CN1741028A - 物品位置检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种物品位置检测设备和方法，用于确定附有RFID标签的物品与其在预定空间范围内存放位置之间的对应关系。该设备包括：可移动RFID阅读器(10)，在所述预定空间范围内可移动，用于检测其阅读范围内是否存在上述物品，并阅读其阅读范围内的物品上所附的RFID标签，以获得所检测到的物品的特有标识符；以及位置确定装置(20)，用于确定RFID阅读器本身所处的位置，其中，当所述RFID阅读器在移动过程中检测到其阅读范围内存在上述物品时，在数据库(30)中关联存储所获得的物品的标识符和RFID阅读器所处的当前位置，以获得有关物品的位置信息。利用该设备，可以利用较少数量的RFID阅读器来获得预定空间范围内所有物品的位置信息。

Description

物品位置检测设备及方法

技术领域

本发明涉及一种物品位置检测设备和物品位置检测方法，特别涉及一种检测附有RFID(射频标识符)标签的物品的位置的设备和方法。

背景技术

在许多领域中都需要物品管理。物品管理的一个非常重要的功能是对物品进行定位和跟踪。例如，在仓库中，对所存储的物品进行精确定位有助于加速运送货物进出；在图书馆中，管理员需要了解书籍的位置，并且当有些书籍被放在错误的书架上时能够及时察觉；在零售店，店员需要查找被消费者放在错误的位置上的货物，并将其放回应该放置该货物的位置。如果可以很好地解决物品管理中的这些问题，将提高效率、敏感度以及客户满意度，并降低时间和人力资源的消耗。

近来，沃尔玛特连锁百货公司和美国国防部设立的RFID 2005强制期限燃起了人们对RFID解决方案的热情。由于市场的需要和技术上的许多好处，RFID解决方案日益被视为物品管理的最佳选择。在普通的配置中，给每个物品附上RFID标签，在一些固定的关键位置安装一些RFID阅读器，用来监视是否有附有RFID标签的物品经过。后台计算机系统收集来自RFID阅读器的信息，并推断出物品的位置。一些基本的场景有：在图书馆登入和登出服务台安装RFID阅读器来监视图书的借出和返回；在零售店仓库门和结帐柜台安装RFID阅读器来跟踪货物进出。所有这些配置都只能提供粗粒度的物品管理能力来跟踪物品是否在房间中，而不能提供有关物品在房间中放置的精确位置的信息。

为了能在物理空间中给物品定位，提出了一些方案。图1展示了一种典型的方案，其中在一些固定的位置安装了RFID阅读器阵列。各个阅读器的位置都已预先记录。当附有RFID标签的物品处于一个RFID阅读器的阅读范围之内时，可以被该阅读器检测到。在阅读器向后台计算机系统通知其检测到这一RFID标签之后，将该物品与该阅读器所覆盖的位置关联起来。

图1所示的方案可以在物理空间内给物品定位，然而这一方案的成本非常高。就仓库、图书馆以及零售店中一般使用的RFID标签和阅读器而言，RFID阅读器的阅读范围为大约1～1.5米。即使我们将单个阅读器的覆盖范围近似为3×3＝9m²，对于1000m²的仓库而言，需要安装不止100个阅读器来给附有RFID标签的物品定位。这是非常昂贵的，因为：1、RFID阅读器本身就很贵，一个RFID标签可能只值不到50美分，然而一个阅读范围为1米的普通阅读器要值几百美元；2、安装阅读器阵列、供电并将其连接到后台计算机系统的工作量很大，而且需要很多配置技能。

总之，虽然RFID技术提供了一种易于采用的物品管理方式，但是，由于出于成本方面的考虑，固定阅读器解决方案当前只能提供粗粒度的物品位置信息。

美国专利申请US2003/0214387和美国专利US6,693,512分别讲述了一种使用便携式设备来确定物品位置的系统，但是它们都只是用来寻找特定的目标，其中都没有定位模块，因而一次只能寻找特定的一个目标，而不能建立起所有物品与其位置之间的关联。每当用户需要寻找一个特定的物品时，必须重新在整个物理空间中进行搜索。

