基于rfid的rssi信號(hào)值的圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了基于RFID的RSSI信號(hào)值的圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別方法，包括：步驟1，使用RFID設(shè)備橫向移動(dòng)讀取放置在圖書(shū)內(nèi)的RFID標(biāo)簽信號(hào)；步驟2，將帶有相同標(biāo)簽EPC號(hào)的三元組歸為一類，作為一本圖書(shū)在不同時(shí)刻獲取到的其內(nèi)部RFID標(biāo)簽的RSSI信號(hào)值；步驟3，對(duì)步驟2獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；步驟4，建立模型，得到圖書(shū)RFID標(biāo)簽RSSI值隨時(shí)間的變化規(guī)律；步驟5，采樣數(shù)據(jù)，訓(xùn)練出分類模型，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)建立好的模型和分類模型，判斷圖書(shū)的放置姿態(tài)；步驟6，使用RFID設(shè)備豎向移動(dòng)讀取放置在圖書(shū)內(nèi)的RFID標(biāo)簽信號(hào)，利用排序算法最終確認(rèn)圖書(shū)的位置，判斷步驟5結(jié)果是否有誤。
【專利說(shuō)明】
基于RF ID的RSSI信號(hào)值的圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種RFID技術(shù)領(lǐng)域，特別是基于RFID的RSSI信號(hào)值的圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]RFID(Rad1 Frequency Identificat1n,射頻識(shí)別)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，又稱無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。RFID技術(shù)應(yīng)用前景廣，目前正在逐步地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)方面，尤其在圖書(shū)館方面，越來(lái)越多的圖書(shū)館開(kāi)始采用RFID技術(shù)來(lái)取代原有的條形碼系統(tǒng)。
[0003]傳統(tǒng)圖書(shū)館的條形碼系統(tǒng)具有以下缺點(diǎn):1.條形碼采用激光技術(shù)，在需要掃描一本圖書(shū)信息的時(shí)候，必須依靠人為的翻開(kāi)書(shū)本，用掃描器掃描圖書(shū)內(nèi)的條形碼，需要耗費(fèi)大量的人工;2.條形碼可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)比較少，而且數(shù)據(jù)未經(jīng)過(guò)編碼，數(shù)據(jù)的保密性和安全性不高;3.條形碼只能識(shí)別生產(chǎn)者和產(chǎn)品，并不能辨認(rèn)具體的商品。無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)可以解決這些問(wèn)題，其突出的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn):1.非接觸閱讀:RFID標(biāo)簽可以透過(guò)非金屬材料閱讀，而且不需要與標(biāo)簽直接接觸，因此能夠無(wú)需人工干預(yù)地完成識(shí)別工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大:RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)可以加密、隨時(shí)更新及可讀可寫(xiě)，特別適合于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)或物品上所需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)常改變請(qǐng)情況;3.讀寫(xiě)速度快:RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便;4.數(shù)據(jù)安全性高:標(biāo)簽除了密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實(shí)現(xiàn)安全管理，如DES、RSA、DSA、MD5等，讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間也可相互認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲(chǔ)?？