基于RFID的倾斜货物的检测方法技术

本发明专利技术涉及货物放置非接触检测，为提出倾斜货物的检测方法，简化倾斜物体的检测过程，降低检测成本。本发明专利技术，基于RFID的倾斜货物的检测方法，步骤如下：步骤1：将一号标签竖直贴于货物上；步骤2：货物在传送带上从右往左做匀速直线运动；步骤3：对步骤2中采集的RFID标签信号进行数据预处理；步骤4：对步骤2中采集的RFID标签信号进行标准相位值曲线的绘制；步骤5：通过采集标签超v曲线和标准超v曲线斜率之和的差的绝对值比较判断标签姿态；步骤6：根据步骤5中标签姿态的检测及货物正放时两个RFID标签的相对位置关系，判断货物是否被倾斜放置。本发明专利技术主要应用于货物放置管理场合。本发明专利技术主要应用于货物放置管理场合。本发明专利技术主要应用于货物放置管理场合。

【技术实现步骤摘要】
基于RFID的倾斜货物的检测方法


[0001]本专利技术涉及货物放置非接触检测，具体涉及基于RFID的倾斜货物的检测方法。

技术介绍

[0002]主要解决在物流和仓储过程中检测货物被倾斜放置的问题。射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种非接触的自动识别技术，也是一项多学科融合的新兴应用技术。随着物联网应用的迅速发展，作为物联网关键技术之一的射频识别技术已成为一个新的经济增长点，广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。随着商品流通的增加，特别是对外贸易的加大，在物流和仓储过程中，物体由于倾斜或倒置引起的物体损坏增多。一些敏感的物体包装需要保持一个正面朝上，如医疗设施，家用电器和化学试剂。如果由于运输不正确或存放不当导致这些物品倾斜或倒置，将会发生一些不可预测的异常，导致经济损失甚至环境危害。例如，倒置使液化气罐容易发生爆炸。为避免颠倒，现在企业大多使用一些包装处理标签从底部指示顶部。然而，在移动和运输过程中，包裹或纸箱仍然可能被粗心的搬运工翻过来。现有的RFID技术的倾斜货物的检测方法需要额外布置复杂的专用检测装置，或者只能检测静态货物。所以，需要针对物流运输中倾斜物品的检测提出一种基于RFID技术的便捷高效的方法
[0003]RFID技术是基于无线通信技术的自动识别技术，它的基本原理是利用射频信号与空间耦合传输特性，自动化的识别被识别物体携带的信息。它最大的优点是非接触识别，并且可以识别多个目标。RFID技术目前被越来越多的应用于各行各业，例如供应链管理，仓库库存和对象跟踪。我们的货物倾斜姿态检测方法受到了RFID定位技术的启发。目前人们已经对RFID定位问题做了大量研究，到达角(Angle of arrival,AoA)从单个捕获的照片中提取目标建筑物的部分俯视图轮廓，并使用概率模型将其与通过智能手机的GPS获得的本地在线地图中的建筑物匹配。PinIt(Jue Wang和Dina Katabi在其Wheres My Card？:RFID Positioning That Works with Multipath and Non-Line of Sight一文中提出的RFID定位系统)是第一款对多径和非视距场景具有鲁棒性的细粒度RFID定位系统。LANDMARC(Lionel M.Ni等人在LANDMARC:Indoor Location Sensing Using Active RFID.Wireless Networks一文中提出的定位系统)是一种先驱定位系统，它使用射频识别(RFID)技术来定位建筑物内的物体。LANDMARC的主要优点是它通过利用参考标记的概念提高了定位对象的整体准确性。STPP(上官龙飞等人在Relative Localization of RFID Tags using Spatial-Temporal Phase Profiling一文中提出的基于RFID的定位方法)的基本思想是通过将读取器移动到一组标签上，在此期间阅读器不断询问标签，对于每个标签，阅读器从标签随时间的响应中获得相位轮廓。通过分析相位轮廓中的时空动态，STPP可以计算标签之间的空间排序。
[0004]随着商品流通的增加，特别是对外贸易的加大，在物流和仓储过程中，物体由于倾斜或倒置引起的物体损坏增多。例如，装有葡萄酒瓶的盒子不能倒置，危险化学试剂在物流中需要保持正放，否则很可能引起化学事故。RFID具有许多吸引人的优点，例如，不需要视
线和无电池长期监控，超计算机视觉和其他无线传感技术。因此，可以针对现有方法的不足提出新的基于RFID技术的物品倾斜检测方法。
[0005]现有技术方案简介：
[0006]目前市面上已经出现了检测物体倒置的防倾斜显示标签，它们多数被应用于大型精密部件、冷藏设备、大型电脑系统等在运输中对存放位置及放置方向有严格要求的货品。已有的基于RFID的物体倒置检测方法需要在每个物体上部署专用传感装置。这些装置成本高昂，且需供电、维护开销大。这其中有的基于RFID的物体倒置检测方法由于采用RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)值来检测物体倒置，而RSSI值受周围环境影响较大，所以会对检测结果产生较大影响。因此研究的核心在于提出不需要额外部署复杂的专用检测装置，便捷、美观且能做到高效检测的倾斜货物检测方法。下面介绍RFID技术在倒置物体检测方面的研究与应用。
