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  • WIFI室内定位

    2015-07-23 13:09:12
    本课件介绍了wifi室内定位的起源、技术体系、定位方法以及算法等。
  • wifi室内定位

    千次阅读 2012-10-12 17:04:49
    wifi室内定位:用户一旦登录Wi-Fi热点,导航软件理论上就可以透过用户接入的那个Wi-Fi热点,再配合上临近三个或以上的Wi-Fi热点,就可以确定用户的位置。据了解,技术上这些Wi-Fi能将定位范围缩小到5米左右,媲美...
    wifi室内定位:用户一旦登录Wi-Fi热点,导航软件理论上就可以透过用户接入的那个Wi-Fi热点,再配合上临近三个或以上的Wi-Fi热点,就可以确定用户的位置。据了解,技术上这些Wi-Fi能将定位范围缩小到5米左右,媲美室外的GPS卫星。
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  • wifi室内定位方案及框架,详细介绍wifi室内定位的解决方案及总体实现框架。
  • wifi室内定位技术

    2015-05-04 11:03:29
    WiFi室内定位技术的研究综述机器关键技术
  • 基于此,本课题重点研究并改进指纹定位算法,设计实现基于Android的WIFI室内定位系统。 首先,通过阅读大量相关的文献资料,对比分析了当前国内外WIFI室内指纹定位技术的研究现状对其中涉及到的相关技术的原理和特点...
  • GPS卫星定位范围太广,精确度一直不如人意,所以有了后来的AGPS定位,但是现在出现了WiFi室内定位,很大程度上方便使用者查找自身所在的位置,可以自助导游,在危险的时候还可以及时营救
  • wifi 室内定位完整版本-附说明文档,可以帮助理解怎么跑代码
  • wifi室内定位demo

    2019-03-19 16:14:04
    这个android wifi定位demo亲自试了,很好!我上传的使用android studio写的,里边的API key要你们自己去百度地图API官网去申请,反正也很简单,一分钟就能搞定。
  • 结合信道状态信息和接收信号强度的改进的WiFi室内定位方法
  • 一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法【技术领域】[0001] 本发明属于无线通信室内定位技术领域,具体涉及一种IOS设备的集中式Wifi室 内定位方法。【背景技术】[0002] 近年来,随着无线通信技术的发展以及移动智能...

    一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法

    【技术领域】

    [0001] 本发明属于无线通信室内定位技术领域,具体涉及一种IOS设备的集中式Wifi室 内定位方法。

    【背景技术】

    [0002] 近年来,随着无线通信技术的发展以及移动智能终端的逐渐普及,基于位置服务 (LocationBasedService,LBS)的应用已经成为了社会生活的重要组成部分。在室外等 无遮挡的环境中,移动终端容易利用GPS卫星信号和通信基站信号进行定位。然而在室内 等复杂环境中由于遮挡等原因,移动终端无法接收GPS卫星信号即无法实现GPS信号的定 位导航,通信基站信号定位误差往往在数十米到数百米之间,满足不了室内定位的要求。近 年来,在GPS卫星信号无法穿透的室内环境中越来越多的Wifi热点得到部署,基于Wifi信 号的定位使移动终端在室内无法进行定位和导航的难题迎刃而解。同时利用Wifi信号实 现室内定位的技术越来越成熟,尤其以运行在基于android系统的移动终端上的Wifi信号 强度指纹定位技术为主,逐渐得到了大规模的商业应用。这种算法需要通过android系统 提供API接口扫描移动终端周边部署的AP(无线接入点)的Wifi信号强度数据,根据扫描 的数据应用相应的算法计算出移动终端坐标,再在终端地图上进行坐标显示。在IOS系统 中没有上述API接口,即无法在IOS设备上对移动终端周围部署的AP的WIfi信号强度进 行扫描,所以基于Wifi信号强度指纹定位技术无法直接在IOS设备上实现。因此运行IOS 系统的移动终端无法在室内环境利用Wifi信号进行定位导航。

    【发明内容】

    [0003] 本发明的目的在于提供一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法,通过该方法成 功地实现了 IOS设备的室内定位和导航。

    [0004] 本发明采用如下技术方案:

    [0005] 本发明提供了一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法,该方法包括以下步骤:

