1、基金项目“基于物联网的工业现场诊断与管理系统研发及产业化”资助WiFi工业物联网在工厂安全管理中的应用陈 健 胡 涛 赖晓健 石莹浙江中控技术股份有限公司，浙江 杭州，310053 摘 要：工业环境中存在众多敏感、危险区域，需要对进出人员和设备进行严格管控。提出一种基于 WiFi网络的人员/设备定位和监控系统，重点对工业厂区中的危险区域进行进入人员管控，以及对整个工业厂区内的工作人员、重要设备进行实时的定位。在此需求基础上提出一种基于 WiFi的视频和定位联动的物联网系统，精确地对人员/设备进行自动定位、身份识别、非法闯入拦截，达到很好的分区管理效果。关键词：WiFi，物联网，定位，视频An
2、Application of WiFi in Internet of Industry ThingsChenJian HuTao Lai Xiaojian ShiyingZhejiang SUPCON Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang, 310053Abstract: There are many sensitive and dangerous zones in the industry environment. We need to manage and control the personnel and device to enter the sensitive
3、and dangerous zones. Propose a system for the position of Location and device based on WiFi communication. The system controls the personnel to enter the dangerous zone of the industrial plant. And it supports the RTLS of the entire industrial plant personnel and vital equipment. On this basis we pr
4、opose the internet of things for video monitor and personnel location. The system supports automatic personnel location、identify recognition、trespass interception. The purpose of this system is very good for subarea management.Keywords: WiFi, RTLS, Monitor, Internet of things. 1 引言石化、化工、罐区等工业现场存在诸多危
5、险区域，对于这些危险区域传统的安全管理方式方法为搭建围栏、增加安保人员、视频监控等等。这些方法均属于被动、人工方式增加危险区域的安全性，无法实现对危险区域的全天候、实时、自动化地管理要求。为此提出了一整套基于 WiFi 的物联网系统，包括无线视频监控、视频智能识别、人员定位、设备定位等的自动识别及身份鉴别系统。该系统依托 WiFi 无线网络技术，实现在整个工业厂区的监控及定位服务，方便管理人员随时了解人员和设备的实时位置，对整个工厂的调度和安全管理起到积极作用。2 传统分区安全管理方法简介围界管理：使用围墙围栏将不同的区域分隔开，这是最古老的分区管理方法，也是最有效直接阻拦非法闯入的方法。但是
6、围栏必须存在一个开口，以便授权人员在一定的授权下进出本分区。这个开口就成了安全防护最薄弱的地方，非授权人员比较容易从此处进入危险区域。而且围墙围栏影响美观，在一些特殊区域不便搭建。电子围界：在传统围界的基础上发展出来的一种依靠电子技术搭建隐形围栏的方法。电子围界具有一定的识别能力，能在非法闯入时自动发出报警，具有一定的自动化能力。但是电子围界智能识别有无闯入发生，无法判别是合法的进入还是非法的闯入，合法人员进出电子围界时只能将其关闭，自动化程度不高。安保人员：在危险区域的出入口增加安全保卫人员来判别和管理合法人员的进出，提供较“智能”的多元化的判别、管理和报警功能。但是安保人员由于安全意识、工
