TWI427314B - 無線射頻辨識標籤定位方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種無線射頻辨識標籤(Radio Frequency Identification,RFID)定位，特別是指一種定位過程中，運用兩個天線量測距離為半徑的兩個球體，並無交集或交集範圍過大時之一種RFID標籤定位演算法。
RFID天線定位適用於室內且建置成本低，但三維空間若僅採用單一RFID天線進行定位，所獲得的定位目標位置為一球面，若增加一個RFID天線，可將定位目標位置侷限於兩個球面的交集，即為一個圓弧線，依據無線感測網路增加第三個天線，將會與此一圓弧有兩個交點，此兩點代表定位目標的兩個可能位置，為求得合理解，一般需要4個天線。
二維定位概念如圖1所示，該定位概念至少需要三個訊號發射塔且發射塔位置已知，假設每個節點所發出的信號為圖中圓圈所涵蓋的範圍，訊號發射塔的座標分別為(X=0,Y=0)、(X=1,Y=0)與(X=3,Y=0)，三個節點涵蓋範圍為r1、r2與r3，利用三個節點所交叉範圍即可計算出未知物位置，此方法稱為Multilateration，若將此概念運用於三維空間定位，則需要四個以上訊號發射塔。
先前申請專利案第97134617號(簡稱SPA1.0)，提出的演算法是以空間位置修正的概念，以定位空間中心做為起始點，運用天線與目標標籤之均方根誤差最小的觀念，結合迭代修正技術逼近法求得目標標籤的位置。在另一申請案中(申請專利案第99102400號)，則是適合處理大空間範圍定位問題，這個方法稱為SPA2.0，該方法將定位空間切成三維立體網格，找出最可能之立方體網格。另一申請案SPA3.0(申請專利案第99104047號)，結合SP 1.0與2.0的方法加速座標定位的計算速率。第四申請案SPA4.0(申請專利案第99121147號)運用地理資訊系統定位RFID標籤位置。
上述RFID標籤定位技術，皆為求取誤差最小之座標位置，並未考慮各個天線所量測之距離為半徑的球體是否有交集，然而由於標籤回饋接收訊號強度(Received Signal Strength Indication,RSSI)受定位空間的障礙物、人員走動、設備運轉等因素影響，依據RSSI圖表所得的距離，就可能會有某些天線所對應的距離可靠，某些方位較不可靠(有較大的誤差)的問題，因此，當各自以兩個天線為中心，可能使天線所對應的距離並無交集或交集範圍過大，使用前述的方法，可能導致收斂速度慢或甚至無法收歛，因而增加求解時間。本發明的方法可以解決上述的問題。
本發明揭露一種無線射頻辨識(RFID)標籤定位之方法，特別是當其中之二天線量測距離為半徑的兩個球體，並無交集或交集範圍過大時之一種RFID標籤定位演算法。至少包含以下步驟：以四個天線A、B、C、D於一直角定位空間的面對角上；建立無線訊號衰減曲線-距離關係圖；依據該訊號衰減曲線-距離關係圖求取該些天線對一目標RFID標籤量測值，並以該些值為半徑，以該些天線所在位置為圓心，分別在x-y平面,x-z平面,y-z平面繪出複數個投影圓；求取該目標RFID標籤在該些平面之投影座標；平均該些投影座標。
其中上述之投影圓之間容許不相交、相交於一點，或投影圓相重疊的其中一種或二種或三種同時存在。當投影圓之間彼此不相交時，預估投影座標為該些圓其中之一的圓心至1/2半徑連接線對該平面兩軸之投影。當投影圓之間彼此相交於一點時，預估投影座標為該些圓相切點對該平面兩軸之投影。當投影圓之間彼此相重疊時，預估投影座標為該些圓其中之一的圓心至重疊段之半對該平面兩軸之投影。
圖2示以本發明的方法利用投影座標的技術，進行定位的流程示意圖。首先是步驟20的計算距離，即RFID天線與目標標籤之距離。
本步驟包含先在定位空間內設置複數個已知位置的RFID參考標籤，再以定點所設置複數個RFID天線逐一讀取該些個RFID參考標籤的RSSI值。依據這些數據，建立RSSI-距離関係圖。
隨後，再以各個RFID天線對目標標籤讀取RSSI值，依據該RSSI值與RSSI-距離関係圖獲取目標標籤P與各個RFID天線A、C之距離分別為PA、PC。
依據RSSI和距離的關係，第一個RFID天線C為球體球心，PC為半徑r1，劃一球體，球體表面皆為目標標籤可能之位置，第二個RFID天線A為球體圓心，PA為半徑r2，劃一球體，所劃之球體表面亦為目標標籤可能之位置。
然而，C天線所繪之球體100與A天線所繪之球體200並無交集，如圖3所示，為解決兩球體無交集的問題，依據本發明的一實施例，進行步驟21，計算投影座標。為此，仍請參考圖3，將包含天線A、C與其它的天線B、D為定位空間的四個角落，劃出一定位空間300。請注意，AC、BC、DC分別為定位空間300各面之對角線。同樣，AB、AD、BD、也在對角線。圖3中，雖只繪出兩個球體A、C，但，圖3同時示A、B、C、D的天線的位置。以一較佳實例而言，定位空間為獨立空間六面體，但不以此為限，例如，圓形劇場、或者一般建物或特殊建物包含局部開放空間，本發明的方法也都適用。以下我們將以定位空間為一長方體為說明。
請參考圖4，其圖示兩個球體A、C在y-z平面的投影。兩圓心距離為L，M
為兩圓半徑的連接線的長。連接線中點m是目標標籤p在y-z平面位置的最可能投影位置。
因此，由圓心C至連接線M
中點m的線段a可表示為
