CN107911791A - 一种基于iBeacon的工地人员定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于iBeacon的工地人员定位系统及方法，包括置于人员安全帽内的iBeacon信标模块、CAN总线节点模块、网络传输模块、定位控制中心模块。基于该系统的人员定位方法为，制作工地管理区域地图并划分多个子区域，在子区域部署CAN总线节点基站，当携带iBeacon信标的人员进入管理区域，CAN总线节点基站则采集到iBeacon的广播信息传输到定位控制中心，定位控制中心进行定位处理并显示定位信息到管理终端。本发明提出的系统结构简单，部署简便，方法易于实现，能够对工地人员进行智能管理。
Description
技术领域
本发明涉及定位系统，具体涉及一种基于iBeacon的工地人员定位系统及方法。
背景技术
随着互联网的发展，智能物联网的应用日益渗入生活的方方面面，建筑工地也逐步升级成智慧工地，对人员的管理不再采取传统的人工监督管理。智能化的管理系统使得工地管理成本更低、效率更高。
iBeacon是苹果公司于2013年9月发布的一种基于低功耗蓝牙的通信协议，其工作方式是广播其身份标识符到周围的接收设备，接收设备对其做出响应。以其低功耗、低成本、高精度的优点迅速打开室内定位的市场。
近年来，无线定位技术发展迅速，出现了很多室内定位方法，其中定位较为精确的方法是基于指纹库的室内定位，而工地现场环境复杂多样，给信标部署、指纹库采集工作都带来很大的困难，尤其是频繁的指纹库更新会带来额外的成本，并不适合工地的人员定位管理。
发明内容
针对以上需求及技术缺陷，本发明主要提供一种基于iBeacon的工地人员定位系统及方法，使得系统结构简单，部署简便，方法易于实现，能够对工地人员进行智能管理。
本发明的技术方案如下：
一种基于iBeacon的工地人员定位系统，其特征在于：
iBeacon信标模块：将iBeacon信标的标识信息作为人员的身份信息，并通过iBeacon信标模块广播信息，信标模块作为安全帽的附属设备便于方案实施；
CAN总线节点模块：采集信标广播并将iBeacon信标的信息通过网络传输模块传输到定位控制中心模块；
网络传输模块：用于传输iBeacon信标的信息；
定位控制中心模块；接收iBeacon信标的信息并进行定位显示到管理终端。
在上述的一种基于iBeacon的工地人员定位系统，所述的iBeacon信标模块包括一个iBeacon信号发射单元，用于确定人员的信息，以设置好的固定频率和固定功率广播信息供CAN节点模块获取广播信息。
所述的CAN总线节点模块包括主控制器单元、iBeacon信号接收单元、电源单元和CAN总线单元。iBeacon信号接收单元、电源单元和CAN总线单元均与主控制器单元连接，主控制器单元将iBeacon信号接收单元接收到的iBeacon信标的信息通过CAN总线单元发送到网络传输模块的网关单元，电源单元用于给CAN总线节点模块供电。
所述的网络传输模块包括网关单元和以太网单元。网关单元与以太网单元连接，以太网单元连接定位控制中心模块的定位服务器单元，网关单元用于进行协议转换将信息发送到以太网单元。
所述的定位控制中心模块包括数据库服务器单元、定位服务器单元和管理终端单元。数据库服务器单元和管理终端单元均通过互联网与定位服务器单元连接，定位服务器单元进行定位处理并将人员位置信息显示到管理终端单元。
一种基于iBeacon的工地人员定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，建立工地管理区域电子地图，并将电子地图存储在数据库服务器；
步骤2，将管理区域划分成多个子区域，在子区域安装CAN总线节点作为信号采集基站，并将CAN总线节点所在位置映射到电子地图中；
步骤3，人员佩戴装有iBeacon信标的安全帽进入工地管理区域；
步骤4，CAN总线节点获取到iBeacon标签的广播信息，并将信息传输到定位控制中心；
步骤5，控制中心根据信号强度选择信号最强的三个CAN总线节点，利用三边定位算法进行定位并显示到管理终端；具体而言，利用信号强度和距离之间的关系来计算iBeacon信标和CAN总线节点之间的距离，根据信道模型求解得到待定位置的信号强度，如公式(1)：
