展馆无线定位 应用方案说明

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1         引言1.1    文档说明

·          本文档为基于Wi-Fi的实时定位解决方案。

1.2    术语与缩写解释

缩写、术语	解 释
AP	Access  Point的缩写，即负责通讯功能的无线网络接入点。
定位AP/AP定位器	拥有定位功能无线网络接入点
Tag/定位标签/标签	基于Wi-Fi的RFID电子标签。
RTLS/实时定位系统	Real Time  Location Systems的缩写，即实时定位系统。
Wi-Fi	Wireless Fidelity的缩写，又称Wireless  LAN，或WLAN， 即无线局域网，是IEEE  802.11定义的一个无线网络通信的工业标准。

2        项目需求2.1   项目背景

该项目为在展馆应用，展馆内布置了大量的展品。展馆建设关注公共性、舒适性、人性化的商业空间的塑造：有意识增加更多的公共空间，吸引人们有秩序的驻留，建筑人们提供了一个舒适的环境，努力提高人们在场所中体验生活的品质，而不仅仅是一些展品。展馆内有视频监控系统、信息发布系统、智能环境信息采集系统以及无线WLAN网络等多个子系统，通过综合系统平台将各子系统进行关联，实现高品质物联网体验。

2.2    需求描述

1 展品导览

用户通过展馆提供的智能手持终端实现实时获取多媒体的展品信息。专门定制的手持设备可以随时查询关心的展品信息和相关背景知识，以及用户位置信息服务。当使用定位服务的用户走进馆内时，PDA设备的定位功能能够显示用户所在位置，用户通过PDA查询功能能够定位某类展品，某个展品的具体位置，并通过路径导引提供服务。

2 定位用户，推送信息

展厅内划分若干个子区域，每个子区域经营不同种类的展品。当用户手持PDA终端路过某个区域时，系统平台会根据用户所在区域向智能终端推送广告信息。用户自行浏览，如对某一广告产生关注时，可通过手持查询终端调出商品详细信息进行浏览，并相应提供路径导引服务。当来访领导进行参观访问时，系统平台根据领导所在区域将一些欢迎词在该区域的大屏中显示。

3 资产跟踪

展馆内一些物品进行跟踪管理，如展品、移动查询终端等等。

4 电子巡更

馆内拥有一批专门的物业管理及安保人员，对馆内定期巡更，为对巡更人员进行科学有效管理，系统提供巡更功能。通过无线定位系统对巡更人员的巡更路线和状况进行记录，并在后台管理软件中显示。

无线定位系统性能要求：

1.   要实现移动定位，即对展馆内流动人员进行定位，要求将定位时延降至最小，保障系统实时性。

2.   一般定位精度要求控制在3-5米范围以内。

3.   能够与综合系统平台互联，以实现多个系统间配合

2.3    需求分析

在展馆部署WLAN网络，通过Wi-Fi实时定位系统，能实现智能终端的无线传输和实时定位。定位精度可以达到3-5米，在一些特殊环境下可以将定位精度提高到1米。

1．终端定位

在带有Wi-Fi的PDA终端上，实现实时定位，定位响应时间可以达到1秒内。PDA上通过电子地图显示位置，能实现类似GPS的导航系统，信息搜索、广告等位置服务功能。在某些环境下，终端定位到某个展品的位置，可以实现更细化的信息服务。

2．终端监控

在后台定位平台上可以定位各个PDA终端的位置，在电子地图上显示。并且可以实时地进行数据交互。

3．资产定位

资产上安装带有振动传感器的标签，资产一旦移动就可以报警。资产和主人出入大门时，进行配对。

4．电子巡更

保安可以佩戴Wi-Fi标签，或者配备Ｗｉ－Ｆｉ手机，代替传统的对讲机。后台可以实时知道保安的位置。并且可以结合视频系统，根据保安位置调用视频。记录保安的巡逻轨迹，可以回放分析。

2.4    WiFi方案优势

Ø  WiFi普及率高：全球Wi-Fi用户已达7亿； Wi-Fi网络应用覆盖广泛，可以利用已铺设的Wi-Fi网络，避免网络的重复建设；

Ø  数据传输速率快：可达1Mbps～54Mbps

Ø  强大的网络扩展功能：Wi-Fi网络可方便的实现语音、视频、定位、无线传感等多种功能。

Ø  定位终端多：中国智能手机超过1亿部

Ø  室内定位： WiFi可以实现室内定位，GPS做不到

   

