CN108038402A - 一种基于rfid技术的爆破施工现场雷管定位方法 - Google Patents
一种基于rfid技术的爆破施工现场雷管定位方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及雷管检测技术，具体涉及一种基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法，通过RFID技术定位装置实现，RFID技术定位装置包括RFID标签、天线阵列、射频读写器、监控中心、数据存储设备、计算机、报警装置和报警系统；RFID标签与射频读写器无线连接，天线阵列与射频读写器相连，射频读写器与计算机相连，监控中心分别连接计算机、报警系统和数据存储设备，报警装置与报警系统相连。该雷管定位方法，能够精准的查找到爆破现场内每发雷管的信息，包括炮孔内的雷管，并能在爆破现场外围形成警戒范围，解决了在爆破现场雷管丢失以及炮孔内错放漏放雷管问题。
Description
技术领域
本发明属于雷管检测技术领域，尤其涉及一种基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法。
背景技术
随着国家对爆破安全的要求越来越高，公安部门对于爆破施工现场雷管监控这一方面也越来越受到重视。雷管在爆破现场操作过程中往往会发生雷管丢失问题，另外在爆破过程中由于疏忽在炮孔内错放甚至漏放雷管，爆破后不能确定是否存在雷管未爆引起的盲炮，这都可能会引发人民生命及财产安全问题。
目前市场上常见的跟踪定位设备，通常是将GPS(全球定位系统)、GSM(全球移动通信系统)进行整合集成，使用GPS进行精确定位以及使用GSM进行基站定位和定位信息传送。但是受GPS定位精度的限制，尚缺少对目标实现10米以内精确定向和定位的手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够精准的查找到爆破现场内每发雷管的信息，并能在爆破现场外围形成警戒范围的雷管定位方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法，通过RFID技术定位装置实现，RFID技术定位装置包括RFID标签、天线阵列、射频读写器、监控中心、数据存储设备、计算机、报警装置和报警系统；RFID标签与射频读写器无线连接，天线阵列与射频读写器相连，射频读写器与计算机相连，监控中心分别连接计算机、报警系统和数据存储设备，报警装置与报警系统相连；包括以下步骤：
步骤1、将RFID标签附着在雷管表面，使RFID标签的识别码对应不同编码信息的雷管，雷管的不同编码信息存储在RFID标签内，同时将RFID标签信息及相对应雷管编码信息记录在数据存储设备中；
步骤2、在爆破现场周围布置多个射频读写器，射频读写器通过天线阵列接收RFID标签信号，根据RFID标签信号在传递过程中随距离变化的衰减规律定义一个警戒范围；
步骤3、通过计算机向射频读写器发出指令，射频读写器收到指令后与RFID标签建立通信，RFID标签收到射频读写器发出的指令后，按照指令反馈存储在RFID标签中的雷管编码信息，射频读写器按照协议及算法对接收到的信号进行解调处理后发送给计算机；计算机对信息进行处理，得出每个雷管对应的位置，并将雷管的位置呈现于监控中心；
步骤4、将报警装置安放在爆破现场，当监控中心监测到爆破现场内RFID标签信号非正常移动或出现在警戒范围时，报警系统首先通过人工方式询问现场工作人员，确认是否正常，若情况异常，报警系统立即启动报警装置；
步骤5、爆破前，通过射频读写器实时获取爆破现场内雷管位置信息，并长期保存与分析；爆破后，通过射频读写器再次读取爆破区域内RFID标签信号，若能识别到RFID标签信号，则爆破区域内可能存在盲炮；若未能识别到RFID标签信号，则通过失去的RFID标签信号与储存在数据存储设备中的数据进行对比分析，将已引爆的雷管编码数据抹除。
在上述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法中，天线阵列设置于射频读写器内，用于测量RFID标签向射频读写器发射电磁波的入射角。
在上述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法中，步骤2所述警戒范围的定义是利用对数路径损耗模型来预测电磁波在空间传播过程中沿着某条路径随距离增加信号的平均衰减程度，得到信号衰减规律公式为：
其中，n为路径损耗指数，表示距离的变化与信号衰减率的关系，d0为近地参考距离，d是读写器与标签之间的距离；根据信号衰减规律公式(1)定义警戒范围。
