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数据中心人员出入定位系统方案

作者:北京琛达射频识别技术有限公司 来源:kingdoeski 发布时间:2019-07-12 浏览:21

一、系统概述

人员定位系统是专为数据中心设计开发的一套全流程人员管理系统,涵盖了人员出入、访客陪同、实时定位、视频联动、区域告警等多场景需求。系统采用最适合数据中心场景应用的“RFID区域触发定位技术”,结合自主研发的机柜间位置算法,使得定位精度达3~4个机柜。系统可多地区级联、同步定位,支持2D、3D地图。多频率复合定位电子标签可与现有RFID门禁系统无缝对接,无需重复发卡。 该系统已成功应用于多家银行数据中心,定位技术实际效果理想,受环境干扰小、无漂移。与门禁系统整合使用,大大提高了工作效率,数据完整透明,是国内首个数据中心专用人员出入与定位全流程管理系统。 系统建设意义: 1. 对人员实时定位追踪(信息中心可实时查看人员位置信息、人员数量、任何房间人员信息、人员动态变化、人员遇突发事情求助、进入危险区域告警信息等)。 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。 3. 视频联动,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。 4. 减轻工作人员管理的工作量,减少人力成本投入,提高工作效率。 5. 提高管理工作的信息化水平,推动对人员的管理工作向制度化、规范化、实时化发展,为逐步实现“智能化全方位监管”奠定坚实基础。

二、技术阐述

RFID是一种非接触式自动识别技术,可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。因为可以快速读写、长期跟踪管理目标,在智能识别领域受到广泛青睐。同时,随着物联网技术在我国的快速发展,作为物联网支撑技术的RFID技术被认为是有发展前途的信息技术之一。未来几年中,将有更多的产品中会被植入RFID标签,RFID技术的应用将会是相当的广泛。 一个典型的RFID系统结构如下图1所示: 图1 RFID系统结构图

2.1 定位技术比较

定位服务是非常受到人们青睐和重视的一项技术。目前,人们比较熟知的定位服务是GPS(全球定位系统),还有我们国家的北斗定位系统。尽管GPS技术应用最成熟也最广泛,但它有明显的缺陷,定位精度差(10米-50米),不支持室内定位。因此越来越多的其它无线网络技术进入到定位服务这一领域,例如GSM定位、Wi-Fi、RFID、ZigBee、UWB、蓝牙Bluetooth定位等;以及一些特殊技术,如LED、红外线、激光等也加入进来。 下图2是根据各种技术的定位精度和实际部署难易度做的比较图: 图2 各种定位技术比较

2.2 RFID定位技术

根据多年的项目实施经验,我们通常会为客户不同的应用场景来提供不同的定位方案。从各种技术的定位精度、市场规划化程度、实际定位效果、保密性等多维度情况来考察,RFID定位技术是最具有市场接受度和使用场景的。当前有三种RFID技术可用于室内定位,如图3所示: 图3 三种RFID定位技术比较 (1)传统RFID定位方案,利用2.45GHz微波技术感应其读取范围内的电子标签,覆盖范围一般为50~100米半径,我们称之为区域范围定位,或存在性定位。优势是建设成本较低,设备部署数量较少、施工简单;缺点是只能感知目标的存在,不能精确定位、不能连续追踪。但深受很多对室内定位精度要求不高的客户青睐。 (2)双频RFID触发方案,采用125KHz低频激活器和2.45GHz微波基站进行组网,利用低频近距离触发定位,微波远距离识别和上传数据,定位范围2m~7m(吸顶天线)/30cm~3m(地感天线)。优势是定位精确、识别度高、技术成熟稳定;缺点是建设成本略高、施工复杂,不适用大范围连续跟踪定位。主要应用于入口、通道、重点区域监控定位。 (3)高精度实时定位,一种物联网革命性创新产品,采用HALS定位基站组网,兼容RFID和BLE两种工作模式,利用AOA技术,定位精度在0.3m-1m。优势是定位精度高、施工简单、可大范围持续跟踪定位,缺点是建设成本较高。主要适用于高精度人员及物品的实时精准定位。

2.3技术选型

2.3.1用户需求 数据中心机房场景内的定位比较特殊,在一个空旷的房间内,布设了多排金属机柜,对无线信号形成了严重的遮挡,并容易强化信号的反射和多径效应,因此定位环境恶劣。 数据中心的机房管理者一般对无线定位系统提出以下要求: 1,能定位机房内人员的实时位置,精确到单个通道或4~5个机柜; 2,能记录机房内人员的运动轨迹; 3,能对机房内的人员划定电子围栏,并能够在该人员跨越电子围栏时报警; 4,能让工作人员到指定位置巡检,并生成数据报表; 5,能够监控定位标签电池,并在电池不足时报警。 2.3.2 技术选型 根据上述需求并通过多次现场环境测试,我们发现很多无线定位技术在该环境中出现信号被干扰、遮挡,定位点严重漂移的现象。RFID触发技术采用低频125KHz激活定位,2.45GHz微波传输数据,具有功耗低、抗多径效果好、抗干扰能力强、安全性高等特点,配合本系统的位置与精度矫正算法,使得系统定位精度较高、定位点不漂移、不穿机柜,是最适合数据中心机房环境内使用的定位技术。 图4 数据中心定位示意图

