一種利用物體移動的標簽二維定序方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用物體移動的標簽二維定序方法，目的在于，在不移動標簽和閱讀器的情況下對物品的二維次序進行探測，方便用戶管理應用，所采用的技術方案為：利用移動物體通過影響區(qū)域重疊率的方法對物體移動過程中所影響的標簽信號兩兩進行比較，確定處于同一列的標簽，通過有向圖鄰接矩陣的方式對標簽集合按列進行分組，再通過放置參考標簽，確定分組后的標簽集合在空間中的實際位置，得到水平方向的相對順序；通過無物體移動的靜止狀態(tài)，獲取標簽陣列相位值，并結(jié)合標簽集合按列分組結(jié)果，對同一列標簽構(gòu)建雙曲線，篩選可能點，并對可能點進行線性規(guī)劃，得到豎直方向的相對順序，完成標簽二維定序。
【專利說明】
-種利用物體移動的標簽二維定序方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及物聯(lián)網(wǎng)無線感知領域，具體設及一種利用物體移動的標簽二維定序方 法。
【背景技術】
[0002] 在現(xiàn)今的物流、倉儲領域，射頻識別技術已經(jīng)逐步廣泛應用起來。相比于之前的二 維碼、條形碼等技術，射頻識別技術的優(yōu)點在于：（1)除了能夠利用標簽攜帶一定的信息，還 可W方便的利用閱讀器對信息進行更改。（2)不拘泥于將標簽放在指定方位，只要將標簽至 于閱讀器的讀取范圍，便可進行讀寫操作。
[0003] 在常見的物流、倉儲、超市等系統(tǒng)中，往往需要確定標簽在系統(tǒng)中的位置信息，來 更好的對商品和貨物進行管理和存儲?，F(xiàn)有的標簽定位算法精度在幾厘米到幾十厘米不 等，但運些定位算法都各自具有各自的優(yōu)缺點。比如，有的定位算法需要部署大量的參考標 簽;有的定位算法需要部署大量閱讀器天線;有的定位算法需要標簽和閱讀器天線處于相 對運動的狀態(tài)。但是在實際的環(huán)境中，有時并不需要對標簽的準確位置進行定位。比如，在 機場的傳送帶上，標簽貼在行李上通過傳送帶傳送到指定的位置;在超市的貨架上，標簽貼 在商品上，整齊的擺在貨架上。在運些情況中，獲取標簽的順序信息就足W得知標簽的位置 信息。并且，相比于標簽的定位，標簽的定序算法降低了對標簽位置信息的完整性的要求， 一些既得信息可根據(jù)實際環(huán)境直接獲取或不影響系統(tǒng)的使用，因此，如果能夠進行準確的 定序，那么從系統(tǒng)復雜度、硬件需求等方面都優(yōu)于標簽的定位方法。
[0004] 在物流、倉儲和超市的環(huán)境內(nèi)，經(jīng)常需要對貨品進行清點和管理，貨品的位置順序 至關重要。并且，在圖書館，超市運類人流量大的環(huán)境中，還會出現(xiàn)用戶不斷改變貨品位置 的情況。在運樣的情況下，利用人力逐個清點非常費時費力?，F(xiàn)有的物品二維定序的算法需 要閱讀器天線與標簽有相對運動。如在機場的行李傳送帶上固定一個閱讀器天線，對傳送 帶上運動的每個貼標簽的行李進行排序。或在圖書館中，圖書管理員將閱讀器及閱讀器天 線放在手推車上，走過書架前方，在運動的過程中確定標簽的順序。但是運些方法需要閱讀 器天線和標簽具有相對運動，運無疑加大了對系統(tǒng)部署環(huán)境和人力參與的要求。因此，利用 工作環(huán)境中任意移動的物體來確定環(huán)境內(nèi)物品的二維順序具有十分重要的意義和作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術中的問題，本發(fā)明提出一種利用物體移動的標簽二維定序方 法，在不移動標簽和閱讀器的情況下對物品的二維次序進行探測，方便用戶管理應用。
[0006] 為了實現(xiàn)W上目的，本發(fā)明所采用的技術方案為:包括W下步驟：
[0007] 1)設置兩個豎直放置且緊鄰的閱讀器天線，貨架上的物體貼有標簽，閱讀器天線 接收標簽信號，根據(jù)標簽信號是否有擾動來判斷閱讀器天線與標簽的通訊范圍內(nèi)有無物體 正在移動；