梢哉f(shuō)，RFID技術(shù)的引入給圖書(shū)館管理帶來(lái)了極大的便利，目前圖書(shū)館還沒(méi)有將RFID標(biāo)簽的RSSI信號(hào)用于圖書(shū)放置姿態(tài)的識(shí)別。在圖書(shū)館中，由于部分讀者的粗心，偶爾會(huì)將圖書(shū)隨意橫放在其他圖書(shū)上，造成了圖書(shū)排放紊亂，影響了圖書(shū)館圖書(shū)的管理，可以利用RFID標(biāo)簽信號(hào)，自動(dòng)識(shí)別這些被錯(cuò)誤的橫放的圖書(shū)，方便了圖書(shū)管理員對(duì)圖書(shū)的管理，使得圖書(shū)館呈現(xiàn)整潔有序的面貌，也給讀者查找圖書(shū)帶來(lái)了便利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于RFID的RSSI信號(hào)值的圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別方法，利用RFID技術(shù)中的RSSI值來(lái)自動(dòng)識(shí)別圖書(shū)館中錯(cuò)誤地橫放于書(shū)架上的圖書(shū)。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了基于RFID的RSSI信號(hào)值的圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別方法，包括:基于RFID標(biāo)簽RSSI值隨時(shí)間的變化規(guī)律對(duì)圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別的方法，具體步驟如下:
[0006]步驟I，使用RFID設(shè)備讀取放置在圖書(shū)內(nèi)的RFID標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽包括:圖書(shū)RFID標(biāo)簽的EPC號(hào)epc，RFID標(biāo)簽RSSI值rssi，讀取RFID標(biāo)簽的時(shí)刻t，將以上三個(gè)信息表示為一個(gè)三元組P= {epc，rssi，t}，代表一本圖書(shū)在t時(shí)刻讀取到的放置在其內(nèi)部的RFID標(biāo)簽的RSSI值；
[0007]步驟2，將帶有相同EPC號(hào)的三元組歸為一類，作為一本圖書(shū)在不同時(shí)刻獲取到的內(nèi)部RFID標(biāo)簽的RSSI信號(hào)值；
[0008]步驟3，對(duì)步驟2獲取的三元組進(jìn)行預(yù)處理，平滑數(shù)據(jù)，剔除雜質(zhì)；
[0009]步驟4，對(duì)步驟3中預(yù)處理好的數(shù)據(jù)建立二次曲線模型，得到圖書(shū)RFID標(biāo)簽RSSI值隨時(shí)間的變化規(guī)律；
[0010]步驟5，利用步驟4建立的二次曲線模型進(jìn)行訓(xùn)練，利用樸素貝葉斯、SVM等算法得出分類模型;采集待識(shí)別圖書(shū)RFID標(biāo)簽信號(hào)，根據(jù)分類模型，判斷待識(shí)別圖書(shū)的放置姿態(tài)為垂直于書(shū)架放置或平躺于書(shū)架放置；
[0011]步驟6，利用排序算法最終確認(rèn)圖書(shū)的位置，判定出步驟5是否判斷有誤。
[0012]其中，步驟2包括:
[0013]將步驟I得到的三元組根據(jù)EPC號(hào)進(jìn)行分類，將持有相同EPC號(hào)的三元組劃分為一類P，表示一本圖書(shū)在不同時(shí)刻讀取到的RSSI信號(hào)值。
[0014]其中，步驟3包括如下步驟:
[0015]步驟3-1，對(duì)步驟2中每類P中的三元組根據(jù)時(shí)間排序，三元組時(shí)間t小的三元組在前，時(shí)間t大的三元組在后；
[0016]步驟3-2，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理；
[0017]步驟3-3，獲取每類P中的最大RSSI值以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間t，標(biāo)記為maxindex;
[0018]步驟3-4，對(duì)于每類P，由maxindex向前后的三元組遍歷，如果相鄰的兩個(gè)三元組P的時(shí)間差A(yù)t大于一個(gè)閾值，就剔除在此三元組之外的三元組的數(shù)據(jù)，以此去除較離散的數(shù)據(jù)。
[0019]步驟3-5，對(duì)于每類P，由maxindex向前后的三元組遍歷:向前遍歷過(guò)程中，三元組中的rssi值應(yīng)該越來(lái)越小，如果遍歷到rssi值開(kāi)始變大的三元組，就剔除此三元組之前的三元組數(shù)據(jù)；向后遍歷過(guò)程中，三元組中的:rssi值也應(yīng)該越來(lái)越小，如果遍歷到rssi值開(kāi)始變大的三元組，剔除此三元組之后的三元組數(shù)據(jù)。
[0020]其中，步驟4包括:
