一种复杂环境中RFID电子标签识别方法及设备与流程

一种复杂环境中rfid电子标签识别方法及设备
技术领域
1.本发明涉及物联识别领域，尤其涉及一种复杂环境中rfid电子识别方法及设备。


背景技术：

2.设备或物品的存储与出入库应用中，通常使用rfid技术进行无感识别，具体方法是将rfid电子标签固定于存储物品表面，通过读写器驱动rfid读取rfid电子标签信息，以实现设备或物品的出入库智慧识别。对于存储环境要求较高的物品，如精密仪器、安全器具等，须存放于金属框架的存储柜体中，柜门通常为玻璃材质，如图1所示。
3.现有的储物柜中rfid电子标签识别方法通常在金属柜体内安装rfid天线，这种方法仅适用于结构简单的储物柜体，对于空间狭窄且内部结构较为复杂的储物柜体，若在每个金属空间安装rfid天线，一方面严重限制了柜体的空间利用率，另一方面明显提高了硬件成本。在rfid多标签识别方法上，通常依靠增加天线的发射功率和调整天线的位置来提高识别效率，由于电磁波的多次反射会导致射频信号的碰撞，影响了识别效率，现有技术下使用rfid时隙分配的原理来避免信号碰撞。然而，对于空间狭窄且内部结构较为复杂的带有玻璃材质柜门的金属储物柜来讲，通常将rfid天线置于存储柜外部，射频信号通过玻璃材质柜门进行rfid电子标签的读写操作，如图2所示，使用rfid时隙分配的原理来避免信号碰撞的方法在该场景下使用效果不佳。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提出了一种复杂环境中rfid电子标签识别方法及设备，解决了现有技术中对空间狭窄、内部结构较为复杂的带有玻璃材质柜门的金属储物柜在进行rfid多标签识别时无法避免射频信号碰撞的问题。
5.本发明的技术方案是这样实现的：
6.一方面，本发明提供了一种复杂环境中rfid电子标签识别方法，所述方法包括：
7.s100，在后台服务器中设置无时间限制读取模式和出入库读取模式，将实际在库和出入库的rfid电子标签作为计划领取范围的rfid电子标签；
8.s200，训练模式下，向rfid天线发送无时间限制模式读取指令时，设定训练次数，所有rfid天线在rfid读写器的控制下，同时执行rfid电子标签的读取；若达到设定的训练次数，记录所有rfid天线读取的电子标签集合，作为原始电子标签集合；计算各rfid天线读取的限定时间参数；将所有rfid天线读取到的电子标签集合求并集，作为初始在库电子标签集合；将所述原始电子标签集合、各rfid天线的限定时间参数以及初始在库电子标签集合作为初始参数，完成训练过程；
9.s300，当后台服务器接收到出入库读取指令时，将所述初始参数输入到rfid读写器，开始执行rfid电子标签的读取；对各天线读取的rfid标签集合求并集，得到当前在库电子标签集合，计算出入库后库存的变化，即完成一次出入库流程。
10.在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s200中，记录各rfid天线读取的电子标签
集合具体包括：
11.设置n根rfid天线，设定训练次数为m次，在读取过程中，监测各rfid天线每次读取的rfid标签集合的内容变化，记录所有rfid天线读取的rfid电子标签集合u
train
，u
train
的矩阵表达式为
[0012][0013]
其中，u
nm
表示第n根天线第m次读取电子标签的集合，n＝1，2,...,n，m＝1，2,...,m。
[0014]
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s200中，设置rfid电子标签读取概率阈值k％，达到m次训练后，统计电子标签集合u
train
中各rfid电子标签的读取概率，将读取概率超过概率阈值k％的rfid电子标签保留下来，得到原始电子标签集合u
init
，u
init
＝{u1,u2,u3,...,un,
…
,un}，un表示第n根rfid天线读取的rfid电子标签集合，un＝u
n1
∪u
n2
∪u
n3
∪
…unm
…
∪u
nm
，n＝1，2,...,n,m＝1，2,...,m；
[0015]
将原始电子标签集合u
init
中各rfid天线读取的rfid标签集合求并集，得到初始在库电子标签集合u0，u0＝u1∪u2∪u3∪