    [0006] 步骤一,在待定位区域部署无线AP,并记录每个AP的坐标,形成AP表;

    [0007] 步骤二,建立服务器端的无线指纹数据库;

    [0008] 步骤三,对IOS设备进行接收信号强度扫描,并实时定位。

    [0009] 所述步骤一具体为:

    [0010] (1)在待定位区域部署无线AP,无线AP均匀的分布在待定位区域,铺设原理为:根 据IOS设备无线信号的覆盖范围划分点位以使IOS设备广播的无线Wifi信号在待定位区 域的任意一点处能够被不小于3个AP探测到;

    [0011] ⑵铺设完毕后,记录每个AP的坐标,将AP的mac地址和坐标,以MACap,[Xap,Yap] 的形式存储在定位服务器中,记为AP表;

    [0012] (3)为了提高定位精度,AP需要扫描到IOS设备在每一个无线信道上广播的Wifi 信号强度数据。

    [0013] 所述步骤二具体为:

    [0014] (1)在待定位区域中按照一定的距离间隔规划一系列的指纹采集点;

    [0015] (2)对规划的每一个采集点进行无线指纹采集,将运行IOS系统的移动终端置于 第i个采集点,坐标为(X1,Y1),离地的高度为1. 5米,tl时刻开始向定位服务器发起建库 请求,此时部署在第i个采集点周边的n个AP将采集到运行IOS系统的移动终端的mac地 址与信号强度RSSIlcis,连同AP本身的mac地址MACap上传到定位服务器,到t2时刻结束, 定位服务器将tl到t2时刻所有AP采集到的对于移动终端的信号强度按照第一步AP表中 AP的MC地址进行排序,并且在所有的指纹数据采集和实时定位中接收信号强度均按照该 排序方式排列,同时对于某个AP上报的移动终端在tl到t2时间段内的信号强度如果具有 多个值,则将多个信号强度求平均值,用平均值作为该AP在tl到t2时间段扫描到IOS设 备的信号强度,最终形成"坐标+RSSI向量"的基本指纹单元:(?,Y1], ([MACapl,RSSI1], [MACap2,RSSI2]……[MACapn,RSSIn])),其中:[X1,Y1]表示第i个采集点的坐标,([MACapl, RSSII] ,[MACap2,RSSI2]……[MACapn,RSSIJ)是在第i个采集点,待定位区域里所有AP对应 的MAC地址及各个AP扫描到移动终端的信号强度值,如果AP离IOS设备太远而没有扫描 数据,则将对应的RSSI置0,上述步骤直到待定位区域的所有规划指纹采集点都采集完毕;

    [0016] (3)将采集完毕的指纹数据写入数据库服务器中,记为指纹数据表。

    [0017] 所述步骤三具体为:

    [0018] 布置在待定位区域的所有AP不停地扫描环境中的所有IOS设备的mac地址和 信号强度并以 3 秒的时间间隔按(MACap,([MAClcisl,RSSI1], [MAClcis2,RSSI2]……[MAClcisn, RSSIJ) )的格式上报给定位服务器,定位服务器将收到的各个AP上报的扫描数据及收到的 时间T以(MACap,([MClcisl,RSSI1,T],[MClcis2,RSSI2,T]……[MAClcisn,RSSIn,T]))的格式存 储到内存中,同一个AP在下一个时间间隔上报的扫描数据,定位服务器收到后,针对同一 个IOS设备,只更新其内存中对应的信号强度值和服务器接收时间,对于内存中不存在的 IOS设备,则将设备的MAC地址、信号强度和服务器接收时间添加到内存中;

    [0019] IOS设备在tl时刻向定位服务器发出定位请求,计算IOS设备位置的步骤如下:

    [0020] (1)将从tl时刻往后倒退10秒的时刻记为t'时刻,定位服务器接收到定位请求 后,从定位服务器的内存中查找从t'时刻到tl时刻之间扫描到了IOS设备数据的AP的 MAC地址及IOS设备的信号强度,以[MACapl,RSSIJ,[MACap2,RSSI2]……[MACapn,RSSlJ的 格式输出,同时按信号强度从高到低的方式进行排序,这里将排序后的数据命名为data,如 果没有在内存找到t'时刻到tl时刻之间扫描到了IOS设备数据的AP信息,则返回定位失 败,在这里t'时刻的取值是一个反复实验得到的经验值;