[000引2)若存在移動物體，通過影響區(qū)域重疊率的方法對物體移動過程中所影響的標簽 信號兩兩進行比較，確定處于同一列的標簽，通過有向圖鄰接矩陣的方式對標簽集合按列 進行分組;通過在標簽集合中放置參考標簽，確定分組后的標簽集合在空間中的實際位置， 從而得到標簽集合在水平方向的相對順序；
[0009] 3)若不存在移動物體，通過兩個閱讀器天線接收標簽信號，獲取標簽陣列相位值；
[0010] 4)根據(jù)步驟2)中標簽集合按列分組結(jié)果和步驟3)中的標簽陣列相位值，對同一列 標簽構(gòu)建雙曲線，篩選可能點，并對可能點進行線性規(guī)劃，從而得到標簽集合在豎直方向的 相對順序，標簽集合在水平方向和豎直方向的相對順序構(gòu)成標簽的二維序列，完成標簽二 維定序。
[0011] 所述步驟2)中兩兩標簽信號的影響區(qū)域重疊率的計算公式如下：
[0012] (1)
[0013] i和j分別表示兩個標簽的編號，S(ti)和S(tj)表示兩個標簽影響區(qū)域歸一化后和 時間軸所圍成的區(qū)域，Rate(i，j)表示了兩個標簽共同影響區(qū)域的面積與總共影響區(qū)域的 面積之比；
[0014] 對于每一個標簽i，選擇與其重疊率最大的Μ個標簽，作為與其同一列的候選標簽， 運些標簽構(gòu)成的集合稱為Φ (i)，在標簽關系矩陣Anxn中，將所有符合條件j e Φ (i)的元素 (i，j)置為1，N為標簽陣列的標簽個數(shù)，公式如下：
[0015] |· (2)
[0016] aij為矩陣A的第i行第j列的元素，在標簽關系矩陣A中，對于每一行，都有Μ個元素 置為1，其余的元素置為0，置為1的元素表示著編號為其行和列的兩個標簽處于同一列中。
[0017] 所述標簽關系矩陣A與其轉(zhuǎn)置矩陣AT進行矩陣相乘，當矩陣A中第i行第j列的元素 (1^'）為1，且矩陣4了中第1'行第^''列的元素。'^'）為1時，矩陣相乘的結(jié)果為1，相乘得到 的矩陣為權重矩陣R，即R = A · AT，權重矩陣R中第P行第q列的元素 rpq代表了編號為P和q的 兩個標簽所共同認定為同列標簽的個數(shù)，表達式如下：
[001 引 rpq= I Φ (P) η Φ (q) I (3)
[0019] 元素 rpq越大，那么p和q所在同一列的可能性越高，通過判斷rpq與闊值thre的大小 關系，最終判定P和q是否處在同一列。
[0020] 所述步驟4)中構(gòu)建雙曲線的步驟如下：
[0021] 標簽T到兩個閱讀器天線Ai和A2的距離AiT和A2T滿足下列限制條件：
[0022] A1T-A2TI <AiA2 (4)
[002引 AiA2的距離已知，AiA2 = d，d為兩個閱讀器天線之間的垂直距離，AiT和A2T的大小由 標簽T在閱讀器天線Ai和A2處收到的相位值計算，公式如下：
[0024]
[0025]
(5)
[00%]其中，ki和k2分別是標簽Τ到達閱讀器天線Ai和A2時所經(jīng)過的整數(shù)周期的個數(shù)，θι和 曰2分別是標簽Τ在閱讀器天線Ai和Α2處收到的相位值，Θ*是標簽自身的初始相位值，λ為閱讀 器天線的電磁波波長；
[0027]將公式(5)代入公式(4)中得到：
[002引 (6)
[0029] 其中，k = lu-k2，Δ Θ =目廣目2，目1，目2滿足目1，目2 e (0，231)，則A Θ滿足條件Δ Θ e (-化，2 3I)，將Δ目E(-化，23I)代入到公式(6)中，得至化的取值范圍為k = 0，±l，±2;
[0030] W閱讀器天線Ai，A2為雙曲線的焦點，構(gòu)建雙曲線，雙曲線上的點到雙曲線兩個焦 點的差值2a相同，根據(jù)k的取值，WA1T-A2T的值作為2a的取值畫出雙曲線，雙曲線與距離閱 讀器天線為D的直線的交點，就是標簽T的位置，D為貨架相對天線的距離。
[0031] 所述標簽T位于貨架的最底部時，標簽T到兩個閱讀器天線的距離AiT和A2T滿足下 列公式：
[0034] 當標簽T位于貨架的最高處時，標簽T到兩個天線的距離AiT和A2T滿足下列公式：
[0035]
[0036]
[0037] D為貨架相對閱讀器天線的距離，h為貨架的高度，d為兩個閱讀器天線之間的垂直 距離，ant為閱讀器天線的長度，在標簽位于貨架最底部時A1T-A2T取到最大值，表示為max; 在標簽位于貨架最高處時A1T-A2T取到最小值，表示為min,符合下列限制條件：
[003引 min《AiT-A2T《max,
