基于WiFi定位的工業園區管理服務系統設計

方維嵐，陸正卿

(上海煙草集團有限責任公司，上海 200082)

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基于WiFi定位的工業園區管理服務系統設計

方維嵐，陸正卿

(上海煙草集團有限責任公司，上海 200082)

為建設智能化工業園區，改進管理與服務模式，設計了基于WiFi定位的工業園區管理服務系統。系統利用WiFi定位技術獲取位置信息，將LBS(Location Based Service)運用在訪客管理服務、巡更管理服務和園區導覽服務等業務中,以Web端應用和移動端應用方式接入。測試結果顯示，系統實時定位精度為3～5 m，在約1 000個目標同時請求定位服務的情況下，系統響應時間≤2 s，滿足系統運行要求。該系統的應用能夠為用戶提供智能化LBS綜合服務，能有效提高園區管理工作效率和服務質量。

LBS；WiFi定位技術；智能化應用

隨著無線通信技術與智能移動終端的廣泛應用，LBS得到飛速發展與普及[1-2]，為工業園區管理服務智能化發展提供了新思路。考慮信號遮擋、硬件成本、定位精度和覆蓋范圍等影響因素，WiFi定位技術是全面實現LBS的理想選擇[3-4]。為此，本文設計和開發了基于WiFi定位的管理服務系統，并實現了LBS在工業園區管理服務中的應用。

1　傳統工業園區管理服務模式

通過對工業園區管理服務模式進行調研，發現現有的管理服務模式存在如下問題。

1)缺乏有效的園區導覽及信息發布手段，園區信息一般依靠宣傳冊、紙質地圖等方式展現，在內容及表現形式上不夠直觀、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時，一般依靠園區指示牌和工作人員引導，獲取位置服務的途徑受限；管理方缺乏有效的實時交互手段，難以掌握訪客的實時動態。

3)巡更人員在執行任務時存在巡更目標不明確、巡更路線不合理等現象；巡更數據不能及時、有效地分析處理和向有關部門反饋，影響應急響應效率；巡更工作產生的數據多采用紙筆記錄，錄入信息系統時費時費力、出錯率高；由于缺乏有效手段對巡更工作全過程進行監管，巡更質量的優劣很難評定。雖然工業企業在園區管理服務方面采取了許多信息化措施，如門禁管理、視頻監控和電子沙盤等，但由于缺乏位置服務、信息推送等技術手段，不能充分發揮效果。

2　基于WiFi定位的工業園區管理服務模式

通過WiFi定位技術提供基礎位置信息，構建園區管理服務系統，打造數字化園區。將Web端的管理系統和移動端的綜合服務應用相結合，改進管理服務模式。

1)通過信息查詢、位置感知和信息推送等方式，改善園區導覽及信息發布方式。獲取的實時信息包括：a.園區基本信息，包括園區基本情況、電子地圖和功能分區信息等；b.位置相關信息，包括實時位置、路線引導和區域預警等；c.園區BIM(Building Information Modeling)模型[5]，包含園區從建設到運營全生命周期的信息。管理方利用Web監管系統，推送個性化信息，進行實時交互。

2)在傳統訪客管理的基礎上增設網上預約方式，借助二維驗證碼、數字驗證碼方式實現便捷的入園登記驗證[6]。訪客管理與服務模型如圖1所示，訪客主要面向工業旅游和行業交流等2種類型，可利用自帶設備安裝移動綜合服務應用或選用園區提供的移動導覽設備、定位標簽設備，使用LBS智能化服務。依據訪客類型的不同，提供的服務也在游覽路線、可到達區域及停留時間、導覽信息深度等方面有所不同。管理方通過Web監管系統可以實時了解訪客動態，查看和處理異常行為。

3)巡更人員利用電子地圖、實時定位和路徑規劃等功能選擇最優巡更路線，合理執行巡更任務。巡更管理與服務模型如圖2所示。在任務執行時，巡更人員可隨時查看巡更進度，巡更數據通過多種形式記錄并附加位置信息反饋至監控中心，巡更進度通過后端系統智能判斷并記錄。管理方通過Web監管系統能夠實時掌握巡更人員所處位置以及任務執行情況，及時處理巡更工作中發現的問題。若遇緊急情況，可快速布置巡更任務，調度鄰近區域巡更人員趕赴現場進行快速處理，保障園區安全運營。

圖1　訪客管理與服務模型

圖2　巡更管理與服務模型

3　基于WiFi定位的工業園區管理服務系統實現

3.1WiFi定位技術實現

實現WiFi定位技術需要軟件和硬件的支撐。通過布設AP(Access Point)設備，在滿足無線上網需求的同時，收集具備WiFi功能終端的RSS(Received Signal Strength)、Mac地址等信息，實時上傳至核心定位引擎解算位置坐標。