    [0021] (2)用data中第一个AP的mac地址去数据库的AP表中查找,看AP表中是否存在 该mac地址,存在的话则进行下面一步,如果不存在,则用data中第二个AP的mac地址去 AP表中查找,直到找到AP表中存在的AP的mac地址,进入下面一步,如果找不到则定位失 败,在这里将找到的AP的mac地址标记为MACniax;

    [0022] (3)在指纹数据表中查找包含了AP的mac地址为MACniax,并且对应的RSSI值不为 〇的所有指纹数据,将data中的每一项与查找出的数据逐一计算相关系数,将相关系数最 大的前四个指纹数据中的X和y坐标分别求均值,得到坐标(AX,Ay),返回给请求定位的 IOS设备;

    [0023] (4)为了达到更好的用户体验,在IOS设备端将Wifi定位的IOS坐标(AX,Ay) 与加速度、方向等传感器数据进行融合、滤波处理后,再输出IOS设备的位置坐标(x,y)。

    [0024]本发明的原理及有益效果为:

    [0025] 本发明提供一种针对IOS设备的集中式Wifi室内定位方法,由于IOS设备不能主 动扫描部署在周围环境中AP(无线接入点)广播的Wifi信号的强度,所以本发明在AP端 主动扫描IOS设备广播的Wifi信号强度信息,通过多个AP同时扫描同一个IOS设备的信 号强度,得到信号强度向量并定时上报给定位服务器,再通过建立服务器端的Wifi信号强 度指纹库与实时定位两个阶段完成一个完整的室内定位系统。该方法不仅能够解决IOS设 备无法在Wifi环境中通过指纹技术定位的问题,而且它也适用于所有带有Wifi功能的移 动设备,对于Wifi室内定位的应用推广具有重要意义。

    【附图说明】

    [0026] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。

    [0027] 图1为本发明实施例架构图;

    [0028] 图2为本发明实施例定位区域AP部署示意图。

    【具体实施方式】

    [0029] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例,都属于本发明保护的范围。

    [0030] 如图1所示,为本发明的一种实施例,本发明IOS设备的Wifi室内定位方法的结 构主要包括IOS设备、定位服务器、数据库服务器以及多个无线访问接入点。通过图1所示 的架构方式,对IOS设备进行实时定位,其具体的步骤如下:步骤一,在待定位区域部署无 线AP,并记录每个AP的坐标,形成AP表;

    [0031] 步骤二,建立服务器端的无线指纹数据库;

    [0032] 步骤三,对IOS设备进行接收信号强度扫描,并实时定位。

    [0033] 图2展示了步骤一中待定位区域AP部署示意图

    [0034] 图2为一个长大约为18米,宽大约12米,面积约两百平米左右的待定位区域,部 署了三个AP,编号分别为API,AP2,AP3。当IOS设备进入待定位区域后,IOS设备广播的 Wifi无线信号能同时被三个AP探测到。分别记录下3个AP的坐标,将每个AP的MAC地址 和坐标以(MAC1, (X1J1M的形式存储在数据库服务器,记为AP表,如下表所示;

    [0035]

    [0036] 步骤二,建立服务器端的无线指纹数据库

    [0037] 如图2,将待定位区域按3-4米的间隔,划分为了 1-35个采集点,将采集点记为Kj, j= 1, 2, 3......,35,记录下每个采集点的坐标,得到(Xpy1),(x2,y2)、......、(x35,y35)等35 个坐标。

    [0038] 然后将IOS设备置于第1个采集点,在tl时刻,IOS设备

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    WiFi室内定位

    一 实验场地及设备介绍

    本次实验场地为武汉大学信息学部图书馆一楼大厅,通视良好,WiFi接入点(Access Point, AP)丰富,事后统计有三百余个不同的MAC地址,但人流量较大。于大厅空旷处选择一矩形区域,长22.405m,宽5.600m,以宽为x轴,长为y轴,建立坐标系。WiFi数据采集设备为华为P30手机一台,采集软件为牛小骥教授带领的WHU-GNSS惯导组开发的安卓应用程序whugnss_DataCollection。

