CN102004893A - 基于射频识别自校准的行车定位方法 - Google Patents

Abstract

基于射频识别自校准的行车定位方法，通过安装于行车行驶电机主轴处的旋转编码器获取行车位移信息，安装于行车轨道的RFID电子标签校准旋转编码器所测位移信息。根据旋转编码器测量坐标值与RFID电子标签坐标值的偏差范围进行加权分配系数的选择，并采用自学习加权的最小二乘法对旋转编码器与RFID电子标签的动态偏差进行校准，降低受行车机械因素影响产生的旋转编码器测量误差。将行车当前位置距垛位中心点的偏差信息上传至行车终端控制系统可为行车驾驶员吊运时提供参考。本发明采用旋转编码器测量位移并用RFID校准的复合定位技术，可以有效减少行车位置跟踪中机械打滑等问题产生的误差，提高了行车定位精度，有益于行车吊运生产的管理。

Description

基于射频识别自校准的行车定位方法

技术领域

本发明涉及一种应用于行车自动跟踪的定位方法，具体地讲该方法依靠旋转编码器获取精确的位置信息，利用射频识别(Radio frequency identification：RFID)定位技术对旋转编码器进行校准，最终将当前位置信息与当前行车距垛位中心点的偏差信息上传，属于行车位置跟踪技术领域。

背景技术

行车驾驶员在物料的起吊与放下阶段都需要获知物料的精确位置，并需将物料的吊起与放下位置反馈给地面管理人员，以提高库存更新的实时性。对行车的定位，通常采用人工手动的方式，该方式主要存在以下弊端：1、行车驾驶员目测确定吊运位置，增加了人为干预的因素，降低了行车吊运效率；2、行车驾驶员在吊运完成一次操作后，还需主动将完成的结果信息反馈下去，实际中会出现遗忘反馈、信息出错的现象，增加了行车驾驶员的负担；3、地面调度员协调驾驶员吊运钢卷，会在吊运操作区域进行观测与指挥，增加了安全隐患。

为提高行车吊运生产的自动化程度，实现行车位置的实时跟踪，需在行车中引入行车位置自动跟踪系统。传统的根据机械轮旋转测量位移的方法，测量精度较高，但受到机械轮打滑，机械惯性等因素的影响，造成该方法长时间运行存在较大的累积误差；目前射频识别定位技术在高速列车定位、生产工具定位等不同领域中均取得了较好的应用效果，该方式采用无接触识别方式，读取速度快、可靠性高，但为获得较高的定位精度需保证轨道上布设较密的RFID电子标签，安装工作量较大，难以获得较高的定位精度。

发明内容

技术问题：为了提高行车定位的精度，本发明提供一种基于RFID自校准的行车定位方法，将RFID定位与机械轮旋转测量位移方法组合使用，依靠旋转编码器获取精确的位置信息，利用RFID定位技术对旋转编码器进行校准，可以有效地克服机械因素带来的误差，提高了行车定位的精度，从而满足行车位置自动跟踪的要求。

技术方案：一种行车定位方法，其特征是该方法采用安装于行车行驶电机主轴处的旋转编码器获取行车位移信息，安装于行车车身上的RFID读写器采集布设于行车轨道的RFID电子标签，利用RFID电子标签坐标值对旋转编码器行车位移测量值进行校准。该方法包括以下步骤：

第一：按一定时间间隔获取相对库区零点的旋转编码器测量坐标值x；

第二：检查此时是否读取到RFID电子标签，若未读取到则将此时旋转编码器测量坐标值x作为行车实际坐标值

，进入第五步；若读取到RFID电子标签则转向下一步；

第三：由读取到的RFID电子标签标识信息(ID号)查询标签坐标对应表，得到RFID电子标签坐标值x′，判断旋转编码器测量坐标值x与RFID电子标签坐标值x′是否在合理偏差范围：

|x-x′|＜Δ

其中Δ为设定的合理范围值，由RFID电子标签的可读范围确定。若超出范围则将旋转编码器测量坐标值x舍去，RFID电子标签坐标值x′作为行车实际坐标值

，设定加权分配系数α＝α′；若在偏差范围内则设定加权分配系数α＝α″，进入下一步处理；

第四：采用具有自学习加权功能的最小二乘法对旋转编码器测量坐标值x进行校准，计算出读取RFID电子标签时行车的精确位置，即得到行车实际坐标值

；

第五：查询垛位中心点坐标数据表格，获得垛位中心点坐标值z，结合行车实际坐标值计算当前行车位置距垛位中心点的偏差值d。

所述的库区零点为大车轨道布设RFID电子标签的起始位置，即大车轨道上第一个RFID电子标签的位置为零点。

所述的RFID电子标签按一定间隔均匀布设于行车轨道。

所述的RFID电子标签坐标值x′由RFID电子标签实际布设位置确定，保存于标签坐标对应表格中；垛位中心点坐标值z由垛位尺寸结合RFID电子标签布设位置计算确定，保存于垛位中心点坐标数据表格中。

