专利名称：利用移动阅读器探测固定rfid电子标签来实现定位的方法
技术领域：
本发明公开了ー种无线通信的定位方法，具体涉及ー种利用移动阅读器探測固定RFID电子标签来实现定位的方法。
背景技术：
射频识别即RFID (Radio Frequency IDentification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是ー种通信技木，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。基于RFID标签对物体的唯一标识特性，引发了人们对基于RFID技术的应用研究热潮。ー个研究热点是物流与实物互联网，另ー应用研究热点是空间定位与跟踪RFID定位。跟踪系统主要利用标签对物体的唯一标识特性，依据读写器与安装在物体上的标签之间射频通信的信号強度来測量物品的空间位置，主要应用于GPS系统难以奏效的室内定位领域其他应用研究还包括普适计算、系统安防等多个方面。目前采用RFID技术的典型代表是SpotON。该系统基于信号強度分析，发展了一种聚合算法对三维空间进行定位。SpotON系统中硬件标签成网络状分布，无需中央控制单元，通过标签测试到的信号強弱来表征标签之间的几何距离。但是，完整的SpotON系统到目前为止还没有建成。另外，PinpointC。销售ー种基于RFID技术的室内定位的3D-iD的商品。3D-iD类似于SpotON的思路，采用无线局域网技术进行定位。该系统具有相当好的定位精度，而且该系统可调性较强，但是系统投资较大。值得ー提的是，LANDMARC系统通过引入參考定位标签，井根据不同标签之间的残差加权算法，可以获得较高的定位精度除了以上这些，还有其他系统采用其他定位技术，如UWB、Bluetooth等等。目前RFID在定位上的应用主要是采用多点固定阅读器进行探測定位，利用阅读器探測范围间的重叠，或者利用虚拟标签等方法细分整个待定位区域，采用LANDMARC等算法确定某细分区域内是否存在待测标签，其定位精度还有待提高。目前，城市中的定位主要运用GPS/北斗卫星定位系统来实现，而在高楼林立的城市“峡谷”区域，GPS/北斗卫星定位容易出现误差。GPS/北斗卫星信号误差源主要是由下列原因所造成①多路径效应建筑物对GPS信号的反射；②阴影城市中高楼与高楼之间形成的“峡谷”内、浓密的植被下，信号接收效果较差在隧道、地下停车厂造成的信号失锁等。我们提出的RFID室外定位主要目的是解决是对上述GPS/北斗定位系统的误差和缺陷，是对其的一种辅助定位，可以避免因上述因素所导致的定位误差，提高定位的精度。
发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种无线通信的定位方法，特别是ー种利用移动阅读器探測固定RFID电子标签来实现定位的方法。技术方案为解决上述技术问题，本发明提供的ー种利用移动阅读器探測固定RFID电子标签来实现定位的方法，其定位的步骤如下(I)安装RFID电子标签和移动阅读器根据定位的精度铺设RFID电子标签作为位置锚节点，在移动系统上则安装RFID移动阅读器；(2)数据库的建立和初始设定建立地理信息数据库，存储各个RFID电子标签的ID编号及其对应的实际地理位置；(3)移动探测过程移动系统中的RFID阅读器周期性地发出射频信号，当移动系统到达某一安装有RFID电子标签的标示点附近吋，RFID阅读器发出射频信息被该地的RFID电子标签接收，并返回带有ID电子编码的射频信号；(4)信息处理过程移动系统上的RFID阅读器通过接收的射频信号获得RFID电子标签的ID编号，将此ID编号及返回信号接收时间通过移动物体上的车载系统进行处理或者通过无线网络发送到处理单元对信息进行处理，进而获得数据库中对应的道路信息。本发明可用于车载系统的导航定位，室内三维定位。所述移动物体是室内的人体或者室外安装有车载系统的汽车。当移动物体是室外的安装有车载系统的汽车时，在上述步骤(I)中安装的RFID阅读器是有源RFID电子标签。有源RFID电子标签的响应范围在50m左右，而无源RFID电子标签的响应范围只有5m左右，利用RFID有源电子标签可以确保返回射频信号可以被RFID 阅读器所接收，提高了信息传输的可靠性。