rfid區(qū)域定位算法研究

rfid區(qū)域定位算法研究

1rfid的介紹和原則(1）射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用電子郵件發(fā)送是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)可充分應(yīng)用射頻信號(hào)的傳輸特性，對(duì)處于各種狀態(tài)下的物品進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，在監(jiān)獄罪犯跟蹤管理系統(tǒng)中的電子腕帶、發(fā)卡器等設(shè)施中得以應(yīng)用體現(xiàn)監(jiān)獄罪犯在服刑期間可佩戴基于射頻識(shí)別工作標(biāo)簽的設(shè)備，另外此類工作標(biāo)簽可安裝佩戴于監(jiān)獄內(nèi)各類設(shè)施以及物品之上，通過(guò)閱讀器設(shè)施實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽射頻信息的采集。閱讀器具有一定的讀取范圍，當(dāng)物品、人員等配有電子標(biāo)簽的其他因素進(jìn)如閱讀的讀取范圍內(nèi)時(shí)，閱讀器可及時(shí)檢測(cè)并取得電子標(biāo)簽中所標(biāo)識(shí)的信息并記錄，完成對(duì)監(jiān)獄內(nèi)人員、物品以及各類設(shè)施、環(huán)境信息的識(shí)別和收集根據(jù)電子標(biāo)簽技術(shù)的應(yīng)用效果，該技術(shù)能夠自動(dòng)完成對(duì)物品、人員等基礎(chǔ)性要素的識(shí)別，可真正節(jié)省人力資源成本。電子標(biāo)簽技術(shù)具有靈敏度高、模式多樣、非接觸式的特點(diǎn)，不僅支持只讀工作模式，還支持讀寫(xiě)工作(2)監(jiān)獄罪犯跟蹤管理系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)在RFID的自動(dòng)識(shí)別體系中利用到智能RFID以及讀寫(xiě)設(shè)備（Read-WriteUnits）等設(shè)施，在監(jiān)獄罪犯跟蹤管理系統(tǒng)的軟件應(yīng)用部分與電子標(biāo)簽進(jìn)行信息交互過(guò)程需要通過(guò)上述設(shè)備間的無(wú)線通信完成可讀寫(xiě)設(shè)備在RFID自動(dòng)識(shí)別原理中占據(jù)重要地位，主要利用微波進(jìn)行無(wú)線傳輸?？勺x可寫(xiě)設(shè)備主要由三部分組成：接口、控制器以及安全模塊，以實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)設(shè)備間的數(shù)據(jù)安全交互的目的2電子標(biāo)簽的激活監(jiān)獄罪犯跟蹤管理系統(tǒng)的區(qū)域定位原理中應(yīng)用了RFID半有源技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可在被監(jiān)控區(qū)域安裝應(yīng)用半有源技術(shù)的定位基站設(shè)施，并在設(shè)置中安裝激活天線等設(shè)置。區(qū)域定位原理如圖1所示。定位基站是定位體系的基本單位，在確定激活標(biāo)簽距離范圍的基礎(chǔ)上，電子標(biāo)簽在進(jìn)入到規(guī)定范圍內(nèi)后則自動(dòng)被激活，且激活設(shè)施與地址碼一一對(duì)應(yīng)RFID區(qū)域定位原理為：電子標(biāo)簽?zāi)軌蛲ㄟ^(guò)電磁波傳輸通道建立與讀寫(xiě)器的聯(lián)系，通過(guò)電感耦合或電磁耦合，電子標(biāo)簽將信息傳遞給讀寫(xiě)器。但傳遞的前提是電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電子標(biāo)簽已經(jīng)到達(dá)了讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)范圍之內(nèi)。感應(yīng)電流的能量能夠激活電子標(biāo)簽，此時(shí)電子標(biāo)簽通過(guò)內(nèi)置的天線，將其承載的信息通過(guò)接收天線、天線調(diào)節(jié)器傳輸給讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器對(duì)電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并發(fā)送給后臺(tái)的主系統(tǒng)，主機(jī)系統(tǒng)則根據(jù)有效信息，利用邏輯運(yùn)算識(shí)別技術(shù)，對(duì)配有該電子標(biāo)簽的卡片進(jìn)行身份判斷，在確定其合法性后，結(jié)合相關(guān)規(guī)定發(fā)出指令信號(hào)，控制執(zhí)行系統(tǒng)工作。RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括信息的編碼與調(diào)制、基帶信號(hào)編碼、基帶信號(hào)調(diào)制等技術(shù)，能夠通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)以及校驗(yàn)、多標(biāo)簽識(shí)別、物理安全機(jī)制、認(rèn)證機(jī)制等保障數(shù)據(jù)的完整性以及安全性。3rfid區(qū)域定位精度RFID區(qū)域定位算法是該技術(shù)的關(guān)鍵，研究定位算法可以提高RFID區(qū)域定位系統(tǒng)定位的精度，提高整個(gè)區(qū)域定位系統(tǒng)的使用效率和生命周期。在RFID區(qū)域定位算法分析中，針對(duì)測(cè)距技術(shù)的定位算法和非測(cè)距技術(shù)的算法兩種類型進(jìn)行比較和分析。