方維嵐，陸正卿

(上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海 200082)

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基于WiFi定位的工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

方維嵐，陸正卿

(上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海 200082)

為建設(shè)智能化工業(yè)園區(qū)，改進(jìn)管理與服務(wù)模式，設(shè)計(jì)了基于WiFi定位的工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)利用WiFi定位技術(shù)獲取位置信息，將LBS(Location Based Service)運(yùn)用在訪客管理服務(wù)、巡更管理服務(wù)和園區(qū)導(dǎo)覽服務(wù)等業(yè)務(wù)中,以Web端應(yīng)用和移動(dòng)端應(yīng)用方式接入。測(cè)試結(jié)果顯示，系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位精度為3～5 m，在約1 000個(gè)目標(biāo)同時(shí)請(qǐng)求定位服務(wù)的情況下，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間≤2 s，滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。該系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?yàn)橛脩籼峁┲悄芑疞BS綜合服務(wù)，能有效提高園區(qū)管理工作效率和服務(wù)質(zhì)量。

LBS；WiFi定位技術(shù)；智能化應(yīng)用

隨著無線通信技術(shù)與智能移動(dòng)終端的廣泛應(yīng)用，LBS得到飛速發(fā)展與普及[1-2]，為工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)智能化發(fā)展提供了新思路?？紤]信號(hào)遮擋、硬件成本、定位精度和覆蓋范圍等影響因素，WiFi定位技術(shù)是全面實(shí)現(xiàn)LBS的理想選擇[3-4]。為此，本文設(shè)計(jì)和開發(fā)了基于WiFi定位的管理服務(wù)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了LBS在工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)中的應(yīng)用。

1　傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)模式

通過對(duì)工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)模式進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的管理服務(wù)模式存在如下問題。

1)缺乏有效的園區(qū)導(dǎo)覽及信息發(fā)布手段，園區(qū)信息一般依靠宣傳冊(cè)、紙質(zhì)地圖等方式展現(xiàn)，在內(nèi)容及表現(xiàn)形式上不夠直觀、豐富。

2)訪客登記多采用手工填寫、電話咨詢受訪人等傳統(tǒng)方式，存在登記繁瑣、信息不易保存和查詢困難等弊端；訪客在參觀或訪問園區(qū)時(shí)，一般依靠園區(qū)指示牌和工作人員引導(dǎo)，獲取位置服務(wù)的途徑受限；管理方缺乏有效的實(shí)時(shí)交互手段，難以掌握訪客的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。

3)巡更人員在執(zhí)行任務(wù)時(shí)存在巡更目標(biāo)不明確、巡更路線不合理等現(xiàn)象；巡更數(shù)據(jù)不能及時(shí)、有效地分析處理和向有關(guān)部門反饋，影響應(yīng)急響應(yīng)效率；巡更工作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)多采用紙筆記錄，錄入信息系統(tǒng)時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、出錯(cuò)率高；由于缺乏有效手段對(duì)巡更工作全過程進(jìn)行監(jiān)管，巡更質(zhì)量的優(yōu)劣很難評(píng)定。雖然工業(yè)企業(yè)在園區(qū)管理服務(wù)方面采取了許多信息化措施，如門禁管理、視頻監(jiān)控和電子沙盤等，但由于缺乏位置服務(wù)、信息推送等技術(shù)手段，不能充分發(fā)揮效果。

2　基于WiFi定位的工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)模式

通過WiFi定位技術(shù)提供基礎(chǔ)位置信息，構(gòu)建園區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)，打造數(shù)字化園區(qū)。將Web端的管理系統(tǒng)和移動(dòng)端的綜合服務(wù)應(yīng)用相結(jié)合，改進(jìn)管理服務(wù)模式。

