CN105740922A

CN105740922A - 一种基于rfid标签rssi信号值的图书排序方法

Info

Publication number: CN105740922A
Application number: CN201610050963.1A
Authority: CN
Inventors: 陈力军; 罗园洁; 刘佳; 万凌昊; 陈曦; 曾阿凡; 李颖; 施庆朴; 黄嘉琪
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2016-07-06
Also published as: WO2017128957A1; US20180181780A1; US10275620B2

Abstract

本发明公开了一种基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法，包括如下步骤：使用RFID设备读取图书内的图书RFID标签，标签信号包括：图书RFID标签EPC号EPC，图书RFID标签的RSSI值r，读取到的图书RFID标签的时间t，将一个时间对应一本图书的上述三个属性值标记为一个记录；将有相同标签EPC号的记录归为一类，按照时间顺序画出这一类标签RSSI值的曲线图，并对曲线图进行预处理；对曲线进一步处理，获取图书RFID标签RSSI值根据时间的变化规律，建立模型；根据模型得到每个图书RFID标签的位置顺序，以此对图书进行排序。本发明利用RFID标签信号的RSSI信号用于图书排序，准确定位出每本图书在一层书架的位置顺序，方便了图书馆管理人员和读者查找图书。

Description

一种基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法

技术领域

本发明涉及一种RFID技术领域，特别是一种基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法。

背景技术

RFID(RadioFrequencyIdentification,射频识别)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取数据，不需要人工干预。作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离大、数据可以加密等优点。RFID技术目前被逐步地应用于工业生产和日常生活的各个方面，在工厂生产、铁路运营、仓储物流、贵重品贸易、身份识别等领域得到了长足发展，。

目前，绝大多数图书馆仍然使用条形码系统，现有的条形码具有以下缺点：1.条形码是"可视技术"，扫描器必须人为操作，只能接收它视野范围内的条码条形码；2.条形码的数据不能更改；3.条形码对完整性有较高要求；4.条形码只能识别生产者和产品，并不能辨认具体的商品；5.条形码虽然只存储了少量数据，但这些数据却是未经过编码的，识别码是全球通用，因此数据保密性和安全性还是有一些欠缺。以上种种的这些问题，无线射频识别(RFID)技术可以一一解决，为图书馆图书管理带来了极大的便利。目前图书馆还没有将RFID标签的RSSI信号用于图书的排序，相对于利用标签的相位值对图书进行排序，采用RSSI信号更为简便。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法，利用RFID技术中的RSSI值来自动识别图书馆中每一层图书排列顺序。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于RFID标签的RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication接收的信号强度指示)信号值的图书排序方法，包括：基于RFID标签RSSI值随时间的变化规律对图书进行排序的方法，具体步骤如下：

步骤1，使用RFID设备读取图书内的图书RFID标签的信息，图书RFID标签的信息包括：图书RFID标签的EPC(ElectronicProductCode，产品电子代码)号，图书RFID标签的RSSI值r，读取到的图书RFID标签的时间t，将对应一本图书的上述三个属性值标记为一个记录；

步骤2，将具有相同图书RFID标签EPC号的图书归为一类，按照时间t的顺序得到这一类图书RFID标签RSSI值的曲线图，并对曲线图进行预处理；

步骤3，对步骤2得到的曲线进一步处理，获取图书RFID标签的RSSI值根据时间的变化规律，建立二次曲线模型；

步骤4，根据模型得到每个图书RFID标签的位置顺序，以此对图书进行排序。

步骤1中，RFID设备与图书之间的距离d和图书RFID标签的RSSI值具有如下式所示的关系：

d＝10^((abs(RSSI)-A)/(10*n))，

其中，abs()表示绝对值函数，A为RFID设备与图书之间的距离为1米时图书RFID标签的RSSI值，n为环境衰减因子，由上述公式得到如下公式：

RSSI＝-log(10*n*d+A)，

上述公式表明，RFID设备与图书之间的距离越远，图书RFID标签的RSSI值越小。

其中，步骤2包括如下步骤：

步骤2-1，将步骤1获得的图书RFID标签根据图书RFID标签EPC号进行划分，将有相同EPC号的图书RFID标签划分为一类，代表一本图书的图书RFID标签在不同时间t返回的RSSI值；

