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基于RFID技术上的养老院人员定位解决方案

2018年08月24日

  1. 系统意义

  1.1 对老人院人员实时监督管理(信息中心可实时查看老人位置信息、老人数量、任何房间老人信息、老人院人员动态变化、老人遇突发事情求助、进入危险区域告警信息等)。

  1.2 主动预警,解决事故发生滞后性问题,将事故发生隐患提前暴露,避免事故发生

  1.3 突然场景再现,物联网技术与现有视频联动可实时查看现场情况,为调配相关人员及时解决突发情况提供依据

  1.4 减轻老人院工作人员管理的工作量,减少人力成本投入,提高工作效率

  1.5 提高老人院管理工作的信息化水平,推动老人院对老人的管理工作向制度化、规范化、实时化、发展,确保老人安全稳定,为逐步实现老人院“智能化全方位监管”奠定坚实基础。

  2. 系统架构与方案阐述

  养老院人员定位系统有三部分组成:远距离门禁进出管理系统、APP定位查询系统、室外区域定位管理系统、室内定位系统。是利用现代化的技术手段结合现有养老院人员管理的实际情况,建立一套具有人员区域实时定位、人员查找、越界(危险区域)报警、视频联动、远距离考勤、 轨迹回放、人员按键求助等功能系统。人员定位与远距离门禁进出管理系统前端信息采集后传输到后台管理系统,后台管理系统根据标签进出门禁进出先后顺序及读写器接收到的RSSI场强值计算出人员进出门禁的先后顺序及人员所在位置;在具备WIFI覆盖的地方,移动终端APP通过WIFI与后台服务器交互获取某人的实时位置信息,从而实现位置实时跟踪;

  2.1 远距离门禁进出管理系统

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  吸顶式定位基站安装在养老院大楼门口,引出两组125K线圈,分别是激活线圈A1和激活线圈A2,当带有双频电子腕带标签的老人或者访客进入大楼大门时,距离激活线圈A1 1~3.5米的范围时,低频激活器发出电磁波信号激活双频电子标签,标签被唤醒后,将标签本身的ID信息及激活线圈A1以一定速率发送给吸顶式定位基站,读写器收到双频电子标签发出的射频信号及激活线圈ID并通过TCP/IP接口传递给后台;当佩戴双频电子标签的人员进入到大门内侧时,激活器携带的电磁波能量逐渐减弱直至不能再激活双频电子标签,而激活线圈A2激活双频电子标签,同样双频电子标签将本身的ID信息及激活线圈A2以一定速率发送给吸顶式定位基站,读写器收到双频电子标签发出的射频信号及激活线圈ID并通过TCP/IP接口传递给后台,后台根据低频激活器唤醒标签、吸顶式定位基站根据读取数据的先后顺序及不同的激活器天线的ID编号做出判断;

  2.1.1 远距离门禁进出管理系统功能

  1) 权限设置:老人门禁进出权限设置,未经授权的老人进出门禁,后台自动记录进出时间并可通过短信提醒相关人员注意或者进行报警,以确保安全;

  2) 位置跟踪:实时定位人员进出那栋楼,准确获知人员进出时间记录;

  3) 安全防范外来人员:访客人员,临时授权,规划指定到达社区楼,非法进入其他楼栋,后台及时报警;

  2.1.2 硬件组成部分

  1) 吸顶式定位基站。安装固定在大楼的大门口,引出两路低频天线,用于激活唤醒双频电子表情,同时一体化读写器进行腕带标签数据的接收传输 ;

  2) 低频棒状天线或者低频缆式线圈天线。低频天线接在吸顶式定位基站上,用于激活双频电子标签,实现人员进出判断;

  3) 光纤通讯系统,光发信机、光收信机、光纤、中继器、光纤连接器、耦合器等共同组成了光纤通信系统,用于将读写器收到的射频信号传输到监控中心。

  2.1.3 硬件安装注意事项

  1) 吸顶式读写器安装时需注意安装高度(一般在3-4米)、接头防水(电源接头、网络接头、125K低频延长线馈线接头);