在上述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法中，步骤3的实现包括，设已知两个射频读写器坐标位置，相对坐标分别设为(x1，y1)、(x2，y2)，两个射频读写器坐标测得的所有RFID标签发出的信号达到射频读写器时的入射角及标签号分别为(α1、β1、T1)，(α2、β2、T2)，……(αn、βn、Tn)，解方程可得到任一标签(x，y)的位置信息：
解(2)得任一标签的坐标：
射频读写器对获取到的不同位置的RFID标签信息进行处理，将RFID标签信息及由天线阵列测得的相对应RFID标签的入射角形成一组特定格式的数据，射频读写器将该数据上报给计算机，计算机将该数据进行初步处理后送入数据储存设备进行进一步的比对，计算机根据获取的不同位置的RFID标签信息结合数据储存设备中储存的不同识别码对应的雷管进行关联，通过上述算法得出每个雷管相对应的位置信息，并将雷管的位置通过监控中心的人机界面呈现给监控人员。
在上述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法中，在爆破现场周围安放至少4个射频读写器。
在上述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法中，RFID标签还可以附着在爆破现场内所有民爆物品上。
在上述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法中，RFID标签内置微控制芯片。
本发明的有益效果：与传统定位系统相比，能够精准的查找到爆破现场内每个炮孔内雷管信息，并能在爆破现场外围形成警戒范围，解决了在爆破现场雷管丢失以及炮孔内错放漏放雷管问题。
附图说明
附图1为本发明一个实施例RFID技术定位装置的系统框图；
附图2为本发明一个实施例RFID技术定位装置布局示意图；
附图3为本发明一个实施例RFID技术定位装置工作流程图；
附图4为本发明一个实施例爆破现场利用RFID技术精确定位布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例提供了一种基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法，该定位方法由RFID技术定位装置实现，RFID技术定位装置包括RFID标签、天线阵列、射频读写器、监控中心、计算机、数据存储设备、报警装置和报警系统。
而且，RFID标签内置微控制芯片，可存储雷管数据，并有唯一识别码，可被射频读写器识别，识别码对应不同编码信息的雷管；天线阵列用于测试目标标签向射频读写器发射电磁波的入射角，天线阵列与射频读写器相连；射频读写器布置在爆破现场周围，射频读写器通过天线阵列接收到RFID标签发出的信号与两者之间的距离存在一定的函数关系，即信号在传递过程中存在一定的衰减规律，根据信号的衰减规律可以定义一个警戒范围。若在警戒范围内识别到RFID标签的信号，则将触发报警系统。射频读写器与计算机相连，监控中心分别与计算机、报警系统和数据存储设备相连，数据存储设备用于储存RFID标签信息及雷管编码信息；计算机用来协调射频读写器和RFID标签之间数据通信，包括信息储存和信息处理。射频读写器收到计算机指令后与RFID标签建立通信，RFID标签收到射频读写器发出的指令后，并按照指令反馈存储在EEPROM模块中的雷管编码信息，射频读写器按照协议及算法内容对接收到的信号进行解调等处理后发送给计算机。计算机对这些信息进行格式的统一，最后进行算法的计算，得出每个雷管相对应的位置，并将雷管的位置通过监控中心的人机界面呈现给监控人员，从而监控人员清楚地知道爆破现场每个雷管位置。计算机与报警系统相连，报警系统用于当监控中心监测到RFID标签信号非正常移动或信号出现在警戒范围时，报警系统可以通过人工方式询问详细的原因，确认是否正常，若判断情况非正常则立即启动爆破现场的报警装置。
如图1所示，为RFID技术定位装置的结构示意图，RFID标签附着在雷管表面且难以拆除，RFID标签含有唯一的识别码，唯一的识别码对应不同编码信息的雷管，雷管的不同编码信息存储在RFID标签内EEPROM模块中，同时RFID标签信息及相对应雷管编码信息经过统一登记记录在数据存储设备中。
在爆破前，通过射频读写器实时获取爆破现场内雷管位置信息，并长期保存与分析；爆破后，通过射频读写器再次在爆破区域内读取RFID标签信号，若能识别到标签信号，则爆破区域内可能存在盲炮；若未能识别到RFID标签信号，则通过失去的RFID标签信号与储存在数据存储设备中的数据进行对比分析，通过RFID标签唯一识别码将已引爆的雷管编码数据抹除。
