基于ESP8266的城市地下综合管廊人员定位系统设计与实现

来源:用户上传      作者:林章

　　摘 要：为保证城市地下综合管廊内人员的安全，该文基于ESP8266设计1个适用于管廊的人员定位系统。该系统由若干个客户端模式的ESP8266 WiFi节点和1个服务器模式的ESP8266 WiFi节点组成：客户端模式的节点主要用于获取管廊内人员距该节点的距离、收集该节点的空气质量信息，服务器模式的节点接收来自客户端的JSON信息，解析后通过三边测量定位法计算出人员在管廊里的实时位置，利用历史信息显示人员的运动轨迹，并实时显示管廊内的空气质量。结果表明，该文设计的基于ESP8266的城市地下综合管廊人员定位系统，能准确定位管廊内人员的位置，显示空气质量，提升管廊智能化管理水平。
　　关键词：综合管廊;ESP8266;节点定位;客户端模式;智能化管理
　　中图分类号：TP29 文献标志码：A 文章号：2095-2945（2022）24-0025-04
　　Abstract： In order to ensure the safety of the personnel in the city utility tunnel， this paper designs a personnel positioning system for the city utility tunnel based on ESP8266. The system consists of several ESP8266 WiFi nodes in client mode and one ESP8266 WiFi node in server mode. The node in client mode is mainly used to obtain the distance between the personnel in the city utility tunnel and collect the air quality information. The node in server mode receives the JSON information from clients and calculates the real-time position of the personnel in the city utility tunnel by trilateral measurement and positioning method. The historical information is used to display the movement track of personnel and the air quality in the city utility tunnel in real time. The results show that the personnel positioning system based on ESP8266 can accurately locate the personnel in the tunnel， display the air quality and improve the intelligent management level of utility tunnel.
　　Keywords： utility tunnel; ESP8266; node positioning; client mode; intelligent management
　　城市地下综合管廊是集通信、电力、给排水、燃气和供暖等工程于一体的隧道空间，是保障城市正常运行的重要基础设施。但管廊普遍空间狭窄、内部情况复杂，施工和运维人员进入管廊作业存在一定的风险。因此，在管廊的运行和维护阶段，有必要对管廊内的环境进行监控，对管廊内的作业人员进行精确定位。然而，查阅了相关文献，未发现针对城市综合管廊的人员定位系统的研究，进行了相应的市场调研，也并未发现适用于城市综合管廊的人员定位系统。因此，研发一套适用于城市地下管廊的人员定位系统，用于保证内部人员安全是非常有必要的。本文结合实际工程情况，设计了针对城市地下综合管廊的人员定位系统，可以实时监测管廊内的氧气、一氧化碳、硫化氢、甲烷和氨气含量等空气质量情况，也能实时定位管廊中人员的位置，同时提供一键紧急求助等功能，将大大保障管廊内人员的安全、降低运行维护成本，提高管廊智能化管理水平。
　　1 方案比较
　　相比于一般的定位系统，应用于城市综合管廊的定位系统难点在于：城市综合管廊一般位于地下，卫星定位系统无法进行精准定位，因此无法采用技术成熟的卫星定位系统。结合成本考虑，本文参考大型室内商场、地下停车库和煤矿井下等室内或地下定位系统进行方案的选择。查阅相关文献可知：目前比较成熟的室内和地下人员定位系统，普遍采用的定位技术有红外线、超声波、RFID识别、ZigBee、蓝牙和WiFi定位等传感器技术。其中，红外线技术定位精度较高，但是较易受外界其他光源干扰;超声波技术结构简单、定位精度高，但反射、散射现象严重，且具有较强的多径效应;RFID识别技术定位精度高、RFID标签成本低，但其精度需要依赖大量的RFID敷设才能实现;ZigBee技术具有低功耗、低速率、自组网能力强和自恢复能力强等优势，目前逐渐应用于物联网领域，但应用成本较高;蓝牙技术具有短距离传输方便、低功耗的优点，适合在手机等移动设备中集成使用，缺点在于在复杂环境下易受到其他信号的干扰，影响较大;WiFi定位技术具有高速率、覆盖率高和组网方便等优点，使用时需要通过已知AP的位置，经过一定算法对网络内的目标进行定位。以上定位系统中用到的技术有自身的优点和局限性，需要根据具体的系统需求进行选择。
　　本文结合城市地下综合管廊的特点，加上定位系统需要传递其他参数信息，需要较高传输速率，选择WiFi定位技术作为主要的定位硬件。WiFi定位主要依靠信息传播模型与多个节点组合实现精确定位，该种技术成本低、易于安装及无须基站，且属于底层无线网络结构[1]。结合城市地下综合管廊的特点，WiFi定位技术较适用于作为管廊人员定位系统。

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