利用双rfid标签联合进行定位及数据清洗算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用射频识别(RFID)技术进行定位，尤其涉及利用双RFID标签联合定位和交叉校准，以及去除原始定位数据中随机跳动的清洗算法。
【背景技术】
[0002]利用射频识别进行室内定位是一个新兴技术领域，目前在硬件上一般是通过RFID读写器配合相应的天线技术来实时确定RFID标签的二维坐标，精度能达到1.5米。但由于缺乏对原始数据的校准和清洗，得到的物体位置测量值会有和精度同量级的噪声，即实时的测量值会不断跳动，有时因为环境影响，甚至跳动的幅度会大于精度允许的范围，从而造成业务上的误判断等。为了抑制噪声，目前一种解决方案是利用多个RFID读写器来定位。但由于目前可用于室内定位的RFID读写器价格高昂，利用多个RFID读写器进行定位会增大成本。同时由于在利用多个RFID读写器进行定位时，为了提高利用率，RFID读写器之间往往相距较大的距离，导致两个RFID读写器能同时读取的重合区域变小，也为最后评估数据质量带去不便。在这种情况下，发展一种能降低噪声且成本低廉的RFID定位方案和数据处理算法非常必要。
【发明内容】
[0003]为了提高利用射频识别技术对RFID标签定位的准确度，去除或减少定位数据中的随机跳动现象，提出了一种基于双RFID标签的联合定位方法。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
在每个物品上放置两枚RFID标签，并将两个RFID标签的信息与同一个物品的信息相关联。RFID读写器实时对每个RFID标签定位。对同一时刻同一物品上的两个RFID标签，RFID读写器确定两者坐标并计算出两者距离为L。若L大于阈值L0，则认为至少有一个RFID标签位置的测量值离真实值较远，并忽略该时刻的定位数据。若L小于阈值L0，则取两个RFID标签位置的平均值作为该物品的位置。阈值LO的选取与RFID读写器定位的空间精度有关。
[0005]利用双RFID标签联合定位可以提高对物体的定位准确度，主要基于以下三点理由:
I，两个RFID标签位置的测量值同时偏尚真实值且偏尚方向与大小接近的概率很小； 2，当两个RFID标签发生较小偏离且偏离方向不同时，取平均时偏差会相互抵消；
3，只有一个RFID标签发生较小偏离时，因为对两个RFID标签的位置取平均值，所以其偏差降为单RFID标签定位时同样偏差的1/2。
[0006]由于RFID读写器定位的误差始终存在，双RFID标签联合定位得到的物体位置原始数据始终是不停变化的，即使物体本身没有运动。为了在一定的定位精度下得到物体运动真实、光滑的轨迹，本发明又进一步提出了一种针对位置原始数据的清洗算法，实施方式如下: SI，根据RFID读写器定位的空间精度，选取阈值LI。
[0007]S2，在初始时刻，将物体位置的测量值设为锚点A0。
[0008]S3，将之后时刻的物体位置的原始数据与锚点AO比较，若两者距离大于LI，则此刻的位置成为新的锚点Al。同时可以确定物体在锚点AO处停留的时间。
[0009]S4，重复步骤S3，即可得到之后的一系列锚点A2，A3……Ai，将这些锚点连接即为物体的运动轨迹。同时可确定在每个锚点处物体的停留时间。
[0010]利用RFID读写器进行定位时，还会出现测量值的大幅跳变，即物体不运动时，位置测量值从A点突然跳到B点，接着又回到A点的情况。为了解决这个问题，本发明采用了下述方案:
在上述步骤S3中，在某时刻若物体位置与锚点Ai的距离大于LI，但与Ai之前的锚点A1-1之间的距离小于阈值L2，则认为Ai其实是跳变，并将Ai从轨迹中去除，同时将在Ai停留的时间加到A1-1上。阈值L2的选取根据设备定位的精度和跳变的统计情况，一般L2会小于LI。
[0011]本发明的有益效果是:由于两个RFID标签同时发生随机跳变且跳变方向相同的概率较小，所以用双RFID标签进行定位可以使用两个RFID标签的坐标相互校准，去除异常值；而噪音主要表现为在锚点四周小范围内随机的跳变，所以使用本发明的清洗算法可以得到平滑的轨迹；大幅跳变往往在发生后又回到原先的锚点，因此使用本发明的方法可有效去除大幅跳变。
【附图说明】
[0012]图1，利用双RFID标签联合定位确定物体实时位置。
[0013]图2，对物体实时位置原始数据的清洗算法。
[0014]【具体实施方式】:
本发明是基于以下情况考虑的:由于测量误差始终存在，RFID读写器实时确定的RFID标签位置的测量值是不断跳动的，且时常偏离真实值较远。因此我们发展了利用双RFID标签联合定位的技术，以及相应的数据清洗算法，以得到物体真实的光滑的轨迹。
[0015]下面结合附图给出本发明的【具体实施方式】。
[0016]图1描述了利用双RFID标签联合定位获得物体位置原始数据的过程:在物品上同时附着RFID标签a和RFID标签b。在这个实施例中采用的RFID读写器为xArray Gateway,该RFID读写器利用52个双极天线确定RFID标签位置，定位精度能达到1.5米。若RFID读写器读到的两RFID标签的距离测量值大于阈值L0，则认为该时刻的位置数据有较大误差，故忽略该时刻数据；否则取两RFID标签位置测量值的平均值作为物品位置。其中阈值LO是根据RFID读写器定位的精度确定的，在这个具体的实施例中，LO为1.3米。具体步骤对应SI至S5。