1)通過信息查詢、位置感知和信息推送等方式，改善園區(qū)導(dǎo)覽及信息發(fā)布方式。獲取的實(shí)時(shí)信息包括：a.園區(qū)基本信息，包括園區(qū)基本情況、電子地圖和功能分區(qū)信息等；b.位置相關(guān)信息，包括實(shí)時(shí)位置、路線引導(dǎo)和區(qū)域預(yù)警等；c.園區(qū)BIM(Building Information Modeling)模型[5]，包含園區(qū)從建設(shè)到運(yùn)營全生命周期的信息。管理方利用Web監(jiān)管系統(tǒng)，推送個(gè)性化信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。

2)在傳統(tǒng)訪客管理的基礎(chǔ)上增設(shè)網(wǎng)上預(yù)約方式，借助二維驗(yàn)證碼、數(shù)字驗(yàn)證碼方式實(shí)現(xiàn)便捷的入園登記驗(yàn)證[6]。訪客管理與服務(wù)模型如圖1所示，訪客主要面向工業(yè)旅游和行業(yè)交流等2種類型，可利用自帶設(shè)備安裝移動(dòng)綜合服務(wù)應(yīng)用或選用園區(qū)提供的移動(dòng)導(dǎo)覽設(shè)備、定位標(biāo)簽設(shè)備，使用LBS智能化服務(wù)。依據(jù)訪客類型的不同，提供的服務(wù)也在游覽路線、可到達(dá)區(qū)域及停留時(shí)間、導(dǎo)覽信息深度等方面有所不同。管理方通過Web監(jiān)管系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)了解訪客動(dòng)態(tài)，查看和處理異常行為。

3)巡更人員利用電子地圖、實(shí)時(shí)定位和路徑規(guī)劃等功能選擇最優(yōu)巡更路線，合理執(zhí)行巡更任務(wù)。巡更管理與服務(wù)模型如圖2所示。在任務(wù)執(zhí)行時(shí)，巡更人員可隨時(shí)查看巡更進(jìn)度，巡更數(shù)據(jù)通過多種形式記錄并附加位置信息反饋至監(jiān)控中心，巡更進(jìn)度通過后端系統(tǒng)智能判斷并記錄。管理方通過Web監(jiān)管系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)掌握巡更人員所處位置以及任務(wù)執(zhí)行情況，及時(shí)處理巡更工作中發(fā)現(xiàn)的問題。若遇緊急情況，可快速布置巡更任務(wù)，調(diào)度鄰近區(qū)域巡更人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速處理，保障園區(qū)安全運(yùn)營。

圖1　訪客管理與服務(wù)模型

圖2　巡更管理與服務(wù)模型

3　基于WiFi定位的工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1WiFi定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)WiFi定位技術(shù)需要軟件和硬件的支撐。通過布設(shè)AP(Access Point)設(shè)備，在滿足無線上網(wǎng)需求的同時(shí)，收集具備WiFi功能終端的RSS(Received Signal Strength)、Mac地址等信息，實(shí)時(shí)上傳至核心定位引擎解算位置坐標(biāo)。

坐標(biāo)解算采用位置指紋定位技術(shù)[7]。技術(shù)實(shí)現(xiàn)分為采樣和定位等2個(gè)階段(見圖3)，在采樣階段，首先建立定位區(qū)域的二維笛卡爾直角坐標(biāo)系，根據(jù)定位精度需要和環(huán)境情況，均勻布設(shè)一定數(shù)量的參考點(diǎn)，再利用采樣終端采集有效AP的RSS樣本信息，形成該定位區(qū)域的位置指紋庫；在定位階段，通過特征提取、數(shù)據(jù)挖掘和模式識(shí)別等方法，將獲取的定位終端RSS樣本與位置指紋庫中參考點(diǎn)RSS樣本匹配，計(jì)算定位坐標(biāo)。

圖3　位置指紋定位技術(shù)原理圖

3.2系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)計(jì)

基于WiFi定位的工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)采用J2EE技術(shù)[8]，利用框架Spring MVC+Spring+Hibernate的組合實(shí)現(xiàn)MVC(Model View Control)設(shè)計(jì)模式，保證了系統(tǒng)的擴(kuò)展性、移植性和跨平臺(tái)部署。系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)架構(gòu)圖

