人员定位——基于 BLE+LoRa的智能化人员管理系统

林文慧 张方 朱春颖 江玥 陈晓璇

桂林电子科技大学 广西桂林 541004

摘 要：现代建筑楼层高和结构复杂，明确人员位置和监管危险区域对于施工安全是十分重要的。本文介绍了基于BLE和LoRa的智能化人员定位管理系统，简要分析了LoRa技术以及人员定位系统的组成、功能和优势。该系统可提供人员位置的实时监测、人员历史轨迹的查看、危险区域安全预警和人员紧急一键求救等功能，拥有传输距离远，精确度高，抗干扰性强，功耗低，成本低等优势，弥补了传统人员定位系统人员位置不可知及危险区域难监管等缺点。

关键词：人员定位；智能化；LoRa

引言

本文介绍的是基于BLE和LoRa技术的智能化人员定位管理系统。随着万物互联和网络基础建设的发展，LPWAN（低功耗广域网络）因其兼具长通信距离和低功耗的特性，成为物联网技术中的重要部分。而LoRa作为LPWAN技术中成熟的一种技术，具备灵敏度高、功耗低、传输距离远等特点，解决了低功耗的远程连接问题。BLE为蓝牙低功耗，适用于短距离网络，解决了低功耗的短距离连接问题。因此，BLE与LoRa技术的结合在人员定位方面有着独特的优势。

1 LoRa技术

1.1 LoRaWAN

在当今物联网时代，无线通信技术得到快速发展，在物联网网络层的多种连接技术里，不仅需要速率和稳定性更高的 5G 技术，也需要低功耗、远距离、大连接的 LPWAN技术。其中，LoRaWAN 以其独特的灵活性脱颖而出，得到物联网界的认可。

LoRaWAN是在物理层使用LoRa调制技术基础上的以数据链路层为主的通信协议^[2]。

LoRaWAN网络体系架构包含终端设备、网关、网络服务器和应用服务器四部分。终端设备采集数据并上报，网关负责转发设备数据，它们之间采用星型网络拓扑。在图1中终端设备列出了6个，如宠物定位和手表等，可以看到终端设备能同时发给多个网关。网关对网络服务器和终端设备之间的LoRaWAN协议数据做转发处理，将LoRaWAN数据分别承载在LoRa射频传输和TCP/IP上^[3]。应用服务器是客户的应用业务平台。

1.2 LoRa

LoRa全称为Long Range Radio，即远距离无线电，是Semtech公司创建的低功耗局域网无线标准，它是LoRaWAN的一个子集，属于其中物理层的一种线性调频扩频的调制技术。LoRa主要在全球免费频段运行，ISM频段包括433、868和915MHz等。

LoRa作为低功耗广域网络（LPWAN）中的主流技术之一，有着传输距离远、功耗低、接收灵敏度高和抗干扰能力强等特点，在同样的功耗下，比其他无线传输方式的通信距离更远，实现了低功耗与远距离的统一，能够很好地适应物联网低成本和广覆盖等需求，前景广阔。

2 人员定位系统组成

人员定位管理系统通过低功耗蓝牙（BLE）电子围栏系统对人员（资产）进行定位和监督。

2.1 Beacon定位设备

Beacon是一种通过低功耗蓝牙技术实现精确定位的设备，可定时广播定位信号^[5]。Beacon设备采用白色塑料外壳，方型外观，拥有长达200米的传输距离，有简易和牢固两种安装方式，方便客户不同的施工要求，配合专门配置的APP，让客户安装及操作更简单。开机使用时, 搭配配套的 APP 进行修改、配置参数。

2.3 网关

单个网关可以同时监听8个信道，收集到任何符合 LoRaWAN协议的终端数据包，通过4G/以太网上传到服务器，同时可以处理服务器下发的指令。网关只要配置好GWjoins参数组，连接上互联网，通电之后，后续可自动进行服务器连接。首先网关会进行join流程，与服务器交换身份认证信息之后，合法的网关会连接服务器，获取到服务器下发的完整参数信息，应用参数之后，网关即可正常的收发射频数据。

