CN109376820A - 基于rfid技术的图书精确定位排序方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于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。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,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***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。
Description
技术领域
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(Electronic Product Code,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***,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。
发明内容
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***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(Received Signal Strength Indication)值随天线距标签的距离而变化,本实施例使用Impinj R220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。
Claims (12)
1.基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于:
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,利用求双峰函数谷底极值,得到每本图书在一层书架上的具***置和顺序。
2.根据权利要求1所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于,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;
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,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。
3.根据权利要求2所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于:
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。
4.根据权利要求2所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于:
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。
5.根据权利要求2所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于:
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。
6.根据权利要求5所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于,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。
7.根据权利要求2-6中任一所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于,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。
8.根据权利要求7所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于,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。
9.根据权利要求2-6中任一所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于,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。
10.根据权利要求9所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于:
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。
11.根据权利要求2所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于:
RFID设备移动速度不超过0.2米/秒。
12.根据权利要求2所述的基于RFID技术的图书精确定位排序方法,其特征在于:
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。
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