所述的自学习加权的最小二乘法采用对历史数据与实时数据加权的方法。并采用一个滑动数据窗体进行各RFID电子标签处行车实际坐标值历史数据的保存，设该窗体的长度为M。具体步骤如下：

第一：由RFID电子标签坐标值x′找到对应的滑动数据窗体，取出行车实际坐标值的历史数据计算相对RFID电子标签坐标值x′的平均方差

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}=\frac{1}{M}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{({\tilde{x}}_i-x^{\′})}^2$

其中为滑动窗体内历史数据，M是滑动数据窗体长度，i是滑动数据窗体内数据标号。

第二：由旋转编码器测量坐标值x得到相对RFID电子标签坐标值x′的实时方差σ′。

σ′＝(x_i-x′_i)²

第三：获取由旋转编码器测量坐标值x与RFID电子标签坐标值x′是否在合理偏差范围而确定的加权分配系数α，由该加权分配系数α协调历史数据与实时数据在方差估计中的权重。得方差估计值

$\widetilde{\mathrm{\σ}}=\mathrm{\α}{\mathrm{\σ}}^{\′}+(1-\mathrm{\α})\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}$

其中

是行车实际坐标值

与RFID电子标签坐标值x′的方差值估计值。

第四：由行车运动方向得到行车实际坐标值

若行车正向通过RFID电子标签：

若行车反向通过RFID电子标签：

由此计算出读取RFID电子标签时的精确位置，得到行车实际坐标值

第五：将得到的行车实际坐标值

保存于滑动数据窗体中。

所述的滑动数据窗体保存读取RFID电子标签位置处行车实际坐标值

的历史数据，该窗体的初始值为RFID电子标签坐标值x′。每一个RFID电子标签对应一个滑动数据窗体。

所述的行车运动反向由RFID电子标签的标号顺序定义，库区内第一个标签指向最后一个标签的方向为正向，反之为反向。

所述的当前行车位置距垛位中心点的偏差值d采用以下方法确定：由垛位中心点坐标数据表格取出垛位中心点坐标z，取行车实际坐标值与该垛位中心点的坐标数据的差值的绝对值，得当前位置距垛位中心点的偏差值，并由当前行车的运动方向确定此时背离或驶向垛位中心点。

所述的垛位中心点为当前读到的RFID电子标签对应垛位的中心点，为行车读取RFID电子标签后将要到达的垛位。

上述得到的行车实际坐标值当前行车位置距垛位中心点的偏差值d均上传至行车终端控制系统，作为行车自动跟踪系统的数据来源。

有益效果：该发明采用旋转编码器采集当前行车坐标值，采用RFID技术对旋转编码器进行校准，有效消除了行车机械打滑等因素带来的定位误差，降低方案实施中的安装工作量，提高了行车定位系统的精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明主程序流程图。

图2是本发明定位装置安装位置示意图。

图3是本发明对旋转编码器校准的流程图。

图4是本发明确定垛位中心点偏差信息流程图。

图中有：行车大车车身1，行车大车旋转编码器2，行车大车RFID读写器3，RFID电子标签4，标签固定支架5，行车小车车身6，行车小车旋转编码器7，行车小车RFID读写器8。

具体实施方式

下面将以本发明一种行车定位方法在钢铁厂钢卷库区的应用作为实施例对本发明作进一步详细说明。

图1所示为本发明主程序流程图，具体的执行过程如图所示，采用安装于行车行驶电机主轴处的旋转编码器采集行车位移信息，安装于行车车身上的RFID读写器采集布设于行车轨道处的RFID电子标签，利用RFID电子标签坐标值对旋转编码器行车位移值进行校准。

为保证较高的定位精度，要求旋转编码器输出的行车位移信息每隔0.1s采集一次，由该钢卷库区行车最高行驶速度为2m/s可得运动中最低定位精度为10cm，平时吊运操作在低速运动下会有较高的定位精度；考虑到RFID电子标签会重复地将数据传输至RFID读写器，为减少对冗余数据的处理，仅当上传的RFID电子标签ID信息发生改变时才进行采集。

