一種基于rfid的室內(nèi)快速定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及室內(nèi)快速定位方法，尤其涉及一種基于RFID的室內(nèi)快速定位方法，屬 于監(jiān)控定位技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，定位技術(shù)和位置信息是當(dāng)前研宄的熱點(diǎn)之一。在室內(nèi)環(huán)境如地 下停車場(chǎng)、物流倉(cāng)庫(kù)、危險(xiǎn)品儲(chǔ)存室、礦井等環(huán)境中，也需要通過較為準(zhǔn)確的位置信息來合 理整合資源、提尚服務(wù)效率和確保公共安全。常有室內(nèi)定位技術(shù)包括：基于紅外線定位、基 于超聲波定位、基于RADAR定位、基于RFID定位等。與其他定位技術(shù)相比，RFID定位技術(shù) 更容易搭建系統(tǒng)并且精度較高，更適合用于室內(nèi)監(jiān)控定位。RFID定位算法主要包括：信號(hào) 強(qiáng)度信息法、傳播時(shí)間測(cè)量法和到達(dá)角度法。傳播時(shí)間測(cè)量法雖然定位精度高，但都需要 專用設(shè)備，硬件成本高；角度測(cè)量法需要使用方向性天線，成本較高，在室內(nèi)非視距情況下 定位誤差很大；而信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量法不需要額外硬件，便于度量，可使用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)收集信號(hào) 強(qiáng)度，同時(shí)不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和成本產(chǎn)生明顯影響，與其他算法相比更易于大規(guī)模推廣 應(yīng)。其中基于信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量法的RFID經(jīng)典定位算法包括基于距離-耗損模型的定位算法、 LANDMARC算法、VIRE算法等。
[0003] 本發(fā)明主要針對(duì)VIRE算法進(jìn)行了改進(jìn)，VIRE算法采用線性插值方法，使虛擬標(biāo)簽 信號(hào)強(qiáng)度值產(chǎn)生了誤差，同時(shí)鄰近地圖閾值的選取對(duì)定位精度產(chǎn)生了直接的影響，本發(fā)明 采用徑向基函數(shù)插值法，其插值方式更接近信號(hào)的衰減變化，利用量子粒子群算法尋找待 定位標(biāo)簽最優(yōu)點(diǎn)，直接避免了鄰近地圖閾值選取的影響，同時(shí)解決了VIRE算法邊界定位不 準(zhǔn)確的問題。
[0004] 上述具體專利對(duì)比文件和相關(guān)文獻(xiàn)為：
[0005] 1)、桂林電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院溫佩芝、蘇亭婷等發(fā)表在2014年5 月第36卷第5期《計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)》上的《基于粒子群的射頻識(shí)別定位算法》，該文章基于VIRE算法主要引入拉格朗日插值法和標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法進(jìn)行改進(jìn)。文獻(xiàn)中拉格朗日插值法 雖然插值效果比線性插值好，但當(dāng)所選不同參考標(biāo)簽到閱讀器距離相同時(shí)，會(huì)出現(xiàn)分母為〇 的情況，導(dǎo)致算法無法繼續(xù)運(yùn)算，本發(fā)明引用的徑向基函數(shù)插值法使不會(huì)出現(xiàn)這種情況，并 且其插值更接近虛擬標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度真實(shí)值；同時(shí)由于標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法存在不一定能收斂 到全局最優(yōu)解的缺陷，導(dǎo)致求出的待定位標(biāo)簽坐標(biāo)不一定是最優(yōu)解，但是量子群算法具有 更好的收斂性，不會(huì)發(fā)散到無窮遠(yuǎn)處，使定位性能更加穩(wěn)定，精度更高，同時(shí)量子粒子群收 斂速度更快，實(shí)時(shí)性更好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種基于RFID的室內(nèi)快速定位方法，以滿 足監(jiān)控定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確定位要求，提高定位精度。
[0007] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種基于RFID的室內(nèi)快速定位方法，所述方法包括如下步驟：
[0009] A、擺放RFID主動(dòng)式參考標(biāo)簽和RFID固定式閱讀器，確定RFID定位系統(tǒng)模型；
[0010] B、利用RFID固定式閱讀器，采集參考標(biāo)簽和待定位標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值；
[0011] C、在定位區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生虛擬標(biāo)簽，根據(jù)參考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，利用徑向基函數(shù) 插值法求出每個(gè)虛擬標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度值；
