基于ZigBee旅游景区内游客定位系统的研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于ZigBee旅游景区内游客定位系统的研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【 摘 要 】 针对旅游景区内游客自由参观时迷路而找不到旅游团、导游召集游客难等一系列问题，文章以CC2430/CC2431 芯片为系统核心模块，设计了一种基于zigbee技术的旅游景区内游客定位系统。该系统是对无线传感网络应用的一次探索，对于无线传感网络在一维定位上面的应用已经有相关实例了，例如矿井内工人的定位。系统采用ZigBee技术组建无线传感网络，结合RSSI定位算法实现了对景区内游客的二维定位，较一维定位效果更好。

【 关键词 】 景区；ZigBee；无线传感网络；定位算法

The Research about the Locating System of Visitors in Tourist Scenic spot Based on ZigBee

Lei Kai Liu Chun-tian

（Wuhan Textile University HubeiWuhan 430200）

【 Abstract 】 Due to a series of problems such as visitors in Tourist scenic spot are hard to find the tour and the guide is hard to called visitors， the article uses CC2430/CC2431 chips for the System core modules to designs a the locating system of visitors in Tourist scenic spot Based on ZigBee， this system is a exploration of Wireless sensor network applications， there are some examples of One-dimensional positioning in Wireless sensor network applications， such as locating system for mining personnel. The system uses ZigBee technology to build Wireless sensor network， Combined with localization algorithm based on RSSI to make the Two-dimensional localization of visitors come ture， and much better than One-dimensional localization.

【 Keywords 】 tourist scenic spot； zigbee； wireless sensor network； localization algorithm

0 引言

随着人们生活水平的提高，当下旅游业迅猛发展，同时也暴露出许多需要解决的问题，例如在游玩过程中，往往会遇到找游客难的问题，这时如果导游能清楚地知道游客的地理位置，那么就很容易找到游客。另外，游客在景区内遇到突发状况需要相关工作人员迅速到场解决时，也需要能准确地知道游客所在的方位。本文设计了一种基于ZigBee的旅游景区内游客定位系统，能够实现对游客的精确定位，方便找到游客，同时整套系统价格也相当合理，具有很高的市场应用价值。

1 系统设计方案

利用旅游景区内游客定位管理系统的电子跟踪技术手段，把无线传感网络技术与游客定位系统相结合起来，是景区内相关工作人员能实时了解游客的具置。以为ZigBee是一种近来流行的短距离、低速率的无线网络技术，它具有网络容量较大、功率消耗较低、所需成本较低、数据传输速率较低、网络时延较短、安全性和可靠性较高等技术特点。根据这些，我们选用ZigBee技术来构建一套旅游景区内游客定位系统，组建一个无线定位网络。

首先，在旅游景区的合适位置，布置适量的无线定位网络的参考节点，采用CC2430模块，一方面它能进行数据的传输和转发，实现路由功能，作为无线定位网络的路由节点。另一方面在景区适当的地方安放协调器节点，它可以搜集相关的无线信号并最终通过以太网将这些搜集到的信息传送到上位机，起到网关节点的作用，它与参考节点的区别就是其内部增加了网络扩展模块。

其次，让进入景区的游客佩戴设计好的电子标签，作为定位节点。它采用CC2431模块内置定位引擎，每一个电子标签拥有唯一的16位或者64位ID地址和地理位置信息；每个游客佩戴电子标签后，在数据终端库中就要记录游客的相关信息。

最后，游客进入某一景区内，电子标签触发，定位节点会启动内置定位引擎进行识别，然后相应的定位信息、游客ID号等等信息用多跳的方式经过一定数量的路由节点传送至网关节点，最后通过以太网传送到上位机数据库作相应的处理。

2 系统的硬件实现

2.1 系统的构建框架

系统构建示意如图1所示。

定位节点是游客游客携带的电子标签，即终端节点。游客在景区内随意走动，所以终端节点是任意分布在景区内的，终端节点跟路由节点进行无线通信，实现定位信息的传输。

参考节点是根据需要而合理分布在景区内的静态节点，即路由节点。定位节点将定位信息传递给合适的路由节点后，信息在路由节点间以多跳的方式传递到网关节点，采用的是无线电波接力的方式。

网关节点可以对路由节点传送过来的信息进行处理后，再传送到监控中心（上位机），上位机可实时的知道游客的位置信息。

2.2 定位节点

以CC2431模块来设计定位节点，其内置引擎计算出自己的地理位置然后将信息传输到网关节点。定位节点通过收集适当数量的定位区域内的参考节点的接受信号强度值，再利用设定的定位算法计算出地理坐标。定位节点工作的基本要点：首先定位节点要申请加入网络，得到相应的网络配置数据才能工作，实现数据的无线传输；其次它要能够使参考节点收集定位节点与参考节点通信时的接受信号强度值，并计算出平均值再传送到定位节点，以提供数据让定位节点利用定位算法计算出自己的位置坐标；最后定位节点将自身地理位置信息和编号等信息传递到适合的路由节点，再经路由节点传送到网关，最后传输到上位机。

