第1章 系統概述

1.1 應用概述

區域人員實時定位和追蹤系統是集安全控制、人員考勤、跟蹤定位、日常管理等一體的綜合性運用系統。也是國內技術最先進、運行最穩定、設計最專業化的區域實時定位系統。這一科技成果的實現，將為企事業單位和機要單位的安全生產和日常管理上臺階以及事故急救帶來了新的契機。

上海仁微電子科技有限公司是一家專注于射頻識別（RFID）產品研發和生產的高科技專業公司。致力于向社會提供先進的、成熟的有源RFID產品與技術解決方案。

總部位于中國的經濟中心上海市，依托北京和廣東惠州兩個常駐辦事機構服務全國市場。

公司主營射頻識別領域中的2.4G遠距離讀寫器和各類有源電子標簽等。產品采用了當今最先進的 0.18uM 的微波芯片技術，使 RFID 的性能和原來的微波技術相比得到了本質的改進，徹底解決了遠距離、大流量、超低功耗、高速移動的標識物的識別和數據傳輸難題，而且成本較以往大大降低，同時也解決了中低頻電磁波技術感應距離短防沖突能力差的致命弱點。其各項技術指標在同類產品中居優，廣泛應用于各類人員、車輛、資產的遠距離身份識別、一卡通消費、防偽防盜、實時監控、跟蹤定位等。

公司經營理念及原則

公司秉承“顧客至上，銳意進取”的經營理念，堅持“客戶第一”的原則，竭誠為廣大客戶提供一流產品、一流服務及成熟可靠的實施方案。

項目實施機制

公司對實施項目不分大小，都將指定一名經驗豐富的技術骨干作為項目負責人，要求項目負責人必須親自領導開發，并能全面規劃及把控項目的實施直至項目完美驗收；

對于復雜項目或國家重大科研項目，還必須指定有同等經驗的人員作為項目監督。

【典型案例】

● 中共大連市委車輛管理系統

● 石家莊軍械化步兵學院車輛管理系統

● 青島金融押運有限責任公司車輛實時定位及調度系統（RTLS）

● 滄州交通局車輛管理系統

● 檀香山別墅區車輛管理系統

● 北京某軍區涉密資產實時定位系統（RTLS）

● 北京搜寶商務中心車輛管理系統

● 內蒙古呼和浩特海亮大廈人員定位系統（RTLS）

● 石家莊軍械學院車輛管理系統

● 石家莊市公安局車輛管理系統

● 英國Biodata LT 設備實時跟蹤定位系統（RTLS）

● 航天科工固定資產實時跟蹤定位系統（RTLS）

● Motorola Inc（天津）固定資產實時跟蹤定位系統（RTLS）

● 首都機場車輛管理系統

● 海南國稅局車輛管理系統

● 遼寧丹東港務局車輛管理系統

● 沙城66081部隊車輛管理系統

● 浙江BRT管理系統

● 上海嘉定精神病院人員定位系統（RTLS）

第2章 設計思想和原則

2.1 系統設計的思想

APS區域實時定位系統涉及嵌入式技術、移動計算技術、無線射頻識別、計算機軟件、數據庫、數字通訊等方面。因此，在設計方案時，除了考慮其功能外，在穩定性、可靠性、抗干擾能力、容錯能力及異常保護等方面也進行了充分考慮。系統利用現有成熟的工業TCP/IP通訊網絡作為主傳輸平臺，相應的無線識別基站、RFID識別標簽等設備與系統掛接，通過區域實時定位管理專用軟件與主系統以標準的專用數據庫進行后臺數據交換從而實現區域目標的跟蹤定位和安全管理。系統總體設計主要體現在：

1） 實現布控區域目標進出的有效識別和監測監控，使管理系統充分體現“人性化、信息化和高度自動化”。

2） 為管理人員提供人員進出限制、考勤作業、跨區報警、安全監控、求助報警、合理調度等多方面的管理信息，一旦有突發事件，通過該系統立刻可以知道和回溯所有受控目標的位置和運動歷史情況，保證安全管理工作的高效運作。