…
∪un。
[0016]
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s200中，所述计算各rfid天线的限定时间参数的方法包括：
[0017]
记录各rfid天线的读取时间t
train
，t
train
的表达式为
[0018][0019]
其中，t
nm
表示为表示第n根天线第m次读完rfid电子标签的时间，用加权平均法计算各rfid天线的限定时间参数t
init
，t
init
＝{t1,t2,t3,...,tn,
…
,tn}，n＝1，2,...,n，tn表示第n根天线读取完rfid电子标签的时间。
[0020]
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s300中具体包括：
[0021]
当后台服务器接收到出入库读取指令时，将所述原始电子标签集合、各rfid天线的限定时间参数以及初始在库电子标签集合输入到rfid读写器中，根据各rfid天线的限定时间参数设置各rfid天线的扫描限制时间，设定rfid电子标签读取循环次数，开始执行rfid电子标签的读取，若达到设定的循环次数，对各rfid天线读取到的rfid电子标签集合求并集，得到当前在库电子标签集合，并计算出入库后库存的变化。
[0022]
在以上技术方案的基础上，优选的，所述设定rfid电子标签读取循环次数，开始执行rfid电子标签的读取具体包括：
[0023]
设定循环次数为w次，若未达到设定的循环次数，记录出入库过程中所有rfid天线
每次读取的rfid电子标签集合，将本次扫描的rfid电子标签集合与前次扫描结果求并集，形成本次扫描后的rfid电子标签集合uw，uw＝{u
1w
,u
2w
,u
3w
,...,u
nw
,
…
,u
nw
}，u
nw
表示第n根天线第w次读取到的rfid电子标签集合，w＝1，2,...,w；
[0024]
将所有rfid天线每次扫描后得到的rfid电子标签集合uw与训练模式中的原始电子标签集合u
init
分别进行比较，得到rfid天线的读取的rfid电子标签集合差δuw＝u
w-u
init
；
[0025]
若读取的rfid电子标签集合uw包含原始电子标签集合u
init
，说明有新的rfid电子标签入库，若读取的原始电子标签集合u
init
包含rfid电子标签集合uw，说明有rfid电子标签出库。
[0026]
在以上技术方案的基础上，优选的，所述将所有rfid天线每次扫描后得到的rfid电子标签集合uw与训练模式中的原始电子标签集合u
init
分别进行比较，得到rfid天线的读取的rfid电子标签集合差δuw＝u
w-u
init
之后还包括：
[0027]
设置第一预设数量阈值和第二预设数量阈值，若δuw包含的rfid电子标签的数量大于第一预设数量阈值，且不属于计划领取范围的rfid电子标签集合，则按预设的比例增加对应rfid天线的扫描时间；若δuw包含的rfid电子标签小于第二预设数量阈值，则停用相对应的rfid天线。
[0028]
在以上技术方案的基础上，优选的，所述若达到设定的循环次数，对各rfid天线读取到的rfid电子标签集合求并集，得到当前在库电子标签集合，并计算出入库后库存的变化具体包括：
[0029]
若达到设定的循环次数，对所有rfid天线读取的电子标签集合uw求并集，得到当前在库电子标签集合u，u＝u1∪u2∪u3∪...∪uw；
[0030]
计算出入库后库存的变化δu＝u-u0。
[0031]
第二方面，所述一种复杂环境中rfid电子标签识别方法还包括一种设备，所述设备包括若干个存储柜、若干个rfid电子标签、若干rfid天线、若干rfid读写器和一个后台服务器，每个存储柜中放置若干设备和物品，rfid电子标签以粘贴的方式固定在设备或物品上，每个rfid天线设置在每个存储柜对面的两侧，rfid读写器向rfid电子标签供能并读取其编码信息，后台服务器通过程序接口控制多个rfid读写器进行rfid通信；
[0032]
所述rfid电子标签识别设备在后台服务器的命令下执行时实现如上文所述的一种复杂环境中rfid电子标签识别方法。
[0033]