美国专利申请US2003/0236590讲述了一种识别移动单元的位置和方向的RFID坐标系统，其中在移动机器人上安装RFID阅读器，而在机器人移动范围内多个固定位置布置表示其位置的RFID标签，RFID阅读器通过检测RFID标签来获得机器人的位置。然而，这只是一个“单向”定位，RFID阅读器只检测机器人移动到了什么位置，而不检测该位置放置有什么物品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于RFID技术的便宜而又有效的物品位置检测装置和方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种物品位置检测设备，用于确定附有射频标识符标签的物品与其在预定空间范围内存放位置之间的对应关系。该物品位置检测设备包括：可移动射频标识符阅读器，在所述预定空间范围内可移动，用于检测其阅读范围内是否存在所述物品，并阅读其阅读范围内的物品上所附的射频标识符标签，以获得所检测到的物品的特有标识符；以及位置确定装置，用于确定所述射频标识符阅读器本身所处的位置，其中，当所述射频标识符阅读器在移动过程中检测到其阅读范围内存在所述物品时，在一内部或外部存储器中关联存储所获得的所述物品的标识符和所述射频标识符阅读器所处的当前位置，以获得有关所述物品的位置信息。

根据本发明的另一个方面，提供了一种物品位置检测方法，用于确定附有射频标识符标签的物品与其在预定空间范围内存放位置之间的对应关系。该方法包括：使用可在所述预定空间范围内移动的可移动射频标识符阅读器来检测其阅读范围内是否存在所述物品；当所述射频标识符阅读器在移动过程中检测到其阅读范围内存在所述物品时，由所述射频标识符阅读器阅读其阅读范围内的物品上所附的射频标识符标签，以获得所检测到的物品的特有标识符；确定所述射频标识符阅读器所处的位置；关联存储所获得的所述物品的标识符和所述射频标识符阅读器所处的当前位置，以获得有关所述物品的位置信息。

根据本发明的物品位置检测设备和方法，可以使用较少数量的射频标识符阅读器来检测所有要管理的物品在预定空间内的确切位置，在检测过程结束之后，用户可以通过查询数据库，就可以知道物品与其位置之间的关联关系。

本发明提供的物品位置检测装置和方法具有多项优点。

首先，成本低。根据本发明，只需要几个可移动射频标识符阅读器就可以检测整个物理空间中的物品位置，而不需要安装固定RFID阅读器的阵列。另一方面，安装、联网、维护的成本也大为降低。

其次，容易操作。本发明的物品位置检测设备较轻便于携带，操作员可以容易地携带它四处走动，而其自动更新RFID阅读范围内的物品的位置。检测到的物品-位置信息可以通过无线网络传输到后台计算机系统。

第三，灵活性和缩放性高。整个系统的配置可以随环境的改变而改变。可以根据环境因素、精度要求或成本考虑来改变所采用的定位技术。也可以调节物品位置检测设备的数量来适应不同规模的系统。

第四，多功能。该系统可以处理对物品及其位置的各种查询。用户可以搜索物品，也可以确定某个确定的位置上放置着哪个物品。可以产生对物品移动的日志、报告以及自动通知，以实现各种商业目的。

第五，应用范围广。本发明的物品检测设备和方法可以适用于供应链、仓库、图书馆、零售店以及许多其它环境。可以在这些环境下与其它信息系统合作，从而极大地改善管理能力。

附图说明

通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述和其它目的、特性、优点将会变得更加清楚，其中：

图1展示了一种传统的物品位置定位方案，其中在一些固定的位置安装了RFID阅读器阵列；

图2展示了根据本发明的物品位置检测设备的示意方框图；

图3展示了根据本发明建立物品-位置关联的过程的流程图；

图4展示了由操作员携带移动问询器进行扫描的示意图；

图5展示了移动问询器的示例模块图；

图6展示了移动问询器的示例实现；以及

图7展示了后台管理系统的参考实现方案的分层体系架构。

具体实施方式

下面参考附图2-7详细描述本发明。

作为所有附有RFID标签的物品的管理系统的基本要求，每个要管理的物品上附有一个RFID标签。当RFID标签被RFID阅读器的能量场激活时，其向阅读器发回携带有预定的特有ID(标识符)代码的射频信号。

在本发明所提出的物品位置检测方案中，只需要使用较少数量的可移动RFID阅读器来检测附在物品上的RFID标签，就可以检测出所要管理的物品在诸如仓库、图书馆、零售店等一定的物理空间中的具体位置。