而当移动物体是室内的人体时，考虑到建筑物和房间的大小较小，采用无源RFID电子标签更能节省成本。处理单元即车载定位导航系统或远端控制中心，对信号进行处理和监控。对于接收到多个电子标签返回射频信号的情況，处理单元结合汽车行驶方向和电子地图进行判断。这里会有两种情况接收到道路一侧的电子标签返回射频信号和接收到道路两侧的电子标签返回射频信号，此时根据车辆行驶方向和道路行驶靠右准则或者时间先后舍弃ー侧的信号。同时处理単元可根据接收到的道路信息及时间来获得汽车行驶路线，实现实时监控和导航。有益效果本发明通过探测到电子标签的返回信号就能得到确切地理位置信息，定位的精确度高，而且电子标签的成本低、体积小，所以综合可实现度更高，可广泛用于车载系统的导航定位，室内三维定位；本发明也可作为传统GPS/北斗卫星定位系统的有益补充，弥补其在城市定位时由于阴影、多径等因素所导致的定位误差。
图I是本发明的室外定位方法道路模型图。图2是本发明利用车载导航系统实现室外定位的执行流程图。图3是选择控制中心导航系统实现导航过程的信息处理流程图。图4是本发明的室内三维定位模型图。图5是本发明的室内三维定位系统执行流程图。图6是本发明基于GPS/北斗和RFID定位方法的切换执行流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作更进ー步的说明。实施例I :本发明应用到汽车中的车载系统中的定位方法。其定位的步骤如下
(I)安装RFID电子标签和移动阅读器根据定位的精度铺设RFID电子标签作为位置锚节点，在汽车的车载系统上则安装RFID移动阅读器；(2)数据库的建立和初始设定建立地理信息数据库，存储各个RFID电子标签的ID编号及其对应的实际地理位置；(3)移动探测过程车载系统中的RFID阅读器周期性地发出射频信号，当汽车到达某一安装有RFID电子标签的标示点附近吋，RFID阅读器发出射频信息被该地的RFID电子标签接收，并返回带有ID电子编码的射频信号；(4)信息处理过程汽车上的RFID阅读器通过接收的射频信号获得RFID电子标签的ID编号，将此ID编号及返回信号接收时间通过汽车上的车载导航系统进行处理或者通过无线网络发送到处理单元对信息进行处理，进而获得数据库中对应的道路信息。如图I和图2所示，各个门牌号都安装有电子标签，箭头表示汽车行驶的方向，在 车辆行驶过程中，安装在其内部的RFID阅读器周期性的发送射频信号，电子标签接收到阅读器的信号后返回带有地址信息的射频信号，阅读器接收到该信号，再将对应的ID编号和接收时间通过汽车上的车载导航系统进行处理或者通过无线网络交给处理単元，处理单元在数据库中查询到ID编号对应的道路信息，并对其进行处理。RFID电子标签是有源RFID电子标签。有源RFID电子标签的响应范围在50m左右，而无源RFID电子标签的响应范围只有5m左右，利用RFID有源电子标签可以确保返回射频信号可以被RFID阅读器所接收，提高了信息传输的可靠性。如图I中门牌016和018之间的距离较大，比如大于10m，为提高定位精度利用两者间的路灯设施嵌入电子标签辅助定位。信息处理可交由车载导航系统或通过无线网络发送到控制中心，控制中心主要是对阅读器发送的电子标签ID号和返回信号接收时间进行处理。车载导航系统可以记录下接收到信号的时间，因此可以区别出在阅读器的一个扫描周期内接收到信号的先后次序，当车载导航系统将接收到的电子标签信息发送至远端的控制中心时，所有的电子标签信息均会匹配相应的接收时间一起发送。由于阅读器在一个扫描周期内可以接受到若干个返回信息，而若要判断当前车辆位置就需对此若干个返回信息进行筛选和处理。当接收到多个返回信号时分为两种可能(I)可能情况I如图I所示，此时RFID阅读器在ー个周期时间内收到的是道路一侧的电子标签返回的信号。控制中心利用数据库获得电子标签ID编号对应的道路信息，在电子地图上对该信息对应的地点进行标注，选取两个距离相近，对应接收时间可区分的已标注地点，根据电子地图得到两个地点之间的实际距离Ad,计算出两种标签信息所匹配的
相应接收时间差At，利用公式F = ￥得到此段路程的平均速度。在电子地图上标注两种
Al
返回信号对应的地点，根据返回信号接收时间的先后得到汽车行驶方向。正常的车道宽为
