基于RFID技术的图书精确定位排序方法与流程

本发明属于rfid技术领域，尤其涉及一种基于rfid标签rssi信号值的图书馆图书的精确定位排序方法。

背景技术：

基于rfid技术的电子产品编码(electronicproductcode，epc)新技术，通过电磁耦合方式实现非接触获取目标对象数据，给商品的识别、存储、流动、销售等各个环节带来了巨大的变革，特别在图书管理中也发挥了巨大的作用。

目前，绝大多数图书馆使用条形码系统，现有的条形码只能存储少量未经过编码的固定数据，同时需要人工操作，这大大限制了条形码应用范围和使用效率。随着rfid技术的成熟以及标签价格的降低，rfid技术也开始在图书馆领域进行使用，为图书馆图书管理带来了极大的便利，诸如图书定位查询，快速自助借还等开始服务于借阅者。其中图书定位查询功能，通过rfid技术，快速读取图书标签中的rssi信号，对rssi信号进行处理与计算，得到图书在书架上的排列顺序。

由于图书标签数量众多，距离又非常靠近，当阅读器发送信号后，来自不同标签的应答信号会互相干扰和碰撞，互相竞争，最终在数据读写过程中会出现漏读等现象。因此需对漏读数据进行处理和插补。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于rfid技术的图书自动精确定位排序方法，利用rfid技术读取图书标签的rssi值来对图书馆书架上的每一层的图书实现自动精确定位排序。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：本发明的基于rfid技术的图书精确定位排序方法，识别图书rfid标签的信息数据，基于rssi值进行图书馆图书排序，rssi值与时间的函数是一个双峰函数，利用求双峰函数谷底极值的方法，得到每本图书在一层书架上的具体位置和顺序，使得图书管理员和读者可以快速查找到图书。对盘点的每一层图书进行排序，从而可以准确的定位出来每一本图书所在的位置，方便读者借阅。

包括以下步骤：

步骤1、使用rfid设备读取需要定位排序所在的书架的书架号s和层号c；

步骤2、将rfid设备从书架的一侧移动到另一侧，读取并记录图书内rfid标签的信息数据；

步骤3、对采集到的rssi数据进行处理；

步骤4、绘出图书标签rssi值r随时间t变化的曲线，找出图书标签rssi值r随时间t变化的规律；

步骤5、找出图书标签rssi值r随时间t变化的曲线的双峰之间谷底对应的定位点t，即时间值，对每本图书的定位点t，按从小到大顺序排序，得到图书正向的排列顺序。

进一步的，步骤2中读取并记录图书内rfid标签的信息数据，包括epc号，rssi值r和读取数据的时间t。

进一步的，步骤3中对采集到的rssi数据进行处理，包括剔除干扰数据，插补漏读数据。

进一步的，剔除干扰数据后，判断有没有漏读数据，当相邻两点间隔大于设定阈值时，对曲线进行插补。具体包括如下步骤：

步骤3.1、设需插补的区域为点p1(ti，ri)和点p2(tj，rj)之间的区域，在区域左边选取点p0(ti-1，ri-1)，在区域右边选取点p3(tj+1，rj+1)，求直线p0p1与p2p3的交点p；

步骤3.2、以点p1、p、p2进行bezier曲线拟合。

进一步的，对图书进行定位排序，包括如下步骤：

画出图书标签rssi值r随读取数据的时间t变化的曲线；

找出图书标签的rssi变化曲线图的谷底部分，找出下凹面积最大的区域作为谷底区域，再求出谷底区域的最低点作为图书的定位点t。具体包括如下步骤：

步骤5.1、设rssi曲线由n个点组成，第i个点坐标为(ti，ri)，ti为时间，ri为rssi值，函数式为：ri＝f(ti),i＝1...n。

步骤5.2、令

即si是r＝f(t)与r＝a和t＝ti围成的区域面积，a为rssi曲线最低点的rssi值；

即mi是r＝f(t)与r＝ri围成的区域面积，i为峰谷的左端点的序号，ii为峰谷的右端点的序号，当曲线下凹时大于0，相当于凹陷处谷底的容量，上凸时小于0，相当于上凸处没有容量；