如图2所示，为本实施RFID技术定位装置布局图，正常使用情况下RFID标签与现场布置的多个射频读写器进行通讯，传送自身的位置信息与相应的状态信息，计算机对数据进行长期保存与分析。当监控中心监测到雷管状况异常，即发现RFID标签信号非正常移动或信号出现在警戒范围内，监控中心可立即启用报警系统；所述报警系统可以通过人工方式询问详细的原因，确认是否正常，若判断情况异常，报警系统可立即启动爆破现场的报警装置。
RFID技术定位装置工作流程如附图3所示。首先，计算机按照监控中心要求向射频读写器发出相应的命令，射频读写器做出响应并通过天线阵列向外发射信号。当RFID标签进入射频读写器的工作范围并受到激励后，为自身电路供给能量，开始工作。射频读写器向RFID标签发出一定频率的射频指令信号，
RFID标签收到射频读写器发出的指令后，内部逻辑电路对标签的各种命令(如盘询命令、读命令、写命令等)进行判断，并按照指令反馈存储在EEPROM模块中的雷管编码信息，射频读写器按照协议及算法内容对接收到的信号进行解调等处理后发送给计算机处理。计算机存储这些数据信息，并对这些信息进行格式的统一，最后进行算法的计算，得出每个雷管相对应的位置，并将雷管的位置通过监控中心的人机界面呈现给监控人员，从而监控人员清楚地知道爆破现场每个雷管位置
本实施例天线阵列设置于射频读写器内，用于测试目标RFID标签向射频读写器发射电磁波的方向角。
在爆破前，如图4所示的爆破现场利用RFID技术精确定位布置方式中的一种，首先在爆破现场周围安放至少4个射频读写器，雷管进入爆破现场后，开启定位系统，通过射频读写器驱动相应位置的天线阵列发送RFID标签检测指令，RFID标签通过射频磁场接收到检测命令并进行应答，将RFID标签信息通过射频磁场传递给射频读写器，射频读写器通过对磁场信号的处理获取到RFID标签的唯一识别码及储存的相关信息，装在射频读写器上的天线阵列获取RFID标签向射频读写器发射的射频信号的方向角。如图4所示，假设已知两个射频读写器坐标位置，相对坐标分别设为(x1，y1)、(x2，y2)。由两个射频读写器坐标测得的所有RFID标签发出的信号达到射频读写器时的入射角及标签号分别为(α1、β1、T1)，(α2、β2、T2)，……(αn、βn、Tn)，则可解相应的方程可得到各标签的位置信息，例如T1号标签(x，y)：
可得T1号标签的坐标(x，y)：
射频读写器对获取到的不同位置的RFID标签内储存的信息进行处理，将RFID标签信息及由天线阵列测得的相对应RFID标签的方向角组合成一组特定格式的数据。射频读写器将该数据上报给计算机，计算机将数据进行初步处理后送入数据储存系统进行进一步的比对，计算机根据获取的不同位置的RFID标签信息结合数据储存系统中储存的不同识别码对应的雷管进行关联，通过上述算法得出每个雷管相对应的位置信息，并将雷管的位置通过监控中心的人机界面呈现给监控人员，从而监控人员清楚地知道爆破现场每个雷管位置。
射频读写器通过天线阵列接收到RFID标签发出的信号与两者之间的距离存在一定的函数关系，即信号在传递过程中存在一定的衰减规律，根据信号的衰减规律可以定义一个警戒范围。用对数路径损耗模型来预测电磁波在空间传播过程中沿着某条路径随距离增加信号的平均衰减程度。模型可用如下公式表示在电磁波在空间传播过程中，平均信号的衰减随着距离的增加信号的衰减规律。
其中：n为路径损耗指数，表示距离的变化与信号衰减率的关系；d0为近地参考距离；d是读写器与标签之间的距离。
如图4所示，布置在爆破现场周围的射频读写器对RFID标签的读取根据信号衰减规律公式定义了一个警戒范围，根据警戒范围来确定雷管是否被带出爆破现场。当附着有RFID标签的雷管进入到这个警戒范围时，监控中心即可监测到RFID标签信号，监控中心可立即启用报警系统。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (7)
1.一种基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法，通过RFID技术定位装置实现，RFID技术定位装置包括RFID标签、天线阵列、射频读写器、监控中心、数据存储设备、计算机、报警装置和报警系统；RFID标签与射频读写器无线连接，天线阵列与射频读写器相连，射频读写器与计算机相连，监控中心分别连接计算机、报警系统和数据存储设备，报警装置与报警系统相连；其特征是，包括以下步骤：
步骤1、将RFID标签附着在雷管表面，使RFID标签的识别码对应不同编码信息的雷管，雷管的不同编码信息存储在RFID标签内，同时将RFID标签信息及相对应雷管编码信息记录在数据存储设备中；
