三角定位法 RFID室內定位技術詳解

2021-10-16 08:37:10 字數 2323 閱讀 9575

rfid作為物聯網的支撐技術之一,是一種無需直接接觸地識別技術,採用了無線射頻訊號讀取和傳輸電子標籤所儲存的資訊,rfid技術具有非視距傳輸、識別速度快等特點,而rfid技術中用到的儲存資訊的電子標籤具有體積小、成本低廉、可重複使用等優點。廣泛應用於物流追蹤、交通運輸、商場貨物管理、物品定位等領域。rfid系統由rfid標籤和rfid閱讀器組成,常用的rfid標籤和rfid閱讀器分別如figure 1和figure 2所示。

figure 1薄片式rfid標籤

figure 2 rfid閱讀器

rfid系統框架如figure 3所示。rfid標籤分為有源和無源,有源標籤可以算是比較廣義的rfid,由於標籤自身有源,訊號處理也能做得比較複雜,定位精度會高很多。能在理想情況下達到覆蓋100公尺範圍,定位誤差5公尺左右,主要通過三角定位來完成,但這個領域也完全可以使用諸如uwb,zigbee等等節點完成定位。無源標籤是大多數時候所指的rfid,由於標籤自身沒有計算能力,所有訊號處理都要受限於讀寫器接收到的反射訊號,因此訊號處理演算法選擇餘地會小很多。且因為讀寫器識別範圍基本上在10公尺範圍以內,一般是非常精細的定位才會研究無源標籤的定位。

figure 3 rfid系統框架圖

基於rfid的室內定位方法就是通過已知位置的讀寫器,對標籤進行定位,可以分為非測距方法和測距方法。基於測距的方法是指通過各種測距技術對目標裝置與各標籤之間的實際距離進行估計,再通過幾何方式來估計目標裝置的位置。常用的基於測距的定位方法有:基於訊號到達時間(time of arrival,toa)定位、基於訊號到達時間差(time difference of arrival,tdoa)定位、基於rssi定位、基於訊號到達角(angle of arrival,aoa)等。這些技術與uwb、wi-fi中採用的技術原理一致,只是rfid訊號的傳播距離受到能量的約束而非常近,一般只有幾公尺到幾十公尺距離。

非測距方法是指前期蒐集場景的資訊,然後將獲取到的目標與場景資訊進行匹配,從而對目標進行定位。典型的實現方式是參考標籤法和指紋定位法,其中參考標籤法常用的演算法是質心定位法,指紋定位法與wi-fi定位、beacon定位等技術中採用的基本相同。質心定位法原理如figure 4所示,在定位空間布置一些讀寫器,讀寫器的位置已知,當目標標籤進入場景時,同時有多個讀寫器能夠讀到目標標籤資訊,這些讀寫器的位置和連線組成乙個多邊形,這個多邊形的質心即可認為是目標標籤的位置座標。質心定位演算法實現步驟簡單且易操作,但是定位精度比較低,常用於對定位精度要求不高,硬體裝置有限的場景。

figure 4質心定位原理圖

基於rfid技術的定位方法的優點在於成本低廉,有源rfid標籤成本通常在幾十元,而無源rfid標籤成本可以做到幾元錢,且標籤體積很小,通常製作成薄片的形狀,且rfid射頻訊號穿透性較強,可進行非視距通訊。rfid系統的通訊效率很高,相比與wi-fi和zigbee等需要網路接入的系統,乙個rfid讀寫器,可以再1秒時間內完成上百個標籤的讀寫。相比於zigbee、藍芽和wi-fi無線定位技術,rfid的節點成本更低,定位速度更快,但是其通訊能力較弱,因而rfid定位特別適用於需要簡單的標記物件,但不需要進行大量資料通訊的場合。

但是,現有的利用rfid技術的定位系統有許多缺點,定位誤差大,系統部署複雜,容易受到環境影響等,如基於rss的定位方法受限於rss自身波動較大和對環境干擾敏感,精度很難進一步提公升,基於toa和tdoa的定位方法,對時間測量的精確性要求較高,但是由於無源rfid系統的低通訊速率,很難觀測到精準地時間。總的說來,rfid定位技術適用範圍窄,定位精度差,用於實際的案例較少。

相比與基於rfid技術的定位方法,地磁定位不需要任何硬體裝置,定位目標也無需新增任何標籤,適用於任何複雜情況和超大室內場景,定位精度高,一次獲取場景的資料之後,無需再進行額外的維護,成本極低。杭州十域科技正是基於地磁室內定位技術的定位服務及資料服務提供商,由多位海內外知名學者聯合創辦,應用功能豐富,旨在為使用者提供數位化人員定位系統整體解決方案。

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室內定位技術

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