CN114817428A - 一种rfid管材的溯源搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种RFID管材的溯源搜索方法，用于搜索GPS定位附近圆形或矩形区域内的地下埋设管材，分为考虑GPS定位误差和不考虑GPS定位误差两种情况，并根据搜索区域进一步划分；在不考虑GPS定位误差时，对搜索的管材按照距离当前GPS定位设备的远近距离排序；在考虑GPS定位误差时，不仅对管材距离当前GPS定位设备的远近距离排序，还对所搜索的管材是否位于该搜索区域内的可信度进行评价。该方法可用于埋于地下管道的RFID管材溯源及对溯源可信度的评价，方法简单，通用性好，实用性强，具有很好的应用前景。

Description

一种RFID管材的溯源搜索方法

技术领域

本发明属于城市建设规划技术领域，涉及一种管材定位溯源方法，特别涉及一种利用GPS定位信息对地下埋设的RFID管材进行溯源搜索的方法，通过引入可信度评价，从而提高溯源搜索的准确性。

背景技术

随着城市基建的日益扩大和城市建设步伐的不断加快，城市各类管网设施也日趋复杂。管道一旦在地下埋设完成，如何在地面对其进行准确定位溯源便成为亟待解决的问题，对此我们提出了一种管材的溯源方案：

在管材中固定RFID芯片，该RFID芯片具有唯一ID，可通过RFID读取设备(如PDA等)扫描读取其ID，同时获取GPS定位信息，将相应信息存储于云平台，同时保存该管材的基本信息等，搭建存储有地下管材的位置信息数据库，这样在需要溯源时，可通过查询数据库判断已知GPS位置的附近(如一个矩形或圆形搜索区域)是否存在管材。

在实际应用中，由于埋管时为了便于操作，以RFID读取设备GPS定位信息作为RFID芯片的GPS定位信息进行上传，GPS定位时存在一定的定位误差；而在溯源时，所处位置的GPS定位也可能存在定位误差。所有因素结合在一起，会导致管材溯源搜索的不可靠性。也就是说，某个矩形或圆形搜索区域内的搜索到的管材，由于埋管时GPS的定位误差以及溯源时的定位误差，导致它实际的位置可能不在该搜索区域内。基于这样的考虑，可以引入可信度评价来提高溯源搜索的准确性。

中国专利申请号为CN202010286557.1的“一种定位可信度的综合评判方法”中给出了一种定位可信度的研究，但是其主要是从硬件以及卫星构型方面进行分析，这跟本发明所提的溯源搜索及可信度评价方法有着本质的区别。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种RFID管材的溯源搜索方法，实现方法简单，通用性好，实用性强。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种RFID管材的溯源搜索方法，搜索某一GPS定位附近搜索范围内的地下埋设管材，包括如下几种情况：

情况1，不考虑管材在埋设时采集GPS定位位置的设备误差，若当前使用GPS定位设备获取GPS定位位置，不考虑当前使用的GPS定位设备的误差；则根据溯源位置使用GPS定位设备采集的定位信息与管材埋设时使用GPS定位设备采集的定位信息计算管材到当前溯源位置的距离S_i′，并以此作为当前溯源位置到管材RFID芯片的实际距离S_i，并根据S_i筛选位于搜索区域内的管材，将筛选出的管材信息进行反馈，溯源结束；

情况2，考虑管材在埋设时采集GPS定位位置的设备误差，设该设备的定位偏差半径为r1；在根据溯源位置使用GPS定位设备采集的定位信息与管材埋设时使用GPS定位设备采集的定位信息计算得到管材到当前溯源位置的距离S_i′后，再结合r1判断管材上的RFID芯片是否在搜索区域内，得到必定在搜索区域内、必定不在搜索区域内、可能在搜索区域内三种结果；

情况3，考虑管材在埋设时采集GPS定位位置的设备误差，设该设备的定位偏差半径为r1；使用GPS定位设备检测当前位置的GPS定位位置，并以此作为圆心/中心点搜索半径为R的圆形区域内或a×b矩形区域内的管材，设当前所使用的GPS定位设备的定位偏差半径为r2；在根据溯源位置使用GPS定位设备采集的定位信息与管材埋设时使用GPS定位设备采集的定位信息计算得到管材到当前溯源位置的距离S_i′后，再结合r1、r2判断管材上的RFID芯片是否在搜索区域内，得到必定在搜索区域内、必定不在搜索区域内、可能在搜索区域内三种结果；

