本發(fā)明涉及RFID即射頻識(shí)別
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是一種用于物品定位的RFID閱讀器天線陣列的排布優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：室內(nèi)定位的主要技術(shù)手段有超聲波技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、超寬帶技術(shù)、RFID技術(shù)等，與其他技術(shù)相比，RFID定位技術(shù)具有非視距和非接觸的特點(diǎn)，且具有低成本、高精度和較好的抗干擾能力等優(yōu)勢(shì)，使RFID技術(shù)成為定位技術(shù)中的研究熱點(diǎn)。在RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)中，由于實(shí)際環(huán)境限制，不能布設(shè)多個(gè)RFID閱讀器，因此采用可移動(dòng)式單個(gè)RFID閱讀器進(jìn)行物品定位。該閱讀器上裝載有陣列天線，通過移動(dòng)閱讀器，陣列天線接收物品信息。在陣列天線的排布上，現(xiàn)有的排布多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，未考慮物品定位的需求。因此，需要一種基于物品定位的RFID閱讀器天線陣列的排布優(yōu)化方法，以滿足物品定位的需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提出基于物品定位的RFID閱讀器天線陣列的排布優(yōu)化方法，該方法不依賴于經(jīng)驗(yàn)，可以為物品定位提供有效支撐。本發(fā)明所提出的基于物品定位的RFID閱讀器天線陣列的排布優(yōu)化方法，包括以下步驟：S1：通過移動(dòng)式RFID閱讀器采集物品堆放區(qū)域的物品數(shù)據(jù)信息；S2：獲取離所測(cè)物品固定距離點(diǎn)的陣列天線中單個(gè)天線所接收到的信號(hào)強(qiáng)度；S3：建立優(yōu)化天線排布模型并設(shè)置排布模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；S4：求解優(yōu)化天線排布模型并給出最優(yōu)天線排布模型。進(jìn)一步，所述最優(yōu)天線排布模型是通過人工魚群算法來求解的，具體步驟如下：S41：初始化參數(shù)，魚群規(guī)模N，最大迭代次數(shù)NUM，每條人工魚的參數(shù)隨機(jī)產(chǎn)生；S42：設(shè)置迭代計(jì)算器n＝0，初始化人工魚最優(yōu)值進(jìn)入公告板；S43：每條人工魚執(zhí)行聚群行為，缺省行為為覓食；S44：每條人工魚執(zhí)行追尾行為，缺省行為為覓食；S45：分別對(duì)每條人工魚比較兩種行為的結(jié)果，實(shí)際執(zhí)行FC較大的行為；S46：以FC值最大的人工魚更新公告板，記錄FC值最大的人工魚；S47：迭代計(jì)算器自增加1，即n++；S48：判斷迭代計(jì)算器值n是否小于最大迭代次數(shù)；如果是，則返回步驟S43繼續(xù)執(zhí)行；S49：否則程序結(jié)束。進(jìn)一步，所述目標(biāo)函數(shù)按照以下公式進(jìn)行設(shè)置：Dmax=1NΣi=1N(Emaxi-E‾)2]]>式中，N表示同一個(gè)托盤上從下到上的貨物個(gè)數(shù)；Emaxi表示單天線的最大信號(hào)強(qiáng)度；表示單天線的信號(hào)強(qiáng)度均值；Dmax表示信號(hào)強(qiáng)度方差；i表示同一個(gè)托盤上從下到上的第i個(gè)貨物。進(jìn)一步，所述約束條件按照以下公式進(jìn)行設(shè)置：0≤a1+a2+a3≤Thr0≤b1+b2+b3≤Thr]]>式中，a1表示2號(hào)天線與4號(hào)天線在高度上的距離、b1表示1號(hào)天線與3號(hào)天線在高度上的距離；a2表示4號(hào)天線與6號(hào)天線在高度上的距離、b2表示3號(hào)天線與5號(hào)天線在高度上的距離；a3表示6號(hào)天線與8號(hào)天線在高度上的距離、b3表示5號(hào)天線與7號(hào)天線在高度上的距離；Thr表示車身高度與天線高度的差值；一般取50-70，本發(fā)明中也可取60。