RFID区域实时定位追踪系统解决方案

第1章 系统概述

1.1 应用概述

区域人员实时定位和追踪系统是集安全控制、人员考勤、跟踪定位、日常管理等一体的综合性运用系统。也是国内技术最先进、运行最稳定、设计最专业化的区域实时定位系统。这一科技成果的实现，将为企事业单位和机要单位的安全生产和日常管理上台阶以及事故急救带来了新的契机。

上海仁微电子科技有限公司是一家专注于射频识别（RFID）产品研发和生产的高科技专业公司。致力于向社会提供先进的、成熟的有源RFID产品与技术解决方案。

总部位于中国的经济中心上海市，依托北京和广东惠州两个常驻办事机构服务全国市场。

公司主营射频识别领域中的2.4G远距离读写器和各类有源电子标签等。产品采用了当今最先进的 0.18uM 的微波芯片技术，使 RFID 的性能和原来的微波技术相比得到了本质的改进，彻底解决了远距离、大流量、超低功耗、高速移动的标识物的识别和数据传输难题，而且成本较以往大大降低，同时也解决了中低频电磁波技术感应距离短防冲突能力差的致命弱点。其各项技术指标在同类产品中居优，广泛应用于各类人员、车辆、资产的远距离身份识别、一卡通消费、防伪防盗、实时监控、跟踪定位等。

公司经营理念及原则

公司秉承“顾客至上，锐意进取”的经营理念，坚持“客户第一”的原则，竭诚为广大客户提供一流产品、一流服务及成熟可靠的实施方案。

项目实施机制

公司对实施项目不分大小，都将指定一名经验丰富的技术骨干作为项目负责人，要求项目负责人必须亲自领导开发，并能全面规划及把控项目的实施直至项目完美验收；

对于复杂项目或国家重大科研项目，还必须指定有同等经验的人员作为项目监督。

【典型案例】

● 中共大连市委车辆管理系统

● 石家庄军械化步兵学院车辆管理系统

● 青岛金融押运有限责任公司车辆实时定位及调度系统（RTLS）

● 沧州交通局车辆管理系统

● 檀香山别墅区车辆管理系统

● 北京某军区涉密资产实时定位系统（RTLS）

● 北京搜宝商务中心车辆管理系统

● 内蒙古呼和浩特海亮大厦人员定位系统（RTLS）

● 石家庄军械学院车辆管理系统

● 石家庄市公安局车辆管理系统

● 英国Biodata LT 设备实时跟踪定位系统（RTLS）

● 航天科工固定资产实时跟踪定位系统（RTLS）

● Motorola Inc（天津）固定资产实时跟踪定位系统（RTLS）

● 首都机场车辆管理系统

● 海南国税局车辆管理系统

● 辽宁丹东港务局车辆管理系统

● 沙城66081部队车辆管理系统

● 浙江BRT管理系统

● 上海嘉定精神病院人员定位系统（RTLS）

第2章 设计思想和原则

2.1 系统设计的思想

APS区域实时定位系统涉及嵌入式技术、移动计算技术、无线射频识别、计算机软件、数据库、数字通讯等方面。因此，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分考虑。系统利用现有成熟的工业TCP/IP通讯网络作为主传输平台，相应的无线识别基站、RFID识别标签等设备与系统挂接，通过区域实时定位管理专用软件与主系统以标准的专用数据库进行后台数据交换从而实现区域目标的跟踪定位和安全管理。系统总体设计主要体现在：

1） 实现布控区域目标进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”。

2） 为管理人员提供人员进出限制、考勤作业、跨区报警、安全监控、求助报警、合理调度等多方面的管理信息，一旦有突发事件，通过该系统立刻可以知道和回溯所有受控目标的位置和运动历史情况，保证安全管理工作的高效运作。