图2展示了根据本发明的物品位置检测设备的示意方框图。如图2所示，本发明的物品位置检测设备包括可移动RFID阅读器10和位置确定装置20，下文中将该物品位置检测设备称为移动问询器。可移动RFID阅读器10在上述预定空间范围内移动，同时检测其阅读范围内是否存在所要管理的物品，并阅读其阅读范围内的物品上所附的RFID标签，以获得所检测到的物品的特有ID。位置确定装置20可以用来确定RFID阅读器本身所处的位置。当所述RFID阅读器检测到其阅读范围内存在所述物品时，在一个存储器30中关联存储所获得的所述物品的标识符和所述RFID阅读器所处的当前位置，以获得有关所述物品的位置信息。存储器30可以是移动问询器内部的存储器，也可以是移动问询器外部装置如后台系统中的存储器，或者也可以先在移动问询器内部存储器中暂存，然后再传送到移动问询器外部装置的存储器中。

本发明所提出的物品管理系统的关键之处在于使用移动问询器来使物品和其在物理空间中的位置关联起来的方式。图3展示了根据本发明建立物品-位置关联的过程的流程图。

在步骤S1，移动问询器MIi检测附有RFID标签的物品IDk。当检测到附有RFID标签的物品时，阅读其上所附的RFID标签，从而获得其标识符IDk。

在步骤S2，移动问询器MIi确定其自身，特别是其中的可移动RFID阅读器的位置Posx。应该明白，可以只在步骤S1中检测到附有RFID标签的物品时才执行步骤S2及以后的操作，但是也可以持续不断地进行步骤S2的操作，而不考虑步骤S1中是否检测到了附有RFID标签的物品。

在步骤S3，建立物品IDk和检测到物品IDk时确定的位置Posx之间的关联，这意味着物品IDk位于位置Posx，偏差为移动问询器的RFID阅读范围R。

在步骤S4，将物品IDk和位置Posx关联存储，建立它们之间的对应关系，以备后面使用。

然后在步骤S5判断检测过程是否结束。当扫描了预定空间中所有位置之后，或者操作员指令停止检测时，检测过程结束。如果在步骤S5判定检测过程不结束，则返回步骤S1，继续检测附有RFID标签的物品。

为了使所有物品与其位置相关联，可以由一个或多个操作员，操作员1和操作员2，携带移动问询器在该物理空间中四处走动，如图4所示。图4展示了由操作员携带移动问询器进行扫描的示意图。在操作员走动过程中，其携带的移动问询器检测附有RFID标签的物品，并自动更新这些物品位置。将物品与其位置关联在一起的扫描操作可以由人来执行，如图4所示。或者，也可以通过一些自动装置来执行，例如，可以由自动漫游车携带移动问询器在仓库中四处移动。初始的扫描结果存储在后台计算机系统的数据库中。以后的扫描操作可以用来更新该数据库，或者与数据库中已经存储的数据进行比较，从而发现哪个物品被移到另一个位置了。扫描操作的频度可以根据不同的情况而改变。较高的扫描频度带来物品-位置数据库更及时的更新。

在建立物品与其位置之间的关联之后，后台计算机可以提供广泛的物品管理功能。用户可以获得物理空间中的物品放置图。用户也可以查询指定物品的位置，或者另一方面，查询在指定的位置放置着哪个物品。系统可以监视物品移动，将其记入日志，并报告和通知位置改变。

本发明所提出的系统可以与其它物品信息系统集成在一起。例如，其可以与供应链信息系统合作。供应链系统管理货物入库出库，而本发明提出的系统向供应链系统提供有关货物具体存放在仓库中何处的精确信息。又例如，其可以与图书馆信息系统集成在一起。普通的启用RFID的图书馆信息系统管理书籍的信息，如书名、作者、借阅历史等，并将每本书映射到RFID。由于本发明提出的系统可以指出附有RFID标记的物品的位置，所以集成这两个系统可以很容易地解决名为“e-Business on Demand”的书在哪里或其是否在正确的书架上的问题。

下面参考附图5-7描述本发明的一个实施例。

本发明这一实施例中的物品管理系统包括两个组件，即移动问询器和后台计算机系统。该系统中可以有至少一个或多个移动问询器。移动问询器将物品与其位置关联起来，而后台计算机系统与移动问询器通信，以保持物品-位置关联数据库。后台计算机系统还提供基于数据库的管理功能，并处理与用户或其它应用的交互。

首先描述移动问询器的软件模块和硬件构成的例子。移动问询器是小型、轻便的器件，可以由人携带，或附在一些自动移动机构上。其可以作为集成器件实现，也可以用可移动RFID阅读器和运行一些专门设计的软件的普通PDA(个人数字助理)实现。

图5展示了移动问询器的示例模块图。

RFID阅读器适配器模块与RFID阅读器器件一起工作，检测哪个RFID标签位于移动问询器的覆盖范围内。RFID阅读器可以嵌入到移动问询器中，或者其也可以作为外部设备经由诸如USB、RS232等一些工业接口连接到移动问询器。

