工厂人员定位系统解决方案.docx

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工厂人员定位系统解决方案

工厂人员定位系统

方案建议书

摘要

当前大型工厂制造企业，人员管理除考勤管理外主要依靠监管人员进行现场管理的方式，这种方式不但需要监管人员亲临现场，而且并不能从根本上解决人员管理问题，比如车间分布较分散，监管人员需要不断巡视各车间；人员较多时，并不能对每个人员起到监管作用。

随着企业规模扩大，人员的增多，随之而来的是如何提高监管人员的工作效率，管理好每个人员，对企业管理来说至关重要。

针对工厂人员管理的难题，结合了ZigBee无线技术，开发出工厂人员定位系统，可以从根本上解决工厂人员管理的问题。

系统不但解决了监管人员要到现场进行巡查的麻烦，并且能够解决对每个人的实时监管。

监管人员只要坐在电脑旁，即可实现实时监控。

系统不仅节省大量人力，而且极大的提高了工作效率。

工厂人员定位系统还可以扩展工厂人员考勤系统，实现人员从上班打卡考勤到下班打卡考勤整个过程中的实时监控、历史信息查看，从而让管理者能够对人员在工作期间的活动情况一幕了然，当出现紧急情况时可立刻定位到人员，进行及时处理。

工厂人员定位系统是基于SQL大型数据库，在充分理解工厂人员管理的需求后，结合ZigBee技术，将原来的人员亲临现场管理变成智能化的系统监控管理。

可解决人员管理难、工作效率低、无法实时监管到每个人、是否按时到岗、危险无法及时处理等问题，在很大程度上提高了企业的人员管理工作效率。

1.项目背景及意义

当前企业的人员管理多数还是依靠监管人员进行现场管理，不仅耗费了监管人员的大量时间而且也不能从根本上解决监管每个人的问题。

由于面临企业的成本压力，提高生产效率、降低运营成本,对于企业来说将至关重要，其中企业的人员管理是关键问题之一。

效率就是金钱，如何提高管理效率，让每个人都能发挥最大的作用，是企业发展的关键。

随着企业规模扩大，人员越来越多，且分散工作，随之而来的问题是如何管理好每个车间或者办公室的人员？

如何才能确认该人员是否按时到岗？

如何才能用最少的人管理最多的人？

在人员遇到危险情况时，如何能第一时间及时处理？

如何知道当前人员的分布及分工情况？

在遇到责任事故时，如何查看人员历史轨迹信息，为责任的判断提供依据？

如何才能掌握到没到员工的实时信息及历史工作信息？

本文基于ZigBee技术，设计实现基于此无线射频技术基础上的工厂人员管理系统，以达到解决传统人员管理模式未能解决的以上问题。

2.需求分析

当前传统人员管理模式存在以下问题：

车间较分散，需要多人进行现场管理；无法实时知悉车间人员分布情况；不能确定人员的位置（是否到岗等）；不能做到管理到每个人；在人员遇到危险情况时，不能及时确定人员位置；无法查看人员历史轨迹信息。

传统人员管理模式不仅在管理效率上较低，而且不能从根本上解决监管到每个人的问题。

随着基于ZigBee技术的人员定位系统的应用，可以从根本上解决人员管理存在的问题。

ZigBee技术不但解决了需要多人现场管理的问题，同时也极大的提高了工作效率。

这种系统可以大大的改善管理模式，降低企业的人员成本。

2.1.人员定位系统的用户需求

人员定位系统是针对工厂人员的实时定位、历史轨迹回放、信息查询等方面工作而开发的管理软件，根据企业的要求，实现地图监控、人员分布查看、人员实时定位、历史轨迹回放及信息查询等功能。

用户通过相应的功能，对工厂人员的进行定位，对基本信息进行增加、删除、修改和查询，对人员的历史轨迹进行回放，对各报表进行打印输出，对使用该系统的用户进行添加、修改、删除和查询，对人员分布进行统计。