步骤5.3、求即求最大的谷底区域，m为容量最大的谷底的左端点序号，n为其对应的右端点序号；

步骤5.4、求即求最大的谷底区域的最低点的rssi值，k为其对应的序号，t为其对应的时间。

进一步的，上述基于rfid技术的图书精确定位排序方法还包括如下步骤：

步骤6、将rfid设备从书架反向移动，按上述步骤2～步骤5的方法，得到图书逆向的排列顺序；

步骤7、将图书正向排列顺序和逆向排列顺序进行融合合并，得到图书最终的排列顺序。

进一步的，对图书的排列顺序融合合并，具体方法如下：

步骤7.1、将逆向排序倒序；

步骤7.2、同一本图书在正向、逆向排序中的排序号不同，取最大rssi值较大的排序号；若最大rssi值也相同，取被扫描次数值较大的排序号；左、右排序中的排序号相同；排序号不变；

步骤7.3、在正向排序中存在，而逆向排序中漏读的图书，或在逆向排序中存在，而正向排序中漏读的图书，在漏读的排序中增加漏读的图书，排序号不变；

步骤7.4、最大rssi值小于设定阈值时，直接删除该图书；

进一步的，上述基于rfid技术的图书精确定位排序方法中，rfid设备移动速度不超过0.2米/秒。

进一步的，上述基于rfid技术的图书精确定位排序方法中，rfid设备的天线平行放置在距离图书不远的位置，天线距离图书的距离设置为0～5cm。

本发明具有以下有益效果：本发明的图书精确定位排序方法基于rssi值进行图书馆图书排序，得到每本图书在一层书架上的精确位置和顺序，使得图书管理员和读者可以快速查找到图书，同时也降低了漏读率。对盘点的每一层图书进行排序，从而可以准确的定位出来每一本图书所在的位置，方便读者借阅。极大地缩短了借阅者在图书馆中查找图书所花费的时间，提高了图书的利用率和图书管理的效率。

附图说明

图1为本发明实施例的图书精确定位排序方法流程图。

图2为本发明实施例的扫描单个标签获得的rssi随时间变化的曲线。

图3为本发明实施例的扫描3个标签时发生漏读现象的rssi随时间变化的曲线。

图4为本发明实施例的扫描20个标签时发生漏读现象的rssi随时间变化的曲线。

图5为本发明实施例的对漏读的rssi曲线进行插补得到的曲线。

图6为本发明实施例的rfid设备扫描书架图书的过程示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明所述的基于rfid技术的图书精确定位排序方法，其包括以下步骤：

步骤1、使用rfid设备读取需要定位排序所在的书架的书架号s和层号c；

步骤2、将rfid设备从书架的左边移动到书架右边，速度不超过0.2米/秒，读取并记录图书内rfid标签的信息数据，包括epc号，rssi值r和读取数据的时间t；

步骤3、对采集到的rssi数据进行处理，剔除干扰数据，插补漏读数据；

步骤4、画出每本图书标签rssi值r随时间t变化的曲线，找出图书标签rssi值r随时间t变化的规律；

步骤5、找出每本图书标签rssi值r随时间t变化的曲线的双峰之间谷底对应的时间t，对每本图书的时间t，按从小到大顺序排序，得到图书从左到右的排列顺序；

步骤6、将rfid设备从书架的右边移动到书架左边，按上述步骤2～步骤5的方法，得到图书从右到左的排列顺序；

步骤7、将图书从左到右的排列顺序和从右到左的排列顺序进行融合合并，得到图书最终的排列顺序。

以下结合图2～图6来阐述本发明一个具体实施例。

rfid阅读器通过天线发射电磁波，接收反射电磁波，来识别rfid标签。反射接收到的电磁波信号强度rssi(receivedsignalstrengthindication)值随天线距标签的距离而变化，本实施例使用impinjr220阅读器和ipj-a0303天线，本发明根据实验发现，rssi值随着距离变化规律如图2所示：当天线以一定的速度(小于0.2米/秒)靠近或离开标签时，rssi值随着距离变化规律可转化为rssi值随着时间变化规律。图2中横坐标表示读取标签的时间，纵坐标表示标签返回的rssi信号值。天线从远处靠近标签时，rssi值开始从最小值递增，当天线边缘到达标签上方时，rssi值开始递减，当天线中心到达标签正上方时，rssi值又开始递增，而后随着天线离标签距离增大，rssi值又开始递减，直到消失。rssi值随着时间变化规律是一条双峰曲线，双峰之间的谷底为天线中心到达标签正上方的时刻，即天线与标签最近的位置，以此定位标签的位置。