除此之外，定位节点还需要能够保证在系统掉电的情况下，原来系统给其配置的数据（A值、N值、模式、收集等待时间、最小参考节点数等信息）不会丢失。如果定位节点是首次加入网络，这些数据就会被系统写入flash，如果不是第一次加入网络，就将其存放在flash中的数据读出来。

2.3 参考节点

以CC2430模块来设计参考节点，它是已知的静态节点，其坐标值是固定的。参考节点要合理的分配在定位区域，它会给定位节点发送自己的坐标、RSSI平均值等信息。其工作要点如下：首先要将参考节点合理的分布在整个景区内，使其通信范围能涵盖整个景区，之后系统上电，参考节点申请加入网络，系统给其配置相应的网络数据（地理位置坐标、ID编号等信息），系统掉电后也要能够保证这些配置参数的不丢失，如果参考节点不是第一次加入网络，则系统首先从flash中读出相应的配置参数。其次参考节点在参与定位节点进行定位计算时要采集一定数量的接收信号强度值，并取平均值再传送给定位节点，以便其计算出自己的地理位置。最后定位节点计算出自身坐标值后要将相应的信息传递给附近合适的参考节点，之后信息在参考节点上以多跳方式传送到网关。

2.4 网关的功能及设计

网关节点也是用CC2430模块设计的，它要实现组建无线定位网络并实现数据的无线收发的功能。它是系统中至关重要的模块。一方面，网关要接收由监控软件提供的各个参考节点和定位节点的配置数据，并根据不同的方式发送给相应的节点；另一方面还要接收每个节点的反馈数据，判断数据的有效性，并传输给监控中心。定位系统的整个流程控制是依靠对串命令的控制来实现的，每一个功能都有相对应的串命令。网关涉及的串命令比较少，是一个中心控制站。网关对各个节点发送过来的数据进行处理。这些数据包含了坐标数据长度和坐标数据、串ID、节点网络地址、操作系统值、有效数据长度。

3 游客定位算法

根据定位机制不同，定位算法分两种类型：基于测距的定位算法；无需测距的定位算法。在基于接收信号强度指示RSSI的定位算法中，已知发射节点的信号强度，接收节点根据接收到的信号强度计算出信号的传播损耗，利用理论与经验模型将传输损耗转化为距离，再利用已有的算法计算出节点的具置。接收信号强度RSSI理论值可由式RSSI= -（10nlgd + A） 得到。其中n代表信号传播常量，也称传播指数；d代表距发射器间的距离；A代表距离1m接收信号强度。因此，无线信号的衰减与距离成对数衰减的关系，利用此关系可以进行定位计算，即定位算法。由于定位节点到参考节点的距离d越小，由RSSI值的偏差产生的距离误差越小；当距离大于某一值时，由RSSI值波动造成的距离误差将会很大。因此，设计定位算法时，设置一个距离门限D值，当距离d大于D时，采用一种定位算法；当距离d小于D时，采用另一种定位算法，这样可以减小距离误差，提高定位精度。这就是本系统提出的基于RSSI的混合定位算法，其流程如图2所示。其中MN为定位节点，BN参考节点，d为定位节点与参考节点间距离，D为距离门限，通过现场测量确定此值。当定位节点与参考节点通信距离d小于D时，系统识别后，自动启动曲线拟合定位算法，及时修正通信距离d值；当d大于D时，系统识别后，自动启动信号强度分布（采样值数据库）定位算法，也对d值做出修正。

由于混合定位算法是根据RSSI波动规律进行优化的算法，它具有价格低、精度高、运算量小等优点，不足之处是对所采集的数据来建立数据库的工作量比较大。经考量，本文选用混合定位算法，它可以有效的提高定位精度，并很好的应用于旅游景区内的游客定位系统。

4 结束语

无线传感网络的兴起，促进着很多行业的发展和技术的更新，本文利用Zigbee技术来组建了一个旅游景区内的游客定位系统，利用设备成本低廉、定位精度高、系统设计简单，很好的实现了一个无线的二维定位，较其他无线传感网络在一维定位上的应用有一个很大的提高和优势。

参考文献

[1] 李文仲. ZigBee2006无线网络与无线定位实战[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2008：20-45.

[2] 孙佩刚，赵海，罗玎玎等. 智能空间中RSSI定位问题研究[J].电子学报，2007，35（7）.

[3] 马祖长， 乔晖， 孙怡宁. 一种无线传感器网络的设计[J]. 仪表技术与传感器， 2003（11）：467-468.

[4] 朱近康. 无线传感器网络技术[J]. 中兴通讯技术， 2004（S1）：34-35.

[5] 李晖， 彭志威， 陈克非. 无线传感器网络及其安全问题[J]. 中兴通讯技术， 2004（S1）：25-26.

[6] 王玉柱，郑文岭，马文丽等. 基于ZigBee的医院病人追踪定位系统设计[J]. 微计算机信息，2010，26（2）.

作者简介：

雷凯（1988-），男，湖北武汉人，武汉纺织大学，硕士在读；主要研究方向为物联网。

刘纯天（1964-），男，湖北武汉人，武汉纺织大学，副教授，硕士生导师；主要研究方向为光电子。