用户通过简单的操作，在电脑旁边即可管理整个工厂。

2.2.人员定位系统的功能性需求

2.2.1.实时监控

地图实时监控，可显示人员及设备分布情况。

2.2.2.人员查询定位

可对人员信息进行查询定位，室内定位误差一般3米以内。

2.2.3.人员历史轨迹回放

可对人员历史轨迹回放，进行动画显示，回放人员从一个车间到另一个车间的轨迹路线。

2.2.4.车间内外判断

界定人员是在车间内还是在车间外，办公室内还是办公室外。

2.2.5.人员信息管理

增加、删除、修改人员基本信息。

2.2.6.设备管理

设备低电、故障管理。

2.2.7.统计分析

分区域统计人员分布情况。

2.2.8.用户管理

可对用户进行修改密码操作。

2.3.人员定位系统的非功能性需求

定位卡需要与考勤卡、就餐卡一体，考勤卡、就餐卡粘贴在定位卡背面。

也可以做成一个整体。

图1基于ZigBee技术的工厂人员管理系统流程图

3.系统总体设计

3.1.系统示意图

图1基于ZigBee技术的工厂人员管理系统示意图

工厂人员定位系统采用先进的ZigBee无线技术而设计。

系统硬件由监控主机、交换机、基站控制单元、读卡基站、定位卡组成。

首先根据工厂的厂区布局在工厂路面及车间内安装一定数量的读卡基站，通过读卡基站使得工厂无线信号覆盖，然后为工厂人员佩带定位卡，各方向的读卡基站不断接收定位卡发送无线信息，读卡基站将定位卡的信息通过基站控制单元上传至监控主机，系统根据定位卡的场强信息及地理信息进行分析处理，得到定位卡的实时位置，进而实现人员定位、历史轨迹回放等功能。

系统定位精度一般3米内。

3.2.系统架构

工厂人员定位系统是基于SQL大型数据库，采用组件式开发的三层结构系统。

三层结构分别为：

数据库：

管理人员信息数据及设备数据。

中间层：

用于人员及设备增加、修改、删除等系统设置的工作。

表示层：

用户日常查询定位等管理工作。

3.3.系统设计要点

在充分理解人员管理需求后，结合ZigBee技术，打破原有人员管理模式，引进智能化的系统进行人员的综合管理。

管理员工从入厂到出厂的每个环节，使得监管人员不用到现场巡查即可获得所有员工信息。

系统实时采集定位卡的信息，以实现对人员的实时定位、轨迹跟踪。

4.系统设计与实现

4.1.系统主要功能

4.1.1.实时监控

实时监控包括区域显示、部门显示及实时报警显示。

4.1.1.1.区域显示

区域显示时将地图分成若干个区域，以树形列表将区域内的设备及人员分布显示在监控主界面的左侧；显示内容包括区域名称、基站数量、人员数量及详细人员列表。

通过区域显示可很方便的了解到当前设备及人员的分布情况。

4.1.1.2.部门显示

部门显示时以部门及班组对整个厂区人员进行分类，以树形列表方式显示将部门及班组的人员分布情况显示在监控主界面的左侧；显示内容包括部门名称及数量、班组名称及数量、人员分布情况；通过部门显示可方便的了解到目前厂区内各部门人员的分布情况。

4.1.1.3.实时报警

实时报警，可实时统计定位卡低电报警信息、设备故障（基站控制单元故障、基站故障）信息；并可对设备进行定位操作，以方便查找出低电或故障设备，及时维护，确保系统正常运转。

