一种利用电磁波穿透性的物品鉴定方法技术

本发明专利技术公开了一种利用电磁波穿透性的物品鉴定方法，通过在箱子底部粘贴物流系统中常见的射频标签，捕捉相邻时间点下不同标签所传递的信号，消除周围环境以及环境中运动物品(如走动的人或移动的物品)的影响，获取箱子内物品对电磁波信号所造成的影响。利用这种影响，鉴定箱子内物品是否被非法窃取或破坏。本发明专利技术提出的鉴定方法，有别于之前通过鉴定标签真伪来鉴定和检查物品或包裹的方法，将物品的真实情况和属性加载在电磁波信号上，真正实现了鉴定物品本身，对物流系统中的安全隐患加以弥补，相对于现有的方法，更具有安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及物联网传感
，具体涉及一种利用电磁波穿透性的物品鉴定方法。
技术介绍
在现今的物流、仓储领域，射频识别技术已经逐步广泛应用起来。相比于之前的二维码、条形码等技术，射频识别技术的优点在于：(1)除了能够利用标签携带一定的信息，还可以方便的利用阅读器对信息进行更改。(2)不拘泥于将标签放在指定方位，只要将标签至于阅读器的读取范围，便可进行读写操作。在现有的射频识别设备中，分为超高频，高频等，分别用于不同的场景和应用下。在物流的仓储系统中，传统鉴别物品或包裹的方法，是在包裹或物品的包装盒上印制二维码、条形码的方式。在鉴定和识别物品时，通过扫描二维码和条形码，读取其中的信息，对物品进行鉴定和识别。但是，这样的方式下隐藏着很大的安全隐患：(1)首先，二维码和条形码很容易进行复制。攻击者仅仅需要复制该二维码和条形码就可以替代或冒充正常的货物。(2)其次，扫描二维码和条形码是一种鉴别其所附物品的方式，而在物流和仓储环境中，常常在外包装盒上印刷二维码或条形码，这样，攻击者在不破坏二维码和条形码的前提下，可以通过暴力拆解的手段，替代或取走外包装盒内的物品。以上的两种安全隐患，在未拆包装盒的前提下，非常不容易被发现和察觉。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于，提供一种基于EPC Global Class1Gen2协议下的超高频的应用，能够在识别包裹的同时又能够鉴别包裹内物品是否被替换和取走的方法，适用于物流，仓储系统等情况。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：一种利用电磁波穿透性的物品鉴定方法，包括以下步骤：步骤一，待测物品的数据训练步骤S10，将标签阵列贴在箱子内的底部，并将待测物品放入箱子中并进行封装；步骤S11，在箱子外部设置有无线射频识别器和通用软件无线电外设，其中无线射频识别器的阅读天线位于箱子的下方，通用软件无线电外设的天线位于箱子的上方；步骤S12，利用通用软件无线电外设天线监听所述的阅读天线与箱子内标签阵列的通讯过程，获取原始信号；步骤S13，将原始信号中标签阵列回复的EPC信号截取出来，并从EPC信号中提取信号特征，利用分类器确定EPC信号所属的标签；步骤S14，将标签阵列中不同标签的EPC信号对齐之后，去除外部环境以及环境中移动物品的影响，获得训练集，并保存训练集；步骤二，待测物品的鉴定步骤S20，实际检测时，对于一个装有待测物品的箱子，箱子内的底部有与步骤S10相同方法设置的标签阵列；按照步骤S11至步骤S14相同的方法对装有待测物品的箱子进行处理，不同的是此时最终得到测试集而非训练集；步骤S21，将测试集与训练集进行比对，以确定待测物品是否被替换和破坏。进一步地，所述的标签阵列包括两个标签，分别为第一标签和第二标签。进一步地，所述的分类器采用K-means分类器。进一步地，所述的步骤S14中获得训练数据的具体过程包括：记第一标签、第二标签获取对应的原始信号S1、S2分别为：S1＝F1+Nen+Neq+Nw (1)S2＝F2+N'en+N'eq+N'w (2)上式中，F1、F2分别表示第一标签、第二标签的信号穿透箱子中待测物品时的信号特征，Nen、N'en是箱子所处的外部环境对第一标签、第二标签信号的影响，Neq、N'en是使用不同的设备对第一标签、第二标签信号的影响，Nw、N'w是第一标签、第二标签信号的高斯白噪声；将原始信号S1、S2相减可得：S1-S2＝(F1-F2)+(Nen-N'en)+(Neq-N'eq)+(Nw-N'w) (3)在上式中，由于箱子所处的外部环境对第一标签和第二标签来说是类似的，因此(Nen-N'en)≈0；在同一次测试中，第一标签与第二标签使用的设备是一样的，因此(Neq-N'eq)≈0；第一标签、第二标签信号的高斯白噪声是相互独立的，令G＝Nw-N'w；则根据高斯白噪声的概率分布可得即服从期望为0，方差为的分布；令H＝F1-F2，由于高斯噪声与箱子内物品无关，因此可以认为G和H是相互独立的，这样对公式(3)两边求期望为：E(S1-S2)＝E(H)+E(G) (4)由于对于每次第一标签、第二标签所回复的信号，都能够采集到上万个采样点，因此，通过切比雪夫大数定理可知： lim n → ∞ Σ [ ( N w - N w ′ ) ] - lim n → ∞ Σ E ( G ) ≤ ϵ - - - ( 5 ) ]]>上式中，n表示采样点；已知G的方差为0，因此可得： lim n → ∞ Σ [ S 1 - S 2 ] = lim n → ∞ Σ ( F 1 - F 2 ) - - - ( 6 ) ]]>因此，所述的训练集即为F1、F2的差值构成的特征矩阵F；在特征矩阵F中，每一行为第一标签、第二标签的EPC信号对应相减后得到的特征向量。