CN102736061A - 基于rfid的网格定位系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于RFID的网格定位系统，包括通过天线获取待定位目标相关信息的RFID读写器、记录待定位目标的相关信息的电子标签和服务器，服务器根据用户的需求将指令信号传送至RFID读写器和电子标签，获取待定位目标的电子标签的坐标；该定位方法是将所要定位区域建立成二维矩阵空间，二维矩阵空间的四个角为四个RFID读写器，由若干虚拟网格单元形成，每个虚拟网格单元包括有两个或四个虚拟参考标签；通过RFID读写器的检测范围判断得到待定目标的初步位置，然后通过初步位置内的虚拟参考标签对待定目标进行定位；本发明采用非接触式操作、应用更方便；灵敏性好，能识别高速运动的物体，并可以多个目标同时识读。

Description

基于RFID的网格定位系统和方法

技术领域

 本发明涉及关于RFID的定位技术领域，特别是基于RFID的网格定位系统和方法。

背景技术

至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。RFID技术具有广阔的应用空间：很多企业、组织的门禁系统、身份鉴别系统已经使用了RFID技术；RFID技术还可以应用在财产保护、汽车跟踪、停车场和高速公路过桥计费等方面；物流业广泛使用RFID技术，从产品的生产、产品的运输到产品的销售将全面实现智能化。RFID也将全面应用到汽车、药物、食品、运输、能源、军工等各个领域。

目前，最主要使用的定位技术有：GPS、A-GPS、gpsOne、WiFi，其中：

1、GPS 定位的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置；其缺点是：GPS接收器必须接收4颗（含）以上GPS卫星的信号，才能确定位置，一旦接受不到信号，将无法实现定位。

2、A-GPS技术定位的缺点和GPS的一样，必须要接收到4颗以上的卫星信号才能定位。

3、gpsOne只适用于CDMA网络，太局限了，不能广泛使用。

4、WiFi，必须有信号源，只有在知道信号源在哪里之后，用户才能使用WiFi搜索器确定出自己的位置。

这些定位技术主要运用在空间，或者地面上，针对室内信号弱的情况下或者深山林里很难起到很好的效果，因此有必要推行基于RFID的网格定位技术。

发明内容

本发明为克服上述技术问题，提出了基于RFID的网格定位系统和方法，属于一种新的定位技术，不受网络、信号源等限制，采用非接触式操作、应用更方便，灵敏性好，能识别高速运动的物体，并可以多个目标同时识读。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

基于RFID的网格定位系统，其特征在于：包括传感网络和数据传输网络，传感网络包括RFID读写器（请将图中的RFID阅读器修改为RFID读写器，如果RFID阅读器更准确，请将图中和文字中均统一为RFID阅读器）、电子标签，数据传输网络包括后台处理平台，传感网络和数据传输网络之间网络连接；

电子标签，用于记录待定位目标的相关信息；

RFID读写器，通过天线获取携带有电子标签的待定位目标的相关信息； 

后台处理平台，作为服务器，根据用户的需求产生指令信号并将指令信号传送至传感网络，获取待定位目标的电子标签的坐标。

基于RFID的网格定位方法，其特征在于：

将所要定位区域建立成二维矩阵空间S，二维矩阵空间S的四个角为四个RFID读写器，二维矩阵空间S是由n×n个相等大小的虚拟网格单元形成，每个虚拟网格单元包括有两个或四个虚拟参考标签，其中，n为整数，n＞1；通过四个RFID读写器的检测范围判断得到待定目标的初步位置，然后通过初步位置内的虚拟参考标签与待定目标之间的距离对待定目标进行定位。

所述待定目标的初步位置为四个RFID读写器的检测范围的交叉部分中的某一个位置。

该方法实现的算法如下：

（1）建立基于虚拟参考标签的二维矩阵空间S；

（2）选择所有能够检测到待定目标的电子标签的RFID读写器：

其中

表示编号为i的读写器，

表示虚拟参考标签到编号为i的读写器的距离，R表示读写器能够检测到的最远距离；

（3）选择所有

能够检测到的虚拟参考标签：

；

其中表示编号为i的虚拟参考标签，

表示读写器与参考标签之间的距离； R表示读写器能够检测到的最远距离；

其中，S表示读写器能检测到的标签的总个数，Rj表示编号为J的读写器，Vi表示i标签的坐标，Vj表示j标签的坐标。 

（4）选择所有检测不到的待定标签的读写器：

       