進(jìn)一步，所述單天線的信號(hào)強(qiáng)度按照以下步驟獲取，具體如下：S21：獲取天線實(shí)際長寬指標(biāo)與a1、a2、a3、b1、b2、b3參數(shù)，并計(jì)算得到天線所在高度ha；S22：獲取貨物所在高度h并得到貨物標(biāo)簽與天線之間的夾角tanθ＝(ha-h)/d，式中，d為天線與貨物之間的垂直距離；S23：重復(fù)計(jì)算得到所有貨物標(biāo)簽與天線之間的夾角θ值；S24：計(jì)算貨物與讀寫器天線之間不同角度的接收信號(hào)強(qiáng)度；S25：計(jì)算得到貨物標(biāo)簽點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度E。S26：得到每個(gè)貨物標(biāo)簽的最大信號(hào)強(qiáng)度Emax。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通過優(yōu)化RFID閱讀器陣列天線排布來實(shí)現(xiàn)物品定位的需求，克服了在RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)中，由于實(shí)際環(huán)境限制，不能布設(shè)多個(gè)RFID閱讀器的缺陷；通過建立最優(yōu)的陣列線排布，能夠準(zhǔn)確有效支撐物品定位需求；從信息獲取角度看，大大提升物品定位系統(tǒng)準(zhǔn)確度。本發(fā)明能夠有效減少閱讀器的布設(shè)數(shù)量，并且為用于物品定位的陣列天線布設(shè)提供了具體的優(yōu)化排布方法，提高物品定位效率。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。附圖說明本發(fā)明的附圖說明如下：圖1為流程示意圖。圖2為RFID讀寫器天線陣列布局圖。圖3為RFID讀寫器天線陣列與貨物側(cè)視圖。圖4為單天線信號(hào)強(qiáng)度的獲取。圖5為單天線接收信號(hào)強(qiáng)度圖。圖6為優(yōu)化模型求解目標(biāo)。圖7為強(qiáng)度求取示意圖。圖8為貨物堆垛圖。圖9為強(qiáng)度信息圖(理想趨勢(shì))。圖10為讀寫器天線讀取圖。圖11為人工魚群算法流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)例1如圖1所示，本實(shí)例提供的基于物品定位的RFID閱讀器天線陣列的排布優(yōu)化方法，包括以下步驟：S1：通過移動(dòng)式RFID閱讀器采集物品堆放區(qū)域的物品數(shù)據(jù)信息；S2：獲取離所測(cè)物品固定距離點(diǎn)的陣列天線中單個(gè)天線所接收到的信號(hào)強(qiáng)度；S3：建立優(yōu)化天線排布模型并設(shè)置排布模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；S4：求解優(yōu)化天線排布模型并給出最優(yōu)天線排布模型。所述單天線的信號(hào)強(qiáng)度按照以下步驟獲取，具體如下：S21：獲取天線實(shí)際長寬指標(biāo)與a1、a2、a3、b1、b2、b3參數(shù)，并計(jì)算得到天線所在高度ha；S22：獲取貨物所在高度h并得到貨物標(biāo)簽與天線之間的夾角tanθ＝(ha-h)/d，式中，d為天線與貨物之間的垂直距離；S23：重復(fù)計(jì)算得到所有貨物標(biāo)簽與天線之間的夾角θ值；S24：計(jì)算貨物與讀寫器天線之間不同角度的接收信號(hào)強(qiáng)度；S25：計(jì)算得到貨物標(biāo)簽點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度E。S26：得到每個(gè)貨物標(biāo)簽的最大信號(hào)強(qiáng)度Emax。所述最優(yōu)天線排布模型是通過人工魚群算法來求解的，具體步驟如下：S41：初始化參數(shù)，魚群規(guī)模N，最大迭代次數(shù)NUM，每條人工魚的參數(shù)隨機(jī)產(chǎn)生；S42：設(shè)置迭代計(jì)算器n＝0，初始化人工魚最優(yōu)值進(jìn)入公告板；S43：每條人工魚執(zhí)行聚群行為，缺省行為為覓食；S44：每條人工魚執(zhí)行追尾行為，缺省行為為覓食；S45：分別對(duì)每條人工魚比較兩種行為的結(jié)果，實(shí)際執(zhí)行FC較大的行為；S46：以FC值最大的人工魚更新公告板，記錄FC值最大的人工魚；S47：迭代計(jì)算器自增加1，即n++；S48：判斷迭代計(jì)算器值n是否小于最大迭代次數(shù)；如果是，則返回步驟S43繼續(xù)執(zhí)行；S49：否則程序結(jié)束。