进一步地，步骤S15得到训练集后，对训练集进行特征值提取，以便于步骤二的比对过程；具体特征值提取方法如下：对特征矩阵F的每一行进行小波变换，将近似特征向量记为ca，将细节特征向量记为cd，由每行的近似特征向量ca构成的新的特征矩阵Dm×k'，其中，m为特征向量的个数，k'为小波变换后特征向量ca的长度；对新的特征矩阵Dm×k'中的每一行向量提取趋势向量Vt，并对新的特征矩阵Dm×k'整体提取细节矩阵Vd，其提取过程如公式7所示： V t ( i ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用电磁波穿透性的物品鉴定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，待测物品的数据训练步骤S10，将标签阵列贴在箱子内的底部，并将待测物品放入箱子中并进行封装；步骤S11，在箱子外部设置有无线射频识别器和通用软件无线电外设，其中无线射频识别器的阅读天线位于箱子的下方，通用软件无线电外设的天线位于箱子的上方；步骤S12，利用通用软件无线电外设天线监听所述的阅读天线与箱子内标签阵列的通讯过程，获取原始信号；步骤S13，将原始信号中标签阵列回复的EPC信号截取出来，并从EPC信号中提取信号特征，利用分类器确定EPC信号所属的标签；步骤S14，将标签阵列中不同标签的EPC信号对齐之后，去除外部环境以及环境中移动物品的影响，获得训练集，并保存训练集；步骤二，待测物品的鉴定步骤S20，实际检测时，对于一个装有待测物品的箱子，箱子内的底部有与步骤S10相同方法设置的标签阵列；按照步骤S11至步骤S14相同的方法对装有待测物品的箱子进行处理，不同的是此时最终得到测试集而非训练集；步骤S21，将测试集与训练集进行比对，以确定待测物品是否被替换和破坏。

【技术特征摘要】
1.一种利用电磁波穿透性的物品鉴定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，待测物品的数据训练步骤S10，将标签阵列贴在箱子内的底部，并将待测物品放入箱子中并进行封装；步骤S11，在箱子外部设置有无线射频识别器和通用软件无线电外设，其中无线射频识别器的阅读天线位于箱子的下方，通用软件无线电外设的天线位于箱子的上方；步骤S12，利用通用软件无线电外设天线监听所述的阅读天线与箱子内标签阵列的通讯过程，获取原始信号；步骤S13，将原始信号中标签阵列回复的EPC信号截取出来，并从EPC信号中提取信号特征，利用分类器确定EPC信号所属的标签；步骤S14，将标签阵列中不同标签的EPC信号对齐之后，去除外部环境以及环境中移动物品的影响，获得训练集，并保存训练集；步骤二，待测物品的鉴定步骤S20，实际检测时，对于一个装有待测物品的箱子，箱子内的底部有与步骤S10相同方法设置的标签阵列；按照步骤S11至步骤S14相同的方法对装有待测物品的箱子进行处理，不同的是此时最终得到测试集而非训练集；步骤S21，将测试集与训练集进行比对，以确定待测物品是否被替换和破坏。2.如权利要求1所述的利用电磁波穿透性的物品鉴定方法，其特征在于，所述的标签阵列包括两个标签，分别为第一标签和第二标签。3.如权利要求1所述的利用电磁波穿透性的物品鉴定方法，其特征在于，所述的分类器采用K-means分类器。4.如权利要求2所述的利用电磁波穿透性的物品鉴定方法，其特征在于，所述的步骤S14中获得训练数据的具体过程包括：记第一标签、第二标签获取对应的原始信号S1、S2分别为：S1＝F1+Nen+Neq+Nw (1)S2＝F2+N'en+N'eq+N'w (2)上式中，F1、F2分别表示第一标签、第二标签的信号穿透箱子中待测物品时的信号特征，Nen、N'en是箱子所处的外部环境对第一标签、第二标签信号的影响，Neq、N'en是使用不同的设备对第一标签、第二标签信号的影响，Nw、N'w是第一标签、第二标签信号的高斯白噪声；将原始信号S1、S2相减可得：S1-S2＝(F1-F2)+(Nen-N'en)+(Neq-N'eq)+(Nw-N'w)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸽，韩劲松，丁菡，
申请(专利权)人：王鸽，韩劲松，丁菡，
类型：发明
国别省市：陕西;61