專利名稱：一種基于rfid的室內(nèi)定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種室內(nèi)定位裝置，尤其是涉及一種基于RFID的室內(nèi)定位裝置。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，Radio Frequency Identification的縮寫)是利用無線電 波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和讀寫。跟其他的識(shí)別技術(shù)相比，例如條形碼和聲音識(shí)別，使用RFID技 術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是不需要人工干預(yù)。RFID讀取器會(huì)自動(dòng)獲取RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)并傳送到計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行進(jìn)一步應(yīng)用。在過去十年間，RFID技術(shù)取得了高速的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于超 市，物流，管理等領(lǐng)域，被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。RFID定位是利用RFID技術(shù)來實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)對(duì)象的位置。獲得目標(biāo)的實(shí)時(shí)信息在 很多領(lǐng)域具有重大意義。例如醫(yī)院在急救時(shí)需要及時(shí)知道醫(yī)療人員和設(shè)備的位置，幼教老 師在外出時(shí)必須準(zhǔn)確掌握孩子的活動(dòng)范圍。在室外，GPS定位技術(shù)(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))已 成功應(yīng)用于汽車導(dǎo)航。在室內(nèi)，各種定位新技術(shù)正不斷得到關(guān)注，例如紅外線，超聲波，RFID 和UWB(Ultra Wideband，超寬帶)。跟其他室內(nèi)定位技術(shù)相比，RFID定位具有成本低，環(huán)境 要求低的優(yōu)點(diǎn)，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。RFID標(biāo)簽的不同影響了定位方式。無源標(biāo)簽價(jià)格低廉，但只能從讀卡器發(fā)出的電 磁場(chǎng)獲得能量，因此通信距離短且可靠性弱。當(dāng)需要定位一個(gè)大區(qū)域，基于無源標(biāo)簽的定位 系統(tǒng)往往需要讓標(biāo)簽或者讀卡器的天線以某種方式覆蓋整個(gè)區(qū)域，實(shí)施難度較高。而使用 有源標(biāo)簽是RFID定位的主流技術(shù)。有源標(biāo)簽包含電池，通信距離長(zhǎng)，可靠性強(qiáng)。通過將有 源標(biāo)簽和目標(biāo)進(jìn)行綁定，可對(duì)大區(qū)域進(jìn)行定位分析。在一個(gè)典型的有源RFID定位系統(tǒng)中，RFID標(biāo)簽發(fā)射無線信號(hào)，RFID讀卡器接收 標(biāo)簽的信號(hào)并傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行定位分析。定位算法可根據(jù)不同的信號(hào)屬性，常用 的包括 RSSI (Radio Signal Strength Information，信號(hào)強(qiáng)度)和 TDOA (Time Difference of Arrival，到達(dá)時(shí)間差)。基于TDOA的定位將信號(hào)傳播時(shí)間轉(zhuǎn)化為距離，不受環(huán)境條件 影響，精度高。但需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行精確的同步，對(duì)硬件的要求非常高，相應(yīng)成本也高?；?RSSI的定位利用信號(hào)強(qiáng)度隨距離衰減的屬性來測(cè)量。信號(hào)強(qiáng)度的特點(diǎn)是很容易從各種設(shè)備 獲得，對(duì)讀卡器的要求比較低，但容易受環(huán)境影響。例如不同的濕度或墻壁反射情況會(huì)導(dǎo)致 信號(hào)強(qiáng)度以不同的方式衰減。因此不同環(huán)境，甚至同一環(huán)境的不同時(shí)段，都需要差別對(duì)待。 發(fā)明一種基于RSSI且能有效適應(yīng)各種環(huán)境的定位技術(shù)是一個(gè)挑戰(zhàn)。發(fā)明專利(專利號(hào)ZL 200501224623. 1)提出了一種利用短距離天線矩陣的定位 方法。天線排列成矩陣平面，當(dāng)跟目標(biāo)綁定的無源RFID標(biāo)簽靠近某天線單元時(shí)，該天線就 能識(shí)別。該方案需要鋪設(shè)大量的天線，在室內(nèi)面積大的情況下實(shí)施成本大。發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00910027885. 9)公布了一種基于信號(hào)強(qiáng)度的RFID定位方法。 