3） 系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。

4) 轻松联网，BS 结构，轻松实现更广阔地域联网监控。

2.2 系统设计特点

1） 高度自动化。系统能自动检测受控目标经过受控区域的时间、地点信息，并自动实现对受控目标的考勤作业、统计及安全管理。

2） 成熟可靠的网络通信系统。安装在布控区域的无线识别基站，实时将采集到的信息通过TCP/IP通讯网络传送到中心集控系统，整个过程无需人为干预。

3） 完备的数据统计与信息查询软件。系统软件具备专用数据库管理系统，包括受控目标的信息采集和统计分析系统，考勤作业的统计与管理分析系统，显示并打印各种统计报表资料，为高层管理人员的查询与管理提供全方位的服务。

4） 系统的安全、稳定、可靠性设计。系统产品完全采用室外环境下全天候连续可靠工作设计。

5） 完善的异常情况（包括无效卡、失效卡、黑名单卡进入）报警呼叫系统配置。

2.3 系统实现的主要功能

1）受控目标实时跟踪监测及突发事件按钮求助，位置自动显示；

2）实时查询、打印当前及某时间段受控目标数量、 活动轨迹及分布情况；

3）受控目标的考勤、统计、存储、打印；

4）监测图页静态和动态编辑作图对用户开放，支持多种图形格式，鼠标和键盘均可操

作，全面支持实时多任务。在系统进行实时数据采集的同时，系统可进行记录、显示、查询、

编辑、人工录入、网络通信等；

5） 系统中心站及网络终端可以局域网方式联网运行, 使网上所有终端在使用权限范围

内都能共享监测信息和系统综合分析信息、查询各类数据报表；

6） 监控软件具有很强的作图能力, 并提供有相应的图形库, 操作员可在不间断监测的

同时,容易地实现联机并完成图形编辑、绘制和修改；

7） RFID识别标签采用纳瓦级低功耗设计，重量轻，无须外部电源，有多种携带方式供

选择。

整个系统将尽最大可能，保持用户现有网络系统与应用系统，并预留接口，可与现有应用系统或将来的应用系统结合，实现多方统一管理功能，减少或避免用户重复投资。

2.4 系统建设的原则

系统建设包括软、硬件两方面。在软、硬件的开发、采购、集成时，上海仁微电子科技有限公司保证遵循了以下原则：

1) 先进性

APS系统主要构建思想是利用射频自动识别技术、嵌入式移动计算技术和软件技术，构造一个覆盖大范围区域的产品智能追踪系统，具备产品先进、成熟、性价比高等特点优势。

2) 经济性

在保证满足技术要求的前提下，系统设计尽量采用性能价格比最佳的产品。系统的建设最大限度发挥原有部分设备的作用，如计算机网络，设备、软件等，最大限度上为用户节省投资，保护已有的用户投资。

3) 实用性

系统的建设完全符合本项目的应用需求和实际情况，突出实用性强，界面友好，操作简单。

4) 扩展性

在系统方案中按照系统分析、统筹规划的观点对系统容量及网络发展设想进行方案设计，既考虑到当前使用的易用性，更具有适当的超前性。

第3章 系统总体介绍

3.1 系统原理

APS实时定位追踪系统通过RFID(电子标签)的应用，以电子标签作为目前最先进的标识码，具备了不易破损、数据可靠、使用周期长、有效通讯距离长等特点，是替代条形码、红外线标识的最佳选择。将其安装在受控目标上，来作为目标的唯一标识进行追踪和定位。

工作时，管理人员通过联网的无线识别基站追踪和定位目标。

3.1.1 电子标签

简单的讲，电子标签（RFID）技术是一种无接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别。

射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。应用中，电子标签附着在待识别的物品、设备、人员上，阅读器用于当附着电子标签的待识别物品、设备、人员通过其读出范围时，自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出或将特定的信息写入，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。