3） 系統設計的安全性、可擴容性、易維護性和易操作性。

4) 輕松聯網，BS 結構，輕松實現更廣闊地域聯網監控。

2.2 系統設計特點

1） 高度自動化。系統能自動檢測受控目標經過受控區域的時間、地點信息，并自動實現對受控目標的考勤作業、統計及安全管理。

2） 成熟可靠的網絡通信系統。安裝在布控區域的無線識別基站，實時將采集到的信息通過TCP/IP通訊網絡傳送到中心集控系統，整個過程無需人為干預。

3） 完備的數據統計與信息查詢軟件。系統軟件具備專用數據庫管理系統，包括受控目標的信息采集和統計分析系統，考勤作業的統計與管理分析系統，顯示并打印各種統計報表資料，為高層管理人員的查詢與管理提供全方位的服務。

4） 系統的安全、穩定、可靠性設計。系統產品完全采用室外環境下全天候連續可靠工作設計。

5） 完善的異常情況（包括無效卡、失效卡、黑名單卡進入）報警呼叫系統配置。

2.3 系統實現的主要功能

1）受控目標實時跟蹤監測及突發事件按鈕求助，位置自動顯示；

2）實時查詢、打印當前及某時間段受控目標數量、 活動軌跡及分布情況；

3）受控目標的考勤、統計、存儲、打印；

4）監測圖頁靜態和動態編輯作圖對用戶開放，支持多種圖形格式，鼠標和鍵盤均可操

作，全面支持實時多任務。在系統進行實時數據采集的同時，系統可進行記錄、顯示、查詢、

編輯、人工錄入、網絡通信等；

5） 系統中心站及網絡終端可以局域網方式聯網運行, 使網上所有終端在使用權限范圍

內都能共享監測信息和系統綜合分析信息、查詢各類數據報表；

6） 監控軟件具有很強的作圖能力, 并提供有相應的圖形庫, 操作員可在不間斷監測的

同時,容易地實現聯機并完成圖形編輯、繪制和修改；

7） RFID識別標簽采用納瓦級低功耗設計，重量輕，無須外部電源，有多種攜帶方式供

選擇。

整個系統將盡最大可能，保持用戶現有網絡系統與應用系統，并預留接口，可與現有應用系統或將來的應用系統結合，實現多方統一管理功能，減少或避免用戶重復投資。

2.4 系統建設的原則

系統建設包括軟、硬件兩方面。在軟、硬件的開發、采購、集成時，上海仁微電子科技有限公司保證遵循了以下原則：

1) 先進性

APS系統主要構建思想是利用射頻自動識別技術、嵌入式移動計算技術和軟件技術，構造一個覆蓋大范圍區域的產品智能追蹤系統，具備產品先進、成熟、性價比高等特點優勢。

2) 經濟性

在保證滿足技術要求的前提下，系統設計盡量采用性能價格比最佳的產品。系統的建設最大限度發揮原有部分設備的作用，如計算機網絡，設備、軟件等，最大限度上為用戶節省投資，保護已有的用戶投資。

3) 實用性

系統的建設完全符合本項目的應用需求和實際情況，突出實用性強，界面友好，操作簡單。

4) 擴展性

在系統方案中按照系統分析、統籌規劃的觀點對系統容量及網絡發展設想進行方案設計，既考慮到當前使用的易用性，更具有適當的超前性。

第3章 系統總體介紹

3.1 系統原理

APS實時定位追蹤系統通過RFID(電子標簽)的應用，以電子標簽作為目前最先進的標識碼，具備了不易破損、數據可靠、使用周期長、有效通訊距離長等特點，是替代條形碼、紅外線標識的最佳選擇。將其安裝在受控目標上，來作為目標的唯一標識進行追蹤和定位。

工作時，管理人員通過聯網的無線識別基站追蹤和定位目標。

3.1.1 電子標簽

簡單的講，電子標簽（RFID）技術是一種無接觸自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，實現對靜止的或移動中的待識別物品的自動機器識別。

射頻識別系統一般由兩個部分組成，即電子標簽和閱讀器。應用中，電子標簽附著在待識別的物品、設備、人員上，閱讀器用于當附著電子標簽的待識別物品、設備、人員通過其讀出范圍時，自動以無接觸的方式將電子標簽中的約定識別信息取出或將特定的信息寫入，從而實現自動識別物品或自動收集物品標識信息的功能。