室內(nèi)布置若干主動(dòng)式的RFID參考標(biāo)簽，并采集其信號(hào)強(qiáng)度和實(shí)際位置信息。利用基于線形 插值的虛擬定位算法，參考點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度特征用來計(jì)算出整個(gè)監(jiān)控區(qū)域中虛擬參考點(diǎn)的信 號(hào)強(qiáng)度。目標(biāo)標(biāo)簽的實(shí)際信號(hào)強(qiáng)度和虛擬參考點(diǎn)進(jìn)行比較，從而獲得目標(biāo)的位置信息。該定位方法能達(dá)到高精度，然而虛擬定位算法對(duì)不同環(huán)境無法動(dòng)態(tài)調(diào)整。因此無法知道虛擬 定位算法如何適用于不同的室內(nèi)環(huán)境。發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00910051180. 5)公開了一種用正三角標(biāo)簽網(wǎng)來對(duì)移動(dòng)機(jī)器人 進(jìn)行定位的方法。機(jī)器人的底部安裝了四個(gè)有正方形天線的RFID讀卡器，四個(gè)天線拼成大 正方形。地面鋪設(shè)了按正三角形鑲嵌的RFID無源標(biāo)簽網(wǎng)，其中三角形邊長(zhǎng)恰好為大正方形 的邊長(zhǎng)。通過分析標(biāo)簽點(diǎn)相對(duì)天線組成的大正方形的不同位形計(jì)算機(jī)器人的位置。有局限 性，不適用于人員維護(hù)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種成本低、精 度高、適應(yīng)性高的基于RFID的室內(nèi)定位裝置。本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種基于RFID的室內(nèi)定位裝置，其特征在于，該裝置包括有源RFID標(biāo)簽、RFID 讀卡器、CAN總線、交換機(jī)、以太網(wǎng)、計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)設(shè)有智能定位模塊，所述的有源 RFID標(biāo)簽通過無線鏈路與RFID讀卡器連接，所述的RFID讀卡器與CAN總線連接，所述的 CAN總線與交換機(jī)連接，所述的交換機(jī)通過以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)連接。所述的有源RFID標(biāo)簽為多個(gè)，每個(gè)有源RFID標(biāo)簽設(shè)有唯一的標(biāo)識(shí)符。所述的RFID讀卡器為多個(gè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)成本低廉、精度高以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性高，當(dāng)環(huán)境發(fā)生較大變化，例如家具重新擺 設(shè)或者人員有很大增長(zhǎng)，可以通過重新訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來適應(yīng)環(huán)境的變化。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的三維空間被劃分成離散的等價(jià)位置類圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例如圖1所示，一種基于RFID的室內(nèi)定位裝置，該系統(tǒng)包括有源RFID標(biāo)簽1、RFID 讀卡器2、CAN總線4、交換機(jī)3、以太網(wǎng)6、計(jì)算機(jī)5，所述的計(jì)算機(jī)5設(shè)有智能定位模塊，所 述的有源RFID標(biāo)簽1設(shè)有標(biāo)識(shí)符，所述的有源RFID標(biāo)簽1定時(shí)發(fā)送標(biāo)識(shí)符，所述的RFID 讀卡器2讀取標(biāo)識(shí)符信號(hào)并測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度，將標(biāo)識(shí)符信號(hào)及信號(hào)強(qiáng)度通過CAN總線4傳送 給交換機(jī)3，該交換機(jī)3對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總并通過以太網(wǎng)將其發(fā)送給計(jì)算機(jī)5，該計(jì)算 機(jī)5中的智能定位模塊通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的等價(jià)位置計(jì)算模型來分析標(biāo)識(shí)符的信號(hào)強(qiáng)度， 輸出等價(jià)位置類。計(jì)算機(jī)5中的智能定位模塊進(jìn)行基于RSSI (信號(hào)強(qiáng)度)值的定位分析。首先利用 我們提出的等價(jià)位置模型將定位問題轉(zhuǎn)化為模式識(shí)別問題。在等價(jià)位置模型中，連續(xù)的三 維空間被劃分成離散的等價(jià)位置類。例如，如圖2可以將空間劃分為一米見方的格子，每個(gè)格子是一個(gè)等價(jià)位置類。系統(tǒng)僅關(guān)心標(biāo)簽是落在哪個(gè)類，而不關(guān)心標(biāo)簽在類中的具體位置， 也就是說同類中的各個(gè)位置是等價(jià)的。