CN113158701A - 一种基于无源rfid多址技术的寻物系统和寻物方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无源RFID多址技术的寻物方法，其用于对位置检测区域内的货物进行定位，每个所述货物上均设置电子标签，其特征在于，包括：S1、计算每个RFID读写模块的收包率；S2、获取每个所述RFID读写模块的识别区域，将三个RFID读写模块的识别区域局部重叠；S3、建立定位信息识别库，对每个所述分割区域进行定位；S4、对每个所述RFID读写器模块进行位置固定；S5、确定所述货物的位置。所述RFID读写模块能够远距离无接触识别、快速读写；且通过收包率划分RFID读写模块的识别区域，解决了仓储管理过程中包裹难搜寻、包裹具体位置难以确定等问题，显著提高仓库的运作效率，系统布置成本低，范围广。

Description

一种基于无源RFID多址技术的寻物系统和寻物方法

技术领域

本发明涉及仓储管理系统技术领域，尤其是指一种基于无源RFID多址技术的寻物系统和寻物方法。

背景技术

随着人们生活需求的增加和商品的大量流通，仓库的货物存储量和日吞吐量逐渐增加，常见的传统仓储管理系统主要是采用光学条形码+包裹码搭配的形式来为包裹贴上标签，再依靠人工进行运输和盘点，任务繁重，出错率高；传统对货物进行定位的技术为RSSI，RSSI定位技术只能反应货物上电子标签的瞬时状态，抗干扰能力较差，测量精度较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于无源RFID多址技术的寻物系统和寻物方法，其RFID读写模块能够远距离无接触识别、快速读写；且通过收包率划分RFID读写模块的识别区域，解决了仓储管理过程中包裹难搜寻、包裹具体位置难以确定等问题，显著提高仓库的运作效率，系统布置成本低，范围广。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于无源RFID多址技术的寻物方法，其用于对位置检测区域内的货物进行定位，每个所述货物上均设置无源的电子标签，其特征在于，包括以下步骤，S1、获取RFID读写模块接收到的货物数量和扫描次数，根据所述货物数量和扫描次数计算每个所述RFID读写模块的收包率；S2、获取每个所述RFID读写模块的识别区域，将三个所述RFID读写模块的识别区域局部重叠，每个所述识别区域的边界由对应的RFID读写模块的收包率几何界定，将所述识别区域分为多个分割区域；S3、建立定位信息识别库，对每个所述分割区域进行定位；S4、获取所述位置监测区域的长度a和宽度b，对每个所述RFID读写器模块进行位置固定；S5、多个所述RFID读写模块对位置区域内的所述货物进行扫描监控，获取每个所述RFID读写模块对同一个货物上电子标签的收包率以确定所述货物的位置。

作为优选的，所述S2中，“每个所述RFID读写模块的识别区域”均包括中心区、过渡区和非识别区；其中所述中心区的收包率为100％，所述过渡区的收包率为0-100％，所述非识别区的收包率为0。

作为优选的，所述S2中“将三个所述RFID读写模块的识别区域局部重叠”包括：所述RFID读写器模块三个为一组，三个所述RFID读写模块在位置检测区域内呈等边三角形分布；三个所述RFID读写器模块识别区域中的中心区不相交，每个所述RFID读写器模块识别区域中的中心区、过渡区和非识别区由内向外呈同心圆分布；相邻两个所述RFID读写模块的过渡区和中心区相交。

作为优选的，所述S4中，“对每个所述RFID读写器模块进行位置固定”，具体包括：相邻两个所述RFID读写器模块之间的间距L依据所述位置监测区域的长度a和宽度b以及所述识别区域设定；

三个所述RFID读写器模块的位置满足以下关系式：

其中，R为所述RFID读写器模块识别区域中的过渡区半径，r为所述RFID读写器模块识别区域中的中心区半径。

作为优选的，所述S5之后还包括：S6、对未注册的货物进行注册操作；在所述未注册的货物上设置电子标签，每个所述电子标签上均设置有不同的识别号，所述电子标签为HT-H47无源电子芯片。

