基于RFID的人員精確定位方法分析

韓業(yè)飛 侯偉 王軍 鮑幸吉

摘要

由于電網(wǎng)工程生產(chǎn)作業(yè)的特殊性，其內(nèi)部作業(yè)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(yè)，實時掌握每一個人員空間作業(yè)位置非常重要。因此，本文以基于RFID人員定位技術(shù)為研究目標，對RFID技術(shù)定位優(yōu)勢及傳統(tǒng)人員定位技術(shù)應(yīng)用弊端進行了簡單的分析。并通過RFID定位系統(tǒng)云平臺構(gòu)建，對基于RFID的人員精確定位方法進行了進一步探究。

【關(guān)鍵詞】RFID 人員 精確定位

RFID又稱為無線射頻技術(shù)，其是一種無線非接觸式系統(tǒng)，可通過射頻電磁場將物體標簽數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綗o線射頻終端，實現(xiàn)物體信息追蹤、自動識別的目的。在RFID技術(shù)發(fā)展過程中，RFID物體追蹤定位功能不斷優(yōu)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(yīng)用進行適當分析非常必要。

1基于RFID的人員定位優(yōu)勢

基于RFID人員定位管理系統(tǒng)主要是在現(xiàn)代作業(yè)環(huán)境監(jiān)控設(shè)施集成的基礎(chǔ)上，通過與作業(yè)面人員雙向通訊，進行人員實時定位跟蹤，保證作業(yè)面人員安全生產(chǎn)。

2傳統(tǒng)人員定位弊端

傳統(tǒng)人員定位系統(tǒng)主要包括無線擴頻定位、無絕緣音頻定位、交叉感應(yīng)回線定位、GPS定位等。其中無線擴頻人員定位技術(shù)精確度較高，但是由于需要在沿線設(shè)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(shù)定位精度與人員分布面積具有較大的關(guān)聯(lián)，極易產(chǎn)生移動閉塞情況;交叉感應(yīng)回線定位技術(shù)僅僅可以獲得人員相對位置;GPS定位技術(shù)定位精度較低。且在人員并行情況下，極易發(fā)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(gòu)建

基于實際作業(yè)環(huán)境中人員精確定位需求，在定位模型建立環(huán)節(jié)需要綜合考慮作業(yè)面人員定位需要、復雜作業(yè)環(huán)境及維護作業(yè)預(yù)期要求等因素。而為了保證人員定位精確度，可采用蛛網(wǎng)定位算法進行人員位置信息收集。其中蛛網(wǎng)模型主要由RFID標簽構(gòu)成，RFID讀寫器為主要功能實現(xiàn)模塊，射頻信號為蛛網(wǎng)震動模擬機構(gòu)。

3.2人員位置數(shù)據(jù)采集

人員位置數(shù)據(jù)采集是人員精確定位的主要依據(jù)。在具體位置數(shù)據(jù)采集作業(yè)過程中，需要利用蛛網(wǎng)定位算法，利用RFID參考標簽及RFID讀寫器進行整體數(shù)據(jù)收集處理?？紤]到位置信息收集成本，可將RFID參考標簽鋪設(shè)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(huán)境發(fā)射射頻信號，對工作區(qū)域內(nèi)參考標準、工作卡射頻信號進行收集整理。隨后構(gòu)建A、B兩個相似環(huán)信號計算矩陣。通過RFID讀寫器相同標準圓環(huán)的整合，對相似環(huán)中參考標簽信號強度、待測標簽信號強度進行一一對應(yīng)。在得到相似環(huán)數(shù)據(jù)之后，可利用RFID進行信號發(fā)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(jù)具體參考標簽信息的區(qū)別進行讀寫器命令的重新編寫轉(zhuǎn)發(fā)。在參考標準信號轉(zhuǎn)發(fā)半徑一定的情況下，根據(jù)在一定面積內(nèi)是否可以接收參考標簽信號的待測標簽數(shù)量及轉(zhuǎn)發(fā)信息，可初步確定相應(yīng)人員位置。然后保留參考標簽數(shù)據(jù)信息之后，采用同樣的方法，逐步調(diào)整信號轉(zhuǎn)發(fā)命令符，結(jié)合蛛網(wǎng)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(huán)節(jié)，考慮到自然環(huán)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(shè)計

基于RFID人員定位系統(tǒng)主要在地面監(jiān)控中心主計算機平臺中，通過數(shù)據(jù)傳輸接口開放。結(jié)合變電站通信光纜設(shè)置及作業(yè)面無線數(shù)據(jù)采集器的安裝，可實現(xiàn)作業(yè)面無線數(shù)據(jù)自動采集。

3.4基于RFID人員定位功能實現(xiàn)

（1）進行單片機程序設(shè)計，在單片機程序設(shè)計過程中，主要采用模塊化設(shè)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(shè)計為例，可在KeilUVision V4.3嵌入式軟件開發(fā)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(qū)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(fā)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(shù)據(jù)信息設(shè)計過程中，可以依據(jù)RFID定位系統(tǒng)后續(xù)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(shù)調(diào)節(jié)等模塊進行優(yōu)化分析，并以串口通信協(xié)議的方式控制通信含義歧義情況發(fā)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(shù)據(jù)有效收集的目的。

（3）在具體定位功能模塊設(shè)計過程中，基于RFID人員定位功能還包括禁區(qū)管理、人員分布管理、雙向呼叫、超員超時預(yù)警等功能。其中禁區(qū)管理主要是通過禁區(qū)設(shè)置，對違規(guī)進入作業(yè)面人員或者某一類禁止進入設(shè)定區(qū)域待測標簽號進行聲光預(yù)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(tǒng)可對作業(yè)面?zhèn)€體或團體進行呼叫。同時作業(yè)面人員也可以利用隨身攜帶RFID待測標簽向主要計算機發(fā)送信號;超員超時預(yù)警主要是通過對RFID閱讀器數(shù)據(jù)信息分析，實時監(jiān)控作業(yè)面作業(yè)人員數(shù)量及工作時間。通過對現(xiàn)有人員工作數(shù)量與上一階段人員工作數(shù)量的分析，可及時發(fā)現(xiàn)人員超額或超時情況。

4總結(jié)

綜上所述，基于RFID人員定位系統(tǒng)主要包括人員位置信息樣本收集、估算標簽分析、系統(tǒng)軟硬件設(shè)計幾個模塊。在實際RFID人員定位系統(tǒng)設(shè)計過程中，通過蛛網(wǎng)定位算法得到的人員位置信息往往與實際作業(yè)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(tǒng)運行效率。

參考文獻

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