(9)。[0040] 所述限制條件公式(9)采用線性規(guī)劃法用目標函數(shù)表示為：
[0039]
[0041]
[0042] 其中，和Μ j)分別是待定標簽和錯標簽在貨架上的高度，nil和叫分別是待定標 簽和錯標簽在貨架上的層數(shù)，錯標簽是k只有一個確定的取值的標簽。
[0043] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用閱讀器天線接收標簽信號，通過標簽信號是否有擾 動來判斷是否有物體在移動，利用移動物體通過影響區(qū)域重疊率的方法對物體移動過程中 所影響的標簽信號兩兩進行比較，確定處于同一列的標簽，通過有向圖鄰接矩陣的方式對 標簽集合按列進行分組，再通過在標簽集合中放置參考標簽，確定分組后的標簽集合在空 間中的實際位置，從而得到標簽集合在水平方向的相對順序;通過無物體移動的靜止狀態(tài)， 獲取標簽陣列相位值，并結(jié)合標簽集合按列分組結(jié)果，對同一列標簽構(gòu)建雙曲線，篩選可能 點，并對可能點進行線性規(guī)劃，從而得到標簽集合在豎直方向的相對順序，標簽集合在水平 方向和豎直方向的相對順序構(gòu)成標簽的二維序列，完成標簽二維定序，本發(fā)明利用了移動 的物體對標簽陣列的遮擋，與目前的定序方法相比，減少了勞動力投入，可靠性強，并具有 較高的準確率。
[0044] 進一步，當兩個標簽位于同一列時，物體的移動對其的影響時間是非常接近的；當 兩個標簽位于不同列時，物體的移動對其影響的時間差距會隨著標簽之間的水平距離增大 而增大，基于運個現(xiàn)象，將標簽受物體影響的信號做歸一化后，計算兩兩標簽的影響區(qū)域的 重疊率，當兩個標簽位于同一列時，移動的物體對同一列上的標簽影響區(qū)域非常接近，因此 重疊率較大;兩個當標簽位于不同列時，標簽影響區(qū)域在時間軸上的位置隨著標簽距離的 增大而增大，因此重疊部分小，重疊率也較同列標簽對小，利用計算影響區(qū)域重疊率Rate， 能夠較準確的計算出兩個標簽影響區(qū)域的相似度。對于每一個標簽，選擇與其重疊率最大 的Μ個標簽，作為與其同一列的候選標簽，運些標簽構(gòu)成候選集合，在標簽關系矩陣A中，對 于每一行，都有Μ個元素置為1，其余的元素置為0,置為1的元素表示著編號為其行和列的兩 個標簽，很可能處于同一列中。
[0045] 更進一步，由于在實際環(huán)境中容易出現(xiàn)誤差，臨近的列上的標簽可能與該列上的 標簽會出現(xiàn)比較大的重疊率，為了避免運些偶然誤差對整體結(jié)果帶來的影響，需要對標簽 關系矩陣進行相應的處理。當兩個標簽位于同一列時，那么運兩個標簽通?；ハ喽颊J定對 方為可能位于同一列的標簽；當兩個標簽位于不同的列，出現(xiàn)偶然錯誤時，那么往往只有一 個標簽認定另一個標簽為同列標簽。
[0046] 進一步，由于移動物體在貨架前的移動是任意的、方向不明的，因此，對貨架上標 簽的影響順序取決于物體在貨架前移動的方向，為了獲取物體在貨架前移動的實際方向， 我們在貨架上水平放置一排參考標簽，根據(jù)參考標簽的影響順序，確定物體在水平方向移 動的方向，進而確定出每一列標簽在實際中的水平順序。
[0047] 進一步，貨架相對閱讀器天線的距離，貨架的高度等真實環(huán)境的部署對k的取值有 一定的限制，根據(jù)Ξ角形勾股定理，當標簽位于貨架的最底部時，標簽到兩個天線的距離差 取到最大值，當標簽位于貨架的最高處時，標簽到兩個天線的距離差取到最小值，引入限制 條件，根據(jù)貨架和天線的實際部署，將標簽到兩個閱讀器天線的距離差縮小到一個更小的 范圍內(nèi)，能夠大大的減少了k的可能值的個數(shù)，進一步減少了計算量。
[0048] 更進一步，將只有一個確定的k的取值的標簽作為錯標簽，具有多個可能的k的標 簽稱之為待定標簽，錯標簽的位置是唯一確定的，每一列標簽都均勻分布于貨架的每一排 上，且貨架的橫排之間的間距是已知的，利用線性規(guī)劃化P)算法，將上述的兩個限制條件用 目標函數(shù)的形式表示，目標函數(shù)是比較計算所得的標簽位置與按貨架高度估計所得的標簽 位置之間的差距，只有當估計的待定標簽位置全部正確時，運個差距才是最小的，從而確定 標簽的最終位置。
【附圖說明】