(1）節(jié)點(diǎn)定位過(guò)程中能力測(cè)距技術(shù)的定位算法是要求節(jié)點(diǎn)具備測(cè)距的能力或角度信息，具有定位精度高的優(yōu)勢(shì)。但是測(cè)距技術(shù)的定位算法對(duì)于節(jié)點(diǎn)硬件的要求較高，同時(shí)在定位過(guò)程中的能力消耗較大。此外，測(cè)距技術(shù)的定位算法對(duì)于環(huán)境的要求也比較高，需要注意節(jié)點(diǎn)的溫度、濕度等環(huán)境因素。(2）定位算法的定位精度非測(cè)距技術(shù)定位算法具有低成本、低功耗的優(yōu)勢(shì)。雖然非測(cè)距技術(shù)的定位算法的定位誤差略高于測(cè)距技術(shù)的定位算法，但其定位精度仍然能夠滿足普遍的工作及生活需求。APIT定位法是典型的非測(cè)距技術(shù)的定位算法，指利用最佳三角形內(nèi)點(diǎn)測(cè)試法，盡可能多地收集錨節(jié)點(diǎn)附近的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為n時(shí)，按照數(shù)學(xué)中的排列組合方式，任意選取三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)組成三角形，共有C4區(qū)域定位算法的實(shí)現(xiàn)監(jiān)獄罪犯跟蹤管理系統(tǒng)借助RFID的邊界虛擬參考標(biāo)簽定位實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)獄人員的定位，利用跟蹤服務(wù)器對(duì)人員進(jìn)行記錄，保障監(jiān)獄罪犯跟蹤管理工作的順利進(jìn)行。在位置分布內(nèi)，T1、T2、T3、T4分布在區(qū)域內(nèi)中間實(shí)際布置的參考標(biāo)簽上。在邊界虛擬參考標(biāo)簽內(nèi)設(shè)置了16個(gè)參考標(biāo)簽，通過(guò)原標(biāo)簽的定位結(jié)果得到虛擬參考標(biāo)簽的定位結(jié)果。在第一行內(nèi)的四個(gè)標(biāo)簽中，通過(guò)閱讀器能夠得到對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值以及RSSI值，進(jìn)而獲取具體的定位值。在監(jiān)獄罪犯跟蹤過(guò)程中應(yīng)用少量的邊界虛擬標(biāo)簽，不能確保定位的精度要求，另外由于監(jiān)獄的區(qū)域面積比較大，因此應(yīng)該通過(guò)網(wǎng)絡(luò)虛擬標(biāo)簽算法，完成具體的區(qū)域定位操作。網(wǎng)絡(luò)虛擬標(biāo)簽算法中，需要把邊界虛擬參考標(biāo)簽和四個(gè)參考標(biāo)簽進(jìn)行劃分，將其分成N*N個(gè)網(wǎng)格，在對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格中增加網(wǎng)格虛擬參考標(biāo)簽。5比較區(qū)塊檢測(cè)算法和實(shí)驗(yàn)為了能夠更好地確定定位算法的定位精度，選擇實(shí)際的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和設(shè)備進(jìn)行了定位算法的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)后得到了具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行了分析描述。(1）確定的資料依據(jù)進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)地為某監(jiān)獄管理部門的監(jiān)獄，選取的具體實(shí)驗(yàn)范圍是31米*20米的室內(nèi)空間中。對(duì)于實(shí)驗(yàn)范圍中存在多次人員活動(dòng)的情況，總共能夠檢測(cè)到52個(gè)不一樣的AP數(shù)據(jù)信號(hào)，不同的位置參考數(shù)據(jù)內(nèi)確定了RSSI超過(guò)-85dBm的AP進(jìn)行定位資料的依據(jù)。按照實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景內(nèi)監(jiān)獄人員活動(dòng)區(qū)的位置，在走道位置中挑選了75個(gè)參考值來(lái)完成位置指紋獲取，兩個(gè)參考值中的平均距離是3m。(2）加權(quán)dv-hop定位算法的匹配精度對(duì)于選擇的實(shí)驗(yàn)范圍中確定了35個(gè)待定位點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)使用了兩類匹配算法確定待定點(diǎn)位置，采用了DV-Hop定位算法和改進(jìn)APIT定位算法。K取2與3兩種情況后，得到了加權(quán)K鄰近算法的定位誤差，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：K的數(shù)值是2或3的情況下，加權(quán)DV-Hop定位算法的匹配精度不會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)，平均定位的差距當(dāng)K為2時(shí)得到大概是1.89米，K為3時(shí)得到大概為4.05米。改進(jìn)APIT定位算法得到的定位返回則明顯較高，平均定位誤差范圍在1.12米內(nèi)，而且針對(duì)定位誤差比較明顯的待測(cè)點(diǎn)，利用APIT定位算法進(jìn)行三角剖分后，明顯降低了錯(cuò)誤參考點(diǎn)作為定位數(shù)據(jù)的誤差，增加了待測(cè)點(diǎn)相鄰近參考點(diǎn)進(jìn)行位置估算時(shí)的貢獻(xiàn)范圍，而且提升了定位的精度。通過(guò)APIT三角剖分定位算法進(jìn)行移動(dòng)目標(biāo)的定位后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本定位算法