    二 指纹库数据采集方法

    1实验场地及参考点示意图


    本次实验在坐标系中如图图 1实验场地及参考点示意图选点作为参考点(Reference PointRP),具体选点方法。考虑到单楼层2D平面定位,故统一在地面进行数据采集,每个RP采集时间约30s,采样频率50Hz,记录所有收到的AP的信号强度指标(Received Signal Strength IndicatorRSSI,单位为dB)、对应接受时刻(单位为s)、MAC号以及WiFi名称。中间两处空缺点为图书馆一楼环形沙发。

     

     

    原始数据示例见下表 1 采集设备原始数据展示

    1 采集设备原始数据展示

    测量开始时间/s

    MAC

    RSSI/dB

    WiFi名称

    20.377

    06:69:6c:bb:28:01

    -91

    WHU-WLAN

    20.377

    06:69:6c:bb:28:60

    -84

    WHU-WLAN

    20.377

    06:69:6c:c3:62:a1

    -92

    WHU-WLAN

    20.377

    1a:69:6c:bb:28:43

    -37

    eduroam

    20.377

    0a:69:6c:bb:2a:04

    -86

    WHU-WLAN-1X

    20.377

    0a:69:6c:bb:29:39

    -88

    WHU-WLAN-1X

    20.377

    1a:69:6c:bb:28:60

    -76

    eduroam

     

    三 指纹库整理方法

    通过查阅相关文献[i],选择采用点号-坐标-RSSI向量的方式将得到的WiFi数据整理成指纹库。其中,观察若干点采集的RSSI序列,其中代表性的如图 2 代表性的参考点RSSI时间序列图,发现对于大部分AP,接收到的RSSI值有较大波动,不宜直接采用平均值方法,继续查阅文献[ii],可采用高斯滤波等方法。本次实验中采用先去除一倍标准差以外的值,之后取平均的方法得到时段内每个MAC对应的RSSI,以此构建指纹库。

     

    2 代表性的参考点RSSI时间序列图

     

    指纹库中一条记录(结构体)示例如下表 2 指纹库记录示例

    2 指纹库记录示例

    结构体名

    数据

    类型

    WIFIPoint

    point_no

    int

    30

    x

    float

    0.8

    y

    float

    0.8

    vector

    Array of float64

    [-88.64285714, 0.0, 0.0, …]

     

     

    四 定位实验过程

    在采集完参考点之后,进行待测点(Observation Point)的信号采集,采集标准及处理方法同参考点。

    3 待测点分布示意图


    待测点位置如图 3 待测点分布示意图中蓝色点所示

     

     

     

     

     

    五 指纹匹配算法介绍及数据处理

    指纹匹配算法可以分为概率型算法和确定型算法两类,概率型算法是使用条件概率为位置指纹建立模型然后釆用贝叶斯推理机制来估算定位终端的位置,如贝叶斯概率算法。与基于概率的概率型算法不同,确定型算法是用来自各个的信号强度均值表示位置指纹的,并釆用确定性的推理算法来估算出定位终端的位置,如最近邻法(NN)、K最近邻算法(KNN)、加权K近邻算法(WKNN)。本次实验中采用NNKNNWKNN

     

    (一)最近邻法(NN

    最近邻法按下式(1)计算测量所得RSSI矢量与数据库中各记录的RSSI矢量之间的欧式距离L_i,然后选择最小距离对应的记录的点的位置坐标作为结果输出。

     

     

    (1

    式中为待测点的RSSI矢量,为数据库中每个参考点记录的RSSI矢量,为参考点数量。

     

    (二)K近邻法(KNN)

    与NN算法不同的是,它是找到与定位测量所得矢量最近邻的K(K>2)个数据库矢量,再以这些矢量代表的位置坐标的平均值作为待定位终端的位置输出:

     

     

    2

    式中为定位估计结果,为第个被选取的指纹信息所对应的坐标。

     

    (三)K加权近邻法(WKNN)

    与KNN算法的不同之处在于选取出最邻近的K(K>2)个参考点后,给每个数据库矢量的坐标乘上了一个加权系数,加权方法很多,本次实验采取用欧氏距离的倒数加权。

     