第三方面，所述一种复杂环境中rfid电子标签识别方法还包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有rfid电子标签识别程序，所述rfid电子标签识别程序在后台服务器的命令下执行时实现如上文所述的一种复杂环境中rfid电子标签识别方法。
[0034]
本发明的复杂环境中rfid电子标签识别方法及设备，相对于现有技术，具有以下有益效果：
[0035]
(1)通过训练得到各rfid的限定时间参数，在出入库时，将训练得到的限定时间参数作为各rfid天线的扫描限定时间，多次扫描，通过对比训练参数，停用识别率好的rfid天线，动态调整剩下的rfid天线的扫描时间，减少了多天线环境下射频信号的碰撞，提高了扫描速度，1分钟内即可完成所有rfid电子标签的扫描。
[0036]
(2)利用精密器具和设备出入库频度不高的特点，在闲时进行参数训练，若参数训练流程与出入库流程发生冲突，则中断延后，待出入库流程结束后再进行，提高了器具和设备的出入库监控效率。
[0037]
(3)采用线性极化天线，将天线置于正对金属柜体的两侧，满足天线辐射角度的距离，在识别时可以覆盖柜体内部死角，能够实现空间狭窄且内部结构较为复杂的带有玻璃材质柜门的金属储物柜下rfid电子标签的可靠识别。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明背景技术中金属框架的存储柜体的结构图；
[0040]
图2为本发明背景技术中rfid天线与存储柜位置放置的示意图；
[0041]
图3为本发明一种复杂环境中rfid电子标签识别方法的步骤流程图；
[0042]
图4为本发明一种复杂环境中rfid电子标签识别设备的结构图。
具体实施方式
[0043]
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0044]
如图3所示，本实施例提供了一种复杂环境中rfid电子标签识别方法，其步骤包括：
[0045]
s100，在后台服务器中设置无时间限制读取模式和出入库读取模式，将实际在库和出入库的rfid电子标签作为计划领取范围的rfid电子标签。
[0046]
需要理解的是，后台服务器通过程序接口，操作rfid读写器，控制多个读写器同步进行rfid通信操作，在后台服务器中设置识别程序，包括无时间限制读取模式和出入库读取模式，无时间限制读取模式对应的是参数训练流程，出入库读取模式对应的出入库操作流程。精密器具和设备出入库频度不高，参数训练流程定时在系统闲时进行，即每日中午12:00与午夜0:00，若参数训练流程与出入库操作流程发生冲突，则中断延后，待出入库操作流程结束后再进行；出入库操作流程由面部识别装置出发，与精密器具和设备出入库计划相关联。
[0047]
s200，训练模式下，向rfid天线发送无时间限制模式读取指令时，设定训练次数，所有rfid天线在rfid读写器的控制下，同时执行rfid电子标签的读取；若达到设定的训练次数，记录所有rfid天线读取的电子标签集合，作为原始电子标签集合；计算各rfid天线读取的限定时间参数；将所有rfid天线读取到的电子标签集合求并集，作为初始在库电子标签集合；将所述原始电子标签集合、各rfid天线的限定时间参数以及初始在库电子标签集合作为初始参数，完成训练过程。
[0048]
需要理解的是，将所有设置好rfid标签的安全工器具按照要求放置在安全工器具柜内后，后台服务器接收到无时间限时读取指令时，进入参数训练流程，通过rfid读写器控制各rfid天线同时执行rfid电子标签读取的操作。
[0049]
设置n根rfid天线，设定训练次数为m次，在读取过程中，监测各rfid天线每次读取的rfid标签集合的内容变化，记录所有rfid天线读取的rfid电子标签集合u
train
，u
train
的矩阵表达式为
[0050][0051]
其中，u
nm
表示第n根天线第m次读取电子标签的集合，n＝1，2,...,n，m＝1，2,...,m。
[0052]
设置rfid电子标签读取概率阈值k％，达到m次训练后，统计电子标签集合u
train
中各rfid电子标签的读取概率，将读取概率超过概率阈值k％的rfid电子标签保留下来，得到原始电子标签集合u
init
，u
init
＝{u1,u2,u3,...,un,
…