由于RFID不要求在標簽和閱讀器之間有光線通路，避免了其他自動識別系統（例如條形碼）的缺點。這保證了RFID系統可以用于惡劣環境，比如灰塵、泥土、高濕度、可見度差的環境。 RFID的最大優點是在上述惡劣環境下仍可以得到令人滿意的讀寫速度，在大多數情況下，可以在100毫秒之內響應。除此之外，RFID的讀寫是完全自動、全透明的，不需要手工掃描被追蹤對象，也不需要象其他接觸式標簽技術那樣，需要激活磁條閱讀器、IC卡閱讀器等。

3.1.2 RFID自動識別工作原理

RFID與短程通信設備組成的系統主要包含智能RFID，RFID的讀寫設備(Read-Write Units，簡稱RWU)兩部分，讀寫設備RWU和RFID之間的無線通信實現信息管理系統與RFID之間的信息交流。

讀寫設備RWU是RFID的讀寫控制器，由微處理器、安全模塊和微波通訊控制器和RS232、485、TCP/IP等通訊接口等組成，以短程通訊協議和微波無線傳遞手段，實現RWU與RFID的之間安全可靠的信息交換目的，RWU通過RS232、485、WIFI、GPRS、TCP/IP等與上位機連接，從上位機接收控制命令和數據并返回數據。

RFID是一種具有微波通信功能和信息處理、存儲功能的移動裝置。RFID內置一個小型的實時任務系統，完成RFID內部的存儲器、I/O、電源、通訊協議、密鑰、算法、命令協議處理等功能。

短程通信技術采用的無線通信協議，其核心是利用小功率微波天線覆蓋而構成的小區分割，并采用基于HDLC協議的時分多址和同步通信機制，通過設計相應的處理與控制軟件來實現RWU-RFID之間的雙向數據傳輸和信息交換。

3.1.3 區域定位原理

A B C為閱讀器，接收范圍為恒定，tag1 tag2 tag3 為同一參數且增益型標簽。增益自動可循環（分別為0db 1db 2db 3db）。在發射數據時候同時可發送本身的天線增益數據。

示意圖：

以圖示 tag1為例子，

當標簽增益最大為2db時，ABC閱讀器都能接收到信號

當標簽增益最大為1db時。AB閱讀器能接收到信號

當標簽增益最大為0db時，A閱讀器能接收到信號

由此可以通過軟件可計算出tag1最靠近A，即把tag1定位在A附近，實現區域型定位

以tag2為例子：

當標簽增益最大為2db時，ABC閱讀器都能接收到信號

當標簽增益最大為1db時，ABC閱讀器都能接收到信號

當標簽增益最大為0db時，B閱讀器都能接收到信號

同樣可以通過軟件可計算出tag2最靠近B，即把tag2定位在B附近.

3.2 系統的總體結構

3.2.1 系統組成和架構

監獄RFID智能管理系統由電子標簽、讀寫器（接收器）、網絡設備、計算機、服務器和系統軟件組成。下圖一個簡單的監獄RFID智能管理系統的系統架構：

系統網絡結構

3.2.2 系統定位示意圖

如上圖所示：讀寫器固定在預定的不同位置點，具有較大的接收范圍；當電子標簽進入讀寫器工作范圍后，讀寫器就會接收到電子標簽發出的信號，根據多種上報數據進行分析后，系統可判斷出電子標簽所在區域，從而實現電子腕帶的范圍定位。

在實際應用中，每個網絡版的讀寫器會分配到一個固定的IP地址，并根據現場地形安放好。當佩戴上電子標簽的人或物件經過讀寫器的工作范圍時（如圖中的紅人），人或物件佩戴的電子標簽就會將信息發送到讀寫器。當讀寫器接收到這個電子標簽發出的信息并經過網絡傳送出來后，根據電子標簽ID號，接收器的IP地址，對照現場的設備安放資料，就可以得出“某人/某物在某一時間經過某個監控區域”的記錄，實現對人員或物件的追蹤監控。