4.1.2.管理设置

管理设置包括人员管理、区域管理、设备管理、用户管理。

4.1.2.1.人员管理

人员管理以列表形式显示区域内所有人员信息；并可实现对人员信息进行新增、修改、删除；对区域内人员信息查看；对某个人员进行查找；对人员信息的批量导入及导出。

通过人员管理功能实现人员信息与定位卡绑定，从而实现对人员的监控。

4.1.2.2.区域管理

对监控区域进行划分，目的在于将工厂整个区域划分成若干个小区域进行管理，使管理人员能够准确的掌握到各区域的人员分布情况，从而实现对整个区域的精确管理。

4.1.2.3.设备管理

设备管理以列表形式显示系统中所有设备信息，同时可以实现设备的添加、修改、删除；对区域内设备信息查看；对某个设备进行查找。

通过设备管理实现地图上设备的布设，定位卡信息通过设备上传到监控中心，从而实现对人员的信息采集、监控。

4.1.2.4.用户管理

用户管理主要实现对用户的密码设置，可重新设定密码，已实现对系统登录的管理。

4.1.3.数据查询

数据查询包括人员查询、轨迹查询、卡低电查询、设备故障查询。

4.1.3.1.人员查询

人员查询以列表形式显示人员信息，列表提供按姓名、卡号、部门、职务、班组等条件查询。

此功能主要实现对某特定人员的查询。

4.1.3.2.轨迹查询

历史轨迹查询提供按姓名、卡号、时间段等条件查询。

并可进行动画回放轨迹，此功能主要实现对某特定人员的轨迹回放。

4.1.3.3.定位卡低电查询

定位卡低电查询提供按卡号、时间段等条件查询。

主要实现对故障定位卡查询，已方便更换电池。

4.1.3.4.设备故障查询

设备故障查询包括基站及基站控制单元故障查询，提供按设备编号、时间段等条件查询，此功能主要实现对故障设备的维护。

4.1.4.地图服务

地图服务包括人员分布显示、设备显示、地图管理、监控配置等功能。

4.1.4.1.人员分布显示

在地图上实时显示人员分布情况，人员用人员图标表示。

管理人员可实时直观的掌握到当前人员分布信息，点击人员图标可对该人员的详细信息进行查看，包括姓名、卡号、部门、职务等信息。

4.1.4.2.设备分布显示

在地图上实时显示设备分布情况，设备用设备图标表示。

管理人员可实时直观的掌握到当前设备分布信息，点击人员图标可对该设备的详细信息进行查看，包括编号、安装位置、所属区域、链路是否正常等信息。

4.1.4.3.地图管理

当地图需要进行修改时，可对地图进行更换。

4.1.4.4.监控配置

对需要显示的图标进行设置，可以选择只显示人员图标或只显示设备图标，或者人员图标和设备图标都显示。

4.1.5.快捷按钮

为便于操作，系统提供常用功能的快捷按钮，以方便操作者。

快捷按钮包括：

人员监控、查找定位、轨迹回放及综合查询。

4.1.5.1.人员监控

实时统计人员分布情况，以区域方式及部门方式进行统计，以列表形式进行显示。

同时可点击数字链接，查看该区域或部门下的详细人员列表。

此功能主要是实现快速查询人员分布情况。

4.1.5.2.查找定位

可按照姓名、卡号对人员进行快速定位。

4.1.5.3.轨迹回放

可实现人员、设备的快速定位，人员按照姓名、卡号等条件进行定位，设备按照设备编号进行定位，且人员或设备可实现多个同时定位。

4.1.5.4.综合查询

综合查询提供快速、模糊搜索功能，提供按时间段、部门、职务、班组等条件查询，对符合条件的区域内人员以列表形式显示。

4.1.6.系统设置

系统设置包括操作日志、错误日志、系统参数、激活功能。

4.1.6.1.操作日志

对账户登录及操作进行记录，方便以后对相关操作的查询。

4.1.6.2.错误日志

对系统运行中出现的错误进行记录，方便以后对系统进行维护。

4.1.6.3.参数配置

对系统名称及系统的一些参数设定进行配置。

4.1.6.4.重新激活

对软件的使用权限进行授权，当超出授权使用时间时需要对系统进行重新激活已继续使用。

4.1.7.拓展功能—考勤功能