,un}，un表示第n根rfid天线读取的rfid电子标签集合，un＝u
n1
∪u
n2
∪u
n3
∪
…unm
…
∪u
nm
，n＝1，2,...,n,m＝1，2,...,m；
[0053]
将原始电子标签集合u
init
中各rfid天线读取的rfid电子标签集合求并集，得到初始在库电子标签集合u0，u0＝u1∪u2∪u3∪
…
∪un。
[0054]
在本技术的一个具体实施例中，设置了6根rfid天线，设定训练次数为300次，若未达到训练次数，则继续执行读取过程，监测各rfid天线每次读取的rfid标签集合的内容变化，记录所有rfid天线读取的rfid电子标签集合u
train
；设置rfid电子标签读取概率阈值k％，该概率阈值范围一般为90％～95％，本实施例中设置概率阈值为95％，经过300次训练后，统计rfid电子标签集合u
train
中各rfid电子标签的读取概率，超过95％的rfid电子标签，则保留下来，各rfid天线读取的rfid电子标签集合中存在重合的部分，因此，对各rfid天线读取的rfid电子标签集合求并集，得到初始在库电子标签集合。
[0055]
记录各rfid天线的读取时间t
train
，t
train
的表达式为
[0056][0057]
其中，t
nm
表示为表示第n根天线第m次读完rfid电子标签的时间，用加权平均法计算各rfid天线的限定时间参数t
init
，t
init
＝{t1,t2,t3,...,tn,
…
,tn}，n＝1，2,...,n，tn表示第n根天线读取完rfid电子标签的时间，
[0058]
s300，当后台服务器接收到出入库读取指令时，将所述初始参数输入到rfid读写器，开始执行rfid电子标签的读取；对各天线读取的rfid标签集合求并集，得到当前在库电
子标签集合，计算出入库后库存的变化，即完成一次出入库流程。
[0059]
需要理解的是，当操作人员通过面部识别方式进入出入库任务后，后台服务器将接收到出入库读取指令，进入出入库操作流程，将初始参数原始电子标签集合u
init
、初始在库电子标签集合u0、各rfid天线的限定时间参数t
init
传输至rfid读写器，根据各rfid天线的限定时间参数t
init
设置各rfid天线的扫描限制时间，设定rfid电子标签读取循环次数，开始执行rfid电子标签的读取，若达到设定的循环次数，对各rfid天线读取到的rfid电子标签集合求并集，得到当前在库电子标签集合，并计算出入库后库存的变化。
[0060]
设定rfid电子标签读取循环次数，开始执行rfid电子标签的读取具体包括：
[0061]
设定循环次数为w次，若未达到设定的循环次数，记录出入库过程中所有rfid天线每次读取的rfid电子标签集合，将本次扫描的rfid电子标签集合与前次扫描结果求并集，形成本次扫描后的rfid电子标签集合uw，uw＝{u
1w
,u
2w
,u
3w
,...,u
nw
,
…
,u
nw
}，u
nw
表示第n根天线第w次读取到的rfid电子标签集合，w＝1，2,...,w；
[0062]
将所有rfid天线每次扫描后得到的rfid电子标签集合uw与训练模式中的原始电子标签集合u
init
分别进行比较，得到rfid天线的读取的rfid电子标签集合差δuw＝u
w-u
init
；
[0063]
若读取的rfid电子标签集合uw包含原始电子标签集合u
init
，说明有新的rfid电子标签入库，若读取的原始电子标签集合u
init
包含rfid电子标签集合uw，说明有rfid电子标签出库。
[0064]
将所有rfid天线每次扫描后得到的rfid电子标签集合uw与训练模式中的原始电子标签集合u
init
分别进行比较，得到rfid天线的读取的rfid电子标签集合差δuw＝u
w-u
init
之后还包括：
[0065]
设置第一预设数量阈值和第二预设数量阈值，若δuw包含的rfid电子标签的数量大于第一预设数量阈值，且不属于计划领取范围的rfid电子标签集合，则按预设的比例增加对应rfid天线的扫描时间；若δuw包含的rfid电子标签小于第二预设数量阈值，则停用相对应的rfid天线。
[0066]