[0021 ]對(duì)步驟3中預(yù)處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次曲線擬合，建立二次曲線模型，得到圖書(shū)RFID標(biāo)簽RSSI值隨時(shí)間的變化規(guī)律，二次曲線模型表示為如下形式:
[0022]rssi =a X t2+b X t+c ο
[0023]其中a，b，c分別表示二次曲線的系數(shù)。二次曲線模型的系數(shù)a，b，c采用最小二乘法求解。
[0024]其中，步驟5包括如下步驟:
[0025]步驟5-1，隨機(jī)取出一定數(shù)量的圖書(shū)(一般選取5%?30%左右)橫放于其他豎直放置的圖書(shū)上，讀取這些圖書(shū)的RFID標(biāo)簽并進(jìn)行預(yù)處理，建立二次曲線模型；
[0026]步驟5-2，利用SVM分類算法、樸素貝葉斯分類算法等分類算法對(duì)步驟5-1建立的二次曲線模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到分類模型；
[0027]步驟5-3，得到分類模型后，讀取待識(shí)別圖書(shū)RFID標(biāo)簽，進(jìn)行預(yù)處理，建立二次曲線模型，將二次曲線模型放入分類模型中，進(jìn)行分類判斷，識(shí)別圖書(shū)的放置姿態(tài)為垂直于書(shū)架放置或平躺于書(shū)架放置。
[0028]其中，步驟6包括如下步驟:
[0029]步驟6-1，如果步驟5-3中判斷圖書(shū)為平躺于書(shū)架放置，則使用RFID設(shè)備豎向移動(dòng)讀取放置在圖書(shū)內(nèi)的RFID標(biāo)簽信號(hào)；
[0030]步驟6-2，利用RSSI圖書(shū)排序算法最終確認(rèn)圖書(shū)的位置，判斷步驟5結(jié)果是否有誤。[0031 ] 其中，步驟6-2包括如下步驟:
[0032]步驟6-2-1，將有相同EPC號(hào)的三元組歸為一類，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和二次曲線擬合；
[0033]步驟6-2-2，得出擬合后的曲線的波峰即最高點(diǎn)所在的時(shí)間T，將所有RFID標(biāo)簽的時(shí)間T進(jìn)行排序，得出RFID標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的每本圖書(shū)的位置順序；
[0034]步驟6-2-3，如果RFID標(biāo)簽的時(shí)間按序排列，且被判斷為平躺于書(shū)架放置的圖書(shū)的所在的時(shí)間為排在最后，則表明步驟5判斷正確，否則說(shuō)明步驟5判斷有誤，圖書(shū)是垂直于書(shū)架放置。
[0035]有益效果:本發(fā)明利用RFID標(biāo)簽信號(hào)的RSSI信號(hào)用于圖書(shū)放置姿態(tài)的識(shí)別，準(zhǔn)確判斷出圖書(shū)放置于書(shū)架上的狀態(tài)，檢測(cè)出平躺于書(shū)架其他圖書(shū)上的圖書(shū)，方便了圖書(shū)管理人員糾正圖書(shū)的錯(cuò)誤放置姿態(tài)，讓圖書(shū)館圖書(shū)處于整潔有序的狀態(tài)。
【附圖說(shuō)明】
[0036]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。
[0037]圖1是天線與書(shū)架的位置關(guān)系俯視圖。
[0038]圖2是橫放于書(shū)架的圖書(shū)與垂直放置于書(shū)架的圖書(shū)的主視圖。
[0039]圖3是RSSI值隨時(shí)間變化圖。
[0040]圖4是實(shí)施例的流程圖。
[0041]圖5是圖書(shū)排序的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]實(shí)施例1
[0043]RFID技術(shù)包括三個(gè)部分:天線，閱讀器和RFID標(biāo)簽。天線通過(guò)發(fā)射出射頻信號(hào)查詢RFID標(biāo)簽，射頻信號(hào)到達(dá)RFID標(biāo)簽后會(huì)被標(biāo)簽反射回來(lái)，閱讀器通過(guò)接收到的反射信號(hào)識(shí)別RFID標(biāo)簽，RSSI信號(hào)就是反射信號(hào)的一種。本實(shí)施例利用標(biāo)簽反射的RSSI信號(hào)值實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館圖書(shū)放置姿態(tài)的識(shí)別。距離與RSSI信號(hào)值得關(guān)系如下:
[0044]d = 10'((abs(RSSI)-A)/(10Xn))
[0045]其中，d為計(jì)算所得距離，RSSI為接收信號(hào)強(qiáng)度(負(fù)值)，A為發(fā)射端和接收端相隔I米時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度，η為環(huán)境衰減因子。由上述公式可以轉(zhuǎn)換得出:
[0046]RSSI = -log(10XnXd+A)
