员身份信息与定位卡(腕带卡，具有防拆卸功能)信息绑定。外来人员携卡进入定位区域后，基站实时采集定位卡的位置信息，管理人员可实时查看外来人员的位置;系统同时可设置外来人员禁止进入区域，当外来人员携卡进入该区域时，系统产生报警信息以提示管理人员;外来人员出监控区域时必须到出入口管理处将卡进行激活，激活后管理员刷卡放行并将定位卡回收，否则无法打开闸门;管理员也可对定位卡的历史轨迹进行回放，查看外来人员去过哪些地方，停留多长时间等信息，可为异常分析等提供基础信息。

　　3.6.5 巡更管理

　　系统设置巡更管理模块，模块主要功能如下：

　　1、巡更路线制定：系统可根据地图上布设的基站位置，灵活制定巡更路线，巡更人员需按照此路线并在规定的时间段内进行巡更，否则系统将会产生报警。

　　2、巡更时间制定：在制定巡更路线后，可设置此路线巡更的频率，比如一个小时巡更一遍;或者制定特殊的时间点，要求巡更人员必须在此时间点完成巡更。

　　3、巡更报警：如巡更人员未按照规定路线巡更或者未按着规定巡更频率和时间巡更，系统将会产生报警提示。

　　4、巡更历史信息查询：巡更路线信息查询以列表形式显示到达各巡更点的时间;报警信息查询以列表形式显示历史报警信息。

　　3.6.6 人员考勤

　　系统根据可自动记录人员进出监控区域的时间，并计算出在监控区域内的停留时间，形成历史记录，作为考勤的基本依据。

　　3.6.7 特殊岗位值守管理

　　系统设置特殊岗位值守管理模块，模块主要功能如下：

　　1、值守岗位制定：系统根据值守岗位的要求，在值守点附近安装固定标签;同时在系统中设定值守人员所使用的定位卡，当值守人员携带的卡被基站收到且在规定距离内，系统判断此人在值守岗位上，否则视为脱岗。

　　2、值守时间制定：值守时间可以灵活设置，根据具体值守需要，用户可以自定义时间段，如在制动的时间段内值守人员有脱岗现象，系统产生报警提示。

　　3、值守历史信息查询：值守历史信息查询包括值守岗位人员活动信息及历史报警信息，以列表形式显示出来。

　　3.6.8 区域控制

　　系统可将监控区域划分为若干个监控区域域进行管理，可规定哪些属于正常活动区域、哪些属于限制区域，一旦发现人员携带定位卡进入到危险区域，系统立即告警。系统同时具有区域进入权限管理，如定位基站探测到携卡人员无权限进入该区域，则系统产生告警。

　　3.6.9 信息查询

　　系统软件提供多种信息查询功能，如人员信息查询、人员位置查询(定位)、轨迹查询、求救报警查询等。

　　3.6.10 系统集成功能

　　3.6.10.1 视频监控

　　如下图所示，当定位到该人员后，以定位目标为圆心，在地图上划定某一区域(红色圆形区域)，该区域内的所有摄像头都显示在右边的列表中，然后手动选择查看哪一个摄像头。

　　3.7 系统特点

　　3.7.1 信号可实现全覆盖

　　根据监控区域具体情况，设置一定数量的固定标签和读写器，使得监控区域信号全覆盖，不留盲区。

　　3.7.2 定位精确

　　系统采用RFID技术，结合精确的定位算法，实现根据场强强度及基站的坐标信息，计算出腕带卡的地图上的实际位置，定位更精确。

　　3.7.3 实时监控

　　地图上实时显示人员分布情况，使得管理者对整个监控区域的人员布置一幕了然，可根据管理人员的分布情况，合理调配人员，提升服务。

　　3.7.4 历史轨迹回放

　　可对人员历史轨迹进行查看，有两种方式显示，一种是列表方式，一种是动画轨迹方式。管理人员可掌握在规定时间内人员的活动路线。

　　3.7.5 可靠性高

　　系统采用可靠的传输协议和高灵敏度的识别性，对进入识别范围的标签能够可靠识别，不会发生漏识别和错误识别的情况。

{$page$}

　　4 系统技术规格

　　1) 定位精度5米。

　　2) 固定标签覆盖范围可达40米(可视距离)，读写器覆盖范围可达150米(可视距离)，系统能够实现无线信号全覆盖或根据需求覆盖重点区域。

　　3) 系统采集的信息采用485通讯线缆或者网线传输方式进行信息传输;

　　4) 系统可同时识别200张定位卡;

　　5) 系统漏卡率不大于10-4;

　　6) 系统误码率不大于10-8;

　　7) 系统定位响应时间不超过1s;

　　8) 系统具有历史轨迹回放的功能;

　　9) 系统软件具有定位卡电池管理功能;

　　10) 系统软件具有读写器、固定标签、卡故障管理功能;

　　11) 移动标签分为张贴式和悬挂式，张贴式移动标签采用锂电池供电，悬挂式移动标签采用大容量的纽扣电池供电

　　12) 固定标签供电方式可选择直接嵌入设备取电，也可以使用电池供电。默认采取市电供电，电池以备电方式工作。

　　13) 读写器、固定标签和卡具有完全独立的发射与接收部件，其核心技术均由嵌入式微处理器和嵌入式软件组成;

　　14) 卡采用高级嵌入式微处理器，在嵌入式软件的控制下，实现编码、解码、通信及信息碰撞处理等功能;