（5）选择所有检测到的虚拟参考标签：

     

；

（6）选择所有属于

而不属于

的虚拟参考标签：

      ；

（7）计算

的平均坐标作为待定标签的坐标

    

;

  其中N为

里面所包含的虚拟参考标签数。

本发明的原理是：待定位目标上携带有电子标签，RFID读写器和电子标签形成的阵列接收来自服务器的指令，根据服务器的指令获取待定位目标的特征信息（如信号强度），并将其存储在RFID读写器中；数据传输网络的服务器根据用户的需求产生指令信号并将其传送至传感网络；传感网络中的RFID读写器获取了待定位目标相关的信息后，通过数据传输网络反馈给服务器；最后，服务器执行特定的算法得到待定位目标的位置信息；服务器与各读写器之间可采取有线或无线连接。

本发明的有益效果及优点如下：

本发明采用非接触式操作、应用更方便；灵敏性好，能识别高速运动的物体，并可以多个目标同时识读；环境适应性强、抗干扰能力强；安全性能高，存储的信息采用密码保护，加密算法等使其内容不易被伪造和改变；此定位算法能有效的降低多路径效应对室内定位精度的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明的实施例中的定位区域示意图

图3为本发明实施例中利用虚拟参考标签确定待定标签的坐标位置的示意图

图4为本发明实施例中确定的初步位置的示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，基于RFID的网格定位系统，包括两个网络，即传感网络和数据传输网络。传感网络一般由RFID读写器、电子标签组成，可以看作一个由用户设置的读写器／电子标签阵列。待定位目标上携带有读写器或者标签，读写器／电子标签阵列接收来自服务器的指令，根据服务器的指令获取待定位目标的特征信息（如信号强度），并将其存储在读写器中。而数据传输网络包括服务器及服务器与各读写器之间的连接。服务器根据用户的需求产生指令信号并将其传送至传感网络。传感网络中的读写器获取了待定位目标相关的信息后，通过数据传输网络反馈给服务器。最后，服务器执行特定的算法得到待定位目标的位置信息。服务器与各读写器之间可采取有线或无线的。

基于RFID的网格定位方法，将所要定位区域建立成二维矩阵空间S，二维矩阵空间S的四个角为四个RFID读写器，二维矩阵空间S是由n×n个相等大小的虚拟网格单元形成，每个虚拟网格单元包括有两个或四个虚拟参考标签，其中，n为整数，n＞1；通过四个RFID读写器的检测范围判断得到待定目标的初步位置，然后通过初步位置内的虚拟参考标签与待定目标之间的距离对待定目标进行定位。

所述待定目标的初步位置为四个RFID读写器的检测范围的交叉部分中的某一个位置。

如图2所示，为了提高精确度，我们将每四个正方形Reader划成网格状，引入虚拟参考标签，所谓虚拟参考标签，就是在不增加系统硬件的情况下，利用线性插值的方法，把实际标签组成的网格划分成许多小网格。每个由实际参考标签（图2中方块位置为Reader，也就是RFID读写器）组成的网格可以被划分成n×n个相等大小的虚拟网格单元（图3实线单元V），每个虚拟网格单元可以认为由四个虚拟参考标签（图3圆点位置）组成。由于已知实际参考标签的坐标，所以虚拟参考标签的坐标可以通过计算得到。虚拟参考标签的引入，既增加了参考标签的密度，也不会引起参考标签间的射频干扰。同时，使用虚拟参考标签并不增加系统的硬件成本。

此方法中根据Reader，即R FID读写器所包含的虚拟参考标签来确定待定标签的坐标位置，如图3所示，假设待定位目标处在图中所示“X”的位置，它处于Reader l、2、4的检测范围内，但处于Reader3的检测范围外。显然，待定位的电子标签所处的可能区域为图4中的阴影部分。最后，网格定位系统计算该区域内所有虚拟参考标签坐标的代数平均值作为待定目标的电子标签的位置。