[0047]上述公式表明，距離d越小，RSSI值越大，在本實(shí)施例中也就意味著天線與圖書(shū)RFID標(biāo)簽的距離越近，獲取到的RSSI值越大。
[0048]在對(duì)圖書(shū)館書(shū)架上的圖書(shū)進(jìn)行放置位置姿態(tài)的識(shí)別的過(guò)程中，應(yīng)該讓天線平行放置在距離圖書(shū)不遠(yuǎn)的位置，否則RSSI值對(duì)于一本圖書(shū)在不同時(shí)刻的大小不會(huì)有很大的差另Ij，影響模型的建立。在本實(shí)施例中天線距離圖書(shū)的距離設(shè)置為10cm。在掃描圖書(shū)的過(guò)程中，勻速地將天線從書(shū)架的一側(cè)緩慢移動(dòng)至?xí)艿牧硪粋?cè)，俯視圖如圖1所示。
[0049]在圖書(shū)館中，圖書(shū)有時(shí)候會(huì)被讀者錯(cuò)誤地橫放在其他正確垂直放置的圖書(shū)上，導(dǎo)致了圖書(shū)館圖書(shū)排放紊亂，圖2顯示了這種放置狀態(tài)的現(xiàn)象。
[0050]通過(guò)理論分析及實(shí)驗(yàn)，RSSI信號(hào)值隨著時(shí)間變化規(guī)律如圖3。
[0051]通過(guò)圖3可以得出以下結(jié)論:
[0052]當(dāng)天線靠近RFID標(biāo)簽時(shí)，讀取到的RFID標(biāo)簽的RSSI值呈遞增趨勢(shì)；當(dāng)天線遠(yuǎn)離RFID標(biāo)簽時(shí)，RSSI值呈遞減趨勢(shì)，在RFID標(biāo)簽處讀取的RSSI值最大；
[0053]本實(shí)施例提供了一種基于RFID技術(shù)RSSI信號(hào)值的圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別方法，其中數(shù)據(jù)采集的過(guò)程如下:
[0054]1、在每本圖書(shū)中事先嵌入一個(gè)RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽中寫(xiě)有包括圖書(shū)id號(hào)的epc號(hào)，通過(guò)讀取RFID標(biāo)簽的epc號(hào)，從其中提取出相應(yīng)的圖書(shū)id號(hào)，再?gòu)暮笈_(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中查詢相應(yīng)的id號(hào)對(duì)應(yīng)的圖書(shū)信息。
[0055]2、將天線放置在距離書(shū)架約1cm的距離，以恒定的速度平行于書(shū)架，緩慢從書(shū)架的一端橫向移動(dòng)至另一端，采集標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。
[0056]3、每次采集到的信息都包括三個(gè)數(shù)據(jù):RFID標(biāo)簽的EPC號(hào)epc，標(biāo)簽反射的RSSI信號(hào)rssi值和讀取標(biāo)簽信號(hào)的時(shí)間t，將此三個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)記為一個(gè)三元組P = {epc，rssi，t}，保存在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)文件中。
[0057]在對(duì)圖書(shū)放置姿態(tài)進(jìn)行探測(cè)之前，要先確定一個(gè)分類模型，以便后續(xù)步驟根據(jù)此分類模型分析判斷圖書(shū)的放置姿態(tài)，具體過(guò)程如下:
[0058]1、隨機(jī)選取部分圖書(shū)，將這些圖書(shū)橫放于其他正常垂直于書(shū)架放置的圖書(shū)上，記錄下這些橫放圖書(shū)的信息。
[0059]2、按照上述數(shù)據(jù)采集的過(guò)程，采集圖書(shū)的信息，包括橫放圖書(shū)信息和垂直放置的圖書(shū)?目息O
[0060]3、對(duì)上述采集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，分別建立二次曲線模型，用樸素貝葉斯算法、SVM算法等，對(duì)二次曲線模型進(jìn)行分類，構(gòu)建一個(gè)分類模型。
[0061 ]數(shù)據(jù)采集完畢以后，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和建立模型，具體過(guò)程如下:
[0062]1、將采集到的三元組根據(jù)epc號(hào)進(jìn)行分類，將持有相同epc號(hào)的三元組劃分為一類P，表示一本圖書(shū)在不同時(shí)刻讀取到的RSSI信號(hào)值。
[0063]2、將每類P中的三元組根據(jù)時(shí)間排序，三元組時(shí)間t小的三元組P在前，時(shí)間t大的二兀組P在后。
