本发明属于物联网技术领域，主要涉及rfid射频识别及定位技术，尤其涉及一种基于rfid的试验室样品分布式定位系统。
背景技术：
rfid(rfid是radiofrequencyidentification，射频识别技术)作为物联网概念中的重要一员，其技术已经在室内定位、车辆识别、门禁安全、物流、产品防伪等领域得到了广泛应用。rfid无线射频室内定位技术具有覆盖区域广、定位精度高、成本低等特点。
随着物联网技术的应用与普及，越来越多的试验室趋于智能化和自动化，但对于试验室中众多样品的管理，依然存在很多问题。在试验室中，通常采用人工、手工操作的方式，对出入试验室的样品进行记录。但由于样品出入频繁，变动快，工作人员难以精确把握样品的类别和位置。可见这种作业方式不仅效率非常低、耗费大量的时间，而且无法保证准确率，也无法及时在系统中体现样品数据。特别是对环境有特殊要求的样品，比如化工品，在没有根据规定的情况下错放，可能产生安全隐患。传统人工管理试验室样品的方式容易出错且效率低，因此亟需一种能够快速判断出试验室样品的位置并对其管理的方法。
目前，已有多项技术用于室内定位，包括：红外线定位、超声波定位、无线局域网定位。超宽带定位和rfid定位技术等。由于rfid技术具有远距离、非视距、多目标快速识别、对硬件要求低、成本低以及可在恶劣环境下工作等优点，故本文采用rfid射频识别技术对试验室内的样品进行定位。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种基于rfid的试验室样品分布式定位系统，该系统设计灵活、查询速度快、试验室管理效率高，利用基于rssi的三点定位算法和分布式计算方式，在已知基准标签的坐标情况下，定位服务器计算出rfid阅读器在运动过程中不同位置的坐标以及试验室样品的坐标，实现对试验室样品分布的定位。
本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现的：一种基于rfid的试验室样品分布式定位系统，其特征在于：所述系统包括rfid电子标签、rfid阅读器、数据库服务器和定位服务器；所述的rfid电子标签分为两种，分别是基准标签和样品标签，基准标签贴于试验室地面，样品标签贴在试验室样品上，是待定位的标签，基准标签和样品标签的坐标以及试验室样品的信息均存储在所述数据库服务器中，样品标签的坐标与试验室样品的信息存在一一对应关系；所述rfid阅读器为具有rfid识别功能的可移动设备，所述rfid阅读器作为连接rfid电子标签和定位服务器的中间环节，利用射频信号对rfid电子标签进行读写操作，获得rfid电子标签的rssi值和id值，且通过无线网络与定位服务器相连接，将获得的rfid电子标签的rssi值和id值传输给所述的定位服务器；所述定位服务器通过局域网连接数据库服务器，定位服务器获得rfid电子标签的rssi值和id值后通过访问数据库服务器获得rfid电子标签的坐标值，所述定位服务器采用基于rssi的三点定位算法和分布式计算方式，在获得基准标签的坐标的情况下，利用基准标签的坐标来计算rfid阅读器在运动过程中处于不同位置的坐标，在得到rfid阅读器的坐标后，再计算出试验室样品的样品标签的坐标，实现对试验室样品分布的定位，并且定位服务器将计算出的样品标签的坐标传输给所述的数据库服务器，所述rfid阅读器还能够在查询所述数据库服务器后显示样品标签所对应的试验室样品信息。
本发明中的rssi是receivedsignalstrengthindication，中文意思是接收信号的强度指示。本发明的分布式定位系统能够解决试验室内样品管理繁琐、定位监控实时性差的问题，基准标签是已知坐标标签，贴于地面，用来协助rfid阅读器实现自身定位；样品标签贴于试验室样品，是未知坐标的标签。本发明采用基于rfid的三点定位算法和分布式计算，借助已知坐标的基准标签，计算出rfid阅读器在不同位置的坐标以及样品标签的坐标，计算简洁、容易实现，无需额外的硬件支持，具有可拓展对性，可用于试验室样品的定位。
本发明中，所述的基准标签呈点阵状分布，构成多个蜂窝网单元形成的蜂窝网布局，位于同一个蜂窝网单元上的六个基准标签分别位于一个正六边形的六个顶点上，系统中所述的坐标均是二维坐标。
本发明中，所述的rfid阅读器为手持rfid阅读器，或者是具有rfid读写功能的智能手机或平板电脑。
本发明中，所述系统在计算rfid阅读器坐标时，定位服务器获得的基准标签的rssi值和id值为三个或三个以上，获得基准标签的rssi值和id值后，通过访问数据库服务器获得基准标签的坐标值，进而基于定位算法计算rfid阅读器的坐标。
本发明中，所述系统在计算待测的试验室样品的样品标签时，同一rfid阅读器应在三个不同位置获得该样品标签的不同rssi值，再计算该待测的样品标签的坐标。
本发明中，所述的数据库服务器是数据中心，存储了所有基准标签和已定位的样品标签的二维坐标，同时存储了样品标签对应的试验室样品的信息。
与现有技术相比，本发明的分布式定位系统采用rfid射频识别技术，具有非视距，传输范围大的优点，可以应对较复杂的试验室环境，灵活性较强，定位精度高。采用分布式计算，多个分布式的pc机同时工作，使得数据处理更加高效。本发明计算简洁，原理易于理解。系统响应快，成本低，容易实现，无需额外的硬件支持。蜂窝网电子标签布局的设计，减少rfid电子标签之间的信号干扰，提高测量精度，具有可拓展性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1是本发明基于rfid的试验室样品分布式定位系统的系统框架图；
