一种基于超高频RFID技术的自动化图书盘点方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超高频RFID技术的自动化图书盘点方法，包括如下步骤：步骤1，使用RFID设备逐书架逐层扫描所有图书，每本图书内嵌RFID标签，读取的标签数据包括标签的ID号id、信号的采集时间t以及t时刻对应的标签信号的相位θ，结合扫描到标签时RFID设备所在的书架号s和层号l，用五元组表示一组标签数据：Tag＝<id，t，θ，s，l>；步骤2，统计所有读取到的标签的ID号，判断图书馆丢失的图书；步骤3，对采集的标签数据进行预处理，包括排序、周期补偿、数据平滑等步骤；步骤4，对图书标签的相位信号进行双曲线拟合，建立模型，根据模型的系数判断图书在书架的位置。

Automatic book counting method based on ultra high frequency RFID Technology

The invention discloses a counting method of automatic book ultra high frequency based on RFID technology, which comprises the following steps: Step 1, use the RFID device by bookshelf layer scanning all books, each book with RFID tag, tag data read labels including ID, ID, signal recovery time of T and t label signal set time the corresponding phase of theta, scanning to label RFID devices where the shelf No. s and No. l layer, said a group of tag data using five elements: Tag = < ID, t, s, 0, l>; step 2, statistics all read the label ID, the library lost judgment book; step 3, the tag data acquisition pretreatment, including sorting, periodic compensation, data smoothing and other steps; step 4, the phase signal of book label of hyperbolic curve fitting model, according to the judgment model coefficient The book is on the shelf.

【技术实现步骤摘要】
一种基于超高频RFID技术的自动化图书盘点方法
本专利技术涉及一种RFID
，特别是一种基于超高频RFID技术的自动化图书盘点方法。
技术介绍
无线射频识别(RFID,RadioFrequencyIdentification)是一种非接触式的自动识别技术，通过无线信号获取标签数据并识别物体。此技术无需识别设备与特定目标之间建立机械或光学接触，主要分为高频和超高频两种技术。RFID技术具有识别速度快、数据存储容量大、安全性高等优点，已经广泛应用于仓储管理、物流等服务行业，如今其在图书馆的应用也逐渐流行起来。RFID技术给图书馆带来了革命性的变化，诸如自助借还机、RFID智能推车等，极大的提高了图书借还、管理等方面的效率。其中图书定位功能十分重要，RFID技术的引进给图书馆盘点带来了极大的便利，能快速而准确的判断出每本图书的位置，无需人工逐本图书的确认，大大减轻了图书馆馆员的负担。传统图书馆使用的条形码技术具有很大的缺陷：1、视距通信，条形码大都基于激光通信，需要人工翻开书本，将激光枪对准条形码才能获取图书的信息，效率低下；2、无法批量读取，条码每次只能读取一本图书，无法进行批量读取。RFID虽然能很好的解决上述条形码的问题，但是仍然存在以下缺点：RFID信号不稳定，易受环境的干扰以及多径效应的影响，并且在扫描图书标签时存在严重的漏读多读现象。