[0064]3、由于環(huán)境因素對(duì)標(biāo)簽反射的RSSI值會(huì)產(chǎn)生干擾，造成數(shù)據(jù)的不理想，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，每個(gè)三元組中RSSI的值取其和相鄰兩個(gè)三元組RSSI值的平均值，以此減小數(shù)據(jù)的抖動(dòng)現(xiàn)象。
[0065]4、獲取每類P中的最大RSSI值以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間t，標(biāo)記為max index，此時(shí)間表明天線最靠近RFID標(biāo)簽的時(shí)刻；
[0066]5、由于環(huán)境因素的影響，每本圖書(shū)對(duì)應(yīng)的rssi值曲線中，可能在某些時(shí)間出現(xiàn)的RSSI值的點(diǎn)偏離曲線較遠(yuǎn)，出現(xiàn)一些離散的點(diǎn)或者小的波，所以要先對(duì)這些稀疏的點(diǎn)進(jìn)行處理。對(duì)于每類P，由maxindex向前后的三元組遍歷，如果相鄰的兩個(gè)三元組P的時(shí)間差Δ t大于一個(gè)閾值，就剔除在此三元組之外的三元組的數(shù)據(jù)，以此去除較離散的數(shù)據(jù)。此處閾值根據(jù)時(shí)間的大小設(shè)置，在此實(shí)施例中，時(shí)間的單位是秒，所以此閾值設(shè)置為0.1秒。
[0067]6、只需要得到最高點(diǎn)所在的波，對(duì)于其他較小的波，應(yīng)該剔除。對(duì)每類P，由maxindex向前后的三元組遍歷:向前遍歷過(guò)程中，三元組中的rssi值應(yīng)該越來(lái)越小，如果遍歷到rssi值開(kāi)始變大的三元組，就剔除此三元組之前的三元組數(shù)據(jù)；向后遍歷過(guò)程中，三元組中的rssi值也應(yīng)該越來(lái)越小，如果遍歷到rssi值開(kāi)始變大的三元組，剔除此三元組之后的三元組數(shù)據(jù)。
[0068]7、在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以后，建立數(shù)據(jù)的二次曲線模型，得到RSSI值相對(duì)時(shí)間變化的曲線模型，此模型應(yīng)該是開(kāi)口向下的二次曲線，開(kāi)口越大，表明讀取到的對(duì)應(yīng)的RFID標(biāo)簽的時(shí)間越長(zhǎng)，讀取次數(shù)越多，意味著此RFID標(biāo)簽處于橫放的姿態(tài)的概率越大。如果二次曲線的二次項(xiàng)系數(shù)a的絕對(duì)值與上述訓(xùn)練過(guò)程得出的閾值相差在一個(gè)范圍內(nèi)，在此實(shí)施例中，此范圍設(shè)置在0.005以內(nèi)，具體范圍視具體環(huán)境設(shè)置。
[0069]根據(jù)二次曲線模型和分類模型，判斷出圖書(shū)的放置姿態(tài)，需要最后通過(guò)圖書(shū)排序算法確認(rèn)圖書(shū)的放置狀態(tài)，具體過(guò)程如下:
[0070]1、將天線放置在距離書(shū)架約1cm的距離，在判斷有橫向擺放的圖書(shū)的位置處，以恒定的速度平行于書(shū)架，緩慢從該層的書(shū)架底端移動(dòng)至該層書(shū)架的上端，采集標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。
[0071]2、數(shù)據(jù)分類、預(yù)處理以及建立二次曲線模型的過(guò)程同圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別的數(shù)據(jù)處理過(guò)程。
[0072 ] 3、根據(jù)建立好的二次曲線模型，取其最高點(diǎn)所在的時(shí)間，對(duì)所有RF ID標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行從小到大的排序，如果RFID標(biāo)簽有時(shí)間先后順序的差別，且被判斷橫放的圖書(shū)所在的時(shí)間最大，則判斷此圖書(shū)確實(shí)是被錯(cuò)誤的橫放在了其他圖書(shū)上，而沒(méi)有被誤判。
[0073]本實(shí)施例的基于RFID標(biāo)簽RSSI值的圖書(shū)館圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別流程如圖4所示。
[0074]1、將RFID標(biāo)簽嵌入圖書(shū)中，標(biāo)簽epc號(hào)和圖書(shū)id號(hào)綁定，并將圖書(shū)信息和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器綁定
[0075]圖書(shū)中的RFID標(biāo)簽epc號(hào)的格式設(shè)置為:
[0076]0BCXXXXXXXX000000000
[0077]O:表示標(biāo)簽的類型為圖書(shū)RFID標(biāo)簽
[0078]B:書(shū)的借出狀態(tài)