上述情况2和情况3中，得到各管材的结果后，计算管材在搜索区域内的概率，确定溯源可信度；然后基于溯源可信度对管材按距离排序，将对应的管材信息进行反馈，溯源结束。

上述情况1中，利用下式计算地下所埋第i个管材到当前溯源位置的距离S_i：

其中，(lon′,lat′)为溯源位置的GPS定位设备读取的GPS定位位置，(lon_i′,lat_i′)为第i个管材在埋设时GPS定位设备读取的GPS定位位置。

上述情况1中，若搜索区域为半径为R的圆形，则根据以下公式筛选管材：

S_i′≤R

若搜索区域为a×b的矩形，则根据以下公式筛选管材：

上述情况2中，若搜索区域是圆心为GPS定位、半径为R的圆形区域，则得出如下三种关系：

如果S_i′+r1≤R，则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内；

如果S_i′-r1＞R，则说明该管材的RFID芯片必定不在搜索区域内；

S_i′-r1≤R≤S_i′+r1，则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内；

若搜索区域是a×b的矩形，设

得：

如果

则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内；

如果

则说明该管材的RFID芯片必定不在搜索区域内；

如果

则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内；

其中，(lon′,lat′)为溯源位置的GPS定位设备读取的GPS定位位置，(lon_i′,lat_i′)为第i个管材在埋设时GPS定位设备读取的GPS定位位置。

上述情况3中，若搜索区域为以当前所使用的GPS定位设备所在位置为圆心、以R为半径的圆形，假设GPS定位误差在以半径为r1、r2的圆内均匀分布；设第i个管材的GPS定位位置到当前GPS定位设备的GPS定位位置距离为S_i′，设当前GPS定位设备的实际位置到第i个管材的实际位置距离为S_i，那么S_i′的取值范围为：

S_i-r1-r2≤S_i′≤S_i+r1+r2

同时还受下面条件限制：

则有如下结论：

如果S_i′+r1+r2≤R，则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内；

如果S_i′-r1-r2＞R，则说明该管材的RFID芯片必定不在搜索区域内；

如果S_i′-r1-r2≤R≤S_i′+r1+r2，则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内；

其中，溯源位置的GPS定位设备实际位置经度为lon，纬度为lat；GPS定位设备读取的GPS定位位置经度为lon′，纬度为lat′，该GPS定位设备的定位偏差半径为r2；设地下所埋第i个管材上RFID芯片的实际位置经度为lon_i，纬度为lat_i(i表示管材序号)；埋管定位时所使用的GPS定位设备读取的GPS定位位置经度为lon_i′，纬度为lat_i′，该GPS定位设备的定位偏差半径为r1；

若搜索区域为a×b的矩形，假设GPS定位误差在以半径为r1、r2的圆内均匀分布；设第i个管材的GPS定位位置到当前GPS定位设备的GPS定位位置距离为S_i′，设当前GPS定位设备的实际位置到第i个管材的实际位置距离为S_i，那么S_i′的取值范围为：

S_i-r1-r2≤S_i′≤S_i+r1+r2

同时还受下面条件限制：

设

则有如下结论：

如果

则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内；

如果

则说明该管材的RFID芯片必定不在搜索区域内；

则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内。

上述基于可信度计算管材在搜索区域内的概率的具体内容是：首先在半径为r1的圆内部按照等距取点方法取k1个点，在半径为r2的圆内部按照等距取点方法取k2个点，然后计算k1集合内的每个点到k2集合内的每个点的距离集合S，其取值区间为[S_i-r1-r2，S_i+r1+r2]，将该取值区间均匀划分为n个小区间，计算每个区间的分布概率η₁，η₂，…，η_n，当R的值位于第r个区间时，则管材的RFID芯片在搜索区域R内的概率为η₁+η₂+…+η_r，r＝1，2，…，n。

概率的具体分析如下：

如果R≥S_i′+r1+r2，则说明该管材的RFID芯片落在搜索区域R内的概率为100％；

如果R＜S_i′-r1-r2，则说明该管材的RFID芯片落在搜索区域R内的概率为0％；

如果S_i′-r1-r2≤R≤S_i′+r1+r2，则说明该管材的RFID芯片在搜索区域R内的概率为0～100％。

采用上述方案后，本发明与现有的管材溯源方法相比，具有以下突出特点：

第一，采用圆形或矩形作为搜索区域，方便寻找出指定搜索区域内的管材信息。

第二，对管材搜索的可信度进行评价，从而判断溯源的可靠性。

第三，方法简单，实用性强。由于本发明结合相应算法，就能完成相应的位置追溯，方法简单，便于实施。

由此可见，利用本发明可以实现管材的智能化溯源及可信度评价，并具有方法简单，通用性好，实用性强等优点，因此具有很大的研究价值和可行性。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明不考虑定位误差时的溯源示意图；