[0049] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0050] 圖2是重疊率計算結(jié)果圖；
[0051 ]圖3是豎直方向定序閱讀器天線部署圖；
[0化2] 圖4是D = 1.2m~2.4m，h = 2m時的A1T-A2T的值域范圍圖；
[0化3] 圖5是D = 1.8m，h = 2m時的k可能解個數(shù)圖；
[0054] 圖6是未加限制條件的不同取值的k構(gòu)建的雙曲線圖；
[0055] 圖7是增加限制條件的不同取值的k構(gòu)建的雙曲線圖；
[0056] 圖8通過雙曲線+線性規(guī)劃確定標簽縱坐標的結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0057] 下面結(jié)合具體的實施例和說明書附圖對本發(fā)明作進一步的解釋說明。
[005引參見圖1，本發(fā)明包括W下步驟：
[0059] 1)首先通過標簽信號是否有擾動來判斷閱讀器與標簽的通訊范圍內(nèi)有無物體正 在移動；
[0060] 2)對于有物體移動的情況，首先將標簽按列為單位分組，按照影響時間的接近程 度確定哪些標簽處于同一列，對物體移動過程中所影響的標簽信號兩兩進行比較，通過計 算影響區(qū)域重疊率的方法，對每個標簽確定與其可能所處同一列的其他標簽集合，通過有 向圖鄰接矩陣的乘法確定標簽集合的劃分，每個標簽集合代表貨架中的一列；
[0061] 3)通過放置參考標簽，確定標簽集合(一列標簽)在實際空間中的實際位置，得到 水平方向的相對順序；
[0062] 4)當無物體移動時，部署兩個緊挨的豎直擺放的閱讀器天線，獲取標簽陣列相位 值；
[0063] 5)結(jié)合無物體移動時的標簽陣列相位值和有物體移動時確定的同列標簽分類結(jié) 果，確定垂直方向的標簽順序，對同一列標簽構(gòu)建雙曲線，篩選可能點，對可能點進行線性 規(guī)劃，得到同一列標簽豎直方向的相對順序，標簽集合在水平方向和豎直方向的相對順序 構(gòu)成標簽的二維序列，完成標簽二維定序。
[0064] 步驟1)中，利用標簽信號有無強烈波動來判斷工作區(qū)域內(nèi)是否有物體移動。
[0065] 步驟2)中，對于有物體移動的情況，首先確定水平方向標簽順序。對標簽陣列中所 有的標簽信號進行兩兩比較。通常來說，當兩個標簽位于同一列時，物體的移動對其的影響 時間是非常接近的；當兩個標簽位于不同列時，物體的移動對其影響的時間差距會隨著標 簽之間的水平距離增大而增大?；谶\個現(xiàn)象，將標簽受物體影響的信號做歸一化后，計算 兩兩標簽的影響區(qū)域的重疊率。如公式(1)所示：
[0066]
[0067] 其中，i和j分別表示兩個標簽的編號，S(i)與S(j)表示兩個標簽影響區(qū)域歸一化 后和時間軸所圍成的區(qū)域。Rate(i，j)表示了兩個標簽共同影響區(qū)域的面積與總共影響區(qū) 域的面積之比。根據(jù)前面的設想，當標簽i和j位于同一列時，移動的物體對同一列上的標簽 影響區(qū)域非常接近，因此重疊率較大；當標簽i和j位于不同列時，標簽影響區(qū)域在時間軸上 的位置隨著標簽距離的增大而增大，因此重疊部分小，重疊率也較同列標簽對小。利用計算 影響區(qū)域重疊率Rate,可W較準確的計算出兩個標簽影響區(qū)域的相似度。具體效果如圖2a 和圖化所示，其中，經(jīng)處理的標簽信號強度為圖中的折線，折線與X軸所圍成的部分即為影 響區(qū)域，兩個標簽影響區(qū)域交的部分面積的大小為s(ti)ns(tj)(圖中陰影區(qū)域），兩個標簽 影響區(qū)域并的面積大小為S(ti)US(tj)，圖2(a)為同列標簽，圖2(b)為不同列的標簽，當兩 個標簽處于同一列時，其重疊部分占總的影響區(qū)域的面積更大，即Rate更大。
[0068] 對于每一個標簽i，選擇與其重疊率最大的Μ個標簽，作為與其同一列的候選標簽， 運些標簽構(gòu)成的集合稱為Φα)。在標簽關系矩陣Ανχν(Ν為標簽陣列的標簽個數(shù)）中，將所有 符合條件^εφα)的元素(i，j)置為1。如公式(2)所示：
[0069]
[0070] au為矩陣A的第i行第j列的元素。運樣，在標簽關系矩陣A中，對于每一行，都有Μ個 元素置為1，其余的元素置為0。置為1的元素表示著編號為其行和列的兩個標簽，很可能處 于同一列中。