如何解决此问题，完成图书的精确定位是一大难题。我们利用标签的相位信号，创造性的采用双曲线模型拟合数据，将标签的漏读率降低到最小程度的同时，很好地解决了多读的问题，完成了图书的精确定位。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于超高频RFID技术的自动化图书盘点方法，利用RFID技术中的射频相位对图书馆的图书进行定位，解决漏读多读问题，识别丢失以及错架的图书，并且更进一步地确定每本图书在书架每一层的相对位置顺序。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于RFID技术中射频相位的图书盘点方法，包括：基于扫描的标签ID号确认丢失的图书。利用双曲线模型对图书标签的射频相位进行曲线拟合，根据拟合曲线的系数确定图书所在的书架号和层号，解决多读问题，判断错架的图书。利用拟合曲线的系数对同一书架同一层的图书进行相对位置的排序，具体步骤如下：步骤1，使用RFID设备逐书架逐层扫描所有内嵌RFID标签的图书，读取的标签数据包括标签的ID号id、信号的采集时间t以及t时刻对应的标签信号的相位θ，结合扫描到标签时RFID设备所在的书架号s和层号l，使用五元组表示一组标签数据：Tag＝<id，t，θ，s，l>；步骤2，统计所有读取到的标签数据的ID号，判断图书馆丢失的图书；步骤3，对采集的标签数据进行处理，包括排序、周期补偿以及数据平滑，得到离散的采样点；步骤4，对图书标签数据的相位信号进行双曲线拟合，建立模型，根据模型的系数判断图书在书架的位置，包括图书所在的书架号、层号以及图书在书架每层的相对位置顺序，并判断出错架的图书。其中，步骤2包括：步骤2-1，从标签的ID号中提取图书的ID号，到后台数据库中查找图书的信息；RFID设备与后台数据库进行数据连接，后台数据库不是本
技术实现思路
，包含了图书馆所有图书的信息以及是否在馆是否外借情况。步骤2-2，通过对比数据库中未借图书的信息和扫描到的图书信息，找出丢失的图书。其中，步骤3包括：步骤3-1，将具有相同ID号的标签数据划分为一类，再对每个标签，根据五元组Tag＝<id，t，θ，s，l>的书架号s和层号l进行分类，对每类中的所有标签数据根据时间t的值从小到大进行排序，得到具有2π的周期性跳变相位信号数据；步骤3-2，对于每个标签的每类数据，在相位信号数据发生跳变处，执行减2π的周期补偿，去除相位信号数据的周期性，将所有数据合并成非跳变的数据；步骤3-3，对相位信号数据进行平滑处理：对第k个数据点的相位θk，执行以下处理得到处理后的相位θk'：其中m为每个数据点相邻时间的被用于平滑处理的数据的个数，i取值范围k-m到k+m，θi表示第i个数据点的相位。4、其中，步骤4包括：步骤4-1，使用双曲线对每本图书的每类的数据进行拟合，构建在同一坐标系中的依次排序的代表图书相对位置的半双曲线模型为：其中，θ和t为变量，分别表示相位值和时间，λ表示波长，v表示RFID天线扫描的速度，根据函数的系数计算出a，b和δ的值，表示书架长度，与每个图书馆的书架长度有关，0≤b≤3，0≤δ≤2π；双曲线模型中的系数b值用于确定图书目前所在位置，b越小代表RFID设备的天线距离图书的位置越近；双曲线模型中的系数a值用于对同一书架同一层所有图书相对位置的排序，a越小代表图书被天线按时间扫描到的位置相对靠前。有益效果：通过本方法可以实现图书在书架中的精确定位，解决漏读多读问题，查找丢失以及错架的图书，并对同一层的图书实现相对位置的排序，提高图书盘点的精确度和效率。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是RFID天线相位信号值随时间变化图。图2是RFID天线相位信号值进行周期补偿后的随时间变化图。图3是扫描时天线与标签距离的关系示意图。图4是RFID设备扫描全馆图书的过程示意图。图5是实施例的流程图。具体实施方式实施例1RFID阅读器产生电磁波通过天线传递给RFID标签，RFID标签反射的电磁波包括相位信号，此相位信号与时间的关系符合如下公式：其中θ表示相位，λ表示波长，d表示天线与标签之间的距离，δ表示其他影响因素。从此公式可以看出，相位信号具有周期性模2π的跳变。