2.4 Unicore设备管理平台

这是LoRaWAN系统的NS服务。接入稳定安全，保证网关数据传输安全，终端设备采用双重安全加密方式；使用简单灵活，网关配置简单，数据推送灵活；完全遵从LoRaWAN协议标准，扩展性强；能进行网络数据分析，协助运维团队优化网络。

3 人员定位系统功能

3.1 实时监测人员位置

通过智能化硬件佩戴，基站和Beacon设备，辅以后台定位算法，可实时监测员工和外来施工人员所在位置，个体变成在后台地图上显示的可跟踪的点。对于人员查找，可以按姓名、年龄、编号等方式查找，查询人员的位置会进行高亮显示。

3.2 人员历史轨迹查询

能够查看场景内单个人员在30天内的历史运动轨迹；通过实时定位和运动轨迹跟踪，进行人员的追踪位置数据收集等。

3.3 危险区域安全预警

在后台电脑的电子地图上若显示有佩戴吊牌的人员进入危险区域或离开活动区域时，系统将会响起安全警报，将会立即联系安保人员进行及时的追踪。

3.4 人员紧急一键求救

吊牌自带一键求救功能，人员遇到突发情况时按下SOS求救按钮，报警显示员工的实时位置并通知园区管理人员，可为施救争取更多的有效时间。

3.5 空间可视化展示

专业电子地图绘制，将空间直观可视化，直观展示房间和相关人员的位置，地图随意切换，全局、局部任意呈现，多楼层自由切换，方便查看。

3.6 移动端设备管理

移动端设备管理工具有设备配置工具和设备巡检工具，方便查看现场设备状态、配置设备以及对设备进行巡检。设备配置工具可以查看设备相关信息、连接配置设备参数、批量部署设备、批量重置设备、批量升级固件。设备巡检工具可以查看设备是否在线、对场馆设备进行巡检、输出巡检报告、申请Beacon设备、查看设备列表。

4 人员定位系统优势

基于BLE和LoRa的人员定位系统，是一种先进的室内定位解决方案，具备传输距离远，使用寿命长，用途广泛，低成本，低功耗，精确度高，抗干扰性强等优势，弥补了传统人员定位的缺点。

该系统实现了双“0”部署，施工无需拉线、定位无需定标的物联网架构设计。Beacon信标安装期间无需任何打孔穿墙拉线，不影响工厂生产；无需在地图上地点建模，按照图纸安装即可正常使用；可视化界面展示，地图可根据需要选择2D或3D地图。

5 结论

基于BLE和LoRa的人员定位管理系统功能完备，提供数字化管理平台，能够准确定位人员并可查看人员历史轨迹，同时通过安全预警和一键求救功能来最大程度上保证人员施工安全。该系统方案相比于采用Zigbee，RFID和UWB等技术的室内定位方案，在成本、功耗和安全性等方面有着更大的优势，能够很好地弥补当前传统人员定位的缺点，在物联网室内定位技术中具有重要意义。

参考文献

1. 张俊,陈伟利.基于ZigBee节点技术的室内人员定位系统的研究[J].科学技术创新,2021(20):173-174.

2. 杨彬蔚.LoraWAN技术及其在物联网中的应用[J].数字技术与应用,2021,39(04):43-45.

3. 顾超杰,谭睿.赋能新一代物联网的LoRaWAN技术[J].物联网学报,2021,5(02):18-25.

4. 范春峰,张长明.蓝牙精确定位管理系统[J].精细与专用化学品,2021,29(05):55-58.

本文是2021年国家大学生创业训练项目“人员定位——智能化人员管理系统”（项目编号：202110595105X）项目成果。

姓名：林文慧 性别：女 籍贯：广东汕尾 学历：本科 单位：桂林电子科技大学 邮编：541000