[0007]孙玉砚等(2011年)提出了一种基于无线传感器网络和GIS(Geographic Information System，地理信息系统)的智能物流追踪系统，提出了一种基于三维加速度传感器的货物行为姿态检测算法。该方法能检测到运输过程中货物的异常行为。但是该方法利用三维加速度传感器进行测算，其成本较高，且在物体包装上放置加速度传感器不具有实用价值。
[0008]刘佳等(2017年)提出的基于RFID的货物倒置检测方法是利用不同工作频率下的阅读器读取同一静止标签时的相位差与标签和天线之间的距离呈正相关这一特征，判断货物侧面两个标签的上下相对位置来检测货物倒置的，这种方法只能检测静态货物，对检测效率造成很大影响。
[0009]刘佳等(2017年)提出的RF-Scanner(刘佳等人在RF-Scanner:Shelf Scanning with Robot-assisted RFID Systems一文中提出的书架扫描系统)利用RSS值、标签的读取时间和读取次数所组成的特征向量，将其作为分类算法的输入，生成一个能够区分卧倒书和立体书的分类器。使用标准支持向量机对这两种类型的书进行训练和分类三个属性。以此判断书籍是否被横放，但此种方法所使用的RSS值受周围环境干扰较大，容易使判断结果出现误差。
[0010]王绍丹(2017年)提出的货物行为姿态检测方法利用RFID信号强度，间接实现在途货物的行为姿态检测的需求。首先采用基于信号强度的加权质心定位算法对货物附着标签进行三维定位。然后扩充时间维度，获得姿态数据。最后，采用决策树分类方法对姿态数据进行划分,判断货物的异常行为。这个方法和刘佳的RF-Scanner方法一样，都采用RSS值来进行物体的姿态检测，但是RSS值受周围环境的影响很大，很容易对检测结果产生影响。
[0011]现有技术方案存在的不足：
[0012]1、检测成本较高。目前的物体倒置检测方法有的需要在每个物体上部署专用传感装置，例如磁力计，陀螺仪或加速度计。配备传感器的设备。有源传感器准确但耗电，并且需要频繁维护(例如，更换电池或充电)，成本较高，且在物体包装上放置加速度传感器不具有实用价值。与传感器相比，RFID标签是无电池的，非常适合不能经常维护的物体。
[0013]2、检测结果受周围环境影响较大。由于信号在传播过程中受周围环境等因素的影响，使得RSSI值存在时变特性，因此使用RSSI值检测物体倒置的方法会因RSSI值易受外界干扰而影响检测精度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RFID的倾斜货物的检测方法，其特征是，步骤如下：步骤1：将一号标签竖直贴于货物上，二号标签横向贴于货物上，一号标签、二号标签均为条形射频识别RFID标签，贴于货物后，两标签中心点的连线平行于地面；步骤2：货物在传送带上从右往左做匀速直线运动，阅读器天线保持不动，使用RFID阅读器天线读取部署在货物侧面的两个RFID标签的信号；或者，货物保持不动，RFID阅读器以恒定速度从左往右做沿直线移动。使用RFID阅读器天线读取部署在货物侧面的两个RFID标签的信号；步骤3：对步骤2中采集的RFID标签信号进行数据预处理，对预处理后的数据进行标签相位值拟合曲线的绘制；步骤4：对步骤2中采集的RFID标签信号进行标准相位值曲线的绘制；步骤5：通过采集标签超v曲线和标准超v曲线斜率之和的差的绝对值比较判断标签姿态；步骤6：根据步骤5中标签姿态的检测及货物正放时两个RFID标签的相对位置关系，判断货物是否被倾斜放置。2.如权利要求1所述的基于RFID的倾斜货物的检测方法，其特征是，步骤3：标签和天线之间的距离用d表示,相位由每次通信中的往返距离2d确定,阅读器发射电路、标签反射特性和阅读器接收电路也会引入额外的相位失真,其大小分别用θ
TX
，θ
RX
和θ
TAG
表示，均由硬件特性决定,由阅读器测得的相位值θ表示为：其中，入是波长，u是常数；去除相位的周期性跳变相当于从式1中去掉2π的模运算，由式1得到：将去除周期性跳变的原始曲线记为{(θ
′1,t1),
…
,(θ
′
n
,t
n
)}；采用最小二乘拟合的方法得到标签超v曲线的拟合曲线，将拟合后的超v曲线记为{(θ
″1,t1),
…
,(θ
″
n
,t
n
)}，通过比较，选择拟合效果更好的拟合阶数8。3.如权利要求1所述的基于RFID的倾斜货物的检测方法，其特征是，步骤4：阅读器天线和标签在同一水平位置，标签最初停留在原点，阅读器天线位于位置(s,l)，其中s是天线到标签的初始水平距离，l是天线到X轴的距离，标签以恒定的速度v沿X轴移动，t
ms
时阅读器天线和标签的距离达到最小，t
i
时刻时，标签位于(t
i
,0)处，距离d为：把式3代入式2中，得到t
i
时刻的相位值：利用标签的真实超v数据中相位的变化来计算标签与阅读器天线的之间的距离l；步骤41：标签与阅读器天线的之间的距离l的计算：计算时间t
i
和t
ms
处的相位值之间的差：
在时间点t
ms
，阅读器天线到达点P，d
ms

【专利技术属性】
技术研发人员：李克秋，刘秀龙，张传青，张久武，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：