图3是本发明考虑定位误差时，给定一个圆形搜索区域的溯源示意图；

图4是本发明考虑定位误差时，给定一个矩形搜索区域的溯源示意图；

图5是本发明考虑定位误差时，以溯源设备定位的圆形搜索区域溯源示意图；

图6是本发明考虑定位误差时，以溯源设备定位的矩形搜索区域溯源示意图；

图7是本发明GPS定位偏差圆的误差分布示意图；

图8是本发明溯源可信度区间的概率分布示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种RFID管材的溯源搜索方法，用于搜索某一GPS定位附近搜索范围内的管材，本实施例以搜索范围为矩形或圆形区域为例进行说明，其余形状的区域可按本实施例的实现思路推导得到；设溯源位置的GPS定位设备实际位置经度为lon，纬度为lat；溯源时，GPS定位设备读取的GPS定位位置经度为lon′，纬度为lat′，该GPS定位设备的定位偏差半径为r2；设地下所埋第i个管材上RFID芯片的实际位置经度为lon_i，纬度为lat_i(i表示管材序号)；埋管定位时所使用的GPS定位设备读取的GPS定位位置经度为lon_i′，纬度为lat_i′，该GPS定位设备的定位偏差半径为r1；再设需溯源的圆形搜索区域半径为R，矩形搜索区域范围为[a，b]，其中r1和r2都必须小于a、b和R，否则搜索半径或区域小于定位误差半径，溯源就没有意义；设溯源所使用的GPS定位设备与地下所埋第i个管材的实际距离为S_i，溯源所使用的GPS定位设备的GPS定位位置与地下所埋第i个管材的GPS定位位置距离为S_i′。

本发明分为不考虑GPS定位误差和考虑GPS定位误差两种情况进行讨论：

(一)不考虑定位误差

如图2所示，在不考虑定位误差时，lon_i′＝lon_i，lat_i′＝lat_i，lon′＝lon，lat′＝lat，那么S_i的计算公式为：

依照S_i′从小到大的顺序对管材排序，在搜索半径R或搜索区域[a，b]内的管材为：

S_i′≤R

或者：

由于溯源lon′、lat′、lon_i′和lat_i′都为已知值，因此可按上面的筛选条件选出符合条件的管材，然后按照S_i′从小到大的顺序显示给用户(如PDA上以管材溯源列表的形式呈现)。

(二)考虑定位误差

根据需求分为两种情况：

第一种情况：给定了搜索区域。搜索以搜索中心位置为圆心、半径为R的圆形区域内或搜索a×b矩形区域内的管材。由于这种情况不需要使用GPS定位设备进行定位，因此不存在GPS定位设备的溯源偏差，即不存在r2的误差。这时，lon′＝lon，lat′＝lat，因此只需考虑埋管定位时GPS定位设备的定位偏差半径r1。

i)若搜索区域为圆形，通过对图3进行分析，可得出如下三种关系：

(1)如果S_i+r1≤R，则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内。

(2)如果S_i-r1＞R，则说明该管材的RFID芯片必不在搜索区域内。

(3)S_i-r1≤R≤S_i+r1，则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内。

ii)若搜索区域是a×b的矩形，如图4所示，设

可得：

(1)如果

则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内。

(2)如果

则说明该管材的RFID芯片必不在搜索区域内。

(3)如果

则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内。

第二种情况：没有给定搜索区域。使用GPS定位设备检测当前位置的GPS定位位置，并以此作为圆心/中心点搜索半径为R的圆形区域内或a×b矩形区域内的管材，那么此时既要考虑埋管定位时GPS定位设备的定位偏差半径r1，还要考虑当前(即溯源时)所使用的GPS定位设备的定位偏差半径r2。

i)若搜索区域为圆形。配合图5所示，假设埋管和溯源搜索时，GPS定位误差分别在以半径为r1、r2的圆内均匀分布。设第i个管材埋管时的GPS定位位置到溯源时GPS定位设备的GPS定位位置距离为S_i′，设当前GPS定位设备的实际位置到第i个管材的实际位置距离为S_i。那么S_i′的取值范围为：