定位卡集成RFID考勤卡，实现考勤卡、定位卡、就餐卡等多卡合一，方便携带者使用。

系统提供考勤链接，点此链接进入企业原有的考勤系统，而不必重新安装考勤系统，节约成本。

定位卡采用卡片式设计，厚度6mm，长宽尺寸采用市面上标准ID卡尺寸（86mm×54mm）。

同时定位卡内嵌RFID考勤卡，在不更换原有考勤系统的基础上实现人员定位管理功能。

系统可提供接口与原有考勤系统集成，通过对人员定位系统的操作即可完成考勤、定位管理两个方面的工作。

4.2.系统特点

4.2.1.地图实时监控

地图上实时显示人员分布及设备分布情况，使得管理者对整个厂区的人员布置一目了然。

4.2.2.区域准入、离开报警

在特定的区域可设置区域准入权限，未被授权的人员进入限制区域后系统报警；在特定的时间段不允许人员离开的区域若人员离开系统报警，从而保障重点工作区域的安全。

4.2.3.人员历史轨迹回放

可对人员历史轨迹进行查看，有两种方式显示，一种是列表方式，一种是轨迹方式。

管理人员可掌握在规定时间内人员的活动路线。

4.2.4.多卡合一

定位卡集成RFID考勤卡，实现定位、考勤、就餐等多种功能，方便携带者携带。

如企业已有考勤系统，在不更换考勤系统的情况下即可实现考勤、定位二合一，从而为企业节约成本。

5.系统设计方案

5.1.设计原理

首先根据工厂区域现场具体情况，放置一定数量的读卡基站，使得工厂道路及车间区域内信号全覆盖。

为工厂人员佩戴一张定位卡，当人员进入厂区，读卡基站接收到定位卡的信息，并将信息上传至基站控制单元，控制单元上传至主机，经系统软件处理可判断出人员的区域位置，并在地图上以人员图标+姓名的方式显示出来。

当人员在厂区道路和车间之间行走时，系统可通过道路上的读卡基站和车间的读卡基站的记录分析出人员的行进路线，并绘制成轨迹。

监控人员想要了解某一人员的活动路线时可在系统中查找到该人员并点击轨迹回放即可。

系统也可设置区域准入权限，当人员XX进入限制区域时系统也报警。

5.2.定位原理

区域定位：

区域定位主要针对如房间、洗手间等小型区域定位。

基站接收定位卡的信息，根据场强的强弱及系统分析，将定位卡定位到某一个基站上。

一维定位：

一维定位主要针对如走廊等长窄行区域的定位。

基站布设在区域的两端（如较长中间需布设基站），根据基站接收的定位卡场强强弱，对定位卡的相对于基站的距离进行计算，定位精度最差15米（如经费充裕，可多设基站，将极大提高定位精度）。

二维定位：

二维定位主要针对较大型区域的定位，如广场、花园等。

在区域内布设一定数量的基站，一般布设的区域的四周，每四个基站组成一个定位区域，基站根基定位的场强信息强弱计算定位卡到基站的距离，从而计算出定位卡在此区域内的X、Y坐标，实现定位卡的定位，定位精度最差15米，（如经费充裕，可多设基站，将极大提高定位精度）。

5.3.设备布置规则

5.3.1.读卡基站的位置设置原则

一般设置的位置：

●车间内部；

●道路两端、分叉口、拐弯处（如道路较长需在道路中间设多个不读卡基站）；

●区域四周；

●特殊位置：

特定需要的监控位置。

5.3.2.基站控制单元设置原则

一般设置的位置：

●每个区域设置一个基站控制单元；

●特殊位置：

特定需要的监控位置。

5.3.3.供电原则

基站控制单元、读卡基站供电原则：

有线供电，就近原则。

5.3.4.布线原则

通讯线采用的最短布线规则。

读卡基站的通信线经车间外基站控制单元连接到交换机，交换机与主机相连。

5.4.路面定位示意图

路面定位时，读卡基站布置在道路两端、分叉口、拐弯处（如果道路较长需在道路中间段布置一定数量读卡基站），使得无线信号覆盖道路区域。

当人员在路面时，道路上的读卡基站不断向定位卡发送无线信号并将收集到的定位卡信息通过基站控制单元上传至主机，系统通过软件处理，可定位到该人员在哪个路段上及在路段的区域位置，当人员从一个车间进入另一个车间，系统可根据人员经过的路面读卡基站，分析出行进路线，进而实现历史轨迹查询及轨迹回放。