[0071] 但是，由于在實際環(huán)境中容易出現(xiàn)誤差，比如，臨近的列上的標簽可能與該列上的 標簽會出現(xiàn)比較大的重疊率。為了避免運些偶然誤差對整體結(jié)果帶來的影響，需要對標簽 關系矩陣A進行相應的處理。通過觀察發(fā)現(xiàn)，當兩個標簽位于同一列時，那么運兩個標簽通 常互相都認定對方為可能位于同一列的標簽，即je Φα)且ie ΦΟ);當兩個標簽位于不 同的列，出現(xiàn)偶然錯誤時，那么往往只有一個標簽認定另一個標簽為同列標簽，如je Φ (i) 但z'狂抑/)。因此，為了利用運種性質(zhì)去除一些偶然誤差，我們將A與其轉(zhuǎn)置AT進行矩陣相乘， 只有當矩陣A中第i行第j列的元素（i，j)為1，且矩陣AT中第i'行第j'列的元素（i'J'）也為 1時，其相乘的結(jié)果才為1。相乘得到的矩陣稱為權重矩陣R，即R = A · AT。矩陣R中第P行第q 列的的元素 rpq代表了編號為P和q的兩個標簽所共同認定為同列標簽的個數(shù)。例如，標簽P認 定1，2,3標簽為與其同列的標簽，標簽q認定2,3,4號標簽為與其同列的標簽，那么r(p，q) = 2。其表達式如公式(3)所示：
[007^ rpq= I Φ (P) η Φ (q) I (3)
[0073] 直觀來說，當標簽p和q處在同一列時，其認定為同列的標簽重疊的個數(shù)會較大;反 之，如果標簽P和q不處在同一列，那么其認定為同列的標簽重疊個數(shù)會較少。因此，矩陣R可 W看做一個權重矩陣，矩陣中的元素 rpq越大，那么P和q所在同一列的可能性越高。通過判斷 rpq與闊值thre的大小關系，可W最終判定P和q是否在同一列。rpq最大值為M，按照用戶需 求，可W設置合適的闊值thre大小。
[0074] 步驟3)中，由于移動物體在貨架前的移動是任意的、方向不明的，因此，對貨架上 標簽的影響順序取決于物體在貨架前移動的方向。為了獲取物體在貨架前移動的實際方 向，我們在貨架上水平放置一排參考標簽，根據(jù)參考標簽的影響順序，確定物體在水平方向 移動的方向，進而確定出每一列標簽在實際中的水平順序。例如，經(jīng)過步驟2)后，我們已經(jīng) 將整個標簽陣列分為不同的集合，每個集合中的標簽為同一列的標簽，將運些集合隨機進 行編號呆 當參考標簽檢測到移動物體是從貨架最右側(cè)移動到最左側(cè)
0 時，假設影響的標簽集合依次為3,2,4,6,8-，，那么，可^認為標簽集合在實際環(huán)境內(nèi)的部 署從右至左分別為L3，L2，L4，L6，Ls· · ·。
[0075] 步驟4)中，由于根據(jù)物體的移動很難確定標簽的豎直順序，因此，采用兩個垂直距 離為d的豎直擺放的天線，見附圖3,在無物體移動時收集標簽陣列的相位值。運樣，同一個 標簽在兩個天線處可采集到兩個相位θι和02。
[0076] 步驟5)中，結(jié)合步驟3)中將標簽分為不同的列的分類結(jié)果，利用步驟4)所采集到 的相位值信息，構(gòu)建空間雙曲線，其具體過程如下：
[0077] 由于標簽Τ和兩個天線Αι，Α2之間構(gòu)成的Ξ角形Α1Α2Τ需要滿足"Ξ角形兩邊之差小 于第Ξ邊"的設定，因此，標簽Τ到兩個天線的距離AiT和Α2Τ需要滿足下面的限制條件：
[007引 IA1T-A2T I <AiA2 (4)
[0079] A1A2的距離已知，即AiA2 = cLAiT，A2T的大小可由標簽T在天線Ai，A2處收到的相位粗 略的估計，其表達式如公式(5)所示：
[0082] 其中，kl和k2分別是標簽T到達天線Ai，A2時所經(jīng)過的整數(shù)周期的個數(shù)，θ?和θ2分別 是標簽Τ在天線Αι，Α2處收到的相位大小。0t是標簽自身硬件所造成的初始相位值。λ為該應 用頻率下電磁波波長。因此，標簽Τ到兩個天線的距離就可W通過收到的相位值和中間經(jīng)過 的整周期與波長的乘積估計出來。公式(5)中，共有Ξ個未知數(shù)，即ki，k2和Θ*。將公式(5)代 入公式(4)，可得：
[0083]
