一种基于蓝牙与LoRa的施工人员双重验证定位系统及方法与流程

本发明涉及人员定位与身份验证，具体为一种基于蓝牙与lora的施工人员双重验证定位系统及方法，尤其涉及基于lora通信方式在建筑施工现场部署及应用的方法。

背景技术：

1、人员定位与身份验证技术领域涉及无线通信、定位感知、身份认证、数据处理以及物联网等多种技术的综合应用，主要研究对人员身份信息、空间位置信息及活动状态进行实时采集、识别、验证、管理与追踪的方法和系统。该技术领域通过融合无线通信网络、定位终端、感知节点、边缘计算及管理平台等技术手段，实现对人员身份真实性与位置真实性的协同确认，提高人员定位的准确性、身份识别的可靠性以及数据传输的稳定性，其中，一种基于蓝牙与lora的施工人员双重验证定位系统及方法是指利用蓝牙通信技术获取施工人员身份终端的身份标识及位置信息，并结合lora无线通信网络完成定位数据的远距离传输，在对施工人员身份信息和位置信息分别进行可信性验证的基础上，对两类验证结果进行融合分析，实现施工人员身份与位置的双重确认，同时对施工人员的活动轨迹和验证状态进行持续管理的一种人员定位与身份验证技术方案，其用途是实现施工现场施工人员身份识别、实时定位、位置验证、轨迹管理、异常状态检测及安全监管，提高施工现场人员管理的准确性、可靠性和智能化水平。

2、现有人员定位与身份验证过程侧重身份信息与位置信息协同确认，实际运行过程中身份数据、定位数据以及通信数据之间缺乏连续关联分析，各类数据多以单次采集结果作为判断依据，当施工区域存在金属遮挡、设备密集分布、空间结构复杂或人员集中流动等情况时，定位结果容易出现短时偏移，身份信息与位置结果虽能够完成对应，却难以判断当前结果是否能够真实反映人员持续活动状态。例如施工人员穿越钢结构区域或大型机械设备附近时，短时间内位置变化可能出现异常跳变，系统仍可能依据瞬时数据形成正常判断，导致位置记录出现偏差。通信数据在传输过程中容易受到环境变化影响，不同时间形成的数据质量存在波动，实际管理过程中难以区分数据异常来源，定位记录、身份记录及通信状态之间缺少统一评价依据，异常数据进入后续管理流程后容易造成连续轨迹中断、活动状态误判或异常行为识别准确性下降。

3、其次，建筑施工现场环境复杂，通常具有作业面积大、空间结构多变、金属遮挡物密集、施工设备分布广泛以及人员流动频繁等特点。在这样的环境中，实现对施工人员的有效定位与管理，首先需要解决施工现场通信网络部署的问题。传统的无线通信方式如wifi、zigbee或蜂窝网络在施工现场应用时，往往面临覆盖范围有限、功耗较高、部署成本大或穿透能力不足等问题，难以满足施工现场大范围、低功耗、高可靠性的通信需求。

4、lora（long range）通信技术以其远距离传输、低功耗、强穿透能力以及支持自组网mesh网络等特性，在建筑施工现场具有显著的应用优势。然而，将lora通信技术应用于建筑施工现场并非简单的设备堆砌，而是需要针对施工现场的具体环境特点，设计合理的节点部署方案、网络拓扑结构、通信参数配置以及与上层定位系统的融合方法。目前，现有技术中缺乏针对建筑施工现场特点的lora通信网络系统化部署方法，尤其在如何将lora远距离通信与蓝牙精确定位相结合、如何在复杂施工环境中保障通信链路的可靠性、以及如何根据施工阶段的动态变化自适应调整通信网络等方面，尚存在不足。此外，施工现场的动态变化特性，如作业面转移、临时通道搭建、危险区域调整等，要求通信网络具备灵活的调整能力，而现有技术方案往往采用固定部署模式，难以适应施工现场的动态需求。因此，亟需一种基于lora通信方式下的、适用于建筑施工现场的系统化部署及应用方法，以实现对施工人员定位数据的高效、稳定传输，并支持施工现场的动态管理需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于蓝牙与lora的施工人员双重验证定位系统及方法，解决了现有人员定位与身份验证过程侧重身份信息与位置信息协同确认，实际运行过程中身份数据、定位数据以及通信数据之间缺乏连续关联分析，各类数据多以单次采集结果作为判断依据，当施工区域存在金属遮挡、设备密集分布、空间结构复杂或人员集中流动等情况时，定位结果容易出现短时偏移，身份信息与位置结果虽能够完成对应，却难以判断当前结果是否能够真实反映人员持续活动状态的问题；同时解决了建筑施工现场lora通信网络系统化部署及应用的问题，实现了在复杂施工环境下基于lora通信方式的高效、稳定、可动态调整的人员定位数据传输。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于蓝牙与lora的施工人员双重验证定位系统及方法，包括施工人员身份终端、蓝牙定位节点、lora通信节点、边缘验证节点以及中心管理平台；