作为优选的，所述S6之后还包括：S7、位置检测区域内的所述货物进行出库时，对所述货物的电子标签标记以确保所述货物的永久性和所述电子标签的可复用性；S8、位置检测区域内的所述货物进行出库时，计算三个所述RFID读写模块对所述货物上电子标签的读取概率，根据所述读取概率判断所述货物是否非法出库。

一种基于无源RFID多址技术的寻物系统，其用于对位置检测区域内的货物进行定位，每个所述货物上均设置无源的电子标签，其特征在于，包括：RFID读写模块，所述RFID读写模块设置有多个，多个所述RFID读写模块均与所述电子标签通信连接。

作为优选的，所述RFID读写模块设置有三个，三个所述RFID读写模块在位置检测区域内呈等边三角形分布。

作为优选的，每个所述RFID读写模块内均存储该RFID读写模块所处区域的预设范围信息，三个所述RFID读写模块内存储的所述预设范围信息的集合覆盖所述位置监测区域。

作为优选的，所述RFID读写模块为基于R2000芯片的HR4512R读写器。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明在每个货物上均设置无源的电子标签，相比较市面上常用的有源标签价格更低廉，系统的布置成本较低；在安全方面，无源的电子标签不主动发送信息，需要读写模块发送电磁波以驱动发送数据，能够有效避免电子标签数据被人窃取或被其他设备驱动，有效保证通信的稳定性和安全性。

2、本发明通过设置多个RFID读写模块，其能远距离无接触识别、快速读写；且RFID读写模块的输出端经过所述数据传输模块和数据转换模块与所述服务器的输入端连接；货物上电子标签的信息能够有效被读取，提高仓库的运作效率。

3、本发明的寻物方法通过计算每个所述RFID读写模块的收包率，对每个所述RFID读写模块的识别区域进行划分定位；这样即使收包率产生一定的波动，货物的定位区域不改变，货物的位置能够被更加精确的锁定。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的基于无源RFID多址技术的寻物系统的系统框架示意图；

图2为本发明RFID读写模块在无线链路上的收包率检测波形图；

图3为本发明RFID读写模块的识别区域示意图；

图4为本发明中三个所述RFID读写模块的识别区域局部重叠示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1～图4所示，本发明公开了一种基于无源RFID多址技术的寻物系统和寻物方法；

具体的：

一种基于无源RFID多址技术的寻物系统，其用于对位置检测区域内的货物进行定位。上述基于无源RFID多址技术的寻物系统包括服务器、数据转换模块、数据传输模块、RFID读写模块和带有电子标签的货物。

其中，上述货物上的电子标签为无源电子芯片，优选为HT-H47无源电子芯片，每个货物上的电子标签均为独立的，以避免后续包裹查找过程中发生重复。在经济方面，相较于市面上使用的RFID读写模块的有源电子标签，采用无源的电子标签价格低廉，系统布置成本低，适合用于物品密集、需要大量电子标签的地方。在安全方面，无源电子标签不主动发送数据，需要RFID读写器模块发送电磁波才能驱动发送数据，避免标签数据被他人窃取或被其他设备驱动，保证了通信的稳定性和安全性。构思新颖且设计合理，简化了货物管理的流程，减少人力成本，提高了货物的理效率。

上述RFID读写模块设置有多个，每个RFID读写模块均为独立的读写器设备。每个上述RFID读写器模块均与货物上的电子标签通信连接，每个上述RFID读写模块内均存储有该RFID读写模块所处区域的预设范围信息，多个RFID读写模块内存储的上述预设范围信息的集合覆盖上述位置检测区域的信息，能够有效避免查找过程中出现的差错。