所述目標(biāo)函數(shù)按照以下公式進(jìn)行設(shè)置：Dmax=1NΣi=1N(Emaxi-E‾)2]]>式中，N表示同一個(gè)托盤上從下到上的貨物個(gè)數(shù)；Emaxi表示單天線的最大信號(hào)強(qiáng)度；表示單天線的信號(hào)強(qiáng)度均值；Dmax表示信號(hào)強(qiáng)度方差；i表示同一托盤上從下到上的第i個(gè)貨物。所述約束條件按照以下公式進(jìn)行設(shè)置：0≤a1+a2+a3≤Thr0≤b1+b2+b3≤Thr]]>式中，a1表示2號(hào)天線與4號(hào)天線在高度上的距離、b1表示1號(hào)天線與3號(hào)天線在高度上的距離；a2表示4號(hào)天線與6號(hào)天線在高度上的距離、b2表示3號(hào)天線與5號(hào)天線在高度上的距離；a3表示6號(hào)天線與8號(hào)天線在高度上的距離、b3表示5號(hào)天線與7號(hào)天線在高度上的距離；Thr表示車身高度與天線高度的差值；一般取50-70，本實(shí)施例中也可取60。實(shí)例2如圖1所示，本實(shí)例提供的基于物品定位的RFID閱讀器天線陣列的排布優(yōu)化方法，具體流程如下：(一)數(shù)據(jù)采集本發(fā)明中整個(gè)數(shù)據(jù)采集方案使用RFID系統(tǒng)。RFID閱讀器搭載于AGV小車上，隨著小車的移動(dòng)，RFID系統(tǒng)也會(huì)跟著小車行進(jìn)，形成移動(dòng)式RFID閱讀器。小車上的RFID系統(tǒng)包括底部的閱讀器以及安裝在小車上的讀寫器天線陣列，每一個(gè)天線為45cm*45cm的矩形天線，天線陣列共包含8個(gè)天線單元。數(shù)據(jù)采集通過讀寫器天線陣列接收返回的信號(hào)。天線規(guī)格及在AGV小車上的擺放位置如圖2所示。圖中，小車車體寬為150厘米，高為260厘米，每個(gè)天線邊長為45厘米，間隔距離為10厘米；6#天線的上表面與地面距離為178.5厘米，AGV小車上的RFID讀寫器天線陣列與貨物側(cè)視圖如圖3；圖中貨物堆垛與RFID讀寫器的距離為10厘米。(二)單天線信號(hào)強(qiáng)度獲取如圖4所示，圖4為單天線信號(hào)強(qiáng)度的獲??；圖中黑色方塊為標(biāo)簽，豎放長條板為天線，可以沿豎直方向上下移動(dòng)；使用陣列天線中的單根天線在與物品距離xcm處上下移動(dòng)，測(cè)量天線在該處接受到的信號(hào)強(qiáng)度E、天線與物品之間的夾角θ之間的關(guān)系。根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)可建立如圖5所示，圖5為單天線接收信號(hào)強(qiáng)度圖。根據(jù)圖中信息可以明確得出夾角θ與信號(hào)強(qiáng)度E之間的關(guān)系。(三)優(yōu)化模型的建立(1)目標(biāo)函數(shù)如圖6所示，圖6為優(yōu)化模型求解目標(biāo)。本發(fā)明中，優(yōu)化模型求解的是滿足目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)a1、a2、a3、b1、b2、b3值。天線編號(hào)為：1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#，8#。①接收信號(hào)強(qiáng)度值的獲?。喝鐖D7所示，圖7為強(qiáng)度求取示意圖；通過天線實(shí)際長寬指標(biāo)與a1、a2、a3、b1、b2、b3參數(shù)的結(jié)合，可以得到天線所在高度ha，已知貨物所在高度h，那么就可以得到貨物標(biāo)簽與天線之間的夾角tanθ＝(ha-h)/d，此處d為固定值，為天線與貨物之間的距離，d＝10cm。并可得到θ值，根據(jù)θ值和第(二)步中的天線接收信號(hào)強(qiáng)度圖，可以得到貨物與讀寫器天線之間不同角度的接收信號(hào)強(qiáng)度，就可得到貨物標(biāo)簽點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度E。