7、作认真程度、疲劳等多种因素会产生漏判、误判的情况产生，造成一定的安全漏洞。而且在一些高危区域人员无法长期驻守，不适合安排安保人员。视频监控：使用监控摄像机拍摄关键区域影响，传输至监控中心集中监控厂区去各个区域的实时图像画面。这种监管方式需要安保值班人员在监控同时查看全厂几十甚至几百个监控画面，认为分辨危险区域是否有人闯入，识别到人之后需要与管理部门或者现场进行确认才能判别是否是非法闯入。由于监控画面太多，容易产生视觉疲劳，会漏掉关键画面，导致没有发现非法闯入。而且传统视频监控多采用有线传输、变更和新增监控位置相对比较复杂，设备维护成本较高。3 基于 WiFi 物联网的综合管控方案设计WiFi
8、物联网综合管控方案包括：WiFi 智能视频系统、WiFi 人员/设备定位系统、WiFi通信网络组成。WiFi 人员/设备定位系统能够定位到 WiFi 信号覆盖范围内的 WiFi 定位标签、WiFi 定位腕带、WiFi 手持终端以及带有 WiFi 功能的笔记本电脑等，对于没有携带 WiFi 通信设备的人员和设备，定位系统将无法进行有效的定位和监管。WiFi 智能视频系统能够将 WiFi 监控摄像机拍摄到的画面通过 WiFi 网络将监控画面传送到监控中心智能视频分析服务器，服务器分析识别后按需保存和发出报警信号。能够及时分局画面识别到闯入动作，但是无法判断人员和设备身份，智能化程度无法达到预期目的
9、。本方案设计将 WiFi 智能视频系统和 WiFi 定位系统联动，弥补各自的不足，实现了自动化地、精确地判别非法闯入，及时提供报警信号，同时还能按需进行合法进出记录以便追溯。本系统采用 WiFi 技术构建物联网系统，实现了全无线的系统构架，整个系统新增和变更监控点、定位目标、目标权限方便，网络运行灵活多变。系统使用的 WiFi AP、WiFi 摄像机、WiFi 定位标签等均符合本安认证，能够在危险区域使用，到达安保人员和普通设备无法到达的区域实现功能。4 WiFi 人员/设备定位系统方案实现基于 WiFi 的定位系统结合无线局域网、射频识别和实时定位等多种技术，应用在 WiFi网络覆盖的区域，
10、实现复杂的人员/设备定位、监测和追踪任务，并准确搜寻到目标对象，实现对人员/设备的实时定位与监管。4.1 定位系统的工作原理在 WiFi 网络覆盖的区域，工作人员身上佩戴的定位标签会周期性的发出定位信号，定位标签附近的无线局域网访问点（WiFi AP）接收到定位信号后，将定位信号传递给定位服务器（RTLS Engine） 。定位服务器根据定位信号的强度和定位算法来确定工作人员的位置信息。WiFi 定位系统没有采用传统的三角定位法，而是采用了更为准确的基于 RF 指纹识别的定位方法。这种方法首先在定位服务器中将每个电子标签发射的信号特征记录下来，根据这些特征和不同位置的信号建立信号纹来指示电子标
11、签的位置，利用信号纹和相对应的位置信息建立起数据库后，定位系统根据事先收集到的信号特征，就能计算位置了。算法同时采用了历史移动轨迹、修正信号突变等方法尽量降低干扰带来的定位误差。基于 RF 指纹识别的定位原理，按照参数不同，可分为基于接收信号强度（RSSI）检测方法、基于到达角度检测方法和基于到达时间的检测方法。本文采用的基于信号强度的检测方法是在发送端以接收端事先预知的固定信号能量进行发射，接收端通过测量接收信号的能量以及衰减来估算收发之间的距离，并依照现有的各种室内外传播模型，根据接收信号的能量与发送信号能量的对比来确定最终的收发端距离。4.2 定位系统的部署设计定位系统的部署就是对 AP
12、 的部署。AP 具体的部署位置要根据现场环境和定位精度的要求而定，首先要从定位的需求考虑，确定需要定位区域信息，考虑每个位置点的中断数量峰值，以及每个 AP 的吞吐能力。根据 AP 的功率和环境，判断 AP 的有效信号所能覆盖的范围，保证覆盖范围内的任何一个定位点所收到的 AP 信号中，至少有 3 个 AP 的 RSSI值大于-70，并且至少有一个 AP 的 RSSI 值大于-50。AP 的部署是连接服务器和定位 AP 的纽带，起着定位和信息通路的关键作用，作为传输高速数据的通讯链路，链路产生的故障严重时会导致整个网络系统的瘫痪。因此在 AP部署以后的调测试工作也是非常重要的，AP 的安装和选