优选的，上述RFID读写模块通过WiFi通信发送数据。上述RFID读写模块设置有三个，相邻两个上述RFID读写模块之间的间距优选为3.6m，三个RFID读写模块呈等边三角形分布。上述RFID读写模块包括基于R2000芯片的多标签远距离的HR4512R读写器。

上述RFID读写模块的输出端依次经过数据传输模块和数据转换模块并与上述服务器的输入端连接。

上述基于无源RFID多址技术的寻物系统还包括客户端模块，上述客户端模块与服务器连接，上述客户端模块通过网址访问并登录查询。

优选的，上述服务器中建立有用于存储数据的数据库，通过java搭建的后端能够实现连接至mysql数据库并且接受和返回客户端的用户请求。

一种基于无源RFID多址技术的寻物方法，包括以下步骤：

参照图2所示，实验表明，在无线链路上，每个RFID读写器模块的信号识别区域根据收包率的变化范围能够分为中心区、过渡区和非识别区。其中，中心区的收包率为100％，位于中心区中货物上的电子标签能够全部被上述RFID读写器模块识别到；上述过渡区受到噪声干扰，信号的传输不够可靠，收包率波动幅度较大，过渡区中的收包率范围是0-100％；上述非识别区中信号衰减严重，收包率为0，货物上电子标签的信息不能够被识别到。

参照图3，每个上述RFID读写器模块识别区域中的中心区、过渡区和非识别区由内向外呈同心圆分布。将多个上述读写器模块的识别区域互相重叠，规定各个RFID读写器模块的中心区不相交。

优选的，每一个上述RFID读写器模块均为一个独立的读写器设备，三个RFID读写器模块为一组进行定位，考虑到对称性，三个上述读写器呈等边三角形分布。三个上述RFID读写器模块的识别区域局部重叠，相邻两个RFID读写模块的过渡区和中心区相交，每个RFID读写器模块的识别区域由对应的收包率进行几何界定，将上述识别区域划分为多个分割区域。为了充分利用上述RFID读写器模块的读写范围，三个上述RFID读写器模块的总读写范围不超过位置检测区域的范围。

参照图4所示，上述三个RFID读写器模块的识别区域局部重叠，三个上述RFID读写器模块的识别区域一共被分割为18个。参考图4中的区域5，其分别位于第一个RFID读写器模块的中心区、第二个RFID读写器模块的过渡区和第三个RFID读写器模块的非识别区。

进一步优选的，上述RFID读写器模块的收包率指定为在某段时间内，FRID读写器模块接收端成功接收到发送端发送的数据包占已发送包个数的比例。由于无源的电子标签不能主动发送信息，定义一个放于读写器表面的参考标签，上述参考标签能够被实时识别，用上述参考标签被识别到的次数表征上述读写器模块的扫描次数，每个上述RFID收包率的计算方法为：

其中，RP为上述RFID读写器模块接收到的货物数量，T为RFID读写模块的扫描次数，T＝100。通过Python对数据进行实时监测。进行下一次收包率计算时，则清空RP和T。

将收包率聚类成一个区域，收包率产生一定的波动，物品的定位区域不改变，允许一定的收包率波动，模型的鲁棒性强。

对每个上述RFID读写器模块进行位置固定。获取上述位置检测区域的长度a和宽度b，其中，相邻两个上述RFID读写器模块之间的间距L依据上述位置检测区域的面积以及上述RFID识别区域进行设定。

优选的，上述三个RFID读写器模块的位置满足以下关系式：

其中，R为RFID读写器模块识别区域中的过渡区半径，r为上述RFID读写器模块识别区域中的中心区半径。

优选的，本实验中根据位置监测区域的长度和宽度，依据上式设定每个RFID读写器模块间分别相距3.6米，形成一个大致40平方米的探测区域。

在实际的测量中，多次测量收包率以根据收包率确定识别区域的稳定边界，最终确定相邻两个上述读写器模块之间的间距，依据上述位置监测区域的实际面积设置多组RFID读写器模块，每组上述RFID读写器模块均包括三个RFID读写器模块，每组上述RFID读写器模块之间的识别区域不重叠。通过设置多组RFID读写器模块，能够有效对总的识别区域进行扩展，便于扩大识别区域。