3.5m左右，这里设汽车内部的RFID阅读器离车道边的距离为3m，确保在RFID阅读器信号发射范围之内。如图I所示，在b时刻和t2时刻分别接收到门牌002和006中嵌入的电子标签发送的ID编号，根据电子地图计算出门牌002和006之间的实际距离，再根据时间差Uft1)计算出汽车行驶速度，判断出汽车行驶方向供后续应用。当发送至控制中心的若干个标签信息所匹配的接收时间均相同，此时需要根据汽车行驶的方向进行判断，若控制中心判断出汽车向右行驶，定位结果为最右边的电子标签所在地点；反之，控制中心判断出汽车向左行驶，定位结果为最左边的电子标签所在地点。如图I所示，在t3时刻接收到门牌010、012、014中嵌入的电子标签发送的ID编号，控制中心判断出汽车向右行驶，所以确定定位结果为门牌014。(2)当RFID阅读器在ー个周期时间内收到的是道路两侧的电子标签返回的信号，如果是同一时刻接收到的信息，先判断出汽车行驶方向，再根据道路行驶靠右准则舍弃行驶方向左侧的道路信息，对行驶方向右侧信息进行后续处理；如果接受到的道路两侧电子标签返回信号有时间先后之分，选取时间在前的那一部分道路信息进行后续处理。处理方法同(I)中所述。在某些地区，相邻两个门牌号对应地点的距离较远，此时可以借助两个地点之间的路灯，电线杆等公用路政设施安装电子标签，以达到提高定位精度的效果。若根据需求选择由控制中心处理信息，控制中心还可以针对接收的ID编号对应的道路信息进行汽车行驶监控，利用电子地图将相应道路信息进行标注，借助道路信息匹 配的接收时间分析汽车行驶路径，可用于对物流业配送车的监控与管理。若根据需求选择由控制中心处理信息，控制中心还可以针对接收的ID编号对应的道路信息进行汽车行驶导航，需要控制中心和RFID阅读器形成信息反馈机制，利用电子地图指导汽车行驶的下ー个方向和距离。由于车载导航系统本身可以进行导航服务，所以可以根据应用需求选择使用车载导航系统或者控制中心导航系统。如图3所示，这里介绍控制中心导航实现方式车载RFID阅读器接收附近RFID电子标签返回的ID编号，其次在车载导航系统里设置目的地，然后将ID编号和目的地的对应编号发送到控制中心；控制中心在电子地图上标注汽车行驶起始点和目的地，分析得出最佳行驶路径；将此路径涉及的所有门牌分别作为起始点得出汽车下一行驶方向和距离，并结合门牌对应电子标签ID号预存入存储器中；然后从存储器中获得当前汽车所在地对应的汽车行驶方向和行驶距离，并将此信息反馈至车载导航系统；汽车在行驶过程中不断地将当前位置ID编号发送至控制中心，控制中心判断存储器中是否有预存入的ID号与其相同，若有则从存储器中调出该ID号对应信息发送至车载导航系统；若无，表示汽车实际行驶路径发生错误，以当前所在地为起始点重复上面的操作，同时发送警告信号至车载导航系统。如果因为通信传输等问题导致没有接收到反馈的射频信号或接收信号错误则重新接收信息。具体处理过程如图3所示。在应用于导航系统时，也可以无需设定目的地。RFID阅读器接收到附近的电子标签ID编号，并将该编号发送至控制中心后，由控制中心将电子地图以及当前道路信息，行驶位置发送至车载导航系统，直接显示车辆当前行驶路径和状态，供驾驶员參考。所提出的方位除了能独立完成定位功能外，还可与传统的GPS/北斗卫星定位系统相结合，弥补其在城市区域范围内定位导航过程中，由于城市“峡谷”效应等因素所导致的定位误差。装备GPS/北斗接收机的车辆在城市中心商区行驶时，可能会产生不可靠和不精确的位置信息，甚至显示几百米的误差。当汽车驶入两个多层建筑物之间的小巷内，由于阴影及多径等因素，显示的位置可能会任意跳动。可以想象，在北京、上海这些具有城市“峡谷”，且多数时间卫星处在被遮挡的情况下，GPS/北斗接收机所显示的定位误差将会非常大，本发明是对上述GPS/北斗定位系统的有益补充。