位置确定模块确定问询器的位置。有多种技术来实现这一目的。例如，对于室外定位可以使用GPS定位技术，或者对于室内定位可以采用基于WLAN(无线局域网)的定位技术，还可以采用红外、超声波以及其它任何无线或有线装置来确定问讯器的位置。另一种有效的方法是在整个物理空间中所有已知位置附上专用RFID标签(称作位置参考标签)，并使用移动问询器的RFID阅读器器件来检查可以检测到哪个位置参考标签，从而确定移动问询器的位置。

网络模块使移动问询器能够与后台计算机系统通信。移动问询器通过网络模块向后台系统发送检测到的物品及其位置，并且从后台系统的数据库中取出物品的位置。可以用有线、无线等各种技术来实现网络功能，推荐使用诸如802.11的无线技术。

存储模块可以临时存储由移动问询器建立的物品-位置关联信息。其可以在适当的时候将所存储的信息上载到后台系统，以使后台系统中存储的信息与存储模块中存储的信息同步。存储模块使移动问询器能够从后台系统下载部分物品-位置信息。事实上，存储模块并不是移动问询器所必需的，移动问询器完全可以通过网络模块随时直接将物品-位置关联信息上传到后台系统。

移动问询器中还可以具有一个比较模块(也可以称为比较器，图中未示出)，用来比较检测到的物品-位置对和存储模块中缓存的数据，以发现其中发生的变化。由于这一行为并不涉及网络通信，所以比较速度更快。

管理应用模块使其它各模块一起工作。触发RFID阅读适配器模块检测RFID标签，并将其与位置确定模块确定的位置关联起来。使用网络模块来发起对后台系统的信息更新，并从后台系统取回数据。通过比较新检测的信息和通过网络取回到的数据或本地存储器中缓存的数据，检测物品-位置变化。管理应用模块还为系统操作员提供用户接口。

图6展示了移动问询器的示例实现。在此例子中，移动问询器的硬件包括工业可用的可移动RFID阅读器、Wi-Fi卡和PDA。移动问询器的软件模块在PDA上运行。特别地，Wi-Fi适配器既用于网络通信又用于位置确定。位置确定模块中包括的基于Wi-Fi的定位引擎计算Wi-Fi信号强度，以获得PDA的位置。

下面参考图7描述后台管理系统的例子。后台管理系统处理其与移动问询器之间的交互，管理物品-位置数据库，并提供用于业务集成和用户交互的接口。图7展示了后台管理系统的参考实现方案的分层体系架构。

移动问询器交互层是后台管理系统的最低层。其处理后台管理系统和移动问询器之间的数据交换，还监视和管理移动问询器。

移动问询器交互层可以以实时通信模式和脱机数据同步模式两种模式建立与数据交换模块的端对端通信。相应地提供了两个对应的模块来支持这两个模块。在实时通信模式下，移动问询器在任何需要的时候向远处的后台管理系统发送数据或从中取回数据。通过网络进行实时数据发送。这一层中的网络模块处理诸如Wi-Fi、蓝牙等底层网络的多样性。在脱机数据同步模式下，移动问询器通过一些工业计算机接口如USB、RS232、1394、IR等连接到后台管理系统。在这一模式下，移动问询器中存储的数据可以迅速地与后台系统同步。外围接口模块隐藏了物理接口的多样性。

移动问询器管理模块提供监视和控制移动问询器的功能。系统管理员可以访问这一模块来检查移动问询器是否正确地工作。如果其以实时通信模式工作，管理员可以查询移动问询器的当前位置。管理员可以在移动问询器中运行的管理应用模块的帮助下，实时跟踪移动问询器，或获得其漫游路径历史。管理员可以允许或禁止移动问询器与后台管理系统通信。

数据管理层负责存储、取出、管理移动问询器报告的物品位置信息。

当从移动问询器交互层提交了新的物品-位置数据时，首先由输入数据合并模块处理。由于可以有多个移动问询器同时工作，所以一个物品的位置可能被不同的移动问询器报告多次。输入数据合并层在将数据递送到数据访问模块之前去除冗余数据。