其中，d表示iBeacon信标和CAN总线节点之间的距离，PL(d)表示iBeacon信标和CAN总线节点的距离为d时测的信号强度值，d0为参考距离，单位为m，在这里取值为1，PL(d0)为当iBeacon信标在参考距离时CAN总线节点测得的信号强度值，n为路径损耗系数，表示信号强度随着距离增加的损耗率，在这里取值为3，Xσ为平均值是0的高斯随机变量(dBm)；
三边定位算法是根据三个CAN总线节点测得的待测iBeacon信标的信号强度再利用公式(1)来计算出待测iBeacon信标到三个CAN总线节点的距离，最后根据这三个距离信息计算出待测iBeacon信标的位置，计算公式为：
其中(X,Y)为待测iBeacon信标的坐标，(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)为三个CAN总线节点的坐标，Da、Db、Dc为待测iBeacon信标到三个CAN总线节点的距离。
本发明优点是：本发明定位系统结构简单、部署简便，转换了传统的定位思路，人员只需要携带信号发射标签，基站则用于收集数据，使得人员携带标签更方便，避免了工地复杂环境指纹库采集和更新困难的问题。
附图说明
图1是本发明所述的工地人员定位系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的优点和技术方案更加清楚，方便本领域技术人员理解，下面将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例不代表本发明的全部实施例。
如图1所示，本发明实施例基于iBeacon的工地人员定位系统，包括：置于人员安全帽内的iBeacon信标模块、CAN总线节点模块、网络传输模块、定位控制中心模块。iBeacon信标模块的iBeacon信标的标识信息作为人员的身份信息，iBeacon信标模块广播信标信息，CAN总线节点模块采集广播信息并将iBeacon信标的信息通过网络传输模块传输到定位控制中心模块。
iBeacon信标模块：置于人员安全帽内，包括一个iBeacon信号发射单元即一个iBeacon标签，给每个iBeacon标签设置好位移的参数信息，作为人员的位移身份标识信息，iBeacon标签向周围广播信息供CAN总线节点模块获取广播信息。
CAN总线节点模块：包括主控制器单元、iBeacon信号接收单元、电源单元和CAN总线单元。iBeacon信号接收单元、电源单元和CAN总线单元均与主控制器单元连接，主控制器单元将iBeacon信号接收单元接收到的iBeacon信标的信息通过CAN总线单元发送到网络传输模块的网关单元，电源单元用于给CAN总线节点模块供电。
网络传输模块：包括网关单元和以太网单元，网关单元与以太网单元连接，以太网单元连接定位控制中心模块的定位服务器单元，网关单元用于进行协议转换将信息发送到以太网单元。
定位控制中心模块：包括数据库服务器单元、定位服务器单元和管理终端单元，定位服务器单元与以太网单元连接，数据库服务器单元和管理终端单元均通过互联网与定位服务器单元连接，定位服务器单元进行定位处理输出到管理终端单元。
基于上述的系统，本发明实施例的基于iBeacon的工地人员定位方法包括以下步骤：
S101，建立工地管理区域电子地图，并将电子地图存储在数据库服务器；
S102，基站部署阶段，将管理区域划分成多个子区域，在子区域安装CAN总线节点作为信号接收基站，并将CAN总线节点所在位置映射到电子地图中，存储到数据库服务器；
S103，人员佩戴装有iBeacon信标的安全帽进入工地管理区域，iBeacon信标以设置好的固定的功率和固定的频率向周围广播；
S104，广播信息采集阶段，CAN总线节点获取到iBeacon标签的广播信息，并将信息传输到定位控制中心；
S105，定位阶段，控制中心根据信号强度选择信号最强的三个CAN总线节点，利用三边定位算法进行定位并显示到管理终端；具体而言，利用信号强度和距离之间的关系来计算iBeacon信标和CAN总线节点之间的距离，根据信道模型求解得到待定位置的信号强度，如公式(1)：
其中，d表示iBeacon信标和CAN总线节点之间的距离，PL(d)表示iBeacon信标和CAN总线节点的距离为d时测的信号强度值，d0为参考距离，单位为m，在这里取值为1，PL(d0)为当iBeacon信标在参考距离时CAN总线节点测得的信号强度值，n为路径损耗系数，表示信号强度随着距离增加的损耗率，在这里取值为3，Xσ为平均值是0的高斯随机变量(dBm)；
