半封閉空間人員跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊福濤，馬 翔

(鞍山師范學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧鞍山114007)

本文所設(shè)定的半封閉空間指的是具有有限多個(gè)可按需求開啟或關(guān)閉的可控的出入口的封閉空間．當(dāng)前，在例如超市等半封閉空間人流密集，兒童等特殊人群容易走失，或被不法人員利用，針對(duì)這一情況，本文設(shè)計(jì)了一種人員跟蹤系統(tǒng)，適合于超市等半封閉空間．

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

如圖1所示，本系統(tǒng)由三大部分組成．第一部分是兩個(gè)可以相互通信的手環(huán)(圖中的A1，A2)，此環(huán)一個(gè)戴在父母手腕上(A1)，一個(gè)戴在孩子手腕上(A2)．其中A1定時(shí)向A2發(fā)送問候信息，A2接到后向A1發(fā)出應(yīng)答信息．同時(shí)，A2也定時(shí)發(fā)出帶有自身信息的無線信號(hào)，以利用其它設(shè)備監(jiān)控其動(dòng)向．其中A1的功率較大，而A2的功率較小，當(dāng)A2與A1的距離較大(5 m)時(shí)，由于功率問題［1］，A1便不能接收到A2發(fā)出的應(yīng)答信息，此時(shí)，A1向此系統(tǒng)的第二個(gè)組成部分——中控系統(tǒng)發(fā)出緊急情況指令，報(bào)告當(dāng)前疑似走失情況信息．因?yàn)槭汁h(huán)對(duì)間通信采用CDMA方式，每個(gè)兒童手環(huán)都有自己對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)碼，這樣中控系統(tǒng)就了解到當(dāng)前的疑似走失情況信息，并通過無線信號(hào)發(fā)送給超市的所有門禁系統(tǒng)．門禁系統(tǒng)是本系統(tǒng)的第三個(gè)組成部分，負(fù)責(zé)接收來自中控系統(tǒng)的指令，同時(shí)對(duì)疑似走失的標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行掃描，當(dāng)戴著這個(gè)手環(huán)的兒童接近超市的門禁系統(tǒng)時(shí)，門禁系統(tǒng)接收到疑似走失的手環(huán)的信號(hào)，發(fā)出告警指令，提醒超市工作人員注意．

2 手環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

手環(huán)系統(tǒng)分為A1和A2，其中A1為主手環(huán)，戴在父母手腕上，而A2為副手環(huán)，戴在兒童手腕上．為了方便大量的手環(huán)對(duì)同時(shí)使用，本系統(tǒng)采用CDMA通信方式，這樣做的好處是，大量的手環(huán)對(duì)可以同時(shí)使用，而相互不干擾．而且CDMA通信方式的通信質(zhì)量好，抗干擾能力強(qiáng)，保密性好，此外，CDMA通信方式本身使每對(duì)手環(huán)都具有了獨(dú)特的身份標(biāo)識(shí)碼，非常有利于對(duì)身份的區(qū)分，這也為其它系統(tǒng)的工作創(chuàng)造了有利的條件．

A1和A2都可以向?qū)Ψ蕉〞r(shí)發(fā)送問候信息，且任何一方接到問候信息后都應(yīng)該及時(shí)發(fā)送應(yīng)答信息，以保證聯(lián)系的通暢．其中A1的發(fā)射功率較大，而A2的發(fā)射功率較小，為了控制A2發(fā)送信號(hào)的傳輸距離，可以借助發(fā)送距離與頻率及根據(jù)公式［2］

式(1)中Lfs為傳輸損耗，d為傳輸距離，頻率的單位以MHz計(jì)算．

圖1 封閉空間人員跟蹤體系總體框圖

在固定的頻率條件下，影響通信距離的因素有:發(fā)射功率、接收靈敏度、傳播損耗、天線增益等．對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者，周圍環(huán)境對(duì)電波的吸收、多徑干擾、傳播損耗等無法改變，但可以優(yōu)化發(fā)射功率、接收靈敏度和天線等．可以通過調(diào)整A2的發(fā)射功率和A1的接收靈敏度來將A1可以接收A2的距離限定在合理的范圍內(nèi)，本系統(tǒng)預(yù)計(jì)將此距離限定在5 m［3］．