S_i-r1-r2≤S_i′≤S_i+r1+r2

同时还受下面条件限制：

因此，可以判断：

(1)如果S_i+r1+r2≤R，则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内。

(2)如果S_i-r1-r2＞R，则说明该管材的RFID芯片必不在搜索区域内。

(3)如果S_i-r1-r2≤R≤S_i+r1+r2，则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内。

ii)若搜索区域为a×b的矩形。如图6所示，假设埋管和溯源搜索时，GPS定位误差在以半径为r1、r2的圆内均匀分布。设第i个管材的GPS定位位置到当前GPS定位设备的GPS定位位置距离为S_i′，设当前GPS定位设备的实际位置到第i个管材的实际位置距离为S_i，那么S_i′的取值范围为：

S_i-r1-r2≤S_i′≤S_i+r1+r2

同时还受下面条件限制：

在对溯源管材准确判断前，先筛选出不在搜索区域内的管材和必在搜索区域内的管材：

设

(1)如果

则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内。

(2)如果

则说明该管材的RFID芯片必不在搜索区域内。

(3)

则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内。

值得一提的是，在上述的判断方法中，lon、lat、lon_i和lat_i的真实值通常是未知的，因此，我们可以把GPS定位设备读取的lon′、lat′、lon_i′和lat_i′值代替上述值进行计算，以此实现管材是否在搜索区域内的判断。

另外，我们可以引入可信度评价来确定管材在搜索区域内的概率。如图7所示，首先在半径为r1的圆内均匀分布k1个点(假设埋管时GPS定位坐标落在这些点的可能性等概率出现)，在半径为r2的圆内均匀分布k2个点(假设溯源时的GPS定位坐标落在这些点的可能性也等概率出现)，然后可以计算出k1集合内的每个点到k2集合内的每个点的距离集合S。

显然，S可能的最大值为S_i+r1+r2，可能的最小值为S_i-r1-r2。那么，如果我们想把S的取值区间[S_i-r1-r2，S_i+r1+r2]分成n个小区间的话，则间距值

由于r1的圆内k1个点，以及r2的圆内k2个点都假设为均匀分布，因此基于数学上的概率分布方法，可以计算出S取值区间内这n个值的分布概率，这样就得到了图8所示的概率分布示意图。图中，每个区间的概率分别为η₁，η₂，…，η_n。

根据前面的判断，我们知道：(1)如果R≥S_i+r1+r2，则说明该管材的RFID芯片落在搜索区域R内的概率为100％；(2)如果R＜S_i-r1-r2，则说明该管材的RFID芯片落在搜索区域R内的概率为0％。(3)如果S_i-r1-r2≤R≤S_i+r1+r2，则说明该管材的RFID芯片在搜索区域R内的概率为0～100％。

因此，如图8所示，当R的值位于第r个区间时，r＝1，2，…，n，那么可以知道，该管材的RFID芯片在搜索区域R内的概率为η₁+η₂+…+η_r，且η₁+η₂+…+η_n＝1。

利用上述方法，可在溯源设备中，将所埋管材RFID到溯源设备GPS距离，从小到大以列表的形式排列，并显示出相应的溯源可信度。当管材的溯源可信度为0％，则不在列表中显示。

另外，通过本发明搜索到的管材，可以在列表中显示管材的相关信息(如批次、GPS定位信息、管材长度、施工时间等)，也可以同时在地图中予以标注。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种RFID管材的溯源搜索方法，其特征在于：搜索某一GPS定位附近搜索范围内的地下埋设管材，包括如下几种情况：

情况1，不考虑管材在埋设时采集GPS定位位置的设备误差，若当前使用GPS定位设备获取GPS定位位置，不考虑当前使用的GPS定位设备的误差；则根据溯源位置使用GPS定位设备采集的定位信息与管材埋设时使用GPS定位设备采集的定位信息计算管材到当前溯源位置的距离S_i′，并以此作为当前溯源位置到管材RFID芯片的实际距离S_i，并根据S_i筛选位于搜索区域内的管材，将筛选出的管材信息进行反馈，溯源结束；

情况2，考虑管材在埋设时采集GPS定位位置的设备误差，设该设备的定位偏差半径为r1；在根据溯源位置使用GPS定位设备采集的定位信息与管材埋设时使用GPS定位设备采集的定位信息计算得到管材到当前溯源位置的距离S_i′后，再结合r1判断管材上的RFID芯片是否在搜索区域内，得到必定在搜索区域内、必定不在搜索区域内、可能在搜索区域内三种结果；

情况3，考虑管材在埋设时采集GPS定位位置的设备误差，设该设备的定位偏差半径为r1；使用GPS定位设备检测当前位置的GPS定位位置，并以此作为圆心/中心点搜索半径为R的圆形区域内或a×b矩形区域内的管材，设当前所使用的GPS定位设备的定位偏差半径为r2；在根据溯源位置使用GPS定位设备采集的定位信息与管材埋设时使用GPS定位设备采集的定位信息计算得到管材到当前溯源位置的距离S_i′后，再结合r1、r2判断管材上的RFID芯片是否在搜索区域内，得到必定在搜索区域内、必定不在搜索区域内、可能在搜索区域内三种结果；