3.2.3 系統組成

主要組成部分如下：

◆ APS實時定位追蹤系統中心Server（數據庫和后臺服務程序）；

◆ APS用戶應用服務終端；

◆ APS網絡管理子系統；

◆ 無線識別基站（用于目標的受控區域布點追蹤）；

◆ 手持式PDA電子標簽讀寫器（可選，用于對目標的人工追蹤和查找，實時布控的有效補充）；

◆ 腕帶電子標簽（標識目標）。

3.2.4 設備隱蔽安裝

3.3 系統的功能

實時布控區域目標動態顯示功能：

1) 任一時間查詢并顯示受控區域目標的數量、分布情況及身份；

2) 查詢一個或多個受控目標現在的實際位置；

3) 可實現信息多點共享，供多個部門及領導同時在不同地點查看；

豐富的地圖功能：

具有放大、縮小、移動、標尺測距、視野控制、中心移動、土層控制、地圖打印等功能。

禁區報警功能：

對于指定的禁區，如果有非授權進入，實時報警，并顯示進入禁區的目標及身份。

目標軌跡查詢：

可查找某目標在某個時間段內所經歷的路徑，并在圖中畫出線路軌跡。

豐富的受控目標考勤能力：

可對出入布控區域的目標進行統計，實現目標的考勤記錄，建立目標的各種信息報表（如：時間報表、出勤月報表、加班報表、缺勤報表等等）。

突發事件控制：

一旦有突發事件，上位機上立即能顯示出該現場的目標數量、信息，位置和歷史情況等信息，大大提高安全管理工作的效率和效果。

3.4 系統性能特點

強大的系統處理能力：

1) 高度自動化；

2) 基于GIS 技術的地理信息顯示、查詢系統；

3) 完善的數據分析能力；

卓越的識別性能：

1) 高度的識別可靠性，100%的前端識別率；

2) 識別距離遠（識別距離可達2-100 米可調）；

3) 極高的防沖突性（每個識別基站可最多同時識別數以百計的運動目標）；

4) 高度的識別穩定性（誤碼率小于10 萬分之1）；

5) 快速的識別速度（最快可達到200 公里/小時的識別速度）。

現場優勢：

1) 環境適應性：高抗干擾性，對干擾源、周界環境無特殊要求；

2) 安裝方便性：一體化結構設計，無需外接天線；

3) 運行可靠性：內部電路高度集成化，器件故障率最小化。

電氣特性：

1) 超低功耗：納瓦級超低功耗設計，RFID標簽在不更換電池的情況下可連續正常工作3年以上；

2) 方便性、安全性，標簽無須外接電源，無須充電、無須更換電池；

3) 無輻射，對人體和環境無任何影響，更安全更健康。

系統硬件設計：

1、工控頻段

采用2.4G 工控頻段無線通訊無需無線電管制委員會批準，不需繳納頻譜占用費用。

2、超低功耗

RFID標簽采用獨特的納瓦級超低功耗設計，確保能在電池支持下持續工作長達 3～5 年左右。同時，整體結構的低功耗設計既保證了設備的有效運轉，又減少了應用實施的復雜性和成本。

3、網絡容量大

一個區域定位網絡可以容納多達六萬余的RFID識別目標和大量的接入點。大容量保證了網絡強大的數據采集能力。同時，網絡的高冗余性保證了整個網絡在個別節點停止工作的情況下仍然可以正常運轉。

4、高可靠性

APS實時定位系統核心技術目前采用獨有定位算法，實現網絡自喚醒，自容錯，自愈合。

5、運行及維護成本低

APS所有硬件設備均采用免維護設計，建設和維護所需要的人工費用是很低，任何一個經過授權的RFID標簽只要放在網絡的無線信號覆蓋范圍內，就可自動加入網絡工作，無須任何安裝配置。高度智能化最大程度上降低了網絡維護所需的人力和時間，加上網絡節點本身價格低廉，使得系統的維護成本極低。

3.5 系統軟件介紹

3.5.1 基本資料管理

基本資料管理功能是RFID監控管理系統的基礎。RFID監控系統需要得到一些固有的基本資料，為系統的其他功能提供信息。這些固有的資料包括：人員基本信息，電子標簽基本信息，人員與電子標簽對應以及人員分類分組等等，這些基本資料對整個系統來說是必不可少的。