3、所述施工人员身份终端用于存储与施工人员对应的身份标识信息，并按照预设广播周期发送包含所述身份标识信息的蓝牙广播数据；

4、所述蓝牙定位节点设置于施工区域内不同位置，用于接收施工人员身份终端发送的蓝牙广播数据，并获取对应蓝牙广播数据的接收信号强度以及接收时间，根据多个蓝牙定位节点接收到的同一身份标识信息确定施工人员的候选位置及位置变化信息；

5、所述lora通信节点用于将所述蓝牙定位节点获取的身份标识信息、接收信号强度、接收时间、候选位置及位置变化信息进行多跳lora通信传输，并根据通信链路的接收信号强度、信噪比以及数据传输跳数确定对应通信链路的链路可信度；

6、所述边缘验证节点用于根据施工人员身份终端的身份标识信息形成身份可信度，根据多个蓝牙定位节点形成的位置变化信息形成位置可信度，并根据所述链路可信度对身份可信度和位置可信度进行通信可靠性修正；

7、所述边缘验证节点还用于将经通信可靠性修正后的身份可信度与位置可信度进行融合，并结合连续时间窗口内的施工人员位置变化轨迹计算轨迹完整性，在身份可信度、位置可信度以及轨迹完整性同时满足预设验证条件时，将对应施工人员确定为已验证施工人员，并输出其施工区域位置；

8、所述中心管理平台用于接收经lora通信节点上传的已验证施工人员身份信息、定位信息及验证状态，并根据所述验证状态生成施工人员进入、离开、停留及异常移动记录。

9、优选的，所述蓝牙定位节点包括多个固定部署于施工区域边界、通道、作业面及危险区域周围的蓝牙探针，各蓝牙探针分别对应预设空间坐标，并对接收到的同一施工人员身份标识信息按照接收信号强度进行排序，以确定用于位置计算的有效蓝牙探针集合。

10、优选的，所述边缘验证节点对不同蓝牙定位节点设置动态定位权重，所述动态定位权重根据蓝牙定位节点在连续时间窗口内的信号稳定程度、有效数据接收次数、历史定位偏差以及与相邻蓝牙定位节点的空间一致性进行更新，以降低单一蓝牙定位节点信号波动对施工人员定位结果的影响。

11、优选的，所述轨迹完整性通过连续时间窗口内的相邻定位结果进行计算，所述边缘验证节点对相邻定位结果之间的位置变化距离、时间间隔以及移动方向进行一致性判断，当相邻定位结果之间的位置变化超过施工人员预设移动能力范围或者出现不连续位置跳变时，将对应时间窗口标记为轨迹异常窗口，并降低所述位置可信度。

12、优选的，所述边缘验证节点根据身份可信度、位置可信度以及轨迹完整性将施工人员验证状态划分为正常验证状态、身份异常状态、位置异常状态、轨迹异常状态以及通信异常状态，其中，当身份可信度满足身份验证条件而位置可信度未满足位置验证条件时，输出身份存在而位置未确认的异常状态；当位置可信度满足位置验证条件而身份可信度未满足身份验证条件时，输出位置存在而身份未确认的异常状态。

13、优选的，所述lora通信节点构成具有多个通信跳点的lora mesh通信网络，各lora通信节点根据接收信号强度、信噪比、数据包丢失率以及当前通信跳数确定候选通信路径，并选择链路可信度满足预设条件的通信路径传输所述身份标识信息及定位数据；当当前通信路径的链路可信度低于预设阈值时，切换至其他候选通信路径。

14、优选的，一种基于蓝牙与lora的施工人员双重验证定位方法，包括以下步骤：

15、s1、建立施工人员身份标识与施工人员身份终端之间的绑定关系，由施工人员身份终端周期性发送包含身份标识信息的蓝牙广播数据；

16、s2、由部署于施工区域不同位置的多个蓝牙定位节点接收所述蓝牙广播数据，分别获取对应身份标识信息的接收信号强度及接收时间，并基于多个蓝牙定位节点的接收结果确定施工人员候选位置；

17、s3、将所述身份标识信息、接收信号强度、接收时间及候选位置通过lora通信节点进行多跳传输，并根据lora通信过程中的接收信号强度、信噪比、数据传输跳数及数据包丢失情况确定通信链路可信度；

18、s4、在边缘验证节点中，根据身份标识信息与预先绑定的施工人员身份信息之间的匹配结果确定身份可信度，并根据多个蓝牙定位节点的候选位置及位置变化情况确定位置可信度；