     

    3

     

    六 定位结果及精度分析

    (一)最近邻法(NN

    4 NN定位结果示意图


    定位结果如图 4 NN定位结果示意图所示,平均定位距离误差2.658m

     

     

     

    (二)K近邻法(KNN)

    5 KNN精度随K值改变趋势图


    分别采用K=2,4,8,16,得到平均定位距离误差如图 5 KNN精度随K值改变趋势图所示,可知本次实验中K=4时取得最佳定位结果。

     

     

    6 KNN最佳定位结果示意图


    K=4时定位结果如图 6 KNN最佳定位结果示意图所示,平均定位距离误差2.378 m

     

     

    (三)加权K近邻法

    图 7 WKNN定位结果示意图


    权为欧氏距离倒数,且K=4时定位结果如图???所示,平均定位距离误差2.370 m。

     

     

    精度在内部主要受数据预处理方法、定位方法和参数选取影响,在外部猜测主要受采集设备、人流量影响,数据采集密度和采集时长影响。

     

     

    六 小结

    本次实验熟悉了WiFi室内定位从室内数据采集到建立数据库到事后定位的一系列操作流程,编程实现了常用的NN、KNN、WKNN算法。算法定位精度在2-3 m间,基本满足室内定位要求。

    关于更多定位方法的进一步研究见自主研究报告。

     

    参考文献

     

    [i] 结合CNN和WiFi指纹库的室内定位算法[M],曹建荣等,计算机系统应用,2019,29(7):173-179 [doi:10.15888/j.cnki.csa.007492].

    [ii] 基于Android的WIFI室内定位技术研究[D],罗利,西南交通大学,2014.

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  • 低秩矩阵填充在wifi室内定位的应用与研究,李志鹏,杨旭东,近年来,移动应用日益发展,室内定位、导航等基于位置的服务的需求也随之迅速增长,而传统的室外定位方法在室内无法应用,使得室
  • 敬请关注微信公众号:智物客,与您分享物联网、智慧城市相关技术和解决方案。本文为WIFI室内定位技术分享。

    WIFI室内定位技术

    引言

    本文探讨室内定位技术中的一种:WIFI室内定位技术,并在定位技术系列最后对各种定位技术进行总结,敬请关注微信公众号“智物客”后续文章。

    概述

    基于WIFI技术的室内定位技术,可实现无线局域网实时定位,它结合无线局域网络(WLAN)和实时定位等多种技术,在室内外局部空间内,实现复杂的人员的定位、监测和追踪任务,并准确找寻到目标对象。

    3  WIFI室内定位工作原理

    (1)为提供 WIFI定位服务,室内会部署有热点(AP,每一个无线 AP都有一个全球唯一的 MAC 地址,并且一般来说无线 AP 在一段时间内是不会改变的。

    (2)WIFI终端可以程序控制扫描并收集周围的 AP 信号,无论是否加密,是否已连接,甚至信号强度不足以显示在无线信号列表中,都可以获取到 AP 广播出来的 MAC 地址。

    (3)对应每个 AP,这里有两个重要数据,AP 的 MAC 地址信号强度,MAC 地址可以决定是哪个 AP;信号强度理论上是和 AP 之间的距离有函数关系的,就是根据信号强度可以算出和 AP 的距离。

    (4)WIFI终端将这些数据发送到位置服务器,服务器就可以用一个算法计算出设备的地理位置并返回到用户设备。

    (5)定位的精度取决于 AP 的个数,信号的稳定程度,以及算法的选择。

    4  WIFI室内定位系统架构及功能

    4.1  系统结构图

     

    4.2   主要设备及组件

    4.2.1  WIFI终端

    可表现为多种形态,如手机、PDA、笔记本电脑、人员挂牌、物品标签、智能腕带等,是被定位的对象。

    4.2.2  低频触发器(可选)

    低频触发器在方案中为可选设备,同时也未在系统结构图中标示。作用为:针对特定设计的WIFI终端,当WIFI终端进入低频触发器附件区域时(通常为近5米),通过低频模块唤醒WIFI模块工作,目的是为了节约WIFI模块耗电。如果WIFI终端被要求一直处于室内,或者WIFI终端为外来人员手机等无法预先安装低频模块的设备,则不采用低频触发器。