[0017]SI，在每个需要定位的物体上放置两个RFID标签，同时在数据库中关联这两个RFID标签与该物品。
[0018]S2，用于定位的RFID读写器实时读取RFID标签位置，并存入数据库。
[0019]S3，找到第一个未对RFID标签坐标进行数据处理流程的时刻，查询该时刻与同一物品相关联的两个RFID标签坐标的测量值。
[0020]S4，判断这两个坐标的距离，若小于阈值L0，则进入下一步骤S5，否则继续判断下一时刻两RFID标签的坐标值。LO根据仪器定位精度确定。
[0021]S5，计算两RFID标签坐标的平均值，作为t时刻与两RFID标签关联的物品的位置坐标P (t)。将P (t)作为原始数据存入数据库。
[0022]图2给出了针对物体位置原始数据的清洗算法流程。该算法通过确定锚点的位置，将锚点位置按次序连接作为物体实际运动的轨迹。对每一时刻的原始数据进行判断，如果某时刻物体的位置距锚点轨迹最后一点Ai的距离大于阈值LI，则成为新的锚点。但若同时距上一个锚点A1-1的距离小于阈值L2，则说明锚点Ai是观测数据随机大幅跳动产生的，应从锚点轨迹中删去Ai。其中阈值LI和L2是根据RFID读写器定位的精度以及定位数据的统计情况确定的，在这个具体的实施例中，LI为0.6米，L2为0.25米。具体步骤对应S6至S9。
[0023]S6，查询数据库中是否有该物品的锚点。如果没有，将P (t)作为初始锚点AO存入数据库；如果已有锚点，将最后时刻的锚点记为Ai，并继续执行下面步骤。
[0024]S7，判断P (t)与锚点Ai的距离Li，若小于阈值LI，则回到步骤S3继续新一轮数据处理流程；若大于阈值LI，则继续进行下面的步骤。阈值LI的值根据仪器定位精度确定。
[0025]S8，查询锚点Ai之前是否存在锚点A1-1 (即锚点Ai是否为A0)，如果没有，则将P(t)作为最新的锚点值Ai+Ι存入数据库，同时计算并保存物体在锚点Ai处停留的时间，最后回到步骤S3继续新一轮数据处理。如果锚点Ai之前存在锚点A1-Ι，则继续执行下面的步骤。
[0026]S9，判断P (t)与锚点A1-1的距离L1-Ι，若小于阈值L2，则表明锚点Ai为随机跳动，从数据库中删除Ai，并将物品在Ai处停留的时间加到A1-1上。最后回到步骤S3继续新一轮数据处理。
【主权项】
1.一种利用双RFID标签联合对物品进行定位的方法，其特征在于: 对每个物品利用两个RFID标签联合确定其位置； 在每个物品上放置两枚RFID标签，RFID读写器实时确定每个物品上的两个RFID标签的坐标，并计算出两者的距离为L ; 若L大于阈值L0，则认为至少有一个RFID标签坐标的测量值离真实值较远，忽略该时刻的这两个RFID标签坐标的测量值； 若L小于阈值L0，则取这两个RFID标签坐标的平均值作为该物品的坐标测量值； 阈值L0根据RFID读写器的定位精度确定。2.根据权利要求1所述的利用双RFID标签联合对物品进行定位的方法，所述的双RFID标签联合定位还包括将两组芯片和天线封装在一个RFID标签内。3.一种针对物体坐标测量值原始数据的清洗算法，其特征在于: S1，根据RFID读写器的定位精度，选取阈值L1 ; S2，在初始时刻，将物体位置的测量值设为锚点A0 ; S3，将之后时刻的物体位置的原始数据与锚点A0比较，若两者距离大于L1，则此刻的位置成为新的锚点A1，同时得到物体在锚点A0处停留的时间； S4，重复步骤S3得到之后的一系列锚点A2，A3……Ai及每个锚点处物体的停留时间，将这些锚点连接即为物体的运动轨迹的测量值。4.根据权利要求3所述的针对物体坐标测量值原始数据的清洗算法，去除得到的运动轨迹测量值中随机跳变的方法，其特征在于: 在权利要求3所述的步骤S3中，若物体位置与锚点Ai的距离大于阈值L1，但与Ai之前的锚点A1-Ι之间的距离小于阈值L2，则认为锚点Ai其实是随机跳变，并将Ai从运动轨迹的测量值中去除，同时将在销点Ai停留的时间叠加到销点A1-Ι上； 阈值L2根据RFID读写器的定位精度与随机跳变的统计数据得到。
【专利摘要】本发明公开了一种利用双RFID标签联合进行定位及对定位数据进行清洗的算法。为了去除定位数据中的随机跳动，得到物体运动光滑的轨迹，提出了利用双RFID标签联合定位，通过忽略同一物品上测量值相距较远的RFID标签坐标去除误差较大的数据。同时对得到的物品坐标原始数据进行清洗，只取离开原先锚点坐标较远的测量值作为新的锚点，将锚点连接获得物品运动的轨迹，并去除由于随机跳动所产生的锚点；物品在每个锚点处停留的时间也一并得到。本发明的方法能够去除RFID读写器定位过程中的噪音和随机跳动，得到更加真实的物品移动轨迹。
【IPC分类】G06K17/00
【公开号】CN105260760
【申请号】CN201510814853
【发明人】胡仲旻, 冯永辉, 夏冬
【申请人】北京云镜元谱信息科技有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月23日