在服务器上建立定位信息识别库。上述三个RFID读写模块的识别区域被相互重叠分为多个分割区域后，对每块上述分割区域设置位置坐标(x,y,z)以进行定位。例如，位置坐标(0，1，2)表示上述电子标签位于第一个RFID读写器模块的非识别区、第二个RFID读写器模块的过渡区、第三个RFID读写器模块的的可识别区。通过提前在服务器上建立信息识别库，能够将实测转换的电子标签位置坐标与理论识别库进行比对确定位置。

对位于位置监测区域内未注册的货物进行注册电子标签操作，优选的，上述电子标签能够被远程进行注册操作。在上述三个RFID读写器模块的任意有效范围内，能够直接对非有效的电子标签进行初始化操作。

在上述未注册的货物上设置电子标签，上述每个电子标签上均设置有不同的识别号，将上述货物的信息进行存储，上述货物的信息包括但不限于货物的拥有人、货物名称、货物重量以及货物体积。

当已注册并贴有有效电子标签的货物进入RFID读写器模块的识别范围时，通过三个上述RFID读写器模块对该货物进行扫描监控。上述数据传输模块接收RFID读写器模块多次发送的信息，RFID读写器模块在数据传输模块通过WiFi通信向上位机发送数据，并通过Python脚本将接收到的扫描信息进行概率分析，得到收包率，根据三个RFID读写器模块对一个电子标签的收包率进行不同的标注，确定位置坐标(x,y,z)。将上述区域的标注结果与该物品的电子标签ID实时发送到服务器上搭建的数据库内，并存储在概率字段内，上述服务器用数据库存储数据，通过java搭建的后端实现连接mysql数据库实现接收和返回用户请求。

通过对上述三个读写器模块的不同标注进行比对分析，将上述标注结果与上述定位信息识别库进行比对，确定读取到电子标签的位置。例，存在货物A，若货物A的位置坐标为(1,1,0)则货物位于区域4中，若货物A的位置坐标为(1,1,2)则货物位于区域3。当用户在通过网页输入货物A或者货物A的相关信息时，货物信息出现在网页列表上，当用户点击网页列表中的物品信息时，服务器中的数据库进行实时信息抓取，获取货物A电子标签上的识别号以及货物A所在的区域。

位置检测区内的货物进行出库操作时，对上述货物的电子标签上的识别号进行标记，上述识别号不被删除以确保标签的永久性以及标签的可复用性，便于后续复查货物信息以及电子标签的历史信息。

优选的，位置检测区内的货物进行出库操作时，计算三个上述RFID读写模块对货物上电子标签的读取概率。当三个RFID读写模块均对上述电子标签的读取概率较小，Python脚本对该电子标签的概率字段进行特殊标记，当网页读取到该信息时，其实现弹窗操作用以提醒操作人员，并允许操作人员对该电子标签进行即时处理，将该电子标签标记为丢失电子标签或者已出库的电子标签。

进一步的，上述电子标签上的信息可由操作人员进行注销，已注销的上述电子标签也能够根据实际情况进行复用，复用时，将上述电子标签的当前信息进行修改，并将此前的信息进行永久性保留，并将识别号的标记信息进行去除。

针对仓库货物的定位成本高、寻找难的问题，本发明专利立足于低成本、高效率的目标，与传统的室内RFID系统相比，本模型鲁棒性强、创新性高，定位系统成熟可行，利用收包率比RSSI稳定的特性，可降低室内多径效应的干扰，一定程度上改善了定位精度，对以后的RFID室内定位研究有一定的借鉴意义。另外本系统后期也可以扩展运用于军事追踪、货运、公安系统、救灾等，运用领域广泛。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于无源RFID多址技术的寻物方法，其用于对位置检测区域内的货物进行定位，每个所述货物上均设置无源的电子标签，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取RFID读写模块接收到的货物数量和扫描次数，根据所述货物数量和扫描次数计算每个所述RFID读写模块的收包率；