步骤2、在爆破现场周围布置多个射频读写器，射频读写器通过天线阵列接收RFID标签信号，根据RFID标签信号在传递过程中随距离变化的衰减规律定义一个警戒范围；
步骤3、通过计算机向射频读写器发出指令，射频读写器收到指令后与RFID标签建立通信，RFID标签收到射频读写器发出的指令后，按照指令反馈存储在RFID标签中的雷管编码信息，射频读写器按照协议及算法对接收到的信号进行解调处理后发送给计算机；计算机对信息进行处理，得出每个雷管对应的位置，并将雷管的位置呈现于监控中心；
步骤4、将报警装置安放在爆破现场，当监控中心监测到爆破现场内RFID标签信号非正常移动或出现在警戒范围时，报警系统首先通过人工方式询问现场工作人员，确认是否正常，若情况异常，报警系统立即启动报警装置；
步骤5、爆破前，通过射频读写器实时获取爆破现场内雷管位置信息，并长期保存与分析；爆破后，通过射频读写器再次读取爆破区域内RFID标签信号，若能识别到RFID标签信号，则爆破区域内可能存在盲炮；若未能识别到RFID标签信号，则通过失去的RFID标签信号与储存在数据存储设备中的数据进行对比分析，将已引爆的雷管编码数据抹除。
2.如权利要求1所述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法，其特征是，天线阵列设置于射频读写器内，用于测量RFID标签向射频读写器发射电磁波的入射角。
3.如权利要求1所述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法，其特征是，步骤2所述警戒范围的定义是利用对数路径损耗模型来预测电磁波在空间传播过程中沿着某条路径随距离增加信号的平均衰减程度，得到信号衰减规律公式为：
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其中，n为路径损耗指数，表示距离的变化与信号衰减率的关系，d0为近地参考距离，d是读写器与标签之间的距离；根据信号衰减规律公式(1)定义警戒范围。
4.如权利要求2所述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法，其特征是，步骤3的实现包括，设已知两个射频读写器坐标位置，相对坐标分别设为(x1，y1)、(x2，y2)，两个射频读写器坐标测得的所有RFID标签发出的信号达到射频读写器时的入射角及标签号分别为(α1、β1、T1)，(α2、β2、T2)，……(αn、βn、Tn)，解方程可得到任一标签(x，y)的位置信息：
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解(2)得任一标签的坐标：
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射频读写器对获取到的不同位置的RFID标签信息进行处理，将RFID标签信息及由天线阵列测得的相对应RFID标签的入射角形成一组特定格式的数据，射频读写器将该数据上报给计算机，计算机将该数据进行初步处理后送入数据储存设备进行进一步的比对，计算机根据获取的不同位置的RFID标签信息结合数据储存设备中储存的不同识别码对应的雷管进行关联，通过上述算法得出每个雷管相对应的位置信息，并将雷管的位置通过监控中心的人机界面呈现给监控人员。
5.如权利要求1所述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法，其特征是，在爆破现场周围安放至少4个射频读写器。
6.如权利要求1所述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法，其特征是，RFID标签还可以附着在爆破现场内所有民爆物品上。
7.如权利要求1所述的基于RFID技术的爆破施工现场雷管定位方法，其特征是，RFID标签内置微控制芯片。
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| CN107392286A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-11-24 | 南京理工大学 | 基于无源双频rfid技术应用于采矿业追踪雷管的方法及装置 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20180515 |
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