基本資料管理示意圖

該操作界面主要進行人員基本資料的輸入，電子標簽號與相應人員的對應，以及人員訪問權限的設置。

“標簽號”為該人員所佩戴的電子標簽ID號；界面中部的多選框為權限設置，選中某一區域描述即代表該人員具有進入所選區域的權限。沒有選中的區域則代表該人員進入該區域后，會觸發報警。

該操作還具有搜索功能，可根據電子標簽號或人員姓名進行搜索。

該界面中包括：更新、新增、修正、刪除、確定、取消、退出等按鈕。這些按鈕的功能與上述“設備管理”界面中的按鈕功能相似。圖片中的“新增”、“清除”按鈕用于為人員選擇正確的相片或者清除已配備給相片。

資料管理包括：

1. 人員信息

人員的基本資料信息，包括：工作人員信息，在精神病人信息，來訪人員信息等。人員信息管理功能實現檔案管理的電子化。

2. 物件信息

對監控范圍內有價值的物品進行登記、管理、跟蹤和保護。不僅方便對這些物品進行統計和分配，而且當需要使用某一物品時，系統能快速查出該物品是否正在使用，在哪里使用。

3. 人員考勤

無論是工作人員還是精神病人，都有一定的考勤制度。系統提供了針對不同類型人員的考勤功能，方便對不同類型的人員進行考勤管理。特別是對那些需要在押人員到指定工場勞動改造的，配合RFID技術的特性，人員考勤功能將大大降低管理人員的工作強度。

3.5.2 系統基本設置功能

系統的某些功能必須在管理人員對系統進行了相應的設定后，才能正常運作。設定會因應不同的應用環境而有所不同。系統的每個基本功能都有設置項目需要管理人員根據具體情況進行設定。系統的基本設置包括：

人員權限設置

人員類型設置

監控區域設置

警報設置

3.5.3 設備管理

設備管理，是對監控設備進行管理。

該操作界面中提供搜索功能，可分別按“接收器識別碼”或“接收器IP地址”查詢。

新增按鈕：加入新的設備對應點，點擊新增后，從平面圖中選擇一未使用區域，然后填寫下面的資料，確定后，新增資料被保存；

修正按鈕：對已有的設備記錄進行修改。按確定保存修改內容；

刪除按鈕：刪除已有設備記錄。按確定按鈕確定刪除操作；

更新按鈕：刷新界面；

確定按鈕：保存之前的操作；

取消按鈕：取消上一步操作；

退出按鈕：退出設備管理操作界面，不作保存。

3.5.4 監控警報功能

監控警報功能是整個RFID監控系統的核心功能。通過該功能，監控人員可以很快的知道大樓內的人員分布情況；可以追蹤某一特殊對象的“活動軌跡”，這些都是以前的監控系統所不能實現的功能。

3.5.5 監控報警方式

監控報警方式有二種，越界警報和斷線警報。兩種警報都會產生警報聲響。這警報功能可以與視像，門禁，警報訊號，和自動發送電郵、短訊等系統功能聯防啟動。在系統中更可加入同區管理人員位置顯視功能模塊。

3.5.6 邊界線及出入口監控功能

在活動區域的圍墻或者出入口上安裝警界線，任何時候如果有精神病人接近圍墻范圍內，都會激發警報系統。 圍墻的警界線范圍可設定為2米至5米內。 警界線可藏在圍墻內不容易發現。

3.5.7 行動軌跡監控

受監控人員身上戴有標簽，系統可以實時知道其具體位置，到過哪些地方，接觸過哪些人，經常和哪些人在一起，可方便對受監控人員的控制和防止意外等情況的出現。

3.5.8 指定人員查詢

通過條件查詢可以查詢某指定人員，并反映出該人員目前所處位置。

3.5.9 自動報警

當出現精神病人故意或者意外對標簽進行破壞、特定時間清點缺席、非授權人員闖入禁區、管理人員按動緊急救援按鈕等情況出現時，系統按事故性質自動啟動警報。并提供預先設置的應急提示信息。

3.5.10 顯示報警位置

系統報警后，系統即時找出并顯示事故發生區域，管理人員可以有目標地盡快到達現場并進行控制處理。

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