S2、获取每个所述RFID读写模块的识别区域，将三个所述RFID读写模块的识别区域局部重叠，每个所述识别区域的边界由对应的RFID读写模块的收包率几何界定，将所述识别区域分为多个分割区域；

S3、建立定位信息识别库，对每个所述分割区域进行定位；

S4、获取所述位置监测区域的长度a和宽度b，对每个所述RFID读写器模块进行位置固定；

S5、多个所述RFID读写模块对位置区域内的所述货物进行扫描监控，获取每个所述RFID读写模块对同一个货物上电子标签的收包率以确定所述货物所处分割区域的位置。

2.根据权利要求1所述的基于无源RFID多址技术的寻物方法，其特征在于，所述S2中，“每个所述RFID读写模块的识别区域”均包括中心区、过渡区和非识别区；其中所述中心区的收包率为100％，所述过渡区的收包率为0-100％，所述非识别区的收包率为0。

3.根据权利要求2所述的基于无源RFID多址技术的寻物方法，其特征在于，所述S2中“将三个所述RFID读写模块的识别区域局部重叠”包括：

所述RFID读写器模块三个为一组，三个所述RFID读写模块在位置检测区域内呈等边三角形分布；三个所述RFID读写器模块识别区域中的中心区不相交，每个所述RFID读写器模块识别区域中的中心区、过渡区和非识别区由内向外呈同心圆分布；相邻两个所述RFID读写模块的过渡区和中心区相交。

4.根据权利要求1所述的基于无源RFID多址技术的寻物方法，其特征在于，所述S4中，“对每个所述RFID读写器模块进行位置固定”，具体包括：相邻两个所述RFID读写器模块之间的间距L依据所述位置监测区域的长度a和宽度b以及所述识别区域设定；

三个所述RFID读写器模块的位置满足以下关系式：

其中，R为所述RFID读写器模块识别区域中的过渡区半径，r为所述RFID读写器模块识别区域中的中心区半径。

5.根据权利要求1所述的基于无源RFID多址技术的寻物方法，其特征在于，所述S5之后还包括：

S6、对未注册的货物进行注册操作；在所述未注册的货物上设置电子标签，每个所述电子标签上均设置有不同的识别号，所述电子标签为HT-H47无源电子芯片。

6.根据权利要求5所述的基于无源RFID多址技术的寻物方法，其特征在于，所述S6之后还包括：

S7、位置检测区域内的所述货物进行出库时，对所述货物的电子标签标记以确保所述货物的永久性和所述电子标签的可复用性；

S8、位置检测区域内的所述货物进行出库时，计算三个所述RFID读写模块对所述货物上电子标签的读取概率，根据所述读取概率判断所述货物是否非法出库。

7.一种基于无源RFID多址技术的寻物系统，其用于对位置检测区域内的货物进行定位，每个所述货物上均设置无源的电子标签，其特征在于，包括：

RFID读写模块，所述RFID读写模块设置有多个，多个所述RFID读写模块均与所述电子标签通信连接。

8.根据权利要求7所述的基于无源RFID多址技术的寻物系统，其特征在于，所述RFID读写模块设置有三个，三个所述RFID读写模块在位置检测区域内呈等边三角形分布。

9.根据权利要求8所述的基于无源RFID多址技术的寻物系统，其特征在于：每个所述RFID读写模块内均存储该RFID读写模块所处区域的预设范围信息，三个所述RFID读写模块内存储的所述预设范围信息的集合覆盖所述位置监测区域。

10.根据权利要求7所述的基于无源RFID多址技术的寻物系统，其特征在于，所述RFID读写模块为基于R2000芯片的HR4512R读写器。

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