如图1所示的流程图中，当行车读取到RFID电子标签时，需首先判断旋转编码器测量坐标值x是否有参考价值，如果受机械打滑影响过大，该值误差较大，不能用来校准。将旋转编码器测量坐标值与查表得到的RFID电子标签坐标值x′作差比较，如果实测值与电子标签坐标值差距较大，超过±15cm范围，需舍去此次测量的旋转编码器测量坐标值x，将RFID电子标签坐标值x′作为旋转编码器测量坐标值x，并设定加权分配系数α＝α′，α′取值范围为0.2-0.3，即当前行车实际位置以历史数据占主要权重；若实测值与电子标签坐标值差距不大，在±15cm范围内，表示该旋转编码器受打滑影响不大，设定加权分配系数α＝α″，α″取值范围为0.6-0.8，即当前行车实际位置以此次测量数据占主要权重；

图2所示为本发明的定位装置安装位置示意图，旋转编码器安装于行车行驶电机主轴处采集行车位移信息，RFID读写器安装于行车大车及小车车身上读取RFID电子标签，RFID电子标签分别布设于行车大车及小车轨道处，具体的安装位置以地面垛位的分布为距离单位，要求标签位置处垛位中间间隔区域的正中位置，以达到两个标签共同标定一个垛位的目标，安装过程中测量出垛位的几何尺寸及垛位间距，以确定RFID电子标签安装位置及垛位中心点坐标值，将该值保存入数据表中，作为行车校准及计算当前位置距垛位中心点偏差时使用。

图3所示为读取到RFID电子标签时对旋转编码器值进行校准的流程图，该流程仅发生在行车上的RFID读写器读取到RFID电子标签时，因RFID读写器在读取电子标签时有一定的动态范围，约为标签正中±15cm，不一定在RFID读写器正对电子标签时读取，直接使用RFID电子标签坐标值赋值给旋转编码器位移测量值会降低定位精度，采用具有自学习加权的最小二乘法校准旋转编码器所测位移值，减少RFID读写器读取电子标签时的动态误差，具体计算步骤如下介绍：

第一：由得到的旋转编码器测量坐标值x计算相对RFID电子标签坐标值x′的方差数据σ′，采用的计算公式如下：

σ′＝(x_i-x′_i)²；

第二：设计滑动数据窗体保存历史数据，设该窗体长度为M，每次数据校准后将行车实际坐标值

放在该窗体的末端，首端数据舍弃，其余数据按顺序向首端移位，得到一系列的历史数据，做为校正数据的参考，该窗体内数据初始时为该标签处RFID电子标签坐标值x′，程序中一个标签对应一个数据窗体，实际中可选取窗体长度M＝10。选取滑动数据窗中的数据求出窗体内数据对RFID电子标签坐标值x′的方差平均值

其中

为滑动窗体内历史数据。

第三：获取由旋转编码器测量坐标值x与RFID电子标签坐标值x′是否在合理偏差范围而确定的加权分配系数α，由该加权分配系数α协调历史数据与实时数据在方差估计中的权重。得方差估计值

$\widetilde{\mathrm{\σ}}=\mathrm{\α}{\mathrm{\σ}}^{\′}+(1-\mathrm{\α})\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}$

其中

是行车实际坐标值

与RFID电子标签坐标值x′的方差值估计值。

第四：由行车运动方向得到行车实际坐标值

若行车正向通过RFID电子标签：

若行车反向通过RFID电子标签：

由此计算出读取RFID电子标签时的精确位置，得到行车实际坐标值

第五：将得到的行车实际坐标值

保存于滑动数据窗体中。

图4为本发明确定当前行车位置距垛位中心点的偏差值d流程图，行车采集到旋转编码器的位移信息后，经上述转换得到行车实际坐标值

取该值与垛位中心点坐标z计算差值的绝对值，即可得当前行车位置距垛位中心点的偏差值d。设第一个RFID电子标签的位置指向最后一个电子标签的方向为行车行驶的正向，最后一个RFID电子标签指向第一个电子标签的方向为反向。由行车行驶方向、偏差的正负值判断出当前行车行驶状态为背离垛位中心点或驶向垛位中心点。

Claims (9)

1.一种基于射频识别自校准的行车定位方法，其特征是该方法采用安装于行车行驶电机主轴处的旋转编码器获取行车位移信息，安装于行车车身上的射频识别读写器采集布设于行车轨道的射频识别电子标签，利用射频识别电子标签坐标值对旋转编码器行车位移测量值进行校准，具体包括以下步骤：