[0079]O:表示未借出
[0080]1:表示借出[0081 ] 2:表示不準(zhǔn)外借
[0082]C:表示長(zhǎng)度，目前圖書(shū)的編碼長(zhǎng)度為8
[0083]XXXXX:表示圖書(shū)ID號(hào)，由圖書(shū)的條形碼獲得
[0084]00000:因RFID編碼要求，不足雙字節(jié)需要進(jìn)行補(bǔ)零操作；
[0085]在獲取標(biāo)簽的epc號(hào)之后，提取epc號(hào)第4位開(kāi)始的8位數(shù)字，作為圖書(shū)的id號(hào)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中包含圖書(shū)的id信息和圖書(shū)的具體信息如書(shū)名、作者等。從讀取到的標(biāo)簽的epc號(hào)中提取出圖書(shū)的id號(hào)以后，可以根據(jù)此id號(hào)到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行圖書(shū)信息的查詢。
[0086]2、用天線掃描圖書(shū)，獲取圖書(shū)內(nèi)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)
[0087]圖書(shū)館書(shū)架上的圖書(shū)應(yīng)該整齊排放，否則會(huì)影響識(shí)別的效果。將所有的圖書(shū)擺放整齊以后，讓天線平行放置于距離圖書(shū)1cm左右的位置。天線不能離圖書(shū)太遠(yuǎn)，否則在移動(dòng)的過(guò)程中，一本書(shū)返回的RSSI信號(hào)值不會(huì)有太大的區(qū)別，因?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)天線相對(duì)于圖書(shū)的距離沒(méi)有發(fā)生大的變化。移動(dòng)的速度也不應(yīng)該過(guò)快，移動(dòng)速度快，天線讀取標(biāo)簽的次數(shù)會(huì)減少，本實(shí)施例將速度控制在0.lm/s左右。
[0088]數(shù)據(jù)的采集應(yīng)該分為兩次，一次是采集訓(xùn)練數(shù)據(jù)，得出分類模型和閾值，為后面的識(shí)別過(guò)程做準(zhǔn)備，另一次就是采集要識(shí)別放置姿態(tài)的圖書(shū)的數(shù)據(jù)，所以相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和模型建立過(guò)程也要進(jìn)行兩次。
[0089]3、對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、預(yù)處理，剔除雜質(zhì)數(shù)據(jù)，為構(gòu)建理想的模型建立基礎(chǔ)
[0090]采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中，往往是多本圖書(shū)交替反射信號(hào)，所以后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的數(shù)據(jù)通常是多本圖書(shū)的數(shù)據(jù)交錯(cuò)排列，需要將這些交錯(cuò)的數(shù)據(jù)分類，提取出每本圖書(shū)對(duì)應(yīng)的三元組集合，采用的分類方法就是將有相同epc號(hào)的數(shù)據(jù)劃分為一類，然后按照時(shí)間的大小在劃分好的三元組集合內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的排序。由于環(huán)境因素對(duì)RFID標(biāo)簽的RSSI信號(hào)的干擾較大，加上書(shū)的厚薄程度不同，每本書(shū)采集到的RSSI信號(hào)數(shù)據(jù)不會(huì)很理想，有雜質(zhì)數(shù)據(jù)，需要通過(guò)預(yù)處理剔除。理想的數(shù)據(jù)排列應(yīng)該呈現(xiàn)近似二次曲線的形狀，所以需要剔除比較離散的點(diǎn)和小的波峰。
[0091]4、對(duì)預(yù)處理好的數(shù)據(jù)擬合曲線，建立二次曲線模型，識(shí)別圖書(shū)放置姿態(tài)
[0092]根據(jù)預(yù)處理的數(shù)據(jù)構(gòu)建二次曲線模型，此模型應(yīng)該是開(kāi)口向下的二次曲線，開(kāi)口越大，表明讀取到的對(duì)應(yīng)的RFID標(biāo)簽的時(shí)間越長(zhǎng)，讀取次數(shù)越多，意味著此RFID標(biāo)簽處于橫放的姿態(tài)的概率越大。模型的構(gòu)建分為兩次，一次用于數(shù)據(jù)訓(xùn)練得出分類模型和分類的閾值，另一次就是圖書(shū)放置姿態(tài)的識(shí)別，如果識(shí)別過(guò)程中得到的曲線的二次項(xiàng)系數(shù)與分類模型得出的閾值相差在一定小的范圍內(nèi)，就可以判斷此圖書(shū)是橫放的狀態(tài)。