如图6所示，车辆在行驶过程中GPS/北斗接收机处于接收状态，同时定期地将GPS/北斗接收机接收的地址信号，对应的信号接收时间和行驶速度发送至控制中心，控制中心对收到的连续两个ID编号对应的地址信息进行分析，如果两个地址信号间的距离与时间差X平均速度相差很大，比如相差大于50m，那么判断此时卫星信号接收不良或卫星定位误差较大。重复上述步骤多次，若出现定位误差较大的情况超过60%，那么此时切换至本发明的定位方法的程序。实施例2 本发明应用到人在室内进行定位的方法。其定位的步骤如下(I)安装RFID电子标签和移动阅读器根据定位的精度铺设RFID电子标签作为 位置锚节点，使用人携帯RFID移动阅读器；(2)数据库的建立和初始设定建立房间信息数据库，存储每个房间的RFID电子标签的ID编号及其对应的房间号；(3)移动探测过程使用人携帯的RFID阅读器周期性地发出射频信号，当使用人到达某一安装有RFID电子标签的房间附近吋，RFID阅读器发出射频信息被该地的RFID电子标签接收，并返回带有ID电子编码的射频信号；(4)信息处理过程使用人携帯的RFID阅读器通过接收的射频信号获得RFID电子标签的ID编号，将此ID编号及返回信号接收时间通过无线网络发送到处理单元对信息进行处理，进而获得数据库中对应的房间信息。如图4所示，在每个房间门上安装有无源电子标签，使用人携帯有RFID移动阅读器，RFID移动阅读器周期性发送信号，探測附近的房间门上的电子标签，电子标签将ID编号被RFID移动阅读器接受，RFID移动阅读器上配置有无线发送装置将房门信息发送到控制中心，控制中心将信息进行处理，从而获得所需要的房间信息。本发明应用到室内定位，考虑到建筑物内部空间和房间的大小，所用的电子标签可采用无源的电子标签。利用编号区别不同楼层，从而实现室内的三维定位，以便与室外的ニ维平面定位区分开来。使用人在行走的时候利用手持式RFID阅读器周期性的发送射频信号，接收标签的返回射频信号，再利用配置的无线发送装置将返回信号对应数据库中的房间信息发送到控制中心。原理上和以车载系统的实施例I的定位方法相同，具体处理过程如图4和图5所。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.ー种利用移动阅读器探測固定RFID电子标签来实现定位的方法，其特征在于其定位的步骤如下 (1)安装RFID电子标签和移动阅读器根据定位的精度铺设RFID电子标签作为位置锚节点，在移动物体上则安装RFID移动阅读器； (2)数据库的建立和初始设定建立地理信息数据库，存储各个RFID电子标签的ID编号及其对应的实际地理位置； (3)移动探测过程移动物体中的RFID阅读器周期性地发出射频信号，当移动物体到达某一安装有RFID电子标签的标示点附近吋，RFID阅读器发出射频信息被该地的RFID电子标签接收，并返回带有ID电子编码的射频信号； (4)信息处理过程移动物体上的RFID阅读器通过接收的射频信号获得RFID电子标签的ID编号，将此ID编号及返回信号接收时间通过移动物体上的车载系统进行处理或者通过无线网络发送到处理单元对信息进行处理，进而获得数据库中对应的位置信息。
2.根据权利要求I所述的利用移动阅读器探測固定RFID电子标签来实现定位的方法，其特征在干所述移动物体是室内的人体或者室外安装有车载系统的汽车。
3.根据权利要求2所述的利用移动阅读器探測固定RFID电子标签来实现定位的方法，其特征在于当移动物体是安装有车载系统的汽车时，所述步骤(I)中安装的RFID电子标签是有源RFID电子标签；当移动物体是人体时，所述步骤(I)中安装的RFID电子标签是无源RFID电子标签。
4.根据权利要求3所述的利用移动阅读器探測固定RFID电子标签来实现定位的方法，其特征在于所述步骤(4)中的处理单元为控制中心。
全文摘要
本发明公开了一种无线通信的定位方法，特别是一种利用移动阅读器探测固定RFID电子标签来实现定位的方法，其定位步骤是首先完成初期的RFID阅读器和电子标签安装过程，其次建立道路信息数据库和设定相应电子编码，然后进行移动阅读器射频信号发送和电子标签返回信号的接收过程，最后将电子标签的ID号和信号接收时间发送至处理单元对信息进行处理获取相关位置信息，从而实现实时的定位、导航的目的。本发明定位的精确度高，而且电子标签的成本低、体积小，所以综合可实现度更高，可广泛用于车载系统的导航定位，室内三维定位；本发明也可作为传统GPS/北斗卫星定位系统的有益补充，弥补其在城市定位时由于阴影、多径等因素所导致的定位误差。
文档编号G06K7/00GK102867163SQ201210302420
公开日2013年1月9日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者叶芝慧, 吕珺, 李文峰, 王健, 赵康僆 申请人:南京大学