在图书馆场景中，由于图书数量众多，天线会同时扫描到多本图书标签。不同标签之间会互相干扰和碰撞，互相竞争，每个标签只能获得少量机会来响应阅读器，最终在数据读写过程中会漏读，每个标签的信号样本可能很稀疏。这种稀疏采样使得rssi曲线仅包含少量的一部分，许多有用的数据就会被丢弃，这些都会降低定位精度，因此需对漏读数据进行处理和插补。如图3中曲线在谷底位置出现漏读，显得比较平坦，进行曲线数据插补后如图5所示，这样求得的谷底位置定位图书就比较精确。

对图书馆书架的一层图书进行排序时，要将天线平行放置在距离图书不远的位置，否则rssi信号值对于一本书来说随时间变化不会很大，在本实施例中天线距离图书的距离设置为5cm。在扫描图书的过程中，将天线从书架的一侧缓慢移动至书架的另一侧，如图6所示。

通过实验，rssi值随着距离变化规律如图2所示，天线从远处靠近标签时，rssi值先递增，而后递减，当天线中心到达标签正上方时，rssi值又开始递增，而后随着天线离标签距离增大，rssi值又递减，直到消失。rssi值随着时间变化规律是一条双峰曲线，双峰之间的谷底即为天线与标签最近的位置，以此定位标签的位置。

扫描完一层图书后，可以对该层图书进行定位排序，具体过程如下：

1、绘出每本图书标签的rssi变化曲线图，如图3、图4所示；

2、找出每个图书标签的rssi变化曲线图的谷底部分，本实施例采用“分水岭”算法，找出下凹面积最大的区域作为谷底区域，再求出谷底区域的最低点作为图书的定位点t。具体方法如下：

2.1、设rssi曲线由n个点组成，第i个点坐标为(ti，ri)，ti为时间，ri为rssi值，函数式为：ri＝f(ti),i＝1...n。

2.2、令

即si是r＝f(t)与r＝a和t＝ti围成的区域面积，a为rssi曲线最低点的rssi值；

即mi是r＝f(t)与r＝ri围成的区域面积，i为峰谷的左端点的序号，ii为峰谷的右端点的序号，当曲线下凹时大于0，相当于凹陷处谷底的容量，上凸时小于0，相当于上凸处没有容量；

2.3、求即求最大的谷底区域，k为容量最大的谷底的左端点序号，n为其对应的右端点序号；

2.4、求即求最大的谷底区域的最低点的rssi值，k为其对应的序号，t为其对应的时间；

3、在天线同时扫描到多本图书标签时，不同标签之间会互相干扰和碰撞，互相竞争，最终在数据读写过程中会漏读，许多有用的数据就会被丢弃，降低定位精度，因此需对漏读数据进行处理和插补。如图3中曲线在谷底位置出现漏读，显得比较平坦，进行曲线数据插补后如图5所示，这样求得的谷底位置定位图书就比较精确。

标签数据采集后，要判断有没有漏读数据。一般情况下，曲线相邻两点间隔不会太大，当相邻两点间隔大于某个阈值时，就需对曲线进行插补，具体的插补方法如下：

3.1、设需插补的区域为点p1(ti，ri)和点p2(tj，rj)之间的区域，在区域左边选取点p0(ti-1，ri-1)，在区域右边选取点p3(tj+1，rj+1)，求直线p0p1与p2p3的交点p；

3.2、以点p1、p、p2进行bezier曲线拟合；

4、选取每本图书标签谷底位置对应的时间ti。对得到的t1、t2、t3...tn按照从小到大的顺序进行排序，这个顺序就是标签所在的图书的位置顺序。

5、左、右排序的融合合并，具体方法如下：

5.1、将右排序倒序；

5.2、同一本图书在左、右排序中的排序号不同，取最大rssi值较大的排序号；若最大rssi值也相同，取被扫描次数值较大的排序号；左、右排序中的排序号相同；排序号不变；

5.3、在左排序中存在，而右排序中漏读的图书，或左右排序中存在，而左排序中漏读的图书，在漏读的排序中增加漏读的图书，排序号不变；

5.4、最大rssi值小于某个阈值时，直接删除该图书；

本发明提供了基于rfid标签rssi信号值的图书定位排序方法，定位精度高。具体实现该技术方案的方法和途径很多，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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。