第一步：按一定时间间隔获取相对库区零点的旋转编码器测量坐标值x；

第二步：检查此时是否读取到射频识别电子标签，若未读取到则将此时旋转编码器测量坐标值x作为行车实际坐标值

，进入第五步；若读取到射频识别电子标签则转向下一步；

第三步：由读取到的射频识别电子标签标识信息ID号查询标签坐标对应表，得到射频识别电子标签坐标值x′；判断旋转编码器测量坐标值x与射频识别电子标签坐标值x′是否在合理偏差范围，若超出范围则将旋转编码器测量坐标值x舍去，射频识别电子标签坐标值x′作为行车实际坐标值

，设定加权分配系数α＝α′；若在偏差范围内则设定加权分配系数α＝α″，进入下一步处理；

第四步：采用具有自学习加权功能的最小二乘法对旋转编码器测量坐标值x进行校准，计算出读取射频识别电子标签时行车的精确位置，即得到行车实际坐标值

第五步：查询垛位中心点坐标数据表格，获得垛位中心点坐标值z，结合行车实际坐标值计算当前行车位置距垛位中心点的偏差值d。

2.根据权利要求1所述的基于射频识别自校准的行车定位方法，其特征是所述的库区零点为大车轨道布设射频识别电子标签的起始位置，即大车轨道上第一个RFID电子标签的位置为零点。

3.根据权利要求1所述的基于射频识别自校准的行车定位方法，其特征是所述的射频识别电子标签间隔均匀布设于行车轨道。

4.根据权利要求1所述的基于射频识别自校准的行车定位方法，其特征是所述的射频识别电子标签坐标值x′由射频识别电子标签实际布设位置确定，保存于标签坐标对应表格中；垛位中心点坐标值z由垛位尺寸结合射频识别电子标签布设位置计算确定，保存于垛位中心点坐标数据表格中。

5.根据权利要求1所述的基于射频识别自校准的行车定位方法，其特征是所述的自学习加权功能的最小二乘法采用对历史数据与实时数据加权的方法，并采用一个滑动数据窗体进行各射频识别电子标签处行车实际坐标值历史数据的保存，设该窗体的长度为M；具体步骤如下：

第一：由射频识别电子标签坐标值x′找到对应的滑动数据窗体，取出行车实际坐标值的历史数据计算相对射频识别电子标签坐标值x′的平均方差

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}=\frac{1}{M}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{({\tilde{x}}_i-x^{\′})}^2$

其中

为滑动窗体内历史数据，M是滑动数据窗体长度，i是滑动数据窗体内数据标号，

第二：由旋转编码器测量坐标值x得到相对射频识别电子标签坐标值x′的实时方差σ′，

σ′＝(x_i-x′_i)²

第三：获取由旋转编码器测量坐标值x与射频识别电子标签坐标值x′是否在合理偏差范围而确定的加权分配系数α，由该加权分配系数α协调历史数据与实时数据在方差估计中的权重。得方差估计值

$\widetilde{\mathrm{\σ}}=\mathrm{\α}{\mathrm{\σ}}^{\′}+(1-\mathrm{\α})\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}$

其中是行车实际坐标值

与射频识别电子标签坐标值x′的方差值估计值，

第四：由行车运动方向得到行车实际坐标值

若行车正向通过射频识别电子标签：

若行车反向通过射频识别电子标签：

由此计算出读取射频识别电子标签时的精确位置，得到行车实际坐标值

第五：将得到的行车实际坐标值

保存于滑动数据窗体中。

6.根据权利要求5所述的基于射频识别自校准的行车定位方法，其特征是所述的自学习加权功能的最小二乘法中，滑动数据窗体保存读取射频识别电子标签位置处行车实际坐标值

的历史数据，该窗体的初始值为射频识别电子标签坐标值x′，每一个射频识别电子标签对应一个滑动数据窗体。

7.根据权利要求5所述的基于射频识别自校准的行车定位方法，其特征是所述的自学习加权功能的最小二乘法中，行车运动反向由射频识别电子标签的标号顺序定义，库区内第一个标签指向最后一个标签的方向为正向，反之为反向。

8.根据权利要求1所述的基于射频识别自校准的行车定位方法，其特征是所述的当前行车位置距垛位中心点的偏差值d采用以下方法确定：由垛位中心点坐标数据表格取出垛位中心点坐标z，取行车实际坐标值

与该垛位中心点的坐标数据的差值的绝对值，得当前位置距垛位中心点的偏差值，并由当前行车的运动方向确定此时背离或驶向垛位中心点。

9.根据权利要求8提出的基于射频识别自校准的行车定位方法，其特征是所述的垛位中心点为当前读到的射频识别电子标签对应垛位的中心点，为行车读取射频识别电子标签后将要到达的垛位。

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