    4.2.3  WIFI定位AP

    AP既可用于定位,也可用于传输。AP部署原则如下:

    (1)AP主要用于接收定位标签发射出来的数据,并将数据传给定位引擎。

    (2)AP可以部署在任何需要进行无线覆盖的区域,空旷区域内AP与标签的最大通讯距离在200米左右,室内环境中,由于格局等各种因素的影响,一般距离在30-50米左右。

    (3)对于定位系统的AP部署时,要求标签在任何区域至少要有1颗AP可以与标签进行通讯。

    (4)所有定位标签无需IP地址,使用网络底层协议与无线AP进行通讯,占用无线AP资源少。

    4.2.4  定位引擎

    定位引擎位于部署于定位服务器中,是定位算法实现的地方,并提供API与上层应用软件调用。一把来说,WIFI定位精度可达3-5米,重点区域定位精度小于或等于3米。

    4.2.5  上层应用软件

    上层应用软件主要体现为系统功能。WIFI室内定位系统功能主要有:

    (1)电子地图

    地图列表:增加、查看和修改地图信息;

    地图缩放:地图可以放大和缩小,调整到合适的大小;

    地图切换:跟踪单个WIFI终端时地图会自动切换,也可以手动切换地图查看某张地图上的所有WIFI终端活动情况;

    地图区域管理:在地图上进行区域划分和管理;

    地图上的AP位置设置:设置AP在地图上的位置;

    位置点设置:设置需要定位的定位点。

    (2)实时定位

    定位监控:对WIFI终端进行实时监控,并在地图中显示WIFI终端的当前位置,以及状态;

    实时轨迹:定位过程中能实时看到WIFI终端的运动轨迹;根据需要可以设置单个、多个WIFI终端在同一地图上的运动轨迹。

    跟踪指定的WIFI终端:可跟踪指定的WIFI终端,地图随着WIFI终端的移动自动切换,将鼠标移到WIFI终端上可以看到WIFI终端的当前状态;

    监控指定区域的所有WIFI终端:可以手动切换地图,查看指定地图上的所有WIFI终端的活动情况;

    WIFI终端定位配置:查看WIFI终端的定位配置情况。

    (3)历史轨迹

    预先自定义、修改轨迹;

    移动轨迹是平滑显示的;可自定义显示单个、多个在同一地图上的运动轨迹。

    可锁定一个或多个WIFI终端,按时间段播放,显示移动,地图切换;

    全屏播放。

    (4)报警设置

    越界报警:某些区域属于禁区,未经允许的WIFI终端进入将发出报警信息,或某些WIFI终端不能离开某个区域,一旦离开将发出报警信息;

    WIFI终端按钮报警:工作人员WIFI终端有按钮报警功能,当发生紧急情况时可按下按钮发出报警信息;

    与管理信息系统不符报警:在系统中已经设定好了区域号,一旦进错区域,将及时发出报警信息。

    消失报警设置:WIFI终端消失有多种因素(如电池没电、WIFI终端越过信号覆盖区域等),可以设置指定WIFI终端的消失报警条件和报警级别,如该WIFI终端消失了,将会触发相应的报警;

    电池低电报警设置:定位WIFI终端出厂设置最低电量值,一旦WIFI终端电量低于这个界限将会发出报警信息,提醒WIFI终端需要充电或更换电池;

    轨迹报警设置:指定某个WIFI终端在某段时间的行走轨迹,一旦发现该WIFI终端偏离指定的行走轨迹达一定的时间,发出报警信息。

    (5)特定WIFI终端查询与状态显示

    可查询某个区域内当前所有的WIFI终端信息或特定WIFI终端信息,并可显示该特定WIFI终端所在位置,以及当前状态(如定位、区域报警、按钮报警、消失报警等)。

    (6)统计报表

    WIFI终端警告记录:查看所有WIFI终端或指定WIFI终端的所有警告记录;

    查看WIFI终端报表:查看WIFI终端的重要报警,出入区域次数及停留时间统计;

    操作历史记录:查看用户的操作历史记录;

    可根据时间段进行数据统计;

    对各告警事件发生的时间和区域进行统计分析。



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空空如也

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