由于RFID不要求在标签和阅读器之间有光线通路，避免了其他自动识别系统（例如条形码）的缺点。这保证了RFID系统可以用于恶劣环境，比如灰尘、泥土、高湿度、可见度差的环境。 RFID的最大优点是在上述恶劣环境下仍可以得到令人满意的读写速度，在大多数情况下，可以在100毫秒之内响应。除此之外，RFID的读写是完全自动、全透明的，不需要手工扫描被追踪对象，也不需要象其他接触式标签技术那样，需要激活磁条阅读器、IC卡阅读器等。

3.1.2 RFID自动识别工作原理

RFID与短程通信设备组成的系统主要包含智能RFID，RFID的读写设备(Read-Write Units，简称RWU)两部分，读写设备RWU和RFID之间的无线通信实现信息管理系统与RFID之间的信息交流。

读写设备RWU是RFID的读写控制器，由微处理器、安全模块和微波通讯控制器和RS232、485、TCP/IP等通讯接口等组成，以短程通讯协议和微波无线传递手段，实现RWU与RFID的之间安全可靠的信息交换目的，RWU通过RS232、485、WIFI、GPRS、TCP/IP等与上位机连接，从上位机接收控制命令和数据并返回数据。

RFID是一种具有微波通信功能和信息处理、存储功能的移动装置。RFID内置一个小型的实时任务系统，完成RFID内部的存储器、I/O、电源、通讯协议、密钥、算法、命令协议处理等功能。

短程通信技术采用的无线通信协议，其核心是利用小功率微波天线覆盖而构成的小区分割，并采用基于HDLC协议的时分多址和同步通信机制，通过设计相应的处理与控制软件来实现RWU-RFID之间的双向数据传输和信息交换。

3.1.3 区域定位原理

A B C为阅读器，接收范围为恒定，tag1 tag2 tag3 为同一参数且增益型标签。增益自动可循环（分别为0db 1db 2db 3db）。在发射数据时候同时可发送本身的天线增益数据。

示意图：

以图示 tag1为例子，

当标签增益最大为2db时，ABC阅读器都能接收到信号

当标签增益最大为1db时。AB阅读器能接收到信号

当标签增益最大为0db时，A阅读器能接收到信号

由此可以通过软件可计算出tag1最靠近A，即把tag1定位在A附近，实现区域型定位

以tag2为例子：

当标签增益最大为2db时，ABC阅读器都能接收到信号

当标签增益最大为1db时，ABC阅读器都能接收到信号

当标签增益最大为0db时，B阅读器都能接收到信号

同样可以通过软件可计算出tag2最靠近B，即把tag2定位在B附近.

3.2 系统的总体结构

3.2.1 系统组成和架构

监狱RFID智能管理系统由电子标签、读写器（接收器）、网络设备、计算机、服务器和系统软件组成。下图一个简单的监狱RFID智能管理系统的系统架构：

系统网络结构

3.2.2 系统定位示意图

如上图所示：读写器固定在预定的不同位置点，具有较大的接收范围；当电子标签进入读写器工作范围后，读写器就会接收到电子标签发出的信号，根据多种上报数据进行分析后，系统可判断出电子标签所在区域，从而实现电子腕带的范围定位。

在实际应用中，每个网络版的读写器会分配到一个固定的IP地址，并根据现场地形安放好。当佩戴上电子标签的人或物件经过读写器的工作范围时（如图中的红人），人或物件佩戴的电子标签就会将信息发送到读写器。当读写器接收到这个电子标签发出的信息并经过网络传送出来后，根据电子标签ID号，接收器的IP地址，对照现场的设备安放资料，就可以得出“某人/某物在某一时间经过某个监控区域”的记录，实现对人员或物件的追踪监控。