19、s5、根据所述通信链路可信度分别对身份可信度及位置可信度进行修正，并对连续时间窗口内的多个候选位置按照时间顺序进行关联，形成施工人员连续位置轨迹；

20、s6、根据连续位置轨迹中相邻位置点之间的位置变化距离、时间间隔及移动方向确定轨迹完整性，并根据身份可信度、位置可信度及轨迹完整性进行双重验证；

21、s7、当身份可信度和位置可信度分别满足对应验证条件且轨迹完整性满足预设条件时，确定施工人员身份与施工位置相互对应，并输出施工人员的验证定位结果；当任一验证条件不满足时，根据不满足的验证条件生成对应异常状态。

22、优选的，在s2中，对多个蓝牙定位节点接收到的同一身份标识信息进行时间同步及信号有效性筛选，剔除接收时间超出预设同步窗口或者接收信号强度低于预设有效信号阈值的蓝牙定位数据，并根据剩余蓝牙定位数据确定有效定位节点集合，以形成施工人员的候选位置。

23、优选的，在s6中，将身份可信度、位置可信度及轨迹完整性分别作为身份验证因子、位置验证因子及轨迹验证因子，并按照预设融合规则形成施工人员综合验证结果；其中，当身份验证因子与位置验证因子中的任一因子低于对应验证阈值时，不直接输出有效定位结果，而是结合轨迹验证因子对当前施工人员状态进行二次判定，以区分身份异常、位置异常、轨迹异常及通信异常。

24、优选的，还包括施工区域动态更新步骤：根据施工区域的作业面变化、临时通道变化或者危险区域变化更新蓝牙定位节点对应的空间区域映射关系，并根据更新后的空间区域映射关系重新确定施工人员候选位置及异常判定区域，而无需改变施工人员身份终端的身份标识信息及lora通信网络的节点身份。

25、本发明提供了一种基于蓝牙与lora的施工人员双重验证定位系统及方法。具备以下有益效果：

26、本发明针对建筑施工现场的特点，提供了一种基于lora通信方式的系统化部署及应用方法，通过将蓝牙精确定位与lora远距离通信相结合，实现了施工现场人员定位数据的高效、稳定传输。在建筑施工现场部署lora通信网络时，利用lora mesh组网技术，各lora通信节点根据接收信号强度、信噪比、数据包丢失率以及当前通信跳数确定候选通信路径，并选择链路可信度满足预设条件的通信路径传输身份标识信息及定位数据，当当前通信路径的链路可信度低于预设阈值时自动切换至其他候选通信路径，从而有效保障了复杂施工环境中通信链路的可靠性，降低了因金属遮挡、设备干扰或空间结构复杂导致的通信中断风险。

27、本发明通过lora通信节点将蓝牙定位节点获取的身份标识信息、接收信号强度、接收时间、候选位置及位置变化信息进行多跳lora通信传输，充分发挥了lora技术远距离传输、低功耗、强穿透能力的优势，减少了施工现场通信基础设施的部署数量和成本，同时降低了系统维护频率。在高层建筑施工、地下空间施工以及大面积露天施工等场景中，lora通信网络能够覆盖传统短距离通信难以到达的区域，实现了对施工人员定位数据的全面采集和实时传输。

28、本发明支持施工区域的动态更新，根据施工区域的作业面变化、临时通道变化或者危险区域变化更新蓝牙定位节点对应的空间区域映射关系，并根据更新后的空间区域映射关系重新确定施工人员候选位置及异常判定区域，而无需改变施工人员身份终端的身份标识信息及lora通信网络的节点身份。这种动态调整能力使lora通信网络能够适应建筑施工现场的阶段性变化特点，在不同施工阶段灵活调整网络配置，延长了通信网络的有效使用周期，提高了系统在施工现场的应用适应性和实用性。

29、本发明通过施工人员身份标识按照预设广播周期持续发送，并结合多个不同位置接收结果同步获取接收信号强度、接收时间、候选位置以及位置变化信息，使身份信息与空间变化过程形成关联分析基础，避免单次接收结果造成定位判断波动，连续位置变化过程能够反映真实移动状态。同时，依据身份标识形成身份可信度，依据连续位置变化形成位置可信度，并结合链路可信度完成通信可靠性修正，使身份真实性、位置真实性以及通信质量形成协同约束，输出位置结果更具连续性、真实性及可信度，同时形成进入、离开、停留及异常移动记录，为施工现场安全管理、风险追溯、作业过程分析及异常行为识别提供更加完整的数据支撑，提高复杂施工环境下人员定位数据传输的稳定性、覆盖范围以及全过程管理可靠性。