步骤2-2，在每个划分好的类中，按照时间t的顺序对每一类图书RFID标签的RSSI值排序，得到一个RFID标签RSSI值随时间t变化的曲线图；

步骤2-3，图书RFID标签的RSSI值随着时间t变化形成曲线，找出曲线图中的最高波峰，保留拥有最高波峰的一段连续曲线，将其他散点或者拥有波峰但非最高波峰的一段曲线剔除。

其中，步骤3包括：

对步骤2中保留的曲线进行二次曲线拟合，得出拟合后的曲线的波峰即最高点所在的时间T。

其中，步骤4包括：

对步骤3得到的所有图书RFID标签的时间T从小到大进行排序，得出的时间顺序即对应每本图书在书架上的位置顺序。

本发明首次将RSSI值用于图书馆图书排序，从而可以得到每本图书在一层书架上的具体位置顺序，使得图书管理员和读者可以快速查找到图书。

有益效果：通过本方法实现了对书架每层的图书排序的目的，可以准确的定位出每一本书的位置顺序，提高了图书馆典藏的精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是天线与书架的位置关系图。

图2是RSSI值随时间变化图。

图3是实施例的流程图。

具体实施方式

实施例1

RFID技术由三部分组成：天线，阅读器和RFID标签。天线发射出的射频信号在到达RFID标签后会被标签反射回来，阅读器通过接收到的反射信号识别RFID标签，其中，反射的信号包括RSSI信号。本实施例利用标签反射的RSSI信号值实现图书馆的图书排序。距离与RSSI信号值得关系如下：

d＝10^((abs(RSSI)-A)/(10*n))，

其中，d为计算所得距离，RSSI为接收信号强度(负值)，A为发射端和接收端相隔1米时的信号强度，最佳范围为45-49，n为环境衰减因子，一般取2～5。由上述公式可以转换得出：

RSSI＝-log(10*n*d+A)，

上述公式表明，距离d越大，RSSI值越小。

对图书馆书架的一层图书进行排序时，要将天线平行放置在距离图书不远的位置，否则RSSI信号值对于一本书来说随时间变化不会很大，在本实施例中天线距离图书的距离设置为10cm。在扫描图书的过程中，匀速地将天线从书架的一侧缓慢移动至书架的另一侧，俯视图如图1所示。

通过理论分析及实验，RSSI信号值随着时间变化规律如图2，横坐标表示读取标签的时间，纵坐标表示标签返回的RSSI信号值。

通过图2可以得出以下结论：

当天线距离RFID标签由远到近时，RSSI值递增；由近及远时，RSSI值递减；

本实施例提供了基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法，其中数据采集的过程如下：

1、在每本图书中都放入一个RFID标签，标签的EPC号包括图书的id号，从EPC号中提取此id号，根据id号查询后台数据库服务器，可以查询相关图书信息。

2、将天线从书架的一端平行于图书缓慢移动至书架的另一端，天线距离图书的距离保持10cm。

3、采集到的信息包括图书RFID标签的EPC号，标签反射的RSSI信号值r和采集到标签信号的时间t。将一个时间对应一本图书的上述三个属性值标记为一个记录，采集到的数据应该包含该层书架所有图书在不同时间的记录，将所有记录保存至后台数据库，以供后续分析。

采集到数据后，可以对图书进行排序，具体过程如下：

1、从后台数据记录根据标签EPC号划分类，EPC号相同的记录为一类，代表一本图书的信息。

2、在每个划分好的类中，按照时间顺序对每个记录的RSSI值排序，可以得到一个RFID标签RSSI值随时间变化的曲线图。

3、由于环境因素的影响，每本图书对应的RSSI值可能在某些时间会偏离曲线，出现一些离散的点或者小的波，所以要先对这些稀疏的点进行处理。对RSSI值随着时间的增加，其值先递增，到达一个最高点之后，再递减。找出曲线图中的最高波峰，保留拥有最高波峰的一段连续曲线，将其他散点或者拥有波峰但非最高波峰的一段曲线剔除；