3.2.3 系统组成

主要组成部分如下：

◆ APS实时定位追踪系统中心Server（数据库和后台服务程序）；

◆ APS用户应用服务终端；

◆ APS网络管理子系统；

◆ 无线识别基站（用于目标的受控区域布点追踪）；

◆ 手持式PDA电子标签读写器（可选，用于对目标的人工追踪和查找，实时布控的有效补充）；

◆ 腕带电子标签（标识目标）。

3.2.4 设备隐蔽安装

3.3 系统的功能

实时布控区域目标动态显示功能：

1) 任一时间查询并显示受控区域目标的数量、分布情况及身份；

2) 查询一个或多个受控目标现在的实际位置；

3) 可实现信息多点共享，供多个部门及领导同时在不同地点查看；

丰富的地图功能：

具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、土层控制、地图打印等功能。

禁区报警功能：

对于指定的禁区，如果有非授权进入，实时报警，并显示进入禁区的目标及身份。

目标轨迹查询：

可查找某目标在某个时间段内所经历的路径，并在图中画出线路轨迹。

丰富的受控目标考勤能力：

可对出入布控区域的目标进行统计，实现目标的考勤记录，建立目标的各种信息报表（如：时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等）。

突发事件控制：

一旦有突发事件，上位机上立即能显示出该现场的目标数量、信息，位置和历史情况等信息，大大提高安全管理工作的效率和效果。

3.4 系统性能特点

强大的系统处理能力：

1) 高度自动化；

2) 基于GIS 技术的地理信息显示、查询系统；

3) 完善的数据分析能力；

卓越的识别性能：

1) 高度的识别可靠性，100%的前端识别率；

2) 识别距离远（识别距离可达2-100 米可调）；

3) 极高的防冲突性（每个识别基站可最多同时识别数以百计的运动目标）；

4) 高度的识别稳定性（误码率小于10 万分之1）；

5) 快速的识别速度（最快可达到200 公里/小时的识别速度）。

现场优势：

1) 环境适应性：高抗干扰性，对干扰源、周界环境无特殊要求；

2) 安装方便性：一体化结构设计，无需外接天线；

3) 运行可靠性：内部电路高度集成化，器件故障率最小化。

电气特性：

1) 超低功耗：纳瓦级超低功耗设计，RFID标签在不更换电池的情况下可连续正常工作3年以上；

2) 方便性、安全性，标签无须外接电源，无须充电、无须更换电池；

3) 无辐射，对人体和环境无任何影响，更安全更健康。

系统硬件设计：

1、工控频段

采用2.4G 工控频段无线通讯无需无线电管制委员会批准，不需缴纳频谱占用费用。

2、超低功耗

RFID标签采用独特的纳瓦级超低功耗设计，确保能在电池支持下持续工作长达 3～5 年左右。同时，整体结构的低功耗设计既保证了设备的有效运转，又减少了应用实施的复杂性和成本。

3、网络容量大

一个区域定位网络可以容纳多达六万余的RFID识别目标和大量的接入点。大容量保证了网络强大的数据采集能力。同时，网络的高冗余性保证了整个网络在个别节点停止工作的情况下仍然可以正常运转。

4、高可靠性

APS实时定位系统核心技术目前采用独有定位算法，实现网络自唤醒，自容错，自愈合。

5、运行及维护成本低

APS所有硬件设备均采用免维护设计，建设和维护所需要的人工费用是很低，任何一个经过授权的RFID标签只要放在网络的无线信号覆盖范围内，就可自动加入网络工作，无须任何安装配置。高度智能化最大程度上降低了网络维护所需的人力和时间，加上网络节点本身价格低廉，使得系统的维护成本极低。

3.5 系统软件介绍

3.5.1 基本资料管理

基本资料管理功能是RFID监控管理系统的基础。RFID监控系统需要得到一些固有的基本资料，为系统的其他功能提供信息。这些固有的资料包括：人员基本信息，电子标签基本信息，人员与电子标签对应以及人员分类分组等等，这些基本资料对整个系统来说是必不可少的。

