基于WiFi定位的工业园区管理服务系统设计

方维岚，陆正卿

(上海烟草集团有限责任公司，上海 200082)



基于WiFi定位的工业园区管理服务系统设计

方维岚，陆正卿

(上海烟草集团有限责任公司，上海 200082)

为建设智能化工业园区，改进管理与服务模式，设计了基于WiFi定位的工业园区管理服务系统。系统利用WiFi定位技术获取位置信息，将LBS(Location Based Service)运用在访客管理服务、巡更管理服务和园区导览服务等业务中,以Web端应用和移动端应用方式接入。测试结果显示，系统实时定位精度为3～5 m，在约1 000个目标同时请求定位服务的情况下，系统响应时间≤2 s，满足系统运行要求。该系统的应用能够为用户提供智能化LBS综合服务，能有效提高园区管理工作效率和服务质量。

LBS；WiFi定位技术；智能化应用

随着无线通信技术与智能移动终端的广泛应用，LBS得到飞速发展与普及[1-2]，为工业园区管理服务智能化发展提供了新思路。考虑信号遮挡、硬件成本、定位精度和覆盖范围等影响因素，WiFi定位技术是全面实现LBS的理想选择[3-4]。为此，本文设计和开发了基于WiFi定位的管理服务系统，并实现了LBS在工业园区管理服务中的应用。

1　传统工业园区管理服务模式

通过对工业园区管理服务模式进行调研，发现现有的管理服务模式存在如下问题。

1)缺乏有效的园区导览及信息发布手段，园区信息一般依靠宣传册、纸质地图等方式展现，在内容及表现形式上不够直观、丰富。

2)访客登记多采用手工填写、电话咨询受访人等传统方式，存在登记繁琐、信息不易保存和查询困难等弊端；访客在参观或访问园区时，一般依靠园区指示牌和工作人员引导，获取位置服务的途径受限；管理方缺乏有效的实时交互手段，难以掌握访客的实时动态。

3)巡更人员在执行任务时存在巡更目标不明确、巡更路线不合理等现象；巡更数据不能及时、有效地分析处理和向有关部门反馈，影响应急响应效率；巡更工作产生的数据多采用纸笔记录，录入信息系统时费时费力、出错率高；由于缺乏有效手段对巡更工作全过程进行监管，巡更质量的优劣很难评定。虽然工业企业在园区管理服务方面采取了许多信息化措施，如门禁管理、视频监控和电子沙盘等，但由于缺乏位置服务、信息推送等技术手段，不能充分发挥效果。

2　基于WiFi定位的工业园区管理服务模式

通过WiFi定位技术提供基础位置信息，构建园区管理服务系统，打造数字化园区。将Web端的管理系统和移动端的综合服务应用相结合，改进管理服务模式。

1)通过信息查询、位置感知和信息推送等方式，改善园区导览及信息发布方式。获取的实时信息包括：a.园区基本信息，包括园区基本情况、电子地图和功能分区信息等；b.位置相关信息，包括实时位置、路线引导和区域预警等；c.园区BIM(Building Information Modeling)模型[5]，包含园区从建设到运营全生命周期的信息。管理方利用Web监管系统，推送个性化信息，进行实时交互。

2)在传统访客管理的基础上增设网上预约方式，借助二维验证码、数字验证码方式实现便捷的入园登记验证[6]。访客管理与服务模型如图1所示，访客主要面向工业旅游和行业交流等2种类型，可利用自带设备安装移动综合服务应用或选用园区提供的移动导览设备、定位标签设备，使用LBS智能化服务。依据访客类型的不同，提供的服务也在游览路线、可到达区域及停留时间、导览信息深度等方面有所不同。管理方通过Web监管系统可以实时了解访客动态，查看和处理异常行为。

3)巡更人员利用电子地图、实时定位和路径规划等功能选择最优巡更路线，合理执行巡更任务。巡更管理与服务模型如图2所示。在任务执行时，巡更人员可随时查看巡更进度，巡更数据通过多种形式记录并附加位置信息反馈至监控中心，巡更进度通过后端系统智能判断并记录。管理方通过Web监管系统能够实时掌握巡更人员所处位置以及任务执行情况，及时处理巡更工作中发现的问题。若遇紧急情况，可快速布置巡更任务，调度邻近区域巡更人员赶赴现场进行快速处理，保障园区安全运营。

图1　访客管理与服务模型

图2　巡更管理与服务模型

3　基于WiFi定位的工业园区管理服务系统实现

3.1WiFi定位技术实现

实现WiFi定位技术需要软件和硬件的支撑。通过布设AP(Access Point)设备，在满足无线上网需求的同时，收集具备WiFi功能终端的RSS(Received Signal Strength)、Mac地址等信息，实时上传至核心定位引擎解算位置坐标。