在此实施例中，由于天线平行于书架匀速移动，所有天线与标签之间的距离几乎成线性关系，实验证明，相位值与时间具有如图1所示的变化规律：相位值随时间的增长周期性先变大后变小。在图书馆场景中，由于图书数量众多，天线会同时扫描到多本图书。特别是在快速扫描的情况下，例如本实施例采用0.2m/s的速度移动天线，阅读器需要在其覆盖范围内同时询问近百个标签，每个标签只能获得几个机会来响应阅读器，所以每个标签的信号样本可能很稀疏。这种稀疏采样使得相位曲线仅包含少量的一部分。此外，如果仅采用曲线连续的一段部分，许多有用的数据就会被放弃，这些都会降低定位精度。相邻数据之间突然的跳变是使用整个相位信号数据的主要障碍。鉴于此，我们去除相位轮廓的周期性，在数据发生跳变时执行减2π的周期补偿，将所有数据合并成非跳变数据。我们将相位曲线中“^”型外的部分的数据均减2π，得到了如图2所示的曲线。这就将原本的相位曲线“拼接”为了一个新的大型的“^”型曲线，这是一段连续的先递增后递减的曲线轮廓。由于只是将部分相位的数据值同时减去一个常量，整体相位随距离的变化趋势未得到改变。为了对相位信号进行模型拟合，在此先对一个图书标签进行分析。由于经过数据的周期补偿，我们忽略公式(1)中的模2π操作。如图3所示，单个标签与天线之间的距离关系表示如下：其中，a表示标签在x轴方向距离原点的距离。b表示天线与书架的垂直距离，也就是说对于同一排书架，天线与此书架上所有图书之间的距离b相同。d表示图书标签与天线的实际距离值，随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超高频RFID技术的自动化图书盘点方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，使用RFID设备逐书架逐层扫描所有内嵌RFID标签的图书，读取的标签数据包括标签的ID号id、信号的采集时间t以及t时刻对应的标签信号的相位θ，结合扫描到标签时RFID设备所在的书架号s和层号l，使用五元组表示一组标签数据：Tag＝<id，t，θ，s，l>；步骤2，统计所有读取到的标签数据的ID号，判断图书馆丢失的图书；步骤3，对采集的标签数据进行处理，包括排序、周期补偿以及数据平滑，得到离散的采样点；步骤4，对图书标签数据的相位信号进行双曲线拟合，建立模型，根据模型的系数判断图书在书架的位置，包括图书所在的书架号、层号以及图书在书架每层的相对位置顺序，并判断出错架的图书。

【技术特征摘要】
1.一种基于超高频RFID技术的自动化图书盘点方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，使用RFID设备逐书架逐层扫描所有内嵌RFID标签的图书，读取的标签数据包括标签的ID号id、信号的采集时间t以及t时刻对应的标签信号的相位θ，结合扫描到标签时RFID设备所在的书架号s和层号l，使用五元组表示一组标签数据：Tag＝<id，t，θ，s，l>；步骤2，统计所有读取到的标签数据的ID号，判断图书馆丢失的图书；步骤3，对采集的标签数据进行处理，包括排序、周期补偿以及数据平滑，得到离散的采样点；步骤4，对图书标签数据的相位信号进行双曲线拟合，建立模型，根据模型的系数判断图书在书架的位置，包括图书所在的书架号、层号以及图书在书架每层的相对位置顺序，并判断出错架的图书。2.根据权利要求1所述的一种基于超高频RFID技术的自动化图书盘点方法，其特征在于：步骤2包括：步骤2-1，从标签的ID号中提取图书的ID号，到后台数据库中查找图书的信息；步骤2-2，通过对比数据库中在馆图书的信息和扫描到的图书信息，找出丢失的图书。3.根据权利要求2所述的一种基于超高频RFID技术的自动化图书盘点方法，其特征在于：步骤3包括：步骤3-1，将具有相同ID号的标签数据划分为一类，再对每个标签，根据五元组Tag＝<id，t，θ，s，l>的书架号s和层号l进行分类，对每类中的所有标签数据根据时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳，陈力军，严颖丽，张晓聪，黄嘉琪，李珍珠，陈星宇，郁裕杰，罗园洁，朱峰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32