数据访问模块保存移动问询器向数据库报告的信息，并按需要从数据库中取出数据。存储管理子模块使系统能够支持不同种类的数据库系统。

集成层给用户交互以及与其它信息系统集成的功能。较高层及其它应用程序或系统访问集成层来查询物品的位置或查询某个位置的物品。可以按照定时时间表、某个物品的移动事件的发生、或其它指定规则来产生通知。集成层还将系统中物品一位置信息的变化记入日志，并提供有关所管理的物理空间中的物品分布的报告。上述日志和报告可以提供给其它信息系统，或者由其它信息系统取出。集成层对外提供服务访问接口，以便与其它系统集成。

显示层提供对用户或管理员的接口。接口可以使用portalet、网页或其它应用程序来实现。用户可以通过接口来访问集成层提供的功能。管理员可以使用管理接口来管理整个系统。

管理模块和安全模块是两个跨层模块，其功能分布在每一层中实现。

管理模块为系统管理员提供配置、控制以及监视整个系统的运行的功能。管理模块也可以对外提供服务访问接口，以使得可以使用其它管理系统如Tivoli来进行管理和优化。

安全模块授权用户和应用程序访问系统，并确保以安全的方式执行数据访问和通信。

上面描述了本发明后台管理系统的一个示范性层状结构，这只是用来说明本发明，而不是用于限制本发明的，本领域普通技术人员应该明白，可以通过其它方式来实现这样的后台管理系统。

尽管参考本发明的优选实施例具体展示和描述了本发明，但是本领域一般技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种修改。

Claims (11)

1.一种物品位置检测设备，用于确定附有射频标识符标签的物品与其在预定空间范围内存放位置之间的对应关系，该物品位置检测设备包括：

可移动射频标识符阅读器，在所述预定空间范围内可移动，用于检测其阅读范围内是否存在所述物品，并阅读其阅读范围内的物品上所附的射频标识符标签，以获得所检测到的物品的特有标识符；以及

位置确定装置，用于确定所述射频标识符阅读器本身所处的位置，

其中，当所述射频标识符阅读器在移动过程中检测到其阅读范围内存在所述物品时，在一内部或外部存储器中关联存储所获得的所述物品的标识符和所述射频标识符阅读器所处的当前位置，以获得有关所述物品的位置信息。

2.如权利要求1所述的物品位置检测设备，其特征在于，所述位置确定装置是基于全球定位系统、无线局域网、红外线技术、超声波技术之一的无线定位装置或有线定位装置。

3.如权利要求1所述的物品位置检测设备，其特征在于，在所述预定空间范围内多个固定位置附有表示位置信息的位置参考射频标识符标签，所述位置确定装置根据所述射频标识符阅读器所阅读到的所述位置参考射频标识符标签来确定所述射频标识符阅读器本身所处的位置。

4.如权利要求1所述的物品位置检测设备，还包括：

比较器，用于寻找新检测到的物品位置信息相对于先前获得的物品位置信息所发生的变化。

5.如权利要求1-4中任何一项所述的物品位置检测设备，其特征在于，所述可移动射频标识符阅读器安装在可移动机构上。

6.一种物品位置检测方法，用于确定附有射频标识符标签的物品与其在预定空间范围内存放位置之间的对应关系，该方法包括：

使用可在所述预定空间范围内移动的可移动射频标识符阅读器来检测其阅读范围内是否存在所述物品；

当所述射频标识符阅读器在移动过程中检测到其阅读范围内存在所述物品时，

由所述射频标识符阅读器阅读其阅读范围内的物品上所附的射频标识符标签，以获得所检测到的物品的特有标识符；

确定所述射频标识符阅读器所处的位置；

关联存储所获得的所述物品的标识符和所述射频标识符阅读器所处的当前位置，以获得有关所述物品的位置信息。

7.如权利要求6所述的物品位置检测方法，其特征在于，基于全球定位系统、无线局域网、红外线技术、超声波技术之一的无线定位方案或有线定位方案来确定所述射频标识符阅读器所处的位置。

8.如权利要求6所述的物品位置检测方法，其特征在于，在所述预定空间范围内多个固定位置附有表示位置信息的位置参考射频标识符标签，根据所述射频标识符阅读器所阅读到的所述位置参考射频标识符标签来确定所述射频标识符阅读器本身所处的位置。

9.如权利要求6所述的物品位置检测方法，还包括比较新检测到的物品位置信息和先前获得的物品位置信息以发现所发生的变化的步骤。

10.如权利要求6所述的物品位置检测方法，还包括去除由多个可移动射频标识符阅读器提供的冗余信息的步骤。

11.如权利要求6所述的物品位置检测方法，还包括使用新检测到的物品位置信息来更新原来存储的物品位置信息的步骤。

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