[0084] 公式(6)中，將未知數(shù)Θ*經(jīng)消減法去除，只留下一個未知數(shù)k = ki-k2。通過確定k的 大小，即可獲得立角形邊關系。由于標簽T在天線Ai，A2處收到的相位大小θι，θ2是 觀測值，因此滿足θι，θ2Ε [0,231)，運樣，ΔΘ需滿足條件Δθε (-231,231)。將運個限制條件代 入到公式(6)中，可得未知數(shù)k的取值范圍為k = 0，±l，±2。
[0085] 除此之外，由于標簽所標識的物品放置在距離閱讀器天線距離為D的貨架上，見附 圖3。貨架相對天線的距離D，貨架的高度h等真實環(huán)境的部署對未知數(shù)k的取值有一定的限 審IJ。根據(jù)Ξ角形勾股定理，ant為閱讀器天線的長度，閱讀器天線采用正方體的天線，當標簽 T位于貨架的最底部，那么，標簽T到兩個天線的距離AiT和A2T應符合下面的公式：
[0086]
[0087]
(7)
[0088] 而當標簽Τ位于貨架的最高處，那么，標簽Τ到兩個天線的距離AiT和A2T應符合下面 的公式：
[0091]變換標簽的位置，可W獲得標簽到兩個天線的距離差A1T-A2T。比如，當貨架相對于 天線的距離為D = 1.2m~2.4m，貨架的高度h = 2m時，標簽到兩個天線的距離差A1T-A2T如附 圖4所示。我們發(fā)現(xiàn)，距離差A1T-A2T呈單調(diào)遞減的趨勢，在標簽位于貨架最底層時取到最大 值，將其表示為max;在標簽位于貨架最上層時取到最小值，將其表示為min。因此，標簽到兩 個天線的距離差A1T-A2T應當符合下面的限制條件：
[0094]因此，根據(jù)貨架和天線的實際部署，可將兩個天線的距離差A1T-A2T縮小到一個更 小的范圍內(nèi)。將公式(9)解出，可大大的減少未知數(shù)k可能值的個數(shù)。
[00M]為了說明上面的方法，我們舉一個具體實例來說明。例如，在系統(tǒng)部署時，已知貨 架到天線的距離為1.8米，貨架的高度為2米。通過計算，距離差A1T-A2T的取值范圍是[- 0.1742,0.0343]，也就是-2.1731《（沈π+ΔΘ)《0.4331，未知數(shù)k的可能取值范圍可見附圖5。 當標簽T在兩個天線處收到的相位差Δ Θ落在區(qū)間（-1.5731，-0.1731) U (0.4331，1.8331)時，只 存在一個可能的k值。而當相位差ΔΘ落在除運個區(qū)間之外的范圍時，只存在兩個可能的k 值。通過運樣的方法，即可將公式(6)中5個可能的k值減少的不超過2個。通過雙曲線定理， W天線Ai，A2為雙曲線的焦點，構(gòu)建雙曲線。由于雙曲線上的點到雙曲線兩個焦點的差值2a 是一樣的。因此，每確定一個k的取值時，A1T-A2T就確定下來，將A1T-A2T的值作為2a的取值， 畫出一條雙曲線，雙曲線與距離閱讀器天線為D的直線的交點，就是標簽的位置。如附圖6所 示，未加限制條件時，k有5個可能解（k = 2的情況不滿足構(gòu)建雙曲線條件，故未顯示在圖 中），因此有多條雙曲線。而當增加實際部署時的限制條件時，如附圖7a和7b所示，k只有1~ 2個可能解，只有1~2個雙曲線滿足限制條件。我們發(fā)現(xiàn)，標簽在貨架上的實際位置和雙曲 線與貨架位置的某個交點十分接近。因此，利用構(gòu)建空間雙曲線的方法來判斷標簽所處的 可能位置是十分有效的。
[0096]由于現(xiàn)在仍然存在不能確定的k的取值，因此標簽的位置還沒有唯一確定。我們觀 察整個貨架的標簽分布情況發(fā)現(xiàn)，每一列的標簽在貨架上都均勻分布于貨架的每一橫排 上。且貨架橫排之間的距離是確定的，并且可W通過提前測量得知的。并且，在上述的舉例 中發(fā)現(xiàn)，有些標簽只有一個確定的k的取值，我們將運樣的標簽稱之為"錯標簽"；而那些具 有多個可能的k的標簽稱之為"待定標簽"。錯標簽的位置是確定的。因此，我們可W利用上 面兩個限定條件來唯一確定標簽位置的可能取值，即（1)錯標簽的位置時唯一確定的；（2) 每一列標簽都均勻分布于貨架的每一排上，且貨架的橫排之間的間距是已知的。利用線性 規(guī)劃(LP)算法，可將上述的兩個限制條件用目標函數(shù)的形式表達出來：
[0097]
[0098] 其中，/；(〇和Μ j)分別是待定標簽和錯標簽在貨架上的高度，nil和叫分別是待定標 簽和錯標簽在貨架上的層數(shù)。目標函數(shù)是比較計算所得的標簽位置與按貨架高度估計所得 的標簽位置之間的差距。只有當估計的待定標簽位置全部正確時，運個差距才是最小的。通 過線性規(guī)劃所得的結(jié)果見附圖8,發(fā)現(xiàn)利用構(gòu)建雙曲線，篩選可能點的方法具有很好的準確 度。