基礎(chǔ)應(yīng)用支撐平臺(tái)是園區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行、快速部署的基礎(chǔ)，同時(shí)也為整個(gè)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的消息推送機(jī)制。WiFi實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)是園區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)能夠提供智能化LBS綜合服務(wù)的關(guān)鍵，通過核心定位引擎以如下2種API(Application Programming Interface)形式提供信息：1)發(fā)布/訂閱API，主動(dòng)發(fā)布信息給訂閱用戶；2)查詢API，通過把信息存入Redis(Remote Dictionary Server)[9]數(shù)據(jù)庫，滿足高負(fù)載數(shù)據(jù)量的訪問需求。園區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)是訪客管理服務(wù)、巡更管理服務(wù)和園區(qū)導(dǎo)覽服務(wù)等業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，以REST(Representational State Transfer)架構(gòu)風(fēng)格對(duì)外提供Web服務(wù)；系統(tǒng)通過集成接口與園區(qū)現(xiàn)有BIM模型對(duì)接，以位置坐標(biāo)、區(qū)域范圍和設(shè)施編號(hào)等多種方式調(diào)取BIM空間數(shù)據(jù)?？蛻舳税╓eb端和智能移動(dòng)終端(支持iOS和Android設(shè)備)，采用HTTP方式請(qǐng)求服務(wù)。

3.3系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要包括Web監(jiān)管系統(tǒng)和移動(dòng)綜合服務(wù)應(yīng)用，由同一服務(wù)端支撐著業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，不同角色經(jīng)過登錄驗(yàn)證后獲取相應(yīng)權(quán)限。Web監(jiān)管系統(tǒng)主要功能如圖5所示，側(cè)重園區(qū)綜合管理，面向園區(qū)管理人員。移動(dòng)綜合服務(wù)應(yīng)用主要功能如圖6所示，側(cè)重為用戶提供便捷的綜合服務(wù)，面向訪客、受訪人、巡更工作人員和園區(qū)辦公人員。此外，對(duì)支持iBeacon[10]技術(shù)的智能移動(dòng)端設(shè)備，能夠利用iBeacon精準(zhǔn)位置感知等特性，借助綜合服務(wù)應(yīng)用為用戶提供友好的主動(dòng)式信息推送，并修正當(dāng)前定位結(jié)果。

圖5　Web監(jiān)管系統(tǒng)主要功能

圖6　移動(dòng)綜合服務(wù)應(yīng)用主要功能

3.4系統(tǒng)硬件組成與部署

系統(tǒng)硬件組成如圖7所示。在系統(tǒng)部署實(shí)施時(shí)需要保障定位終端至少被3個(gè)AP探測(cè)到，且信號(hào)強(qiáng)度≥-75 dBm。AP收集到的原始定位數(shù)據(jù)如RSS、終端Mac地址等數(shù)據(jù)，通過AC(Access Controller)轉(zhuǎn)發(fā)或直接上報(bào)至定位引擎進(jìn)行位置解算。在復(fù)雜電磁環(huán)境中，AP信號(hào)會(huì)受到不同程度的干擾，通過劃分信道、優(yōu)化定位算法等措施減少信號(hào)干擾對(duì)位置解算的影響。為了進(jìn)一步保障定位精度，利用iBeacon信號(hào)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在局部區(qū)域部署iBeacon設(shè)備進(jìn)行輔助定位。

圖7　硬件部署圖

4　應(yīng)用效果

基于WiFi定位的工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)提供了訪客管理服務(wù)、巡更管理服務(wù)和園區(qū)導(dǎo)覽服務(wù)等主要功能，通過業(yè)務(wù)過程與實(shí)時(shí)位置服務(wù)的充分融合，構(gòu)建了友好、智能的園區(qū)綜合管理服務(wù)模式。程序運(yùn)行界面如圖8所示。