其中M可運用式(2)計算：
M=L-(r1+r2) (2)
將式(2)代入式(1)可獲得式(3)：
中點位置m可藉由式(4)計算y與z座標，如圖5所示。
相似於(1)至式(4)，分別求得各個天線連線所在平面的中點座標位置。
緊接著，前進到步驟22，計算其它天線間之平面的投影座標。例如，天線C與D所形成的兩球體100,400，可能也是不相交，也可能重疊，再一種可能是相交於一點。
例如，當天線C與D所形成的兩球體100,400相重疊，請參考圖6。上述對於天線C與A所形成的兩球體100,200不相交時的計算式(1)至(4)同樣適用，只是稍作些變化而已。此時，目標標籤在x-z平面投影的可能位置(x 2
,z 2
)
其中，
當天線C與D所形成的兩球體100,400不相交時(未圖示)，則一如上述(5)，但
當天線C與D所形成的兩球體100,400可能相交於一點(即相切)，則目標標籤在x-z平面投影的可能位置(x 2
,z 2
)即在交集點上。
此時c
=r
1代入式(5)即可求得二維座標點。
因此，依據上述(1)至(7)將可以求出CB、AB、AD、BD天線間之平面投影座標，以分別求得(x 3
,z 3
),(x 4
,z 4
),(x 5
,z 5
),(x 6
,z 6
)，最後將所有之目標標籤之投影位置依x,y,z各軸的分量各自平均，即為所求之目標標籤座標(x P
,y p
,z p
)。
其中x p
=(x 1
+x 2
+...+x 6
)/6,
y p
=(y 1
+y 2
+...+y 6
)/6
z p
=(z 1
+z 2
+...+z 6
)/6
本發明的優點是提供了球體不相交時的解決辦法，且容許投影圓之間不相交、相交於一點，或投影圓相重疊的其中一種或二種或三種同時存在。
本發明雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本發明精神與發明實體僅止於上述實施例。凡熟悉此項技術者，當可輕易了解並利用其它元件或方式來產生相同的功效。是以，在不脫離本發明之精神與範疇內所作之修改，均應包含在下述之申請專利範圍內。
20、21、22．．．流程圖步驟
100、200、400．．．定位天線以偵測到的距離為半徑所形成的球體
300．．．定位空間
M．．．球體間連接線
m．．．連接線之中點
關於本發明優點與精神可以藉由以下詳細描述及所附圖示得到進一步的瞭解。
圖1為RFID定位概念至少需要三個訊號發射塔且發射塔位置已知的示意圖。
圖2為依據本發明空間定位的流程圖。
圖3示意當兩天線球體並沒有交集時，依照本發明的方法，建立一定位空間，將另兩個天線安排在定位空間的角落，形成各個天線都是在對角線位置。
圖4示將兩天線球體投影於y-z平面及目標標籤在該平面上之可能投影位置。
圖5示將兩天線球體投影於y-z平面及目標標籤在該平面上之可能投影位置以極座標表示的示意圖。
圖6示兩天線球體投影於x-z平面時，兩圓重疊時之示意圖。
Claims (6)
- 一種無線射頻辨識(RFID)標籤定位之方法，至少包含以下步驟：以四個天線A、B、C、D於一定位空間的面對角上，並在該定位空間建立一直角座標系；建立無線訊號衰減曲線-距離關係圖；依據該訊號衰減曲線-距離關係圖求取該些天線對一目標RFID標籤量測值，並以該些值為半徑，以該些天線所在位置為圓心，分別在x-y平面,x-z平面,y-z平面繪出複數個投影圓；求取該目標RFID標籤在該些平面之預估投影座標，其中該些投影座標係為該些投影圓之間之半徑連接線中點的座標；及平均該些預估投影座標。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之投影圓之間容許不相交、相交於一點，或投影圓相重疊的其中一種或二種或三種同時存在。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中上述之投影圓之間彼此不相交時，預估投影座標為二維，且為該些圓其中之一的圓心至1/2半徑連接線對該平面兩軸之投影。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中上述之投影圓之間彼此相交於一點時，預估投影座標為二維，且為該些圓相切點對該平面兩軸之投影。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中上述之投影圓之間彼此相重疊時，預估投影座標為二維，且為該些圓其中之一的圓心至重疊段之半對該平面兩軸之投影。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之定位空間為一六面體。
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| TW (1) | TWI427314B (zh) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2011
- 2011-05-12 TW TW100116757A patent/TWI427314B/zh not_active IP Right Cessation
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