基于工程建筑的室内定位技术探究
2020-10-13张忠宝刘春梅
张忠宝 刘春梅
(1.大连博瑞致信息技术有限公司，辽宁 大连 116023； 2.大连大地基础工程有限公司，辽宁 大连 116023)
随着科技的发展，建筑高层楼宇拔地而起，越来越多的人更加关注对于企业的生产车间和办公区域的定位管理，在国内常规的定位技术有卫星(GPS、北斗)定位、WiFi定位、RFID定位、蓝牙定位等几种方式，这几种定位方式有什么不同，各有什么利弊。
目前来看定位技术的种类有几十甚至上百种，而每种定位技术都有自己的优缺点和适合的应用场景，没有绝对的胜负之分，以表格形式对其各自优势、劣势及定位精度进行分析，技术性能对比表见表1。
表1 技术性能对比表
1 系统方案
定位技术分为以下几种架构：
1)主动式定位系统。必须由设备持有人主动发起，通过自行安装在相关设备(如手机、平板等)上的软件，且持续运行的情况下进行定位，适用于机场、火车站、办公室、智慧医院、博物馆、展览馆、游乐场等场所。
2)被动式定位系统。通过给需要定位的人员、资产、车辆发放定位设备，网关接收到定位设备发送的数据通过后台算法进行定位的一种定位方法，适用于学生定位与考勤、养老院、工地、监狱、访客管理、资产管理等场所。
3)主被动一体式定位系统。综合上面两种定位方式，即可通过设备持有人通过安装相关的应用程序主动发起定位，又可通过对特定人员、设备等发放标签实现后台定位的一种综合定位系统，适用于化工厂、电厂、隧道工地、医院、物流仓储等。
根据建筑楼宇实际需求分析，采用被动式定位系统。
根据我司的实际情况，被动式定位比较适宜，主被动一体式定位不适合，人员主动性难于保证。
如果采用主被动一体式定位，被动定位用于位置考勤，主动定位可以用于厂区导航。
2 详细设计
2.1 软件系统功能设计
根据需求分析及位置数据的应用价值设计软件功能包括：地图编辑、工时管理、动态监控、生产工时统计、回放轨迹、巡检管理、电子围栏、信息推送、人员管理、设备管理。
2.2 系统功能
1)需求分析。定位的需求场景主要有以下几种：a.厂区办公楼：定位精度要求定位到办公室;b.厂区生产车间：定位到工位;c.修造的船舶：要求定位到船舶的船舱、甲板;d.人员进入厂区精确定位，定位精度亚米。2)地图编辑。地图编辑器(FengMap Editor)是一个高效的、轻量级的Web端室内地图编辑工具，用户无需学习使用复杂的专业软件，只需要便捷的操作，即可快速制作或更新室内三维地图，实现大众制图。用户可随时通过地图编辑器快速修改室内地图数据中的空间、业务、信息点(POI)和导航路线等信息，调整地图场景、纹理、特效和主题等显示效果。地图编辑仅是在已经做好的地图上添加、移动地标性小型建筑或标识，例如岗亭位置的变化。3)动态监控。在地图2D/3D场景下，业务管理人员实时监控楼宇内人员位置，某个车间或办公室的上岗人数，报警提醒。4)回放轨迹。选择需要查看轨迹的人员，选择要查看的时间范围，可以轨迹回放人员在厂区活动的历史轨迹。5)电子围栏。可以对一些重点的区域进行圈定，创建区域名称，区域颜色，透明度等设置电子围栏区域。图1为电子围栏区域图。6)人员管理。为已有的厂区人员绑定蓝牙标签，实时查询人员的位置，轨迹。7)信息推送。管理人员可以向安保人员、巡检人员或现场管理者推送任务调度或者推送紧重要信息或者发送报警信息。8)设备管理。提供定位设备查询、设备添加、设备工作状态显示、设备名称修改、设备剩余电量显示等，可以实时查询设备的详细数据，实现设备智能化管理。
3 蓝牙定位系统设计
部署：iBeacon信标部署方式：室内吸顶部署和地面平埋。发送蓝牙iBeacon广播包，默认发射频率500 ms；内置950 mAh锂亚电池；蓝牙4.0低功耗技术，续航1年～3年；胶贴式安装；固定于天花板、墙壁、柱子等区域；每6 m～8 m部署一个。接收定位标签信号，并上传数据到定位引擎服务器；支持IEEE802.3协议，支持Bluetooth BLE 4.0协议；Lora传输协议；适配器供电(输入AC100-240V)；网络传输：网络通过WiFi或POE接入。
4 RFID定位系统设计
RFID定位系统通常由电子标签、射频读写器、中间件以及计算机数据库组成，射频标签和读写器是通过由天线架起的空间电磁波的传输通道进行数据交换的。本文采用RFID定位技术典型系统是LandMark定位系统。
1)系统架构。参考RFID定位原理，设计见图2。2)部署。RFID定位基站部署方式：必须有源安装，因为功耗较大，每3 m左右部署一个。3)RFID有源标签。处于距离的原因采用RFID有源标签，可制作成：胸卡、手环。
5 系统结论
经过对系统方案、结构选型及定位设计比较分析，对于蓝牙定位设计，室内定位的精度要求并没有到分毫不差的地步，主要是判断人员在具体哪个楼宇、哪个办公室、哪个分段，而且具体的精度还受预制的地图等精度的影响，在这种前提下，精度上的少许误差可以通过算法进行弥补，最主要是考察技术的可行性。
RFID定位系统设计会增加定位标签的大小和重量，同时还需要考虑楼宇内标签的售量，使用起来并不方便，同时也增加了定位标签的成本，并不经济；另外，混合定位也增加了整个系统的运维难度，这种难度是几何倍数增长的。
本设计采用的蓝牙定位技术，在我司的应用场景下，效果基本与设计要求符合，并不存在技术上的互补效应。
不同的技术应用到不同的场景，才能发挥最大的优势。在软件算法上，应用惯性导航技术可以改善定位效果，建设成本增加不大。进而降低企业信息化系统内外数据交换而产生的人工成本，提高工作速度，达到数据信息及时更新反馈，经本系统的编程设计运行结果表明，各项功能均可实现，达到预期，设计满足要求。