圖8　移動(dòng)綜合服務(wù)應(yīng)用界面

在多種環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)的定位效果進(jìn)行測(cè)試。實(shí)測(cè)效果表明，在信號(hào)干擾較少的環(huán)境下，系統(tǒng)定位精度約為3 m；在復(fù)雜環(huán)境下，系統(tǒng)定位精度為3～5 m，利用iBeacon技術(shù)進(jìn)行位置修正后可保障系統(tǒng)定位精度≤3 m；通過仿真實(shí)驗(yàn)，在約1 000個(gè)目標(biāo)同時(shí)請(qǐng)求定位服務(wù)的情況下，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間≤2 s；實(shí)時(shí)定位的精度和效率滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。

5　結(jié)語

該工業(yè)園區(qū)管理服務(wù)系統(tǒng)融合了WiFi定位、信息推送、BIM和iBeacon等技術(shù)，通過對(duì)定位區(qū)域內(nèi)位置信息的采集及分析，在為用戶提供智能化LBS綜合服務(wù)的同時(shí)，也為管理方提供了可靠的管理依據(jù)。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?yàn)樵L客提供更友好的服務(wù)，提升巡更工作的可控性，增強(qiáng)應(yīng)急情況響應(yīng)能力，豐富園區(qū)信息共享與發(fā)布方式，有效提高了管理工作效率和服務(wù)水平，為工業(yè)企業(yè)打造互聯(lián)、智能和友好的現(xiàn)代化園區(qū)提供了新的途徑。

[1] 周傲英,楊彬,金澈清,等.基于位置的服務(wù):架構(gòu)與進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2011,34(7):1155-1171.

[2] 陳龍彪,李石堅(jiān),潘綱. 智能手機(jī):普適感知與應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2015,38(2):423-438.

[3] Jinlong E, Ma J. A research on seamless indoor and outdoor positioning[J]. Journal of Computers, 2013,8(12):3047-3057.

[4] 易飛滔,黃劉生,劉剛,等. SWALLOW:一個(gè)穩(wěn)定的WLAN區(qū)域定位系統(tǒng)[J]. 小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2013,34(6):1237-1241.

[5] 清華大學(xué)軟件學(xué)院BIM課題組.中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究[J].土木建筑工程信息技術(shù),2010,2(2):1-5.

[6] 胡錦清.基于二維碼技術(shù)的訪客管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電技術(shù),2014(3):37-40.

[7] 孫永亮.基于位置指紋的WLAN室內(nèi)定位技術(shù)研究[D]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014.

[8] 張育人. 基于SSH技術(shù)的在線考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J]. 新技術(shù)新工藝,2015(2):106-109.

[9] 朱進(jìn),胡斌,邵華,等. 基于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫Redis的輕量級(jí)矢量地理數(shù)據(jù)組織[J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào),2014,16(2):165-172.

[10] Sluis, Sarah. Apple’s iBeacon expands retail opportunities for location-based services:the iOS7 feature can facilitate marketing and mobile payment processing[J]. Customer Relationship Management, 2013, 17(12):12.

責(zé)任編輯鄭練

Design of Management and Service System of Industrial Park based on WiFi Location Technology

FANG Weilan, LU Zhengqing

(Shanghai Tobacco Group Co., Ltd., Shanghai 200082, China)

In order to construct the intelligent industrial park, improve the traditional management and service mode, a management and service system of industrial park is designed based on WiFi location technology. By using the WiFi technology for obtaining location information, LBS is applied to visitor management service, patrolling management service, guiding service, etc., and Web and mobile applications are provided for users. The system test results indicate that the real time positioning precision is ranged from 3 m to 5 m, the location response time does not exceed 2 s under the condition of 1 000 users requested, and key parameters meet the application demand. The system could provide intelligent LBS application, improve management efficiency and service quality.

location based service, WiFi location technology, intelligent applications

TP 311.5

A

方維嵐(1969-)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事工業(yè)自控、企業(yè)信息化和軟件產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面的研究。

2016-04-28