在圖2中，位置A和B是等價(jià)的，屬于同一類，而C 和D分屬另外兩類。具體如何建立等價(jià)位置模型要根據(jù)應(yīng)用要求來確定。利用等價(jià)位置模型，定位問題就巧妙地轉(zhuǎn)換為識(shí)別等價(jià)位置類問題。具體表述 為根據(jù)某標(biāo)簽所測(cè)得的RSSI 向量 Xi = (xil，xi2，…，xid) T (i = 1，2，...，N)，將 該標(biāo)簽歸入C個(gè)等價(jià)位置類《1，《2，…，coc中。其中，T表示轉(zhuǎn)置；N為樣本點(diǎn)數(shù)；d為 樣本特征數(shù)。等價(jià)位置類的識(shí)別是利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的，具體使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也叫多層前饋網(wǎng)絡(luò)。前一層神經(jīng)元單向饋入后一層神經(jīng)元，而后面 的神經(jīng)元沒有反饋到之前的神經(jīng)元；網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練算法是反向傳播算法，即神經(jīng)元的鏈接權(quán) 重的訓(xùn)練是從最后一層(輸出層)開始，然后反向依次更新前一層的鏈接權(quán)重。相對(duì)其他 模式識(shí)別的方法，例如判別函數(shù)法，k近鄰分類法和特征分析法，BP網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)便有效，因此被 本系統(tǒng)采用。智能定位BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入是標(biāo)簽的RSSI值，輸出是等價(jià)位置類。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行識(shí)別前首先要學(xué)習(xí)訓(xùn)練數(shù)據(jù)。訓(xùn)練數(shù)據(jù)的獲取很直觀，只需將 標(biāo)簽放在各個(gè)已知的位置點(diǎn)，已知位置的等價(jià)位置類和各讀卡器測(cè)量的RSSI值就構(gòu)成了 訓(xùn)練數(shù)據(jù)。選取已知位置點(diǎn)的方法有多種技巧，例如畫格子和勻速移動(dòng)。若使用畫格子的 方法，可將區(qū)域劃成格子，放在格點(diǎn)上的標(biāo)簽的實(shí)際位置就是該格點(diǎn)的位置。若采用勻速移 動(dòng)的方法，則可讓連接標(biāo)簽的某物體進(jìn)行勻速走動(dòng)，通過時(shí)間來計(jì)算其實(shí)際位置。完成學(xué)習(xí)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用來進(jìn)行定位分析。只要輸入各RSSI值，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就 輸出等價(jià)位置類?？捎玫葍r(jià)位置類的特定點(diǎn)，例如中心位置，來近似表示具體位置。這樣， 系統(tǒng)就完成了基于RSSI的定位分析。
權(quán)利要求一種基于RFID的室內(nèi)定位裝置，其特征在于，該裝置包括有源RFID標(biāo)簽、RFID讀卡器、CAN總線、交換機(jī)、以太網(wǎng)、計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)設(shè)有智能定位模塊，所述的有源RFID標(biāo)簽通過無線鏈路與RFID讀卡器連接，所述的RFID讀卡器與CAN總線連接，所述的CAN總線與交換機(jī)連接，所述的交換機(jī)通過以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RFID的室內(nèi)定位裝置，其特征在于，所述的有源 RFID標(biāo)簽為多個(gè)，每個(gè)有源RFID標(biāo)簽設(shè)有唯一的標(biāo)識(shí)符。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RFID的室內(nèi)定位裝置，其特征在于，所述的RFID讀 卡器為多個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于RFID的室內(nèi)定位裝置，該裝置包括有源RFID標(biāo)簽、RFID讀卡器、CAN總線、交換機(jī)、以太網(wǎng)、計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)設(shè)有智能定位模塊，所述的有源RFID標(biāo)簽通過無線鏈路與RFID讀卡器連接，所述的RFID讀卡器與CAN總線連接，所述的CAN總線與交換機(jī)連接，所述的交換機(jī)通過以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有成本低、精度高、適應(yīng)性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S19/38GK201654239SQ20102011009
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者賴毅 申請(qǐng)人:上海和為科技有限公司