因?yàn)槊總€(gè)貨物標(biāo)簽不止被一個(gè)天線讀到，那么對(duì)于每個(gè)貨物標(biāo)簽就有E1、E2…Ei，i為天線號(hào)。其中對(duì)于目標(biāo)標(biāo)簽而言，最大的信號(hào)強(qiáng)度為Emax。②目標(biāo)函數(shù)的確定分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集環(huán)境，如圖8所示為貨物堆垛圖。堆垛圖中有三層托盤，每5個(gè)貨物被堆放在一個(gè)托盤上。對(duì)于同一個(gè)托盤上從下到上的5個(gè)貨物設(shè)為：x1、x2…x5。由于托盤對(duì)讀寫器天線發(fā)射的電磁波有一定的干擾，會(huì)造成讀寫器天線接收到的信號(hào)強(qiáng)度以一定的經(jīng)驗(yàn)值衰減，設(shè)衰減因子為μi＜0(i＝1,2,3)(經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定)，影響貨物x1、x5的衰減因子為μ1，影響貨物x2、x4的衰減因子為μ2，影響貨物x3的衰減因子為μ3，其中μ1＜μ2＜μ3。對(duì)于僅僅依靠強(qiáng)度信息判斷貨物高度而言，希望其各層貨物的強(qiáng)度能夠呈現(xiàn)如圖9所示明顯趨勢(shì)；圖9為強(qiáng)度信息圖(理想趨勢(shì))；通過分析圖9，可以看到該折線圖形成一個(gè)具有最高點(diǎn)并且各點(diǎn)之間有值差的圖形。從公式上看，可以表示為求最大方差值，這是因?yàn)榉讲钤酱?，?shù)據(jù)間的波動(dòng)也就越大。如圖9所示，在求解過程中所需得到的是5層貨物之間的接收信息強(qiáng)度具有波峰的一個(gè)圖形，因此目標(biāo)函數(shù)為求5個(gè)值之間的最大方差。因此，對(duì)于同一個(gè)托盤從下到上的5個(gè)貨物x1、x2…x5的天線優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：式中N＝5。如圖10所示，圖為10讀寫器天線讀取圖；第一層托盤上的貨物主要由1#，2#，3#，4#天線讀取，第二層托盤上的貨物主要由3#，4#，5#，6#天線讀取，第三層托盤上的貨物主要由5#，6#，7#，8#天線讀取。對(duì)a1、b1的求解，利用第一層托盤上五個(gè)貨物的讀取信號(hào)強(qiáng)度，通過求解目標(biāo)函數(shù)解出a1、b1。在解出a1、b1的基礎(chǔ)上，使用a1、b1數(shù)據(jù)，利用第二層托盤上五個(gè)貨物的讀取信號(hào)強(qiáng)度，求解目標(biāo)函數(shù)解出a2、b2。使用a1、b1和a2、b2數(shù)據(jù)，利用第三層托盤上五個(gè)貨物的讀取信號(hào)強(qiáng)度，求解目標(biāo)函數(shù)解出a3、b3。(2)約束條件如圖2所示，因?yàn)閮?yōu)化排布所求取的天線之間的垂直距離受AGV小車自身長寬高及矩形天線自身大小限制，所以該優(yōu)化模型的約束條件為：單位為cm。(四)優(yōu)化排布的求解在第(三)步優(yōu)化模型建立的基礎(chǔ)上，采用各種最優(yōu)算法都是可解的。如圖11所示，圖11為人工魚群算法流程圖；通過人工魚群算法即可求解該優(yōu)化模型，具體步驟如下：S41：初始化參數(shù)，魚群規(guī)模N，最大迭代次數(shù)NUM，每條人工魚的參數(shù)隨機(jī)產(chǎn)生；S42：設(shè)置迭代計(jì)算器n＝0，初始化人工魚最優(yōu)值進(jìn)入公告板；S43：每條人工魚執(zhí)行聚群行為，缺省行為為覓食；S44：每條人工魚執(zhí)行追尾行為，缺省行為為覓食；S45：分別對(duì)每條人工魚比較兩種行為的結(jié)果，實(shí)際執(zhí)行FC較大的行為；S46：以FC值最大的人工魚更新公告板，記錄FC值最大的人工魚；S47：迭代計(jì)算器自增加1，即n++；S48：判斷迭代計(jì)算器值n是否小于最大迭代次數(shù)；如果是，則返回步驟S43繼續(xù)執(zhí)行；S49：否則程序結(jié)束。最后說明的是，以上實(shí)例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)中。當(dāng)前第1頁1 2 3