上述情况2和情况3中，得到各管材的结果后，计算管材在搜索区域内的概率，确定溯源可信度；然后基于溯源可信度对管材按距离排序，将对应的管材信息进行反馈，溯源结束。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述情况1中，利用下式计算地下所埋第i个管材到当前溯源位置的距离S_i：

其中，(lon′，lat′)为溯源位置的GPS定位设备读取的GPS定位位置，(lon_i′，lat_i′)为第i个管材在埋设时GPS定位设备读取的GPS定位位置。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述情况1中，若搜索区域为半径为R的圆形，则根据以下公式筛选管材：

S_i′≤R

若搜索区域为a×b的矩形，则根据以下公式筛选管材：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述情况2中，若搜索区域是圆心为GPS定位、半径为R的圆形区域，则得出如下三种关系：

如果S_i′+r1≤R，则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内；

如果S_i′-r1＞R，则说明该管材的RFID芯片必定不在搜索区域内；

S_i′-r1≤R≤S_i′+r1，则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内；

若搜索区域是a×b的矩形，设

得：

如果

则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内；

如果

则说明该管材的RFID芯片必定不在搜索区域内；

如果

则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内；

其中，(lon′，lat′)为溯源位置的GPS定位设备读取的GPS定位位置，(lon_i′，lat_i′)为第i个管材在埋设时GPS定位设备读取的GPS定位位置。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述情况3中，若搜索区域为以当前所使用的GPS定位设备所在位置为圆心、以R为半径的圆形，假设GPS定位误差在以半径为r1、r2的圆内均匀分布；设第i个管材的GPS定位位置到当前GPS定位设备的GPS定位位置距离为S_i′，设当前GPS定位设备的实际位置到第i个管材的实际位置距离为S_i，那么S_i′的取值范围为：

S_i-r1-r2≤S_i′≤S_i+r1+r2

同时还受下面条件限制：

则有如下结论：

如果S_i′+r1+r2≤R，则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内；

如果S_i′-r1-r2＞R，则说明该管材的RFID芯片必定不在搜索区域内；

如果S_i′-r1-r2≤R≤S_i′+r1+r2，则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内；

其中，溯源位置的GPS定位设备实际位置经度为lon，纬度为lat；GPS定位设备读取的GPS定位位置经度为lon′，纬度为lat′，该GPS定位设备的定位偏差半径为r2；设地下所埋第i个管材上RFID芯片的实际位置经度为lon_i，纬度为lat_i(i表示管材序号)；埋管定位时所使用的GPS定位设备读取的GPS定位位置经度为lon_i′，纬度为lat_i′，该GPS定位设备的定位偏差半径为r1；

若搜索区域为a×b的矩形，假设GPS定位误差在以半径为r1、r2的圆内均匀分布；设第i个管材的GPS定位位置到当前GPS定位设备的GPS定位位置距离为S_i′，设当前GPS定位设备的实际位置到第i个管材的实际位置距离为S_i，那么S_i′的取值范围为：

S_i-r1-r2≤S_i′≤S_i+r1+r2

同时还受下面条件限制：

设

则有如下结论：

如果

则说明该管材的RFID芯片必定在搜索区域内；

如果

则说明该管材的RFID芯片必定不在搜索区域内；

则说明该管材的RFID芯片可能在搜索区域内。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述基于可信度计算管材在搜索区域内的概率的具体内容是：首先在半径为r1的圆内部按照等距取点方法取k1个点，在半径为r2的圆内部按照等距取点方法取k2个点，然后计算k1集合内的每个点到k2集合内的每个点的距离集合S，其取值区间为[S_i-r1-r2，S_i+r1+r2]，将该取值区间均匀划分为n个小区间，计算每个区间的分布概率η₁，η₂，…，η_n，当R的值位于第r个区间时，则管材的RFID芯片在搜索区域R内的概率为η₁+η₂+…+η_r，r＝1，2，…，n。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：概率的具体分析如下：

如果R≥S_i′+r1+r2，则说明该管材的RFID芯片落在搜索区域R内的概率为100％；

如果R＜S_i′-r1-r2，则说明该管材的RFID芯片落在搜索区域R内的概率为0％；

如果S_i′-r1-r2≤R≤S_i′+r1+r2，则说明该管材的RFID芯片在搜索区域R内的概率为0～100％。

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