[0099 ]本發(fā)明的方法流程分為水平方向定位和豎直方向定位：
[0100] 水平方向定位模塊：
[0101] 對于水平方向定位模塊，可分為2個解決步驟，分別為：（1)將標簽按列分組；（2)將 分組后的列與實際位置一一對應。在步驟(1)中，將移動的物體對每個標簽影響的區(qū)域截取 出來，計算兩兩標簽的影響區(qū)域重疊率rate,由于同一列的標簽具有更接近的影響時間，故 影響區(qū)域的重疊面積更大，重疊率rate更大。參見附圖2曰，兩個同列標簽的重疊率rate = 0.974,參見圖化，而兩個不同列標簽的重疊率為rate = 0.688。通過計算重疊率，將整個標 簽陣列按列分組。
[0102] 在步驟(2)中，通過部署參考標簽，獲取移動物體在貨架前移動的水平方向，將按 列分組后的標簽與實際的相對位置一一對應起來。
[0103] 豎直方向定位模塊：
[0104] 對于豎直方向定位模塊，也可分為2個解決步驟，分別為：（1)構(gòu)建空間雙曲線，篩 選可能解；（2)利用線性規(guī)劃方法，確定同列標簽的上下順序。實驗部署參見圖3,將兩個閱 讀器天線垂直疊加放置與與貨架距離為D的地面上。
[0105] 在步驟（1)中，利用實際環(huán)境內(nèi)貨架的高度hW及貨架與閱讀器天線的距離D對標 簽實際可能位置的限制，確定k的取值。參見圖4和5,經(jīng)過上述的限制，標簽到兩個天線之間 的距離A1T-A2T限定在一定的范圍內(nèi)，且k的取值也減少到不超過2個。參見圖7a和7b，增加限 制條件后，根據(jù)k值的大小，可構(gòu)建1~2條雙曲線，雙曲線與距離為D的貨架的交點，就是標 簽在貨架上可能的位置。
[0106] 在步驟(2)中，利用線性規(guī)劃的方法，構(gòu)建目標函數(shù)，篩選所有的可能解，當標簽順 序估計正確時，目標函數(shù)會取得最優(yōu)解，實驗效果參見附圖8,其中a~e為貨架的橫排編號， 從圖8可W看出，利用線性規(guī)劃，構(gòu)建目標函數(shù)的方法可W有效地排除錯誤解，找到標簽位 置的可能解，具有較好的正確率。
[0107] 本發(fā)明出了一種可靠性強，準確度高的標簽陣列二維定序方法，與之前的定序方 法相比，利用了移動的物體對標簽陣列的遮擋，減少了勞動力投入，并具有較高的準確率， 本發(fā)明是一種可靠的且有效的標簽陣列二維定序方法。
【主權項】
1. 一種利用物體移動的標簽二維定序方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 設置兩個豎直放置且緊鄰的閱讀器天線，貨架上的物體貼有標簽，閱讀器天線接收 標簽信號，根據(jù)標簽信號是否有擾動來判斷閱讀器天線與標簽的通訊范圍內(nèi)有無物體正在 移動； 2) 若存在移動物體，通過影響區(qū)域重疊率的方法對物體移動過程中所影響的標簽信號 兩兩進行比較，確定處于同一列的標簽，通過有向圖鄰接矩陣的方式對標簽集合按列進行 分組;通過在標簽集合中放置參考標簽，確定分組后的標簽集合在空間中的實際位置，從而 得到標簽集合在水平方向的相對順序； 3) 若不存在移動物體，通過兩個閱讀器天線接收標簽信號，獲取標簽陣列相位值； 4) 根據(jù)步驟2)中標簽集合按列分組結(jié)果和步驟3)中的標簽陣列相位值，對同一列標簽 構(gòu)建雙曲線，篩選可能點，并對可能點進行線性規(guī)劃，從而得到標簽集合在豎直方向的相對 順序，標簽集合在水平方向和豎直方向的相對順序構(gòu)成標簽的二維序列，完成標簽二維定 序。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種利用物體移動的標簽二維定序方法，其特征在于，所述步 驟2)中兩兩標簽信號的影響區(qū)域重疊率的計算公式如下：i和j分別表示兩個標簽的編號，S(t〇和S(k)表示兩個標簽影響區(qū)域歸一化后和時間 軸所圍成的區(qū)域，Rate(iJ)表示了兩個標簽共同影響區(qū)域的面積與總共影響區(qū)域的面積 之比； 對于每一個標簽i，選擇與其重疊率最大的Μ個標簽，作為與其同一列的候選標簽，這些 標簽構(gòu)成的集合稱為Φ (i)，在標簽關系矩陣ΑΝΧΝ中，將所有符合條件j G φ (i)的元素(i，j) 置為1，N為標簽陣列的標簽個數(shù)，公式如下： ^ j I ./ G φ(?)