坐标解算采用位置指纹定位技术[7]。技术实现分为采样和定位等2个阶段(见图3)，在采样阶段，首先建立定位区域的二维笛卡尔直角坐标系，根据定位精度需要和环境情况，均匀布设一定数量的参考点，再利用采样终端采集有效AP的RSS样本信息，形成该定位区域的位置指纹库；在定位阶段，通过特征提取、数据挖掘和模式识别等方法，将获取的定位终端RSS样本与位置指纹库中参考点RSS样本匹配，计算定位坐标。

图3　位置指纹定位技术原理图

3.2系统架构与设计

基于WiFi定位的工业园区管理服务系统采用J2EE技术[8]，利用框架Spring MVC+Spring+Hibernate的组合实现MVC(Model View Control)设计模式，保证了系统的扩展性、移植性和跨平台部署。系统架构如图4所示。

图4　系统架构图

基础应用支撑平台是园区管理服务系统稳定高效运行、快速部署的基础，同时也为整个系统提供统一的消息推送机制。WiFi实时定位系统是园区管理服务系统能够提供智能化LBS综合服务的关键，通过核心定位引擎以如下2种API(Application Programming Interface)形式提供信息：1)发布/订阅API，主动发布信息给订阅用户；2)查询API，通过把信息存入Redis(Remote Dictionary Server)[9]数据库，满足高负载数据量的访问需求。园区管理服务系统是访客管理服务、巡更管理服务和园区导览服务等业务的实现，以REST(Representational State Transfer)架构风格对外提供Web服务；系统通过集成接口与园区现有BIM模型对接，以位置坐标、区域范围和设施编号等多种方式调取BIM空间数据。客户端包括Web端和智能移动终端(支持iOS和Android设备)，采用HTTP方式请求服务。

3.3系统功能与实现

系统主要包括Web监管系统和移动综合服务应用，由同一服务端支撑着业务的实现，不同角色经过登录验证后获取相应权限。Web监管系统主要功能如图5所示，侧重园区综合管理，面向园区管理人员。移动综合服务应用主要功能如图6所示，侧重为用户提供便捷的综合服务，面向访客、受访人、巡更工作人员和园区办公人员。此外，对支持iBeacon[10]技术的智能移动端设备，能够利用iBeacon精准位置感知等特性，借助综合服务应用为用户提供友好的主动式信息推送，并修正当前定位结果。

图5　Web监管系统主要功能

图6　移动综合服务应用主要功能

3.4系统硬件组成与部署

系统硬件组成如图7所示。在系统部署实施时需要保障定位终端至少被3个AP探测到，且信号强度≥-75 dBm。AP收集到的原始定位数据如RSS、终端Mac地址等数据，通过AC(Access Controller)转发或直接上报至定位引擎进行位置解算。在复杂电磁环境中，AP信号会受到不同程度的干扰，通过划分信道、优化定位算法等措施减少信号干扰对位置解算的影响。为了进一步保障定位精度，利用iBeacon信号稳定、抗干扰能力强等特点，在局部区域部署iBeacon设备进行辅助定位。

图7　硬件部署图

4　应用效果

基于WiFi定位的工业园区管理服务系统提供了访客管理服务、巡更管理服务和园区导览服务等主要功能，通过业务过程与实时位置服务的充分融合，构建了友好、智能的园区综合管理服务模式。程序运行界面如图8所示。

图8　移动综合服务应用界面

在多种环境下对系统的定位效果进行测试。实测效果表明，在信号干扰较少的环境下，系统定位精度约为3 m；在复杂环境下，系统定位精度为3～5 m，利用iBeacon技术进行位置修正后可保障系统定位精度≤3 m；通过仿真实验，在约1 000个目标同时请求定位服务的情况下，系统响应时间≤2 s；实时定位的精度和效率满足系统运行要求。

5　结语

该工业园区管理服务系统融合了WiFi定位、信息推送、BIM和iBeacon等技术，通过对定位区域内位置信息的采集及分析，在为用户提供智能化LBS综合服务的同时，也为管理方提供了可靠的管理依据。通过该系统的应用，能够为访客提供更友好的服务，提升巡更工作的可控性，增强应急情况响应能力，丰富园区信息共享与发布方式，有效提高了管理工作效率和服务水平，为工业企业打造互联、智能和友好的现代化园区提供了新的途径。

[1] 周傲英,杨彬,金澈清,等.基于位置的服务:架构与进展[J].计算机学报,2011,34(7):1155-1171.

[2] 陈龙彪,李石坚,潘纲. 智能手机:普适感知与应用[J]. 计算机学报,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.

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[5] 清华大学软件学院BIM课题组.中国建筑信息模型标准框架研究[J].土木建筑工程信息技术,2010,2(2):1-5.

[6] 胡锦清.基于二维码技术的访客管理系统设计与实现[J].机电技术,2014(3):37-40.

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责任编辑郑练

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

方维岚(1969-)，男，硕士，高级工程师，主要从事工业自控、企业信息化和软件产品设计等方面的研究。

2016-04-28