图2是本发明基于rfid的试验室样品分布式定位系统的系统实现流程图；
图3是本发明基于rfid的试验室样品分布式定位系统中基准标签的分布图；
图4是本发明基于rfid的试验室样品分布式定位系统的定位原理图。
具体实施方式
如图1至图4所示的基于rfid的试验室样品分布式定位系统，包括rfid电子标签、rfid阅读器、数据库服务器和定位服务器，rfid电子标签分为两种，分别是基准标签和样品标签，基准标签贴于试验室地面，样品标签贴在试验室样品上，是待定位的标签，基准标签和样品标签的坐标以及试验室样品的信息均存储在数据库服务器中，样品标签的坐标与试验室样品的信息存在一一对应关系。
rfid阅读器为具有rfid识别功能的可移动设备，rfid阅读器作为连接rfid电子标签和定位服务器的中间环节，利用射频信号对rfid电子标签进行读写操作，获得rfid电子标签的rssi值和id值，且通过无线网络与定位服务器相连接，将获得的rfid电子标签的rssi值和id值传输给定位服务器。
定位服务器通过局域网连接数据库服务器，定位服务器获得rfid电子标签的rssi值和id值后通过访问数据库服务器获得rfid电子标签的坐标值，定位服务器采用基于rssi的三点定位算法和分布式计算方式，在获得基准标签的坐标的情况下，利用基准标签的坐标来计算rfid阅读器在运动过程中处于不同位置的坐标，在得到rfid阅读器的坐标后，再计算出试验室样品的样品标签的坐标，实现对试验室样品分布的定位，并且定位服务器将计算出的样品标签的坐标传输给数据库服务器，rfid阅读器还能够在查询数据库服务器后显示样品标签所对应的试验室样品信息。
本实施例中，基准标签呈点阵状分布，构成多个蜂窝网单元形成的蜂窝网布局，位于同一个蜂窝网单元上的六个基准标签分别位于一个正六边形的六个顶点上，系统中坐标均是二维坐标。rfid阅读器为手持rfid阅读器，或者是具有rfid读写功能的智能手机或平板电脑。
本实施例中，系统在计算rfid阅读器坐标时，定位服务器获得的基准标签的rssi值和id值为三个或三个以上，获得基准标签的rssi值和id值后，通过访问数据库服务器获得基准标签的坐标值，进而基于定位算法计算rfid阅读器的坐标。系统在计算待测的试验室样品的样品标签时，同一rfid阅读器应在三个不同位置获得该样品标签的不同rssi值，再计算该待测的样品标签的坐标。
本实施例中，数据库服务器是数据中心，存储了所有基准标签和已定位的样品标签的二维坐标，同时存储了样品标签对应的试验室样品的信息。
本发明的实现流程如图2所示，首先，对rfid电子标签进行初始化部署。rfid电子标签id信息由rfid阅读器写入，rfid电子标签的坐标以及试验室样品信息则存储到数据库服务器中。然后将标签分成两类，分别是基准标签和样品标签。基准标签贴于地面，用于协助rfid阅读器进行定位；样品标签贴在试验室的样品上，是待定位的标签。
本发明选用的是超高频无源rfid电子标签，读取距离在10m内，阅读器与rfid电子标签配套。由于rfid电子标签读写距离会受到阅读器、天线、环境等因素的影响，所以在实际应用中可根据需求来选择。为了尽可能减少基准标签受到其他信号的干扰，将标签安装在地面上，并用绝缘材料隔开。
本发明采用蜂窝网电子标签布局，基准标签在地面上的分布如图3所示。在每个边长为3m的正六边形的顶点和中心都分布有基准标签。蜂窝网电子标签布局的设计不仅能够减少基准标签的使用，节约成本，而且还能够减少rfid电子标签之间的信号干扰，提高测量精度。
部署好所有标签后，进入测量和计算阶段。如图4所示，首先是对rfid阅读器定位。当试验室工作人员手持rfid阅读器在试验室内巡视时，rfid阅读器同时接收到基准标签不同的rssi(接受到的信号强度)值。根据弗里斯传输理论，利用自由空间中传输信号功率的损耗大小与传播距离的关系，可以估计出rfid阅读器与rfid电子标签的距离。因此，利用基于rssi的三点定位算法，测量出三个不同基准标签(tag1，tag2，tag3)到阅读器的距离ri(i＝1,2,3)。分别以三个基准标签所在位置为圆心，距离ri为半径画圆，画出的三个圆相交于一点a，点a就是rfid阅读器。假设rfid阅读器a的坐标为(m1,n1)，三个基准标签的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)，三个圆相交于一点a。列方程组如下：
解方程组即可求得rfid阅读器a的坐标(m1,n1)。
通过以上计算可以得到rfid阅读器在运动过程中不同位置的坐标，接下来对样品标签进行定位。同样使用基于rssi的三点定位算法，假设三个不同位置的rfid阅读器(a，b，c)的坐标为(mj,nj)(j＝1,2,3)，样品标签的坐标为(p,q)。分别以三个rfid阅读器所在的位置为圆心，到样品标签(p)的距离rj(j＝1,2,3)为半径，得到三个圆。三个圆相交于一点p，即样品标签。通过列以下方程组：
求得样品标签p的坐标(p,q)。
在实际的试验室环境下，可能会受到各种外界因素的干扰，导致三个圆无法相交于一点，而是形成一个类似于三角形的小区域。此时可以结合加权定位算法和多次运算求平均值等方法来提高定位精度，这里不作详细介绍。
利用基于rssi的三点定位算法来求解坐标的过程，是由定位服务器实现的。定位服务器访问和处理数据库服务器中的数据，并将求得的样品坐标存储在数据库服务器，便于工作人员查询和使用，rfid阅读器还能够在查询数据库服务器后显示样品标签所对应的试验室样品信息。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。