5.5.车间定位示意图

首先在车间内的区域布置一定数量基站，使得无线信号覆盖车间，当人员携带定位卡进入车间，车间内读卡基站不断接收定位卡发送的无线信号，实时监测定位卡的区域信息。

当人员从车间离开，车间内读卡基站接收不到定位卡的信息且路面读卡基站接收到的定位卡信息，说明该人员已离该开车间。

6.系统技术规格

1）定位精度室外最差15米以内。

2）系统能够覆盖工厂道路及车间所有区域。

3）系统采集的信息采用电话线传输，节约成本。

4）系统具有历史轨迹进行描述、车间出入管理功能：

A、当人员经过读卡基站，系统自动记录定位卡信息，根据读卡基站记录，可绘制出人员轨迹。

B、在车间门口布置读卡基站，对出入车间信息进行采集，能够准确定位人员是在车间内还是在车间外，避免误判。

5）系统还具有实时监控、人员综合管理、人员查询、区域管理、人员实时定位、统计分析、用户管理等功能。

6）系统具有自动跟踪人员的位置改变，当人员从一个车间移动到另一个车间时，信息经区域内的读卡基站上传到主机，主机分析后可自动更改当前人员所属区域位置。

7）系统软件具有读卡基站、定位卡电池管理功能。

8）系统软件具有读卡基站、定位卡故障管理功能。

9）人员定位标识卡采用有源工作方式（独立供电），超低能耗、卡片上设计，采用纽扣电池供电，电池可使用1年以上，并具有欠压指示功能，出现欠压报警指示后定位卡可以正常工作3天。