[0093]5.利用圖書(shū)排序算法最終判斷圖書(shū)的放置姿態(tài)
[0094]上述過(guò)程的判斷結(jié)果可能會(huì)因?yàn)榄h(huán)境因素對(duì)RSSI信號(hào)的影響，有一定的誤差，造成判斷錯(cuò)誤，為了最后確定圖書(shū)確實(shí)是橫放在其他豎直放置的圖書(shū)上的，需要通過(guò)二次判斷來(lái)做出最終的判別。在判斷有橫放圖書(shū)的位置，進(jìn)一步豎直掃描圖書(shū)，采集數(shù)據(jù)，對(duì)圖書(shū)進(jìn)行排序。如果在此位置只有一本豎直放置的圖書(shū)，那么最終的排序結(jié)果應(yīng)該有且只有一個(gè)時(shí)間，或者幾個(gè)相似的時(shí)間值，那么就證明判斷錯(cuò)誤，圖書(shū)放置正確。如果在此位置有橫放在其他圖書(shū)上的圖書(shū)，那么最后的排序結(jié)果應(yīng)該是有超過(guò)一本圖書(shū)的時(shí)間，且時(shí)間間隔相差不小，被判斷為橫放的圖書(shū)所在的讀取時(shí)間在后。
[0095]本實(shí)施例的基于RFID標(biāo)簽RSSI值的圖書(shū)館圖書(shū)排序的流程如圖5所示。
[0096]1.掃描圖書(shū)，獲取數(shù)據(jù)
[0097]不同于圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別的數(shù)據(jù)采集過(guò)程，圖書(shū)排序掃描圖書(shū)的方向與圖書(shū)姿態(tài)識(shí)別過(guò)程中的掃描圖書(shū)方向垂直，為從一層書(shū)架的底端向上掃描到該層書(shū)架的上端為止。其余步驟都和圖書(shū)放置姿態(tài)的識(shí)別過(guò)程一樣。
[0098]2.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，畫(huà)出RSSI值曲線圖
[0099]獲取的數(shù)據(jù)是多本書(shū)的數(shù)據(jù)交錯(cuò)在一起，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分類，將有相同epc號(hào)的數(shù)據(jù)歸為一類，代表一本書(shū)的RSSI標(biāo)簽在不同時(shí)間返回的RSSI值。將分好類的數(shù)據(jù)分別按照時(shí)間順序得到RSSI值的變化曲線圖。
[0100]3.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理
[0101]由于環(huán)境因素的干擾，再加上書(shū)的厚薄程度不同，導(dǎo)致上述步驟得到的曲線圖會(huì)有離散的點(diǎn)，或者會(huì)出現(xiàn)一些小的波峰，這些都是對(duì)后續(xù)步驟的干擾因子，需要將這些點(diǎn)進(jìn)行剔除，只留下?lián)碛凶罡咧档囊欢芜B續(xù)曲線。
[0102]4.曲線擬合，圖書(shū)排序
[0103]預(yù)處理好的曲線還不是能對(duì)其進(jìn)行分析的最好模型，需要對(duì)曲線要進(jìn)行二次曲線擬合，得到完整的隨時(shí)間先遞增，后遞減的波段，取其最大值所在的時(shí)間為T(mén)。對(duì)得到的T1、T2、T3...Tn按照從小到大的順序進(jìn)行排序，這個(gè)順序就是標(biāo)簽所在的圖書(shū)的位置順序。
[0104]本發(fā)明提供了基于RFID的RSSI信號(hào)值的圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于RFID的RSSI信號(hào)值的圖書(shū)放置姿態(tài)識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I，使用RFID設(shè)備讀取放置在圖書(shū)內(nèi)的RFID標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽包括:圖書(shū)RFID標(biāo)簽的EPC號(hào)epc，RFID標(biāo)簽RSSI值rssi，讀取RFID標(biāo)簽的時(shí)刻t，將以上三個(gè)信息表示為一個(gè)三元組P= {印c，rssi，t}，代表一本圖書(shū)在t時(shí)刻讀取到的放置在其內(nèi)部的RFID標(biāo)簽的RSSI值；步驟2，將帶有相同EPC號(hào)的三元組歸為一類，作為一本圖書(shū)在不同時(shí)刻獲取到的內(nèi)部RFID標(biāo)簽的RSSI信號(hào)值； 步驟3，對(duì)步驟2獲取的三元組進(jìn)行預(yù)處理； 步驟4，對(duì)步驟3中預(yù)處理好的數(shù)據(jù)建立二次曲線模型，得到圖書(shū)RFID標(biāo)簽RSSI值隨時(shí)間的變化規(guī)律； 步驟5，利用步驟4建立的二次曲線模型進(jìn)行訓(xùn)練，得出分類模型；采集待識(shí)別圖書(shū)RFID標(biāo)簽，根據(jù)分類模型，判斷待識(shí)別圖書(shū)的放置姿態(tài)為垂直于書(shū)架放置或平躺于書(shū)架放置；步驟6，利用排序算法最終確認(rèn)圖書(shū)的位置，判定步驟5是否判斷有誤。