社区安防定位综合管理系统解决方案

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

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

项目背景介绍，此处略。

2.2 需求分析

随着物联网技术和WiFi产品的普及，建设基于WiFi应用的智慧社区已经成为业界的共识，优频科技整合市民日常生活中亟待解决或提升的各种服务，打造基于WiFi的综合实时定位系统，可以提供如下的功能(按需选配)：

1. 保安保洁人员定位：工作区域管理，偏离报警，如：给一个保结或保安人员限定的活动区域在楼A或楼B，工作人员最终到达后，系统判断是否在规定的区域，如果不在或者中途离开自动告警提示;

2. 安保巡更：传统的保安巡逻用的是RFID的巡逻棒，在相应位置点刷卡记录位置。优频的定位系统中，保安只需携带WiFi定位卡或智能手机即可， WiFi定位系统可以记录和回放保安在巡逻期间的活动轨迹，取代传统的RFID巡更棒，更经济实惠。

3. 工作考勤：WiFi实时定位系统可以记录社区工作人员、保安保洁上岗、离岗时间、工作时间等，提供周、月等各种报表，并且报表可以定制化。

4. 家居老人定位：老人佩戴定位标签在社区内正常活动，发生紧急情况可以通过定位卡的按钮主动求助，系统准确显示位置，减少险情。

5. 儿童定位：儿童外出玩耍，只需要携带腕表状的定位标签，家长或物业即可实施监控儿童活动位置，也可以发生险情发出求救，若儿童走出社区大门发出实时告警，有效防止儿童的走失。

6. 宠物防丢：我们的定位卡也可以绑在宠物身上，随时监控宠物的位置，出了社区也可以报警，减少宠物主动丢失现象。

7. 访客管理：有访客进入社区，物业会发放一个标签卡，并明确访客要那栋楼，如果最终到达楼宇错误，即时通知道最近的保安人员对其进行引导，这样即可以方便访客，又消除了安全隐患;同时可以记录访客的行走路线，并可实时查看;

8. 固定资产管理：在社区容易发生偷盗的设备上固定我们的定位标签卡，里面集成振动告警，若小偷发生偷盗行为，系统能实时接收固定资产上定位卡发出的告警信号，通知附近安保前往查看，减少偷盗行为的发生;物业实时监控可移动资产的分布，合理调度，提高工作效率;同时，业主的贵重物品也可以通过这种方式实现防盗目的。

9. 停车管理：对社区内的车位进行实时统计，告知保安处，某区域现有车辆多少，还有几个空位，即时通知附近的保安人员对其进行引导，这样即可以方便车辆找到正确位置，又消除了安全隐患;对于访客车辆而言，通过访客携带的定位卡，物业可以对访客车辆的停放位置进行定位管理。

10. 门禁集成：可将定位标签与门禁卡集成在一起，便于社区业主携带和物业管理。

11. 无线上网：在社区内部署的WiFi定位网络，除了定位管理之外，同时能提供WiFi无线上网服务，打造亲民、个性化社区。

12. WiFi语音：值班保安或保洁配备WiFi Phone ，取代传统的对讲机，实现内部对讲通讯功能;

13. 视屏联动：定位系统与社区摄象头进行联动，页面及时弹出告警位置附近的摄像头，获取现场图像，提高智能联动水平。

14. 系统扩展：WiFi的高带宽允许一网多用，提供多业务同时接入，比如无线视频、移动办公、无线传感等，下一代的智慧社区一定是以IT为基础，实现多平台的融合贯通。

　　无线定位系统性能要求：

1. 要实现移动定位，即对社区内访客、业主、车辆进行实时定位监控，要求将定位时延降至最小，保障实时性。

2. 定位精度要求满足需求即可，具体精度根据实际场景决定。

3. 能够与综合系统平台互联，以实现多个系统间配合

WiFi方案优势：

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;

数据传输速率快：支持802.11b/g/n，可达1Mbps～600Mbps ;

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;

定位终端多：定位标签、Pad、智能手机、移动PC等智能WiFi设备;

室内定位： WiFi可以实现室内定位，GPS做不到 ;