坐標解算采用位置指紋定位技術[7]。技術實現分為采樣和定位等2個階段(見圖3)，在采樣階段，首先建立定位區域的二維笛卡爾直角坐標系，根據定位精度需要和環境情況，均勻布設一定數量的參考點，再利用采樣終端采集有效AP的RSS樣本信息，形成該定位區域的位置指紋庫；在定位階段，通過特征提取、數據挖掘和模式識別等方法，將獲取的定位終端RSS樣本與位置指紋庫中參考點RSS樣本匹配，計算定位坐標。

圖3　位置指紋定位技術原理圖

3.2系統架構與設計

基于WiFi定位的工業園區管理服務系統采用J2EE技術[8]，利用框架Spring MVC+Spring+Hibernate的組合實現MVC(Model View Control)設計模式，保證了系統的擴展性、移植性和跨平臺部署。系統架構如圖4所示。

圖4　系統架構圖

基礎應用支撐平臺是園區管理服務系統穩定高效運行、快速部署的基礎，同時也為整個系統提供統一的消息推送機制。WiFi實時定位系統是園區管理服務系統能夠提供智能化LBS綜合服務的關鍵，通過核心定位引擎以如下2種API(Application Programming Interface)形式提供信息：1)發布/訂閱API，主動發布信息給訂閱用戶；2)查詢API，通過把信息存入Redis(Remote Dictionary Server)[9]數據庫，滿足高負載數據量的訪問需求。園區管理服務系統是訪客管理服務、巡更管理服務和園區導覽服務等業務的實現，以REST(Representational State Transfer)架構風格對外提供Web服務；系統通過集成接口與園區現有BIM模型對接，以位置坐標、區域范圍和設施編號等多種方式調取BIM空間數據?？蛻舳税╓eb端和智能移動終端(支持iOS和Android設備)，采用HTTP方式請求服務。

3.3系統功能與實現

系統主要包括Web監管系統和移動綜合服務應用，由同一服務端支撐著業務的實現，不同角色經過登錄驗證后獲取相應權限。Web監管系統主要功能如圖5所示，側重園區綜合管理，面向園區管理人員。移動綜合服務應用主要功能如圖6所示，側重為用戶提供便捷的綜合服務，面向訪客、受訪人、巡更工作人員和園區辦公人員。此外，對支持iBeacon[10]技術的智能移動端設備，能夠利用iBeacon精準位置感知等特性，借助綜合服務應用為用戶提供友好的主動式信息推送，并修正當前定位結果。

圖5　Web監管系統主要功能

圖6　移動綜合服務應用主要功能

3.4系統硬件組成與部署

系統硬件組成如圖7所示。在系統部署實施時需要保障定位終端至少被3個AP探測到，且信號強度≥-75 dBm。AP收集到的原始定位數據如RSS、終端Mac地址等數據，通過AC(Access Controller)轉發或直接上報至定位引擎進行位置解算。在復雜電磁環境中，AP信號會受到不同程度的干擾，通過劃分信道、優化定位算法等措施減少信號干擾對位置解算的影響。為了進一步保障定位精度，利用iBeacon信號穩定、抗干擾能力強等特點，在局部區域部署iBeacon設備進行輔助定位。

圖7　硬件部署圖

4　應用效果

基于WiFi定位的工業園區管理服務系統提供了訪客管理服務、巡更管理服務和園區導覽服務等主要功能，通過業務過程與實時位置服務的充分融合，構建了友好、智能的園區綜合管理服務模式。程序運行界面如圖8所示。

圖8　移動綜合服務應用界面

在多種環境下對系統的定位效果進行測試。實測效果表明，在信號干擾較少的環境下，系統定位精度約為3 m；在復雜環境下，系統定位精度為3～5 m，利用iBeacon技術進行位置修正后可保障系統定位精度≤3 m；通過仿真實驗，在約1 000個目標同時請求定位服務的情況下，系統響應時間≤2 s；實時定位的精度和效率滿足系統運行要求。

5　結語

該工業園區管理服務系統融合了WiFi定位、信息推送、BIM和iBeacon等技術，通過對定位區域內位置信息的采集及分析，在為用戶提供智能化LBS綜合服務的同時，也為管理方提供了可靠的管理依據。通過該系統的應用，能夠為訪客提供更友好的服務，提升巡更工作的可控性，增強應急情況響應能力，豐富園區信息共享與發布方式，有效提高了管理工作效率和服務水平，為工業企業打造互聯、智能和友好的現代化園區提供了新的途徑。

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責任編輯鄭練

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，高級工程師，主要從事工業自控、企業信息化和軟件產品設計等方面的研究。

2016-04-28