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2包括:將步驟I得到的三元組根據(jù)EPC號(hào)進(jìn)行分類，將持有相同EPC號(hào)的三元組劃分為一類P，表示一本圖書(shū)在不同時(shí)刻讀取到的RSSI信號(hào)值。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟3包括如下步驟: 步驟3-1，對(duì)步驟2中每類P中的三元組根據(jù)時(shí)間排序，三元組時(shí)間七小的三元組在前，時(shí)間t大的二兀組P在后； 步驟3-2，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理； 步驟3-3，獲取每類P中的最大RSSI值以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間t，標(biāo)記為maxindex; 步驟3-4，對(duì)于每類P，由maxindex向前后的三元組遍歷，如果相鄰的兩個(gè)三元組P的時(shí)間差A(yù) t大于一個(gè)閾值，就剔除在此三元組之外的三元組的數(shù)據(jù)； 步驟3-5，對(duì)于每類P，由maxindex向前后的三元組遍歷:向前遍歷過(guò)程中，如果遍歷到rssi值開(kāi)始變大的三元組，就剔除此三元組之前的三元組數(shù)據(jù)；向后遍歷過(guò)程中，如果遍歷到rssi值開(kāi)始變大的三元組，剔除此三元組之后的三元組數(shù)據(jù)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟4包括:對(duì)步驟3中預(yù)處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次曲線擬合，建立二次曲線模型，得到圖書(shū)RFID標(biāo)簽RSSI值隨時(shí)間的變化規(guī)律，二次曲線模型表示為如下形式:rssi = a X t2+b X t+c， 其中待求解的a，b，c分別表示二次曲線的系數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟5包括如下步驟: 步驟5-1，隨機(jī)取出一定數(shù)量的圖書(shū)橫放于其他豎直放置的圖書(shū)上，讀取這些圖書(shū)的RFID標(biāo)簽并進(jìn)行預(yù)處理，建立二次曲線模型； 步驟5-2，利用分類算法對(duì)步驟5-1建立的二次曲線模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到分類模型； 步驟5-3，讀取待識(shí)別圖書(shū)RFID標(biāo)簽，進(jìn)行預(yù)處理，建立待識(shí)別圖書(shū)的二次曲線模型，將待識(shí)別圖書(shū)的二次曲線模型放入分類模型中，進(jìn)行分類判斷，識(shí)別圖書(shū)的放置姿態(tài)為垂直于書(shū)架放置或平躺于書(shū)架放置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟6包括如下步驟: 步驟6-1，如果步驟5-3中判斷圖書(shū)為平躺于書(shū)架放置，則使用RFID設(shè)備豎向移動(dòng)讀取放置在圖書(shū)內(nèi)的RFID標(biāo)簽； 步驟6-2，利用RSSI圖書(shū)排序算法最終確認(rèn)圖書(shū)的位置，判斷步驟5結(jié)果是否有誤。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟6-2包括如下步驟: 步驟6-2-1，將有相同EPC號(hào)的三元組歸為一類，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和二次曲線擬合； 步驟6-2-2，得出擬合后的曲線的波峰即最高點(diǎn)所在的時(shí)間T，將所有RFID標(biāo)簽的時(shí)間T進(jìn)行排序，得出RFID標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的每本圖書(shū)的位置順序； 步驟6-2-3，如果RFID標(biāo)簽的時(shí)間按序排列，且被判斷為平躺于書(shū)架放置的圖書(shū)的所在的時(shí)間為排在最后，則表明步驟5判斷正確，否則說(shuō)明步驟5判斷有誤，圖書(shū)是垂直于書(shū)架放置。
【文檔編號(hào)】G06K7/10GK106022404SQ201610318946
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】陳力軍, 羅園潔, 劉佳, 萬(wàn)凌昊, 陳曦, 曾阿凡, 李穎, 施慶樸, 黃嘉琪
【申請(qǐng)人】南京大學(xué)