　　15) 系统中心站及网络终端可以联网运行, 使网上所有终端在使用权限范围内都能共享监测信息，查询、打印各类数据报表;

　　16) 系统具有开放性的接口，可以企业系统进行兼容。

　　5 系统简介

　　5.1 系统拓补图

　　6 系统软件(参考)

　　6.1 系统架构图

　　6.2 主界面

　　在监控区域地图上实时显示人员分布情况：

　　2D(平面)地图显示

　　定位显示：定位时地图的人员上会出现闪烁，显示方位为人员图标+姓名。

　　轨迹回放：轨迹回放时，地图上显示人员图标行进路线，以线段方式描绘出人员轨迹。

　　系统主界面包含四个部分：

　　1、快速操作栏：对常用操作提供快捷入口，如人员监控、轨迹回放、综合查询、查找定位等;

　　2、报警显示：对跌倒报警、越界报警进行显示，有报警时红色图标不断闪烁进行提示。

　　3、菜单栏及导航栏：包括系统大部分的操作功能，如实时监控、管理设置、数据查询、用户管理、系统设置等。

　　4、地图监控：在地图上显示人员分布分布情况。

　　6.3 实时监控

　　实时监控包括区域显示、部门显示及实时报警显示。

　　6.3.1 区域显示

　　区域显示时将地图分成若干个区域，以树形列表将区域内的人员分布显示在监控主界面的左侧;显示内容包括区域名称、固定标签数量、人员数量及详细人员列表。通过区域显示可很方便的了解到当前人员的分布情况。

　　6.3.2 部门显示

　　部门显示时以部门及班组对整个监控区域人员进行分类，以树形列表方式显示将部门及班组的人员分布情况显示在监控主界面的左侧;显示内容包括部门名称及数量、班组名称及数量、人员分布情况;通过部门显示可方便的了解到目前监控区域内各部门人员的分布情况。

　　6.3.3 实时报警

　　实时报警，可实时统计设备故障(读写器故障、固定标签故障)信息、无信号报警、监测区域准入报警、求救报警信息等;并可对设备进行定位操作，以方便查找出低电或故障设备，及时维护，确保系统正常运转。

　　6.3.4 区域限制

　　根据监控区域实际情况，在限制区域禁止非授权人员通过，如员工通道、监控区域出入口等。人员私自进入时，非授权出入时，系统自动提示并进行报警提示。

　　6.3.5 管理设置

　　管理设置包括人员管理、用户管理。

　　6.3.6 人员管理

　　人员管理以列表形式显示区域内所有人员信息;并可实现对人员信息进行新增、修改、删除;对区域内人员信息查看;对某个人员进行查找;对人员信息的批量导入及导出。

　　通过人员管理功能实现人员信息与腕带卡绑定，从而实现对人员的监控。

　　6.3.7 用户管理

　　用户管理主要实现对用户的密码设置，可重新设定密码，已实现对系统登录的管理。

　　6.4 数据查询

　　数据查询包括人员查询、轨迹查询、设备故障查询。

　　6.4.1 人员查询

　　人员查询以列表形式显示人员信息，列表提供按姓名、卡号、部门、职务、班组等条件查询。此功能主要实现对某特定人员的查询。

　　6.4.2 轨迹查询

　　历史轨迹查询提供按姓名、卡号、时间段等条件查询。并可进行动画回放轨迹，此功能主要实现对某特定人员的轨迹回放。

　　轨迹播放

　　6.4.3 设备故障查询

　　设备故障查询包括基站及基站控制单元故障查询，提供按设备编号、时间段等条件查询，此功能主要实现对故障设备的维护。

　　6.4.4 数据统计

　　根据人员历史轨迹记录，统计数据后导出报表，提供可供参考的统计整理后的数据。

　　6.5 地图服务

　　地图服务包括人员分布显示、设备显示、地图管理、监控配置等功能。

　　6.5.1 人员分布显示

　　在地图上实时显示人员分布情况，人员用人员图标表示。管理人员可实时直观的掌握到当前人员分布信息，点击人员图标可对该人员的详细信息进行查看，包括姓名、卡号、部门、职务等信息。

　　6.5.2 设备分布显示

　　在地图上实时显示设备分布情况，设备用设备图标表示。管理人员可实时直观的掌握到当前设备分布信息，点击人员图标可对该设备的详细信息进行查看，包括编号、安装位置、所属区域、链路是否正常等信息。

　　6.5.3 地图管理

　　当地图需要进行修改时，可对地图进行更换。

　　6.5.4 监控配置

　　对需要显示的图标进行设置，可以选择只显示人员图标或只显示设备图标，或者人员图标和设备图标都显示。

　　6.6 快捷按钮

　　为便于操作，系统提供常用功能的快捷按钮，以方便操作者。快捷按钮包括：人员监控、查找定位、轨迹回放及综合查询。

　　6.6.1 人员监控

　　实时统计人员分布情况，以区域方式及部门方式进行统计，以列表形式进行显示。同时可点击数字链接，查看该区域或部门下的详细人员列表。

　　此功能主要是实现快速查询人员分布情况。

　　6.6.2 查找定位

　　可按照姓名、卡号对人员进行快速定位。

　　6.6.3 轨迹回放

　　可实现人员的历史轨迹回放。显示人员在一定时间内的移动路径。

　　6.6.4 综合查询

　　综合查询提供快速、模糊搜索功能，提供按时间段、部门、职务、班组等条件查询，对符合条件的区域内人员以列表形式显示。