[0012] D、根據(jù)參考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值和虛擬標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，建立基于量子粒子群算法模 型，計(jì)算出待定位標(biāo)簽最優(yōu)估算坐標(biāo)值。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 本發(fā)明基于VIRE定位算法進(jìn)行改進(jìn)，利用徑向基函數(shù)插值法代替線性插值法，有 效提高了虛擬標(biāo)簽的插值精度，同時(shí)引入量子粒子群算法搜素待定位標(biāo)簽的最優(yōu)點(diǎn)，由于 其具有很好的收斂性，使本發(fā)明的定位性能更加穩(wěn)定，相比已有的定位算法，在保證定位精 度的前提下，減少了運(yùn)算時(shí)間，有利于實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽的實(shí)時(shí)在線定位。本方法具有實(shí)時(shí)性 好、抗干擾能力強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)定位監(jiān)控系統(tǒng)中。
[0015] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利 要求書以及附圖中所特別指出結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0016] 附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí) 施例共同用于解釋本發(fā)明，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明限制。在附圖中：
[0017] 圖1是本發(fā)明所述一種基于RFID的室內(nèi)快速定位方法的結(jié)構(gòu)流程圖；
[0018] 圖2是基于RFID的室內(nèi)定位系統(tǒng)布局圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神下，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可 以提出本發(fā)明的多個(gè)結(jié)構(gòu)方式和制作方法。因此以下【具體實(shí)施方式】以及附圖僅是本發(fā)明 技術(shù)方案的具體說明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限定或限 制。
[0020] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：
[0021] 本發(fā)明所述的一種基于RFID的室內(nèi)快速定位方法，具體步驟包括：
[0022] 步驟10擺放RFID主動(dòng)式參考標(biāo)簽和RFID固定式閱讀器，確定RFID定位系統(tǒng)模 型；
[0023] 步驟20利用RFID固定式閱讀器，采集參考標(biāo)簽和待定位標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值；
[0024] 步驟30在定位區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生虛擬標(biāo)簽，根據(jù)參考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，利用徑向基 函數(shù)插值法求出每個(gè)虛擬標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度值；
[0025] 步驟40根據(jù)參考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值和虛擬標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，建立基于量子粒子群 算法模型，計(jì)算出待定位標(biāo)簽最優(yōu)估算坐標(biāo)值。
[0026] 上述步驟10具體包括：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在室內(nèi)擺放N個(gè)RFID主動(dòng)式參考標(biāo)簽和K 個(gè)RFID固定式閱讀器，確定RFID定位系統(tǒng)模型。
[0027] 所述步驟20具體包括：利用現(xiàn)場(chǎng)布置的K個(gè)RFID固定式閱讀器，分別采集N個(gè)參 考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值rSSito (1 <k<K，1 <n<N)和待定標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值rssik (1 <k<K)。
[0028] 所述步驟30具體包括：在定位區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生M個(gè)虛擬標(biāo)簽，根據(jù) 參考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，利用徑向基函數(shù)插值法求出每個(gè)虛擬標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度值 rssi'to(l彡k彡K，1彡n彡M)，其插值方法如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于RFID的室內(nèi)快速定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： A、 擺放RFID主動(dòng)式參考標(biāo)簽和RFID固定式閱讀器，確定RFID定位系統(tǒng)模型； B、 利用RFID固定式閱讀器，采集參考標(biāo)簽和待定位標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值； C、 在定位區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生虛擬標(biāo)簽，根據(jù)參考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，利用徑向基函數(shù)插值 