  2) 低频棒状天线或者低频线圈天线通过延长线接在吸顶式定位基站,如果大楼宽度小于5M,采用棒状天线进行安装,在大门的外侧内侧安装激活天线,安装位置离地面约1.5米高的位置。如果大楼的宽度大于5M,为了保证激活的稳定性,采用地埋低频缆式天线的安装方式,切割地面埋设低频线圈。门口里侧外侧各部署低频线圈,两组线圈的间隔不小于1.5M;

  3) 光纤通信系统安装主要注意接头防水;

  1.2 养老院室外人员区域定位系统 室外区域定位采用测算节点之间连接信号强度(RSSI)的方法,利用无线信号的空间传输衰减模型估算出节点间传输距离。

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  信号传输衰减模型的测量原理

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  室外人员区域定位系统架构图

  在室外区域,比如主干道、室外空旷区域等,安装2.4G有源全向定位基站,定位基站的覆盖区域为100m,人员佩戴双频电子标签,人员进入2.4G读写器识别区域,标签主动发送的数据被读写器接收到传输到后台进行处理,通过测算节点(读写器或者AP、电子标签)之间链接信号强度(RSSI)的方法,利用无线信号空间传输衰减模型估算出节点间传输的距离,逻辑算法进行处理,最终算出定位点数据,定位区域最小在6到8M区域。

  2.2.1 养老院室外人员定位效果图

  在养老院室外,需要进行定位追踪的人员,佩戴专用的卡片电子标签或腕带式电子标签,经过养老院室外的一定区域时,部署在养老院室外的定位基站设备实时读取标签数据传输到后台进行处理,告知人员当前的位置信息,该被定位人员的亲属可以在室内中控主机上或者查询机或者手机APP上实时查询当前人员的位置。

  2.2.2 室外定位系统功能

  1) 智慧物业管理

  l 访客管理:可通过对访客进行定位、活动轨迹跟踪查看,以实现安保人员为访客提供及时服务,同时还可提升小区安防级别;

  l 保安、保洁人员管理:通过RFID无线定位技术可看到保安是否按照规定线路巡逻,可即时通知保安及时方便的为老人提供服务;可实时查看保洁员位置,可精确到楼

  l 车辆管理:可通过对地面车辆的定位,让养老院人员了解到小区地面不同停车区域范围内空余车位的数量,以便让安保人员对进出小区的临时车辆进行及时的疏导;

  l 视频联动:定位系统和社区监控系统联动,当有报警事件发生时,系统自动弹出报警点附近的视频,让养老院相关人员及时实时看到现场情况。

  2) 智慧家居

  l 适用于养老院的管理功能:监控与养老院孤寡老人关联的家人的活动轨迹功能

  l 给老人佩戴定位标签后,如果老人擅自跑出养老院大门,系统自动发出报警,减少老人丢失案件的发生;

  l 养老院相关人员通过手机APP或者Web看实时查看家人位置,接受老人发出的主动求助信息,快速响应。

  3) 智慧养老

  l 双频电子标签卡有警情按钮,老人摔倒或发生其他危险状况,可随时触动按钮报警,养老院相关人员接受报警信息,避免险情恶化。

  l 短信提醒:若一旦发生目标离开重点区域或者出口,或进入危险区域,发送短信给相关工作人员进行及时处理。我们的系统通过API将实时报警信息上报给短信推送平台,提供触发条件,最终由短信系统完成短信的发送。

  2.2.3 硬件组成

  1) 一体化读写器也叫定位AP,安装部署在每个视频监控摄像头位置点上和摄像头进行绑定,实时接收双频电子标签发送的数据信息并实现视频联动。

  2) 光纤通讯系统,光发信机、光收信机、光纤、中继器、光纤连接器、耦合器等共同组成了光纤通信系统,用于将读写器收到的射频信号传输到监控中心;

  3) 工业级交换机。将多路一体化读写器(定位AP)的UDP网络转换成单位内部局域网,将信息汇聚到服务器中运算。

  2.3 APP查询定位系统

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  人员位置、轨迹定位查询展示

  定位引擎同时支持AP主动扫描模式和终端扫描模式,利用社区现有的Wi-Fi信号覆盖,移动终端进行信号接入,扩展支持对其他Wi-Fi设备(如笔记本电脑、PDA、Wi-Fi手机等)的定位。