10）读卡基站采用无源工作方式（有线供电），并具有欠压指示功能，出现欠压报警指示后可继续工作1天。

11）基站控制单元、读卡基站和定位卡具有完全独立的发射与接收部件，其核心技术均由嵌入式微处理器和嵌入式软件组成。

12）定位卡采用高级嵌入式微处理器，在嵌入式软件的控制下，实现编码、解码、通信及信息碰撞处理等功能。

13）系统中心站及网络终端可以联网运行,使网上所有终端在使用权限范围内都能共享监测信息，查询、打印各类数据报表。

7.系统组成

7.1.系统拓补图

系统软件地图基于厂区实际布局设计。

系统功能包括地图区域管理、人员管理、人员定位等。

当需要定位某人员时，在系统软件上搜索出该人员，点击定位按钮，地图上显示人员所在的区域位置，同时可对人员实时轨迹跟踪及历史轨迹回放。

7.2.主要设备

7.2.1.基站控制单元

基站控制单元用于接收读卡基站的上传信息，并将接收到的信息传送至交换机，交换机上传到监控主机。

7.2.1.1.基站特点

●具有微功率、高抗干扰性、稳定可靠等优点。

●小巧，轻便，非常便于安装和维护。

●一个基站控制单元可携带20个基站，容量大。

7.2.1.2.技术参数

工作电压

DC12V

工作电流

500mA

基站控制单元与读卡基站通信：

有线传输介质

485线缆

最大传输距离

2KM

最大接入读卡基站

20台

接口数量及类型

2个485接口、1个电源接口、1个网口、1个RS232接口

指示灯数量及类型

2个信号I指示灯、2个信号II指示灯、1个工作指示灯、1个电源指示灯

尺寸（长宽高）

238*220*68mm

材质

冷轧板

7.2.2.壁挂基站

基站用于接收定位卡的无线信息，并将接收到的信息传送至基站控制单元。

7.2.2.1.基站特点

●与基站控制单元传输距离长，可达2KM。

●防尘、防水无辐射伤害。

●小巧、安装维护方便。

7.2.2.2.技术参数

工作电压

DC12V

工作电流

≤200mA

传输类型

RS485

有线传输介质

485线缆

无线频段

2.4G

无线传输距离

300m

天线规格

14dB

材质

ABS

安装方式

支架式

IP等级

IP65户外全防水

7.2.3.吸顶基站

基站用于接收定位卡的无线信息，并将接收到的信息传送至基站控制单元。

7.2.3.1.基站特点

●与基站控制单元传输距离长，可达2KM。

●防尘、防水无辐射伤害。

●小巧、安装维护方便。

7.2.3.2.技术参数

工作电压

DC12V

工作电流

≤200mA

传输类型

RS485

有线传输介质

485线缆

无线频段

2.4G

无线传输距离

300m

天线规格

14dB

材质

ABS

安装方式

支架式

IP等级

IP65户外全防水

7.2.4.定向基站

基站用于接收定位卡的无线信息，并将接收到的信息传送至基站控制单元。

7.2.4.1.基站特点

●与基站控制单元传输距离长，可达2KM。

●防尘、防水无辐射伤害。

●小巧、安装维护方便。

7.2.4.2.技术参数

工作电压

DC12V

工作电流

≤200mA

传输类型

RS485

有线传输介质

485线缆

无线频段

2.4G

无线传输距离

300m

天线规格

14dB

材质

ABS

安装方式

支架式

IP等级

IP65户外全防水

7.2.5.室外全向基站

基站用于接收定位卡的无线信息，并将接收到的信息传送至基站控制单元。

7.2.5.1.基站特点

●与基站控制单元传输距离长，可达2KM。

●防尘、防水无辐射伤害。

●小巧、安装维护方便。

●IP65等级，户外全防水设计。

●工业级设计

7.2.5.2.技术参数

工作电压

DC12V

工作电流

≤200mA

传输类型

RS485

有线传输介质

485线缆

无线频段

2.4G

无线传输距离

200m

天线规格

7dB

材质

冷轧板

安装方式

壁挂

IP等级

IP65户外全防水

7.2.6.定位卡

定位卡相当于“工厂人员身份证”，所有人员携带一张，可不断接收读卡基站发送的无线信息，进而探测到定位卡的实时地理位置信息。

7.2.6.1.定位卡特点

●功耗低，纽扣电池，电池可使用一年。

●卡片式设计，携带方便。

●具有低电报警功能。

●防水、防尘设计；无辐射伤害。

●可内嵌直径25mmRFID卡,实现与企业的RFID考勤系统整合。

7.2.6.2.技术参数

工作电压

DC3V

工作电流

≤40mA

无线频段

2.4GHz

调制方式

OPQSK

电池类型

锂锰纽扣电池

电池寿命

12个月

材质

ABS塑胶

尺寸（长宽厚）

86*54*6mm

重量

50g

7.2.7.监控主机

主机用于接收和处理基站控制单元传送过来的数据。

7.2.7.1.监控主机配置

硬件环境：

CPU

≥Intel酷睿双核3.0GHz，二级缓存2M

内存

≥2G

硬盘

≥250G

显示屏

1366*768分辨率，65535色模式下

光驱

DVD光驱

软件环境：

操作系统

WindowsServer2003或WindowsXP

数据库

MSSQLServer2005

运行平台

Microsoft.NETFramework3.5

浏览器

MicrosoftInternetExplorer6.0

7.3.系统软件

7.3.1.主界面

在工厂地图上实时显示人员及设备分布情况：

●3D或GIS地图显示

●设备显示：

基站信息、基站控制单元信息等

●定位显示：

定位时地图的人员上会出现闪烁，显示方位为人员图标+姓名。

●轨迹回放：

轨迹回放时，地图上显示人员图标行进路线，以线段方式描绘出人员轨迹。

系统主界面包含四个部分：

1、快速操作栏：

对常用操作提供快捷入口，如人员监控、轨迹回放、综合查询、查找定位等；

2、报警显示：

对低电报警、故障报警进行显示，有报警时红色图标不断闪烁进行提示。

3、菜单栏及导航栏：

包括系统大部分的操作功能，如实时监控、管理设置、数据查询、用户管理、系统设置等。

4、地图监控：

在地图上显示人员分布和设备分布情况。

7.3.2.实时监控

实时监控包括区域显示、部门显示及实时报警显示。

7.3.2.1.区域显示

区域显示时将地图分成若干个区域，以树形列表将区域内的设备及人员分布显示在监控主界面的左侧；显示内容包括区域名称、基站数量、人员数量及详细人员列表。

通过区域显示可很方便的了解到当前设备及人员的分布情况。

7.3.2.2.部门显示

部门显示时以部门及班组对整个厂区人员进行分类，以树形列表方式显示将部门