三边定位算法是根据三个CAN总线节点测得的待测iBeacon信标的信号强度再利用公式(1)来计算出待测iBeacon信标到三个CAN总线节点的距离，最后根据这三个距离信息计算出待测iBeacon信标的位置，计算公式为：
其中(X,Y)为待测iBeacon信标的坐标，(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)为三个CAN总线节点的坐标，Da、Db、Dc为待测iBeacon信标到三个CAN总线节点的距离。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.一种基于iBeacon的工地人员定位系统，其特征在于：
iBeacon信标模块：将iBeacon信标的标识信息作为人员的身份信息，并通过iBeacon信标模块广播信息，信标模块作为安全帽的附属设备便于方案实施；
CAN总线节点模块：采集信标广播并将iBeacon信标的信息通过网络传输模块传输到定位控制中心模块
网络传输模块：用于传输iBeacon信标的信息；
定位控制中心模块；接收iBeacon信标的信息并进行定位显示到管理终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于iBeacon的工地人员定位系统，其特征在于：
所述的iBeacon信标模块包括一个iBeacon信号发射单元，用于确定人员的信息，以设置好的固定频率和固定功率广播信息供CAN节点模块获取广播信息；
所述的CAN总线节点模块包括主控制器单元、iBeacon信号接收单元、电源单元和CAN总线单元；iBeacon信号接收单元、电源单元和CAN总线单元均与主控制器单元连接，主控制器单元将iBeacon信号接收单元接收到的iBeacon信标的信息通过CAN总线单元发送到网络传输模块的网关单元，电源单元用于给CAN总线节点模块供电；
所述的网络传输模块包括网关单元和以太网单元；网关单元与以太网单元连接，以太网单元连接定位控制中心模块的定位服务器单元，网关单元用于进行协议转换将信息发送到以太网单元；
所述的定位控制中心模块包括数据库服务器单元、定位服务器单元和管理终端单元；数据库服务器单元和管理终端单元均通过互联网与定位服务器单元连接，定位服务器单元进行定位处理并将人员位置信息显示到管理终端单元。
3.一种基于iBeacon的工地人员定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，建立工地管理区域电子地图，并将电子地图存储在数据库服务器；
步骤2，将管理区域划分成多个子区域，在子区域安装CAN总线节点作为信号采集基站，并将CAN总线节点所在位置映射到电子地图中；
步骤3，人员佩戴装有iBeacon信标的安全帽进入工地管理区域；
步骤4，CAN总线节点获取到iBeacon标签的广播信息，并将信息传输到定位控制中心；
步骤5，控制中心根据信号强度选择信号最强的三个CAN总线节点，利用三边定位算法进行定位并显示到管理终端；具体而言，利用信号强度和距离之间的关系来计算iBeacon信标和CAN总线节点之间的距离，根据信道模型求解得到待定位置的信号强度，如公式(1)：
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其中，d表示iBeacon信标和CAN总线节点之间的距离，PL(d)表示iBeacon信标和CAN总线节点的距离为d时测的信号强度值，d0为参考距离，单位为m，在这里取值为1，PL(d0)为当iBeacon信标在参考距离时CAN总线节点测得的信号强度值，n为路径损耗系数，表示信号强度随着距离增加的损耗率，在这里取值为3，Xσ为平均值是0的高斯随机变量(dBm)；
三边定位算法是根据三个CAN总线节点测得的待测iBeacon信标的信号强度，再利用公式(1)来计算出待测iBeacon信标到三个CAN总线节点的距离，最后根据这三个距离信息计算出待测iBeacon信标的位置，计算公式为：
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其中(X,Y)为待测iBeacon信标的坐标，(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)为三个CAN总线节点的坐标，Da、Db、Dc为待测iBeacon信标到三个CAN总线节点的距离。
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