2.5   优频科技系统的优势

l  定位精度高：室内精度高达3M，实时性好

l  定位数量多： 1个AP支持200多个终端同时定位，而其他定位算法同时定位数量不超过30个

l  使用方便： 不需要在手机上安装软件就可以定位

l  分布式定位服务器： 支持上万个定位目标同时定位

l  采用AP扫描方式: 支持iOS的iPhone和iPAD定位,手机不需要连接ＡＰ就了可以定位，一个ＡＰ可以同时扫描２００多个终端。

3        方案设计3.1    设计理念

整个系统方案的设计贯穿以下原则：

在设计整个系统时，本着技术先进，架构合理、产品主流、低成本、低维护量作为出发点。

技术的先进性：整个系统选型，软硬件设备的配置均应符合高新技术的潮流，采用全世界最新的Wi-Fi RTLS技术。

架构合理：采用先进、成熟的技术来架构各个子系统，能使其安全平稳的运行，有效的消除各系统可能产生的瓶颈并通过合适的设备保证各子系统具备良好的扩展性。稳定性和安全性是我们最关心的问题，只有稳定可靠的系统才能确保各设备的正常运行。

稳定性：系统基于稳定、安全、保密的大型数据库，以保证系统运行正常。具有良好的数据共享，实时故障修复，实时备份等完善的管理体系。

安全性：系统采用WEP、WPA、WPA2等国际标准无线加密方式，同时标签支持数字加密技术，具有较高高安全性。

产品主流：在设备选型时，主要依据定位环境实际情况结合目前市场上的各类产品选择具有最优性能价格比和扩充能力的产品。

低成本、低维护量：所采用的产品应该是简单，易操作，易维护。系统的易操作和易维护是保证非计算机专业人员使用好一个系统的条件，我们的方案集中了已有的丰富的网络设计、施工经验，以及在数字化图像、语音和数据综合传输领域强大的产品优势，实现所需的设计需求。

兼容性：各系统均为相对开放的系统，不同产品间具有标准接口，并提供多种通讯标准协议，可以便于第三方设备的接入。

模块化：组建各分系统，直到总系统，均严格履行模块化结构方式，以满足系统功能扩充、运行设备的替换、维护，确保系统的高效可靠运行。

扩充性：采用面向对象和模块化的开发技术，可随时根据需要扩充具有其它功能的软硬件模块，具有良好的扩充性。

集中管理：远端现场设备，各分系统集中于中心统一控制，实施对所有远端设备的控制、设置，以保证系统的高效、有序、可靠的发挥其管理职能。

升级维护：系统考虑到将来系统在容量和功能增加修改等的实际需要，定位系统对软件升级可升级，并且操作简单，操作应能由系统管理员即可完成，不需要繁复的操作和专门的技术。

3.2    系统组成

Wi-Fi定位导览系统组成如下图所示：

主要有以下几个部分组成：

１）AP定位器 (AP Locator)

定位器搜集WIFI终端的信息，把这些信息发送到后台定位服务器。

２）Wi-Fi终端 (手机、平板电脑)

WIFI终端周期性地发射Wi-Fi信号，信号包含唯一MAC ID。WIFI终端与客户绑定。后台系统将WIFI终端的信号ID和客户姓名等信息绑定。

３）定位服务器 （Locating Server）

定位服务器含有定位引擎服务器、IIS服务器、数据库服务器等３台，能根据信号计算位置。

４）内容服务器 (Content Server)

内容服务器支持和展品有关的信息内容以及用户信息。这些功能需要二次开发　

工作流程：

１）  用户持有手持WIFI终端，WIFI终端打开WIFI，定期向外发送自身相关信息

２）  同时，AP定位器搜集相关数据之后转发到定位服务器。

３）  定位服务器根据定位终端的ID和信号强度，判断出离商户大概的距离。当手持终端距离商户３－５米左右，手持终端触发推送程序，浏览内容服务器通过WIFI网络推送给客户的信息。定位服务器获得手持终端的信息以及定位标签的信息，计算出设备或标签的位置，并将设备ID、位置信息等发送到内容服务器。

４）  终端设备通过浏览器访问内容服务器，或者内容服务器根据位置实时将相关内容发送到终端设备上，并且能和终端设备实现实时互动。

3.3    定位原理

商场覆盖无线局域网，顾客WiFi智能终端连接上商场WiFi后周期性地发出信号，无线局域网访问点（AP）接收到信号后，将信号传送给定位服务器。定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差判断出人员的位置，并通过电子地图显示具体位置。

基于定位的无线局域网络有别于一般的通讯网络，要求在任一位置点，均可以收到3个以上的AP信号。AP主要分为主通讯AP与定位AP，主通讯AP负责服务器与通讯AP之间的数据交换和传输，所有主通讯AP必须通过网线进行连接。定位AP，主要负责收集标签信息，并将结果发送给指定服务器，