例如，使用电子标签为433M，RFID阅读器能识别距离为0-30M。将所要定位区域画成二维平面图，将在平面图上布满如图4所示的RFID读写器直到整个定位区域都在RFID读写器Reader的阅读范围内。该方案中，是将Reader 1 、Reader 2、Reader 3、Reader 4的坐标设为已知坐标，通过它们来定位待定目标的电子标签。因此，可以得到所有的待定目标的电子标签都将在类似于1234的域里，当待定位标签处于1区域时，只有Reader 1能检测到待定标签，所以将Reader 1的坐标作为待定标签的位置。处于2区域时，Reader 1、Reader 2都能检测到待定标签将Reader 1、Reader 2的平均坐标值作为待定标签位置，Reader3、Reader 4区域也按此处理。算法如下：

（1）建立基于虚拟参考标签的二维矩阵空间S；

（2）选择所有能够检测到待定目标的电子标签的RFID读写器：

其中

表示编号为i的读写器，

表示虚拟参考标签到编号为i的读写器的距离，R表示读写器能够检测到的最远距离；

（3）选择所有

能够检测到的虚拟参考标签：

；

其中表示编号为i的虚拟参考标签，

表示读写器与参考标签之间的距离； R表示读写器能够检测到的最远距离；

其中，S表示读写器能检测到的标签的总个数，Rj表示编号为J的读写器，Vi表示i标签的坐标，Vj表示j标签的坐标；  

（4）选择所有检测不到的待定标签的读写器：

       

（5）选择所有

检测到的虚拟参考标签：

     

；

（6）选择所有属于

而不属于

的虚拟参考标签：

      

；

（7）计算

的平均坐标作为待定标签的坐标

    

;

  其中N为

里面所包含的虚拟参考标签数。

Claims (4)

1.基于RFID的网格定位系统，其特征在于：包括传感网络和数据传输网络，传感网络包括RFID读写器、电子标签，数据传输网络包括后台处理平台，传感网络和数据传输网络之间网络连接；

电子标签，用于记录待定位目标的相关信息；

RFID读写器，通过天线获取携带有电子标签的待定位目标的相关信息； 

后台处理平台，作为服务器，根据用户的需求产生指令信号并将指令信号传送至传感网络，获取待定位目标的电子标签的坐标。

2.基于RFID的网格定位方法，其特征在于：

将所要定位区域建立成二维矩阵空间S，二维矩阵空间S的四个角为四个RFID读写器，二维矩阵空间S是由n×n个相等大小的虚拟网格单元形成，每个虚拟网格单元包括有两个或四个虚拟参考标签，其中，n为整数，n＞1；通过四个RFID读写器的检测范围判断得到待定目标的初步位置，然后通过初步位置内的虚拟参考标签与待定目标之间的距离对待定目标进行定位。

3.根据权利要求2所述的网格定位方法，其特征在于：所述待定目标的初步位置为四个RFID读写器的检测范围的交叉部分中的某一个位置。

4.根据权利要求2或3所述的网格定位方法，其特征在于：该方法实现的算法如下：

（1）建立基于虚拟参考标签的二维矩阵空间S；

（2）选择所有能够检测到待定目标的电子标签的RFID读写器：

其中表示编号为i的读写器，

表示虚拟参考标签到编号为i的读写器的距离，R表示读写器能够检测到的最远距离；

（3）选择所有

能够检测到的虚拟参考标签：

；

其中表示编号为i的虚拟参考标签，

表示读写器与参考标签之间的距离； R表示读写器能够检测到的最远距离；

其中，S表示读写器能检测到的标签的总个数，Rj表示编号为J的读写器，Vi表示i标签的坐标，Vj表示j标签的坐标； 

（4）选择所有检测不到的待定标签的读写器：

       

（5）选择所有

检测到的虚拟参考标签：

     

；

（6）选择所有属于

而不属于

的虚拟参考标签：

      

；

（7）计算的平均坐标作为待定标签的坐标

    

;

  其中N为

里面所包含的虚拟参考标签数。

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