師I 彐卩·)} y 1〇減〇 叭」(2) 為矩陣A的第i行第j列的元素，在標簽關系矩陣A中，對于每一行，都有M個元素置為 1，其余的元素置為0，置為1的元素表示著編號為其行和列的兩個標簽處于同一列中。3. 根據(jù)權利要求2所述的一種利用物體移動的標簽二維定序方法，其特征在于，所述標 簽關系矩陣Α與其轉(zhuǎn)置矩陣Ατ進行矩陣相乘，當矩陣Α中第i行第j列的元素（i，j)為1，且矩 陣八 1中第i'行第j'列的元素為1時，矩陣相乘的結(jié)果為1，相乘得到的矩陣為權重矩 陣R，即R = A · Ατ，權重矩陣!^中第p行第q列的元素rpq代表了編號為 p和q的兩個標簽所共同 認定為同列標簽的個數(shù)，表達式如下： rPq= | Φ (ρ) (? φ (q) (3) 元素越大，那么p和q所在同一列的可能性越高，通過判斷與閾值thre的大小關系， 最終判定ρ和q是否處在同一列。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種利用物體移動的標簽二維定序方法，其特征在于，所述步 驟4)中構(gòu)建雙曲線的步驟如下： 標簽T到兩個閱讀器天線AdPA2的距離AiT和A2T滿足下列限制條件： A1T-A2T | <AiA2 (4) A1A2的距離已知，AiA2 = d，d為兩個閱讀器天線之間的垂直距離，ΑιΤ和A2T的大小由標簽 T在閱讀器天線Αι和A2處收到的相位值計算，公式如下：其中，k#Pk2分別是標簽T到達閱讀器天線六:和知時所經(jīng)過的整數(shù)周期的個數(shù)，Θ#ΡΘ2* 別是標簽Τ在閱讀器天線AdPA2處收到的相位值，0t是標簽自身的初始相位值，λ為閱讀器天 線的電磁波波長； 將公式(5)代入公式(4)中得到：其中，k = lu-k2, Δ 0 = 滿足 0^02^(0,231),則 ΔΘ滿足條件 Δθε (-231,231)， 將Δ θε (-231,231)代入到公式(6)中，得到k的取值范圍為k=0, ±1，±2; 以閱讀器天線^，如為雙曲線的焦點，構(gòu)建雙曲線，雙曲線上的點到雙曲線兩個焦點的 差值2a相同，根據(jù)k的取值，以值作為2a的取值畫出雙曲線，雙曲線與距離閱讀器 天線為D的直線的交點，就是標簽T的位置，D為貨架相對天線的距離。5. 根據(jù)權利要求4所述的一種利用物體移動的標簽二維定序方法，其特征在于，所述標 簽T位于貨架的最底部時，標簽T到兩個閱讀器天線的距離MT和A 2T滿足下列公式：當標簽T位于貨架的最高處時，標簽T到兩個天線的距離MT和A2T滿足下列公式：D為貨架相對閱讀器天線的距離，h為貨架的高度，d為兩個閱讀器天線之間的垂直距 離，ant為閱讀器天線的長度，在標簽位于貨架最底部時A1T-A2T取到最大值，表示為max;在 標簽位于貨架最高處時紐-知!'取到最小值，表示為min，符合下列限制條件：6. 根據(jù)權利要求5所述的一種利用物體移動的標簽二維定序方法，其特征在于，所述限 制條件公式(9)采用線性規(guī)劃法用目標函數(shù)表示為： min；,(i) <Σ ^ ~ mi - + Σ ~ mi' 1" ^ (10) 其中，和h( j)分別是待定標簽和錨標簽在貨架上的高度，mi和mj分別是待定標簽和 錨標簽在貨架上的層數(shù)，錨標簽是k只有一個確定的取值的標簽。
【文檔編號】G06K7/00GK106066977SQ201610409005
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月12日 公開號201610409005.9, CN 106066977 A, CN 106066977A, CN 201610409005, CN-A-106066977, CN106066977 A, CN106066977A, CN201610409005, CN201610409005.9
【發(fā)明人】韓勁松, 王鴿, 丁菡, 惠維, 趙季中
【申請人】西安交通大學