4、某些图书比较薄，读到其里面RFID标签的次数比较少，导致上述预处理后的图上的点比较稀疏，所以需要对预处理好后的点进行二次曲线拟合。

5、从拟合好后的曲线找出最高点所对应的时间，每本图书都对应一个时间，将这些时间从小到大进行排序，得到的时间顺序就是对应图书在书架上的位置顺序。

本实施例的基于RSSI值的图书馆图书排序流程如图3所示。

1.将RFID标签放在图书中，并和后台数据库绑定

放置在图书中的标签EPC号的格式设置为：

0BCXXXXXXXX000000000

0：表示标签的类型为图书RFID标签

B：书的借出状态

0：表示未借出

1：表示借出

2：表示不准外借

C：表示长度，目前图书的编码长度为8

XXXXX：表示图书ID号，由图书的条形码获得

00000：因RFID编码要求，不足双字节需要进行补零操作；

在获取标签的EPC号之后，提取EPC号第4位开始的8位数字，作为图书的id号，后台数据库中包含图书的信息和图书所在的书架信息。从标签中提取出图书的id号以后，可以根据此id号到后台数据库进行图书信息的查询。

2.扫描图书，获取数据

图书馆书架上的图书应该整齐排放，书参差放置可能会影响排序的效果。整理好图书以后，将天线平行放置于距离图书10cm左右的位置。天线不能离图书太远，否则在移动的过程中，一本书返回的RSSI信号值不会有太大的区别，因为在一定范围内天线相对于图书的距离没有发生大的变化。移动的速度也不应该过快，移动速度快，天线读取标签的次数会减少，本实施例将速度控制在0.1m/s左右。

获取的数据包括图书RFID标签的EPC号，标签返回的RSSI信号值r和读取标签的时间t。将获取的数据保存在后台数据库中，以供后续的步骤处理。图书排序可以是边扫描图书边排序，也可以是扫描好书架一层的图书后再排序，根据实际需要处理。本实施例是采用第一种，边扫描图书边对图书进行排序。在扫描书架一层的部分图书后，从后台数据库提取相应图书的数据进行处理，对这几本图书进行排序，将本次得到的结果保存至上一次结果的后面，然后删除数据库中的数据。

3.对数据进行分类，画出RSSI值曲线图

获取的数据是多本书的数据交错在一起，需要将数据进行提取分类，将有相同EPC号的数据归为一类，代表一本书的RSSI标签在不同时间返回的RSSI值。将分好类的数据分别按照时间顺序得到RSSI值的变化曲线图。

4.对数据进行预处理

由于环境因素的干扰，再加上书的厚薄程度不同，导致上述步骤得到的曲线图会有离散的点，或者会出现一些小的波峰，这些都是对后续步骤的干扰因子，需要将这些点进行剔除，只留下拥有最高值的一段连续曲线。

5.曲线拟合，图书排序

预处理好的曲线还不是能对其进行分析的最好模型，需要对曲线要进行二次曲线拟合，得到完整的随时间先递增，后递减的波段，取其最大值所在的时间为T。对得到的T₁、T₂、T₃...Tn按照从小到大的顺序进行排序，这个顺序就是标签所在的图书的位置顺序。

本发明提供了基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，使用RFID设备读取图书RFID标签的信息，图书RFID标签的信息包括：图书RFID标签的EPC号，图书RFID标签的RSSI值，读取到的图书RFID标签的时间t，将对应一本图书的上述三个属性值标记为一个记录<EPC号,RSSI值,时间t>；

2.根据权利要求1所述的一种基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法，其特征在于，步骤1中，RFID设备与图书之间的距离d和图书RFID标签的RSSI值具有如下式所示的关系：

d＝10^((abs(RSSI)-A)/(10*n))，

RSSI＝-log(10*n*d+A)，

3.根据权利要求2所述的一种基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法，其特征在于，步骤2包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法，其特征在于，步骤3包括：对步骤2中保留的曲线进行二次曲线拟合，得出拟合后的曲线的波峰即最高点所在的时间T。

5.根据权利要求4所述的一种基于RFID标签RSSI信号值的图书排序方法，其特征在于，步骤4包括：对步骤3得到的所有图书RFID标签的时间T从小到大进行排序，得出的时间顺序即对应每本图书在书架上的位置顺序。