2.3 优频科技系统的优势

定位精度高：室内精度高达3M，实时性好

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

使用方便： 不需要在手机上安装软件就可以定位

分布式定位服务器： 支持上万个定位目标同时定位

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) 标签或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。

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，判断出离目标大概的距离。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、位置信息等发送到监控页面。

3.3 定位原理

社区覆盖无线局域网，顾客WiFi智能终端连接上社区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：

Wi-Fi定位系统是基于标准的IEEE 802.11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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 Wifi定位系统实现功能

1) 实时定位

在地图上显示图标对应于标签绑定的人、物或车辆;

对标签进行实时监控，并在地图中显示标签的当前位置;

标签闪烁表示有报警;

标签分组，用不同的图标显示;

定位过程中能实时看到图标平滑移动;

搜索人员姓名、状态：

可跟踪指定的标签，地图随着标签的移动自动切换;

将鼠标移到图标上可以看到图标的信息和状态;

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;

地图可以放大和缩小，调整到合适的大小;

图 4 1 监控页面中正在定位的标签

2) 实时告警

触发告警，弹出页面，声音报警，图标闪烁提醒工作人员;

点击处理后，页面可以关闭，否则会一直提醒;

实时报警列表。

3) 轨迹回放

移动轨迹平滑显示;

可锁定一个标签，按时间段播放，显示移动，地图自动切换;

可以锁定一张地图，按时间段播放，显示不同标签移动;

轨迹回放过程中可以显示各类报警(按钮，区域，消失)和声音效果;

可以全屏播放;

可以保存某一段轨迹录像;

可以保存某一段数据，可调用播放;

4) 标签管理

标签管理分为人员和车辆管理。

标签发放，通过发卡机，自动获取标签ID;

将标签与人员绑定：将指定的人员信息和其佩戴的标签进行绑定，在系统中显示的标签即代表佩戴该标签的人员;

标签更换对应的人员;

人员信息设置：可在系统中对人员的信息进行设置和管理;

标签分组、分类：标签可以根据实际情况进行分组和分类。

5) 报警管理

报警记录

按钮报警设置：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;

越界报警：某些区域属于禁区，未经允许的标签进入将发出报警信息，或某些人员不能离开某个区域，一旦离开将发出报警信息;

消失报警设置——标签消失有多种因素(如电池没电、标签越过信号覆盖区域等)，可以设置指定标签的消失报警条件和报警级别，如该标签消失了，将会触发相应的报警;

电池低电报警设置——标签每隔一段时间将会向系统报告一次自己的当前电量，可以在系统中设置电量最低界限，一旦标签电量低于这个界限将会发出报警信息;

未按规定路线报警——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;

6) 系统管理

用户管理：可设定各种用户权限，用户登录系统后根据自己的权限进行相应的操作和浏览符合权限的内容。

地图如果已经划分区域，可设定各个标签进出各区域的条件。

AP定位器管理：监控AP定位器工作状态，查询历史记录。

7) 统计报表

标签警告记录：查看所有标签或指定标签的所有警告记录;

查看标签报表：查看标签的重要报警，出入区域次数及停留时间统计;

操作历史记录：查看用户的操作历史记录;

可根据时间段进行数据统计;

统计各项工作的执行次数、单人的工作情况和闲置时间、每天各岗位的工作高峰期;

对各告警事件发生的时间和区域进行统计分析;

根据用户自定义规则，按时间段统计保安巡逻次数、时间段和间隔时间。

8) 扩展功能

1) 与视频监控系统联动

右键点击标签，可选择查看视频监控;

报警时可自动调用标签所在位置附近的摄像头，查看现场视频。

2) Wi-Fi手机通讯定位

Wi-Fi手机对讲、多方会议、短信、记录通话、信息查询等多种功能

Wi-Fi手机定位

4 方案实施

4.1 网络部署设计

AP定位器部署是根据现场环境和定位精度要求而定。首先要从定位的需求考虑，确定需要定位区域和具体房间信息，需要考虑每个位置点的终端数量峰值，以及每个AP的吞吐能力。根据AP的功率和环境，判断AP的有效信号所能覆盖范围，保证覆盖范围内的任何一个定位点所收到的AP信号中，至少有3个AP的RSSI值要大于-70，并且至少有一个AP的RSSI值要大于-50。