Wi-Fi定位的算法介绍：

n  Wi-Fi定位系统是基于标准的IEEE802.11无线局域网（WLAN）。定位算法是基于接收到Wi-Fi信号的强度（RSSI）。在覆盖无线局域网的地方，定位标签周期性地发出信号，无线局域网访问点（AP）接收到信号后，将信号传送给定位服务器。定位服务器根据信号的强弱判断出标签距离AP的位置，通过标签到至少3个AP的距离可以算出标签的位置，并通过电子地图显示具体位置。这是传统的三角定位原理。

n  Wi-Fi 无线信号经过反射后才到达接收器，而不是一条径直的路径，这样就给定位计算带来了很大的误差，这种现象叫多路径。因为室内空间的障碍物会造成多路径干扰,导致讯号变化较大,所以传统的三角定位法不适用於室内环境。

n  采用基于ＲＦ指纹识别（ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴＩＮＧ）的定位方法。在定位区域内设置多个采样点，将定位终端放在给个采样点。场景规划工具可以把定位终端发射的信号特征记录下来，根据这些特征和不同位置的信号建立信号纹来指示定位终端的位置。利用信号纹和相对应的位置信息建立起数据库后，定位系统根据实时收集到的信号特征，就能计算位置了。

n  人体对WiFi终端是有干扰的，定位系统采用历史移动轨迹、增加ＡＰ定位器、修正信号突变等方法尽量在算法上降低干扰带来的定位误差。

n  定位精度与定位目标、环境和定位器铺设密度有关，定物可以达到3米甚至更好，定位人时由于人体干扰，精度在5-10米的半径范围。定位精度是和定位器分布密度、环境、定位对象的干扰有关的，所以无线定位的精度不是一个绝对的数字。一般说，精度能达到3米－5米，有时会10米甚至更差。

n  定位器部署密度越高，定位精度越高。任何无线定位的技术，都会有定位误差及不确定因素存在。我们建议实际应用中，考虑到无线定位的特性，通过软件解决精度的不确定因素。定位中会出现跳动，这是由于定位位置处于几个定位点中间。

n  定位频率可以设置为1秒或以上。网页刷新时间为１秒。网络传输也会耗费一定的时间，定位算法最快可以在2秒内计算结果。为了避免人体对定位精度的干扰，在算法上做了特别调整，提高定位的稳定性所以可能出现3-6秒的延时。

n  AP定位器 可以集中管理，可以通过POE方式供电。AP定位器无线发射功能可以禁止，所以大量AP定位器并没有产生任何无线信号，这和普通AP是不同的，不会造成无线干扰。

3.4   实现功能

1） 自动导览

·        通过Wi-Fi手持智能终端上面的APP,参观者可以看到展览馆所有展位，可以很容易地找到最想看的展位。

·        参观者点击想看的展位，APP根据我们的WI-FI实时定位系统所获取的参观者的实时位置和目标展台位置，给参观者进行位置导航，让参观者顺利的到达自己的展位。这样就可以让参观者不必按固定的展台路线进行参观，而是根据自己的喜欢的展台来观看。

2）信息推送

·        当参观者到达自己感兴趣的展位的时候，内容服务器根据定位服务器获得的参观者定位数据选择对应展台的有关介绍信息，通过WI-FI网络发送到客户Wi-Fi手持智能终端上面，做到定点推送信息的作用，把展位相关信息发给参观者。

3） 轨迹回放

·        通过轨迹回放功能可以知道某一参观者在展览馆的足迹，在展览馆中参观过哪些展位。

·        通过轨迹回放可以计算出某一参观者在一展览台驻留的时间，判断出参观者对哪些展台特别感兴趣。

4） 实时定位后台监控

序号	功能名称	功能描述	备注
	电子地图	在地图上显示图标对应于标签绑定的人或物；    定位过程中能实时看到图标平滑移动；
	标签图标	标签分组，用不同的图标显示；    标签闪烁表示有报警；
	设备图标	可以在地图上显示或隐藏ＡＰ、摄像头、定点报警器等设备；    ＡＰ图标闪烁表示有报警
	地图操作	地图可以放大和缩小，调整到合适的大小；    可以手动切换地图，查看指定地图上的所有标签的活动情况；
	图标操作	将鼠标移到图标上可以看到图标的信息和状态；    点击图标后可以显示人员的详细信息；
	搜索功能	在地图上搜索人员姓名、状态
	锁定跟踪	可跟踪指定的标签，地图随着标签的移动自动切换
	多层地图
	视频联动	右键点击标签，可选择查看视频监控	需要二次开发

·         

位置记录

序号	功能名称	功能描述	备注
	位置记录	记录访客在每个位置的停留时间，便于做客流分析	客流分析需要二次开发
	已处理的报警记录
	按钮报警记录	标签有按钮报警功能，当发生紧急情况时可按下按钮发出报警信息；
	区域报警记录	进入或离开某区域报警
	消失报警记录	离开覆盖区域或电池没电
	偏离路线记录	指定某个标签在某段时间的行走轨迹，一旦发现该标签偏离指定的行走轨迹达一定的时间，发出报警信息

资产或工作人员定位

可以采用WiFi标签，绑定到人或者物，对人员和物体进行实时监控。物体标签上带有振动传感器，移动就可以报警。