法求出每個(gè)虛擬標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度值； D、 根據(jù)參考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值和虛擬標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，建立基于量子粒子群算法模型， 計(jì)算出待定位標(biāo)簽最優(yōu)估算坐標(biāo)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RFID的室內(nèi)快速定位方法，其特征在于，所述步驟A具 體包括：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在室內(nèi)擺放N個(gè)RFID主動(dòng)式參考標(biāo)簽和K個(gè)RFID固定式閱讀器， 確定RFID定位系統(tǒng)模型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RFID的室內(nèi)快速定位方法，其特征在于，所述步驟B 具體包括：利用現(xiàn)場(chǎng)布置的K個(gè)RFID固定式閱讀器，分別采集N個(gè)參考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值 Fssikn，其中Kk彡K，1彡n<N和待定標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值rssik，其中1彡k彡K。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RFID的室內(nèi)快速定位方法，其特征在于，所述步驟C具 體包括：在定位區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生M個(gè)虛擬標(biāo)簽，根據(jù)參考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，利用徑向基函數(shù) 插值法求出每個(gè)虛擬標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度值rssi' ^，其中K k < K，K η < M，其插值方法如 下：
是常數(shù)，表示該徑向基函數(shù)的緊支半徑，Xi，yi為參考標(biāo)簽坐標(biāo)，x，y為虛擬標(biāo)簽坐標(biāo)，α 1是 權(quán)函數(shù)；
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RFID的室內(nèi)快速定位方法，其特征在于，所述步驟D具 體包括： ⑴置t = 0,將每個(gè)虛擬標(biāo)簽當(dāng)作一個(gè)粒子，在整個(gè)定位區(qū)域內(nèi)初始化每一個(gè)粒子的當(dāng) 前位置Xi(O),并置個(gè)體最優(yōu)APi(O) =Xi(O); ⑵計(jì)算粒子群的平均最優(yōu)點(diǎn)
⑶對(duì)粒子群中的每一個(gè)粒子i，其中I < i < M進(jìn)行⑷?(7)操作； ⑷計(jì)算粒子i的當(dāng)前位置Xi (t)適應(yīng)值，更新粒子的個(gè)體最好位置，更新公式為：
(5) 對(duì)于粒子i，將Pi (t)的適應(yīng)值與全局最好位置G(t-l)的適應(yīng)值比較，若f [Pi (t)] <打6(卜1)]，則置6(〇=?1(〇，否則6(〇=6(卜1); (6) 對(duì)于粒子i的每一維,計(jì)算一個(gè)隨機(jī)點(diǎn)的位置，公式為：
(7) 由粒子的進(jìn)化方程計(jì)算粒子的新位置，進(jìn)化方程公式為：
⑶若不滿足最大迭代次數(shù)，置t = t+Ι，返回⑵，否則結(jié)束。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于RFID的室內(nèi)快速定位方法，所述方法包括擺放RFID主動(dòng)式參考標(biāo)簽和RFID固定式閱讀器，確定RFID定位系統(tǒng)模型；利用RFID固定式閱讀器，采集參考標(biāo)簽和待定位標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值；在定位區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生虛擬標(biāo)簽，根據(jù)參考標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，利用徑向基函數(shù)插值法求出每個(gè)虛擬標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度值；根據(jù)參考標(biāo)簽和虛擬標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值，建立基于量子粒子群算法模型，計(jì)算出待定位標(biāo)簽最優(yōu)估算坐標(biāo)值。本發(fā)明有利于實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽的實(shí)時(shí)在線定位，相比已有的定位算法，在保證定位精度的前提下，減少了運(yùn)算時(shí)間。本方法具有實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)定位監(jiān)控系統(tǒng)中。
【IPC分類】G01S5-00
【公開號(hào)】CN104535960
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410836764
【發(fā)明人】劉桂雄, 李遠(yuǎn)茂
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日