13、点需要专业的 WiFi 信号勘测工具，以满足无线信号对定位区域的全面覆盖，保证定位的精度和准确性。5 WiFi 智能视频系统方案实现基于 WiFi 的视频智能监控系统在网络建设的灵活性、便捷性、扩展性方面拥有独特的优势，利用已经布好的无线网络资源，可以快速搭建监控平台。智能监控系统包括无线视频监控和智能分析两部分。5.1 WiFi 无线视频监控由于有线网络传输存在着需要导体介质而带来规划布线、预设接口、线路检测、线路扩容等一系列问题，随着无线技术的发展，成本低、架设简单、扩展性强的无线网络也大量应用于视频监控领域。无线监控系统结构图本文应用的基于 WiFi 无线网络的监控系统结构如上图所示，整
14、个监控系统由监控中心、无线传输网络和视频采集设备组成。其中视频采集设备采用无线网络摄像机，信号传输系统由无线 AP 构成，监控中心由服务器和监控终端组成。系统采用了先进的数字处理技术，将监控摄像机拍摄的图像信息处理为基于 TCP/IP 的数据包，通过无线网络传输到远端监控中心。5.2 智能视频监控智能视频监控系统不同于一般的视频监控，它是视频监控的一种更高端的应用。智能视频监控除了具有获取视频信息的功能以外，还有对视频内容进行分析的功能，通过对监控画面的分析系统能够识别不同的物体和行为，从而发现监控区域中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，协助安全人员更加有效的处理危机
15、，并最大限度的降低误报和漏报现象。智能视频监控系统彻底改变了目前由安全工作人员对监控画面进行监视和分析的模式，通过视频服务器中的智能分析模块对监控画面进行分析，智能分析模块则根据预先设计好的分析算法和报警条件，使系统实现自动报警功能，避免了人为因素造成的误报和漏报，大大提高了报警的准确度。 目前智能视频监控技术的应用主要分为两大类，安全相关应用和非安全相关应用。安全相关应用主要有非法入侵、车辆识别、遗留物检测、物品移动检测等；非安全相关应用主要有人流量统计、人群聚集控制等。6 应用本系统在中国边检监管的货运码头项目上得到了运用，系统部署灵活方便，可随时改变监管策略，部署监控区域。本系统的运行实
16、现了陆上人员管理、海上船员监管、重要物资监管、车辆监管等码头区域的全方位安全管理。项目的投运得到了中国边检的高度赞赏，开创了一种新型的基于物联网的智能安全管理方法。7 结语这种基于 WiFi 的物联网系统可以有效的结合 WiFi 人员定位系统和 WiFi 智能视频监控系统，提供一种全面的、智能的和自动化的监控解决方案。系统可方便地设置相应的智能视频分析规则，灵活地给 WiFi 定位系统分配权限，视频与定位联动，可过滤掉 95%以上的无效视频，减轻安保人员工作强度，提高了报警准确性和响应速度。同时采用工业级的WiFi 通信设备，符合本安要求，可以保证系统能够在石化、化工等各种严苛的工业场合全天候
17、运行。本系统采用工业级 WiFi 无线通信技术，摆脱线缆束缚，监控点、通信 AP、定位系统能够方便灵活得部署，是一种理想的厂区安全管控解决方案。参考文献 1 Sung-Nien Yu, Jen-Chieh Cheng. A Wireless Physiological Signal Monitoring System with Integrated Bluetooth and WiFi Technologies. Conference proceedings, 2203-6 2 Asrar Sheikh, Yousuf Al-Moellam. Wireless Networking for Monitoring and Control System of a Steel Plant.Wireless Personal Communications, 2012,66(4)3 张智宏，顾军，王桂华。WLAN 通信技术在煤矿安全生产中的应用，通信技术。2011(10)-444 曾磊，张海峰，侯维岩。基于 WiFi的无线测控系统设计与实现，电测与仪表。2011(07)-238作者简介：陈健，1979 出生，男，北京人，工程师，主要从事控制系统、EPA 总线技术设计研发等方面的工作。
