1. 系統(tǒng)概述
1.1. 系統(tǒng)背景
隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人與人之間的日常交往日趨頻繁，人們的工作生活方式越來越多樣，日常行為越來越豐富，而對于一些與人們日常工作生活密切相關的場所或者人員聚集較多的公共場地，如煤礦、市政單位、醫(yī)院、學校、監(jiān)獄等等，每天必須面對大量的人員服務工作，如敬老院老人的照顧、醫(yī)院嬰兒的管理、煤礦井下作業(yè)人員安全、監(jiān)獄中犯人管理等等。由于人們的行為往往存在不可預知和不可控的因素，一旦發(fā)生特別事件，如果得不到及時的應對和處理，就有可能造成嚴重的后果，成為當前社會的焦點，對社會造成不良影響。
1.2. 現(xiàn)狀與分析
人員管理從早期的簡單的考勤管理，到門禁出入管理，再到后來的人員定位跟蹤管理，其管理的方式和理念呈現(xiàn)出不斷深化和復雜的發(fā)展趨勢，技術手段也從最初的人員考勤打卡，到門禁刷卡出入，發(fā)展到后來的非接觸式的RFID射頻識別。當前，很多公共場所對人員管理的手段僅僅是通過人員進出登記，或者刷門禁卡出入來實現(xiàn)的，該手段雖然可以嚴格記錄人員的出入，但是對于人員的內部行為狀況卻無法了解，無法對區(qū)域人員的行為做出預見和判斷，一旦有特別事件發(fā)生不能及時掌握，更談不上預防。而純粹的RFID技術，又礙于其高昂的投入成本，讓眾多管理者望而卻步。
面對越來越復雜的人員管理和非常有限的資金投入，人們希望有一套低成本而高效率的管理方法，如何利用科學技術來提高區(qū)域人員管理的方式和效率，已經(jīng)成為擺在眾多系統(tǒng)集成專家面前的一道課題。無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發(fā)展，孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks, WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點和優(yōu)點，得到眾多系統(tǒng)開發(fā)商的青睞，隨著WSN的逐漸應用，其在人員管理上的優(yōu)勢不斷顯現(xiàn)出來。本文將介紹基于RFID和WSN的人員管理應用方案。
2. 技術介紹
2.1. RFID技術
RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID系統(tǒng)主要由讀寫器、天線和標簽三部分組成，其具有以下幾個特點：
1）非接觸性識別；
2）物體標識性：標簽具有唯一的ID號，實現(xiàn)物體唯一標識性；
3）識別距離遠：采用不同的RFID頻段技術，可實現(xiàn)0~1000m不同的距離要求，適用于不同的場合；
4）防沖突性：一次性可識別大量標簽；
5）抗干擾能力強：RFID無線識別可用于惡劣的環(huán)境下，且可正常工作。
2.2. WSN技術
WSN即無線傳感器網(wǎng)絡，是通過部署在特定區(qū)域內的大量的微型傳感器，利用其組織構成的無線網(wǎng)絡，實時地監(jiān)測、感知和采集節(jié)點部署區(qū)的觀察者感興趣的感知對象的各種信息（如光強、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象），并對些信息進行處理后以無線方式發(fā)送給后臺系統(tǒng)。
WSN具有以下特性：
數(shù)據(jù)采集性：通過傳感器采集資產(chǎn)運行或環(huán)境狀態(tài)信息等；
自組織網(wǎng)絡：節(jié)點具有自動組網(wǎng)的功能，節(jié)點間能夠相互通信，協(xié)調工作；
網(wǎng)絡建立時間短、網(wǎng)絡自組織、網(wǎng)絡自恢復等功能；
成本低，采用無線網(wǎng)絡可減少布線及人工成本；
通信距離遠；
功耗低，節(jié)點可直接采用紐扣電池供電。
2.3. RFID和WSN融合
RFID實現(xiàn)對物的標識及物的信息采集，WSN實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及傳輸，將RFID與WSN的兩者融合后便可巧妙地實現(xiàn)物的標識、物信息的采集、傳輸與定位。
圖1：無線傳感網(wǎng)連接圖
3. 系統(tǒng)介紹
3.1. 系統(tǒng)工作原理
信息采集