A1環(huán)的程序可由流程圖2(a)來表示，A2環(huán)的程序可由流程圖2(b)來表示．

圖2 手環(huán)對(duì)程序流程圖

3 中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的中控系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控所有手環(huán)對(duì)的狀態(tài)，一旦有手環(huán)對(duì)間出現(xiàn)疑似失聯(lián)狀態(tài)，則中控系統(tǒng)利用802．11無線通信協(xié)議［4］，將失聯(lián)者的信息(標(biāo)識(shí)碼)發(fā)送給門禁系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)啟動(dòng)監(jiān)聽程序，一旦失聯(lián)的副手環(huán)靠近門禁系統(tǒng)(5 m)，門禁系統(tǒng)會(huì)接受到副手環(huán)發(fā)來的問候信息(如圖2(b)所示)，然后立刻發(fā)出告警聲，防止兒童自己走失或被不法人員帶離．同時(shí)，短暫失聯(lián)的手環(huán)對(duì)，在重新建立聯(lián)系后，主手環(huán)會(huì)再次向中控系統(tǒng)發(fā)送信息，解除疑似失聯(lián)信息(如圖2(a)所示)，中控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)向門禁系統(tǒng)發(fā)送信息，取消對(duì)此疑似失聯(lián)手環(huán)的監(jiān)聽，這樣，即使此副手環(huán)靠近門禁系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)也不會(huì)發(fā)出任何告警聲音．

中控系統(tǒng)的程序可由流程圖3來表示．

4 門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的門禁系統(tǒng)是保證失聯(lián)兒童安全的關(guān)鍵，一旦兒童所戴的副手環(huán)與父母所戴的主手環(huán)失聯(lián)，中控系統(tǒng)就通過802．11無線通信協(xié)議將此失聯(lián)手環(huán)的標(biāo)識(shí)碼發(fā)送給門禁系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)立刻啟動(dòng)對(duì)此標(biāo)識(shí)碼的監(jiān)聽，一旦此手環(huán)出現(xiàn)在門禁系統(tǒng)的附近(離開超市的必經(jīng)之路)，因?yàn)楦笔汁h(huán)會(huì)不斷地發(fā)送帶有自身標(biāo)識(shí)碼的問候信息，則副手環(huán)發(fā)送的問候信息會(huì)被門禁系統(tǒng)的監(jiān)聽程序發(fā)現(xiàn)，并立刻發(fā)出告警音，提醒超市工作人員及其他群眾，有與父母失去聯(lián)系的孩子將要離開此超市，引起大家的注意，這樣就可以有效避免孩子走失現(xiàn)象的發(fā)生．

門禁系統(tǒng)的程序可由流程圖4來表示．

圖3 中控系統(tǒng)程序流程圖

圖4 門禁系統(tǒng)程序流程圖

5 結(jié)束語

本文結(jié)合實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一種半封閉空間人員跟蹤系統(tǒng)，此系統(tǒng)充分利用當(dāng)前的無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合半封閉空間的特點(diǎn)，較好地解決了問題，若能完全實(shí)現(xiàn)，可以在相當(dāng)程度上解決半封閉空間環(huán)境下兒童走失的問題．

［1］紀(jì)越峰．現(xiàn)代通信技術(shù)［M］．北京:北京郵電大學(xué)出版社，2010．

［2］Douglas E Comer．用TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)際互連［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2009．

［3］張肅文．高頻電子線路［M］．北京:高等教育出版社，2004．

［4］吳偉陵．信息處理與編碼［M］．北京:人民郵電出版社，2003．