  2.3.1 APP定位查询系统功能

  1) 人员定位查询追踪

  通过佩戴人员的卡式电子标签或者电子腕带,在移动终端(手机、PDA等)输入被定位人员的标签ID号,实时显示人员位置信息。

  2) 人员轨迹查询

  在移动设备终端输入人名或者标签ID号查找指定人员在一段时间的运动轨迹。

  3) 养老院内人员位置导航

  通过输入起点和终点,可以规划一条路径,进行人员位置导航

  4) 加强服务管理

  通过APP移动终端,可以快速与养老院内管理人员、保安、保洁、物业取的联系,以获得高效服务

  5) 确保老人的安全管理

  老人佩戴定位标签,如果老人未经过授权出大门,系统自动发出报警,减少老人走失案件的发生,养老院管理人员也可以通过手机APP或者WEP实时查看老人的位置,接受老人发出的主动求助信息,快速响应。

  6) 越界报警、

  某些区域属于危险区例如,游泳池、机房等,未经允许的人员进入将发出报警信息;也可以在某些区域可以设定某些人员在设定的时间内不准离开,如果离开或消失系统告警,例如规定时间不能离开养老院。

  7) 视频联动

  可以给每个定位设备绑定一个摄像头,通过在监控端的地图上,点击定位设备图调用定位设备所在区域的视频。当有特定的告警时,系统会自动调出发生告警的区域的视频。

  2.4 养老院室内定位系统

  实现室内人员区域定位,可以实现楼层定位与更精确房间定位

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  定位到楼层

  在养老院大楼内,以楼层为定位单元,也就是只需要知道老人在哪个楼层就可以了,需要在楼梯出口区域安装一台双频吸顶式定位基站,为保证老人出了楼梯,无论从哪个方向行走都能被其一个激活天线激活到,因此要在楼梯口的走廊左右两侧的和对面墙安装激活天线,激活天线采用棒状天线,安装位置离在本层楼地面约1.5米高的位置,,当楼层里有重点区域时,可在当前楼层把重点区域从楼层单元里分出来 作为另外一个定位单元,该定位单元也需要添加双频定位基站。

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  上图把老人定位到楼层的设备安装方式

  定位到房间

  需要更精确定位,也就需要知道老人在哪一层的哪一个房间里,则除需要在楼梯出入口处安装设备外,还需要在每个房间门口1.5高位置安装一个125K棒状激活天线,房内安装一个单频定位基站,在走廊区域安装双频定位基站,扩展4路125K低频天线到房间门口,上图为把老人定位到房间的设备安装方式。

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  高精度定位

  需要实时知道老人在哪一层,哪一个房间的具体那个位置,则要在每个需要的空间里安装高精度基站。

  2.4.1 养老院室内定位硬件组成

  1) 吸顶式读写器(2.4G单频定位基站)安装在每个房间里面,实时接收进入房间内的标签信息,基于信号强度(RSSI)的方式,定位人员在房间内

  2) 吸顶式定位基站(125K与2.4G双频一体机)安装在走廊过道上,扩展4路低频激活线圈,每个房间门口离地1.5米进行安装,安装在门口的边门上,用于判断人员进出房间

  3) 高精度定位基站(2.4G单频高精度定位基站)安装在每个需要定位的空间。

  4) 卡式电子标签或者腕带式标签,老人进行佩戴,进行人员定位,紧急情况进行按钮求助报警

  5) 光纤通讯系统,光发信机、光收信机、光纤、中继器、光纤连接器、耦合器等共同组成了光纤通信系统,用于将读写器收到的射频信号传输到监控中心。

  2.4.2 硬件安装注意事项

  1) 吸顶式读写器(2.4G单频定位基站)安装在房间正中央,采用吸顶式安装方式,注意读写器安装高度(一般在3-4米)、接头(电源头,网络接头)采用15V电源适配器供电传输。

  2) 吸顶式定位基站(125K与2.4G双频一体机)安装在走廊过道上,四个房间共用一台设备,每个房间门口安装一支125K低频天线,注意吸顶式定位基站设备的安装位置与高度,每个房间门口离地1.5米安装天线

  3) 高精度定位基站(2.4G单频高精度定位基站)直接安装在需要定位的空间顶部,POE供电。

  4) 光纤通信系统安装主要注意接头防水。

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