將某區(qū)域人員的基本信息入錄到數(shù)據(jù)庫，每個人帶上一個存有與自己相對應ID號的電子標簽(以下簡稱標簽）在規(guī)定的區(qū)域內活動，安裝在區(qū)域內的定位器就通過識別到標簽的ID信息來判斷人員所處位置。
數(shù)據(jù)傳輸
RFID標簽、中繼器、數(shù)據(jù)中心構成一個無線的傳輸網(wǎng)絡，當中繼器獲取到標簽的數(shù)據(jù)時，通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心對接收到的數(shù)據(jù)進行計算處理，通過網(wǎng)口或者其他接口上傳至中央數(shù)據(jù)控制中心。
人員定位
系統(tǒng)將中繼器作為人員定位器，定位器采集標簽的ID號以及RSSI值，將采集到數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心根據(jù)得到的RSSI值，計算出標簽所處的坐標位置，并將處理的結果上傳至中央數(shù)據(jù)控制中心，控制中心可以根據(jù)在電子地圖顯示相應的位置。
定位方式采用三點定位，即結合三個定位器綜合信息實現(xiàn)定位。
3.2. 系統(tǒng)拓撲結構圖
圖2：系統(tǒng)拓撲結構圖
3.3. 人員定位示意圖
圖3：人員定位示意圖
3.4. 系統(tǒng)功能模塊
圖4：系統(tǒng)功能框圖
4. 系統(tǒng)功能介紹
4.1. 人員信息初始化
每個人帶上一個存有與自己相對應ID號的電子標簽，系統(tǒng)將該電子標簽的ID號與人員的詳細信息進行綁定，如：人員的姓名、年齡、性別等等。
4.2. 人員信息管理
人員位置定位
人員位置的定位是基于無線傳感網(wǎng)中信號強度測距法來實現(xiàn)的，其中測試點采用三點定位模式。定位器讀取到相關ID后，將ID對應的信號強度（RSSI）和ID發(fā)送給數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心根據(jù)接收到的RSSI，計算出該ID所處的位置，同時在電子地圖上進行顯示。
人員軌跡跟蹤
電子標簽ID被定位器識別后，傳入數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心保存ID每次的獲取記錄，并與系統(tǒng)時間保持同步，通過調取相關ID的識別記錄，可以判斷出人員的運動軌跡，在電子地圖，該標簽每次上傳數(shù)據(jù)所處的位置能夠清晰的顯示出來，從而了解人員的運動軌跡。
4.3. 非常規(guī)事件報警
標簽破壞報警
電子標簽具有防拆功能，當電子標簽被帶上后，必須經(jīng)過管理人員的授權操作，才能取下，否則任何的擅自取下，或者強行破壞都會使的標簽不斷的向系統(tǒng)發(fā)出報警信號。
限制區(qū)域報警
在限制區(qū)域附近安裝有定位器，當定位器捕獲到電子標簽的ID，系統(tǒng)立即響應報警，并在電子地圖上顯示其位置，同時信息欄中立即彈顯示該ID所對應的人員信息。
其他報警
按照需求可以增加不同的報警。
4.4. 日常數(shù)據(jù)管理
4.4.1. 電子標簽管理
標簽發(fā)放
將指定的人員信息與標簽ID號進行綁定，在系統(tǒng)中顯示的標簽就代表佩戴標簽的人員；
標簽分類
對不同崗位或者類型的人員將標簽分為不同的種類，標簽可以根據(jù)實際情況進行分組和分類；
標簽報警設置
標簽在佩戴上后，不可以隨意摘下，如果要摘下，必須經(jīng)過管理人員的授權操作，解除報警，同時管理人員還可以對不同的標簽設置不同的報警條件。
4.4.2 數(shù)據(jù)信息管理
系統(tǒng)將每天的電子腕帶的讀取記錄進行分類，保存，以備以后進行查檢。對當天出現(xiàn)的非常規(guī)事件進行統(tǒng)計，對定位器讀取ID的個數(shù)進行統(tǒng)計，從而對人員的行為和分布做進一步的分析。
4.5. 定位器狀態(tài)管理
定位器數(shù)據(jù)中心管理功能
系統(tǒng)可同時監(jiān)控上百個定位器的工作狀態(tài)，當定位器網(wǎng)絡中斷時，會及時發(fā)送報警信息，在系統(tǒng)界面上數(shù)據(jù)傳輸中斷的定位器或者數(shù)據(jù)中心會出現(xiàn)異常的狀態(tài)顯示，從而快速應對和處理；
用戶管理
可設定各種用戶權限，用戶登錄系統(tǒng)后根據(jù)自己的權限進行操作和瀏覽相應的內容。