2.4触发式定位原理

低频125K激活器连接四路定位天线,通过天线主动发射低频脉冲信号(载波数据中含该定位天线编号),配套的低频激活标签持续打开低频接收功能,当收到某激活器天线的激活信号时,该标签的低频芯片将实时解析出该激活器编号,同时检测出该低频信号的RSSI场强值,然后唤醒并传入MCU单片机,接着打开板载的2.4G无线射频芯片进行一次强信号发射(无线发射的数据包中含标签ID和激活器天线编号以及低频场强RSSI值)。 有效识别范围内的2.4G读写器将收到该标签以2.4G频段发射的数据包,解析出该数据包中的标签ID号和激活器天线编号后以及RSSI值后立刻上传到上位机电脑。 触发式定位典型应用是可判断该标签通过了何地点(激活器天线所在的物理位置),如果某门禁内外各安装了一台激活器天线,可以根据标签被激活的先后顺序做出非常准确的进出判断;可精确判定上下楼层。 图5 低频触发定位原理图

三、系统介绍

3.1 系统组成

人员定位系统拥有统一的管理平台和数据库,为管理决策提供最翔实的基础数据,是数据中心通过信息技术提升管理能力的重要平台。该平台主要包含人员定位系统、出入控制系统、数据服务系统和用户应用系统。

3.1.1 定位设备组成

1) RFID2.4GHz吸顶式定位基站(也叫阅读器、定位AP)。定位基站分单频、双频两种,单频基站频率为2.4G,双频基站频率分为2.4G和125K,定位基站主要是负责数据采集标签发出的信号,并上传到定位服务器,安装在定位区域内。 2) RFID定位标签。定位标签为2.4G与125K双频半有源RFID电子标签,定位标签定时向外发送2.4G信号,和接收125K激活信号。标签内置电池,电池可更换,因为标签的功耗较低,所以人员标签的一块电池,正常情况下能用2年以上。人员定位标签有腕带式和卡片式,卡片式上可定制功能按键,可用于求救呼叫或位置上报功能。 3) 125K定位天线。低频激活天线通过二芯屏蔽线与激活器相连接,定位天线主要安装在定位点和出入口,用于定位和出入判断,低频定位天线分为地感式线圈天线和棒状天线两种。 4) 网络设备 5) 计算机及服务器

3.1.2 定位软件组成

人员定位系统软件由四个部分组成。 1) 系统核心程序:主要是负责数据的管理和接收数据采集端发送过来的数据,并对采集端送来的数据进行比对、查询、统计等等。 2) 信息采集程序:主要负责采集定位标签的数据,并对标签进行定位计算。 3) 展示端程序:负责地图显示、人员位置显示、告警输出等。 4) 后台管理:负责对设备管理、人员与物品跟标签的关联,人员、物品的档案管理,定位区域管理,以及各种查询统计等。

3.2 系统架构

数据中心人员出入定位系统采用四层架构,即数据采集层、数据传输层、数据解算层和系统应用层。 数据采集层是系统人员定位和出入管理的核心部分,包括定位基站、定位天线、门禁读卡器和定位卡等,是基础数据的源头; 数据传输层负责将定位基站和门禁读卡器采集到的数据传输到上层服务器; 数据解算层包括数据服务器、应用服务器和数据库,负责将采集到的数据由RFID中间件进行汇总、整合,统一成标准的数据格式进行存储; 应用层是用户实际使用的WEB或APP系统,是业务层面的呈现。系统架构如下图所示:

3.3 系统特点

人员定位系统采用定位中间件(Locating Middleware)作为系统的中枢,对电子标签位置数据和各类告警信息进行汇总和分发,支持大量的信息采集程序和监控展示程序的并发连接。 系统管理员可以通过管理终端登录到web后台管理系统,对档案资料和系统权限进行管理并存入数据库;web后台管理系统同时提供统计报表功能。 数据采集软件负责实时接收定位基站上报的标签位置信息和告警信息,并周期性地对这些信息进行预处理,采用复杂的定位算法将标签的位置算出,然后将处理后的定位信息上报给应用服务器。 应用服务器进一步对上报的定位信息进行处理,周期性的统计出每个区域的人数、是否非法进入关键区域。可通过配置将某些严重的告警信息通过手机短信的方式发生给相关人员。可以定期将区域的人员统计信息显示在LED屏幕上。可以将告警信息和标签的位置信息输出,与第三方的系统进行信息集成。 系统管理员通过监控展示程序登录到平台后,可以实时收到标签的位置信息并通过动画的方式在界面上展现出来;实时接收到各类告警信息并通过声光等方式提醒系统管理员。监控展示程序还可以通过硬盘录像机获取摄像头的视频图像,对定位现场的情景进行进一步的了解,及时的做出响应。 系统特点: 1) 系统采用先进的中间件技术,采用面向对象的方法进行开发,整个系统具有低耦合、高内聚的特点。采用集中式拓扑结构,同时支持多个采集程序和多个监控终端。 2) 系统容量大,能够支持20000个标签和1000个激活器进行定位;可以通过添加硬件的方式来实现系统容量的线性扩展。 3) 系统的适应性强,可以在WINXP/WIN2008/WIN7/WIN10等WINDOWS系列系统上运行。 4) 海量数据存储,数据存储支持SQL SERVER、MySQL等主流数据库系统,支持海量数据的存储和信息查询检索。 5) 扩展性、兼性强、外接设备丰富,如:LED显示设备、报警设备、短信模块、身份证读写设备等。 6) 支持第三方软件集成,可以将告警信息和标签的位置信息通过UDP协议发送出来,与第三方的系统进行信息集成。 7) 系统部署灵活,定制能力强。除了基本的定位、告警、人员统计等功能外,还可以根据不同的应用场景来添加一些定制功能,如:向标签下发蜂鸣和闪烁指令等。

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