基本资料管理示意图

该操作界面主要进行人员基本资料的输入，电子标签号与相应人员的对应，以及人员访问权限的设置。

“标签号”为该人员所佩戴的电子标签ID号；界面中部的多选框为权限设置，选中某一区域描述即代表该人员具有进入所选区域的权限。没有选中的区域则代表该人员进入该区域后，会触发报警。

该操作还具有搜索功能，可根据电子标签号或人员姓名进行搜索。

该界面中包括：更新、新增、修正、删除、确定、取消、退出等按钮。这些按钮的功能与上述“设备管理”界面中的按钮功能相似。图片中的“新增”、“清除”按钮用于为人员选择正确的相片或者清除已配备给相片。

资料管理包括：

1. 人员信息

人员的基本资料信息，包括：工作人员信息，在精神病人信息，来访人员信息等。人员信息管理功能实现档案管理的电子化。

2. 物件信息

对监控范围内有价值的物品进行登记、管理、跟踪和保护。不仅方便对这些物品进行统计和分配，而且当需要使用某一物品时，系统能快速查出该物品是否正在使用，在哪里使用。

3. 人员考勤

无论是工作人员还是精神病人，都有一定的考勤制度。系统提供了针对不同类型人员的考勤功能，方便对不同类型的人员进行考勤管理。特别是对那些需要在押人员到指定工场劳动改造的，配合RFID技术的特性，人员考勤功能将大大降低管理人员的工作强度。

3.5.2 系统基本设置功能

系统的某些功能必须在管理人员对系统进行了相应的设定后，才能正常运作。设定会因应不同的应用环境而有所不同。系统的每个基本功能都有设置项目需要管理人员根据具体情况进行设定。系统的基本设置包括：

人员权限设置

人员类型设置

监控区域设置

警报设置

3.5.3 设备管理

设备管理，是对监控设备进行管理。

该操作界面中提供搜索功能，可分别按“接收器识别码”或“接收器IP地址”查询。

新增按钮：加入新的设备对应点，点击新增后，从平面图中选择一未使用区域，然后填写下面的资料，确定后，新增资料被保存；

修正按钮：对已有的设备记录进行修改。按确定保存修改内容；

删除按钮：删除已有设备记录。按确定按钮确定删除操作；

更新按钮：刷新界面；

确定按钮：保存之前的操作；

取消按钮：取消上一步操作；

退出按钮：退出设备管理操作界面，不作保存。

3.5.4 监控警报功能

监控警报功能是整个RFID监控系统的核心功能。通过该功能，监控人员可以很快的知道大楼内的人员分布情况；可以追踪某一特殊对象的“活动轨迹”，这些都是以前的监控系统所不能实现的功能。

3.5.5 监控报警方式

监控报警方式有二种，越界警报和断线警报。两种警报都会产生警报声响。这警报功能可以与视像，门禁，警报讯号，和自动发送电邮、短讯等系统功能联防启动。在系统中更可加入同区管理人员位置显视功能模块。

3.5.6 边界线及出入口监控功能

在活动区域的围墙或者出入口上安装警界线，任何时候如果有精神病人接近围墙范围内，都会激发警报系统。 围墙的警界线范围可设定为2米至5米内。 警界线可藏在围墙内不容易发现。

3.5.7 行动轨迹监控

受监控人员身上戴有标签，系统可以实时知道其具体位置，到过哪些地方，接触过哪些人，经常和哪些人在一起，可方便对受监控人员的控制和防止意外等情况的出现。

3.5.8 指定人员查询

通过条件查询可以查询某指定人员，并反映出该人员目前所处位置。

3.5.9 自动报警

当出现精神病人故意或者意外对标签进行破坏、特定时间清点缺席、非授权人员闯入禁区、管理人员按动紧急救援按钮等情况出现时，系统按事故性质自动启动警报。并提供预先设置的应急提示信息。

3.5.10 显示报警位置

系统报警后，系统即时找出并显示事故发生区域，管理人员可以有目标地尽快到达现场并进行控制处理。