4.6. 系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)結合
在人員管理系統(tǒng)中，和還有其他子系統(tǒng)模塊：如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、相關人員權限系統(tǒng)等等。各系統(tǒng)之間可通過后臺數(shù)據(jù)庫等進行數(shù)據(jù)銜接和匹配等，從而形成一個完成的系統(tǒng)。
4.7. 技術選型
4.7.1. RFID技術選型
本系統(tǒng)中RFID技術主要體現(xiàn)在電子標簽的唯一標識性，電子標簽采用有源方式來實現(xiàn)，其頻率可在315M/433M/915M/2.4G等頻段。電子標簽采用有源方式來實現(xiàn)，具有良好的防沖突性，數(shù)據(jù)通信速度快，傳輸距離遠等特點。
4.7.2. WSN技術選型
本系統(tǒng)中WSN主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸，以及人員定位這塊，信號頻率可選擇315M/433M/915M/2.4G等頻段。目前WSN實現(xiàn)的主要技術有zigbee、wifi、Blutooh、UWB等。
4.7.3. 其他選型
433MHz和2.45GHz頻段的RFID產(chǎn)品亦可組成WSN無線傳感網(wǎng)，其具有如下特點：
自主開發(fā)協(xié)議，可擴展性強，可對不同的用戶、不同的應用進行針對性開發(fā)；
成本較低：相對目前行業(yè)內所常用的Zigbee來說，其整體成本較低；
低功耗：終端采集節(jié)點和中繼傳輸節(jié)點均可采用電池供電，其待機電流為0.8uA，
工作電流為35mA，若按照1分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)來計算，1100mAh的紐扣電池可用5年；
網(wǎng)絡智能化管理：所有設備具有自組網(wǎng)功能、可自動選擇最優(yōu)網(wǎng)絡路徑、具有網(wǎng)絡自恢復功能、網(wǎng)絡建立時間短(該時間用戶可設定)。與RFID 設備兼容：當RFID讀寫器采用433MHz或2.45GHz時，其使用的讀寫器和標簽可作為WSN的數(shù)據(jù)中心、終端采集節(jié)點和中繼傳輸節(jié)點。另RFID和WSN產(chǎn)品還可選擇我司315MHz、866MHz和915MH頻段下的相關產(chǎn)品。
5．系統(tǒng)特點及優(yōu)點
5.1. 系統(tǒng)特點
采用無線網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，無需人工參與布線；
采用標簽的唯一ID號標識人員，且電子標簽可根據(jù)不同人員進行分類；
RFID與WSN的融合，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的智能化，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目旖莺蛯崟r高效；
電子標簽進入到定位器區(qū)域，能夠快速建立鏈接，傳輸數(shù)據(jù)，；
系統(tǒng)管理實現(xiàn)精細化和智能化。
5.2. 系統(tǒng)優(yōu)點
本系統(tǒng)采用無線傳感節(jié)點作為電子標簽，具有廉價、實用、防拆的優(yōu)點；
采用低功耗設計，采用無線傳感網(wǎng)絡的自我能量約束技術，產(chǎn)品硬件結構簡單，僅需小量電能即可工作且節(jié)點和數(shù)據(jù)傳輸模塊的工作狀態(tài)可由數(shù)據(jù)處理中心控制，即數(shù)據(jù)處理中心可控制節(jié)點和數(shù)據(jù)傳輸模塊的工作時間長度和何時開始工作，終端采集節(jié)點以及定位器使用壽命長；
數(shù)據(jù)傳輸采用無線網(wǎng)絡方式，系統(tǒng)可實現(xiàn)自組網(wǎng)，無需人工布線。體積小，便于廣泛分布；
可確定事件發(fā)生的位置或采集數(shù)據(jù)節(jié)點的位置，且受環(huán)境影響小。
6. 其他應用領域
煤礦井下作業(yè)人員管理
醫(yī)院嬰兒管理
監(jiān)獄人員管理
敬老院老人管理
家校通管理
7. 硬件設備選型
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