需要理解的是，本实施例中，设定循环次数为10次，若未达到循环次数，则继续进行循环读取的过程，为了避免存在识别误差，在记录出入库过程中所有rfid天线每次读取的rfid电子标签集合时，将本次扫描的rfid电子标签集合与前次扫描结果求并集，形成本次扫描后的rfid电子标签集合uw；根据所有rfid电子标签的数量来设置第一预设数量阈值和第二预设数量阈值，若δuw包含的rfid电子标签的数量大于第一预设数量阈值，即与训练过程中读取的差异较大，且不属于计划领取范围的rfid电子标签集合，则认为读取质量不佳，比对差异较大的部分，按20％的比例增加对应rfid天线的扫描时间，若δuw包含的rfid电子标签小于第二预设阈值，即与训练过程中读取的差异较小，则认为rfid天线识别率高，找出差异较小的部分，停用相对应的识别率高的rfid天线。识别率高的rfid天线在识别过程中会多次反射电磁波，导致射频信号的碰撞，影响了整体的识别效率，因此，停用识别率高的rfid天线，按预设比例增加其他rfid天线的扫描时间，能够从整体上提高rfid电子标签的识别效率，通常情况下，rfid电子标签的识别需要10分钟左右，而本方案仅需要1分钟即可完成所有rfid电子标签的识别。
[0067]
若达到设定的循环次数，对各rfid天线读取到的rfid电子标签集合求并集，得到
当前在库电子标签集合，并计算出入库后库存的变化具体包括：
[0068]
若达到设定的循环次数，对所有rfid天线读取的电子标签集合uw求并集，得到当前在库电子标签集合u，u＝u1∪u2∪u3∪...∪uw；
[0069]
计算出入库后库存的变化δu＝u-u0。
[0070]
如图4所示，本实施例提供了一种复杂环境中rfid电子标签识别方法还包括一种设备，包括若干个存储柜、若干个rfid电子标签、若干rfid天线、若干rfid读写器和一个后台服务器，每个存储柜中放置若干设备和物品，rfid电子标签以粘贴的方式固定在设备或物品上，每个rfid天线设置在每个存储柜对面的两侧，rfid读写器向rfid电子标签供能并读取其编码信息，后台服务器通过程序接口控制多个rfid读写器进行rfid通信。
[0071]
存储柜为带温湿度控制的金属存储柜，通常用于安全工器具、精密仪器设备等物品的存放，存储柜的柜门面板为玻璃材质，内部设置多个金属材质隔板，用于不同形状物品的放置，如测高杆等杆状物品及绝缘手套等特殊形状的物品等；rfid电子标签为内置线圈的无源器件，以粘贴的方式固定于设备或物品上，从rfid天线的射频信号中获取能源；rfid读写器通过控制rfid天线发送特定频率的射频信号，以电磁场耦合方式向rfid电子标签供能并读取其编码信息,将每个rfid天线置于金属柜体对面两侧，可覆盖柜体内部死角，后台服务器通过程序接口，操作读写控制器，控制多个读写器同步进行rfid通信操作。
[0072]
在本实施例中，由于绝缘杆等安全工器具的存储环境要求较高，故将数百件工器具放置于相对放置的8台带温湿度控制装置的安全工器具柜中，柜体为金属材质，柜门为玻璃材质，内设形状各异的腔体，用于放置形状不同的各类物品；安全工器具包括测高杆、绝缘杆、放电杆、验电棒等杆状器具，绝缘垫、安全围栏等平铺器具，绝缘手套、绝缘靴等异形物品，以及带箱体包装的设备等，rfid标签用粘贴的方式固定于物品上；rfid天线选用线极化方式，902mhz～928mhz的产品，安装于安全工器具柜对侧上方，每个天线可扫描2面屏柜的物品，且能覆盖柜体内部死角；rfid读写器选用基于intel公司r2000系列芯片开发的设备，支持iso/iec 18000-6c协议，可通过同轴电缆连接8个rfid天线；后台服务器选用windows操作系统，在java平台开发上位机程序，应用程序通过动态链接库操作读写器，支持同时在多个通讯端口打开多个读写器。
[0073]
该rfid电子标签识别设备在后台服务器的命令下执行时实现如上文所述的一种复杂环境中rfid电子标签识别方法各个实施例的步骤。
[0074]
此外，本发明实施例还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有rfid电子标签识别程序，所述rfid电子标签识别程序在后台服务器的命令下执行时实现如上所述的一种复杂环境中rfid电子标签识别方法各个实施例的步骤。
[0075]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。