基于射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的定位系統(tǒng)初探

胡博

摘 要：RFID定位被稱為“定位新星”，該技術(shù)是繼GPS定位技術(shù)后興起的一個(gè)重要定位技術(shù)。該領(lǐng)域是除手機(jī)定位技術(shù)外，普通民眾值得關(guān)注的一個(gè)重要領(lǐng)域。RFID定位系統(tǒng)具有自組織性，可以廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；定位

射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)通過交變磁場或電磁場耦合實(shí)現(xiàn)信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別的目的。RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)了無接觸操作， 具有體積小，容量大，應(yīng)用便利，無機(jī)械磨損，壽命長，無需可見光源，穿透性好，可重復(fù)使用，抗污染能力和耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)。并且，RFID標(biāo)簽可以在惡劣環(huán)境下工作，讀取距離遠(yuǎn)，并使用了防碰撞技術(shù)，可支持多個(gè)目標(biāo)的快速讀寫、多目標(biāo)識(shí)別、移動(dòng)識(shí)別、非可視識(shí)別、實(shí)時(shí)定位及長期跟蹤管理。上世紀(jì)九十年代以來，RFID技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。由于應(yīng)用RFID技術(shù)可大幅提高管理與運(yùn)作效率，降低成本，因此經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)將其應(yīng)用于很多領(lǐng)域，并積極推動(dòng)相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的國際化。目前，RFID技術(shù)在物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配、文檔追蹤、圖書館管理、動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)、航空行李處理、郵件包裹處理、運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)、門禁控制及電子門票、道路自動(dòng)收費(fèi)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。自從2003年沃爾瑪超市規(guī)定其供應(yīng)商使用RFID標(biāo)簽開始，RFID的商業(yè)化發(fā)展真正邁出了一大步。而在2006年德國世界杯和2008年北京奧運(yùn)會(huì)等世界性體育比賽中，RFID技術(shù)也做出了很大的貢獻(xiàn)。

雖然RFID擁有著美好的應(yīng)用前景和廣闊的市場空間，但其在中國的應(yīng)用尚處于培育階段。近年來，我國已初步開展了RFID相關(guān)技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化工作，并在部分領(lǐng)域開始應(yīng)用，但相對(duì)來說應(yīng)用基礎(chǔ)薄弱，缺乏核心技術(shù)，應(yīng)用分散，不具備規(guī)模優(yōu)勢。目前，我國的RFID技術(shù)還缺乏具有重大示范效應(yīng)的典型應(yīng)用，影響了RFID的推廣，加上終端用戶對(duì)RFID技術(shù)所能帶來的效益理解不夠深，使研究、制造、生產(chǎn)RFID標(biāo)簽及讀寫器的企業(yè)和機(jī)構(gòu)雖然熱情很高，但終端用戶如物流業(yè)、制造業(yè)仍在觀望和等待。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善和成熟，我國的RFID產(chǎn)業(yè)將成為一個(gè)新興的高科技技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，成為國民經(jīng)濟(jì)的新增長點(diǎn)。因此，研究RFID技術(shù)，發(fā)展RFID產(chǎn)業(yè)對(duì)提高我國社會(huì)信息化水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，提高人民生活質(zhì)量，增強(qiáng)公共安全等方面將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

近幾年來，無線通信系統(tǒng)正以驚人的速度成長著。無線技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了通信、工業(yè)、醫(yī)療、消費(fèi)應(yīng)用、物流運(yùn)輸以及公共安全等領(lǐng)域，其發(fā)展與人民的日常生活息息相關(guān)。目前，自組織無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能提供跟蹤、導(dǎo)航等內(nèi)容的信息服務(wù)。

而無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使得用戶能廣泛地獲得無線信息接入，從而對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)中的準(zhǔn)確定位包括室外定位和室內(nèi)定位提出了更高的要求。

RFID定位被稱為“定位新星”，該技術(shù)是繼GPS定位技術(shù)后興起的一個(gè)重要定位技術(shù)。該領(lǐng)域是除手機(jī)定位技術(shù)外，普通民眾值得關(guān)注的一個(gè)重要領(lǐng)域。

RFID定位系統(tǒng)具有自組織性，無需衛(wèi)星或者手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的配合，其精確度在于RFID設(shè)備如讀寫器、標(biāo)簽的分布，而應(yīng)用無線射頻讀寫器及標(biāo)簽，用戶可以根據(jù)自身實(shí)際需要，在自己布置的特定區(qū)域進(jìn)行定位。因此，RFID定位系統(tǒng)對(duì)于只需在特定區(qū)域進(jìn)行定位的用戶，如在超市、圖書館、醫(yī)療部門以及生產(chǎn)管理等需要定位、監(jiān)控以及導(dǎo)航的場合，都具有應(yīng)用重大的價(jià)值。根據(jù)調(diào)查，僅2005年一年，全球使用RFID定位技術(shù)的企業(yè)就比前一年增長了3倍之多。從醫(yī)療部f-JNN造業(yè)，在需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及運(yùn)輸中需要定位的地方，都已經(jīng)出現(xiàn)了RFID 定位系統(tǒng)的身影。例如在英國，一些醫(yī)院應(yīng)用RFID定位系統(tǒng)對(duì)醫(yī)療器械設(shè)備進(jìn)行定位和追蹤，有效降低了醫(yī)療器械設(shè)備失竊的可能性；豐田汽車公司在汽車物流供應(yīng)鏈建立了RFID定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)既降低了人工成本，也使工作流程自動(dòng)化，提高了整個(gè)流程的工作效率。因此，RFID技術(shù)在定位尤其是室內(nèi)定位領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

隨著移動(dòng)計(jì)算和嵌入式系統(tǒng)的高速發(fā)展，人們對(duì)位置感知的興趣日趨濃厚，因此定位服務(wù)系統(tǒng)也受到越來越多的關(guān)注。全球定位系統(tǒng)（GPS）是目前應(yīng)用最為廣泛的定位系統(tǒng)。然而，在室內(nèi)等用戶無法與軌道衛(wèi)星保持視距的場合，GPS系統(tǒng)定位精度不高，甚至失效。為了提高室內(nèi)定位的精度，人們采用了紅外線定位、超聲波定位、無線局域網(wǎng)定位、射頻識(shí)別（RFID）定位等技術(shù)。與其他技術(shù)相比，射頻識(shí)別技術(shù)具有非接觸、非視距、傳輸范圍大和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

LANDMARC系統(tǒng)是最典型的基于RFID技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)。它創(chuàng)造性地引入了參考標(biāo)簽的概念，是將有源RFID技術(shù)應(yīng)用到室內(nèi)定位當(dāng)中并搭建起完整系統(tǒng)、取得較好定位精度的首次嘗試。此外，由于應(yīng)用了大量的參考標(biāo)簽，LANDMARC系統(tǒng)不需要使用大量昂貴的RFID讀寫器，從而使RFID技術(shù)成為室內(nèi)定位一種有成本效益的解決方案。

在LANDMARC系統(tǒng)中，待定位目標(biāo)最終會(huì)被定位于由最近鄰居構(gòu)成的多邊形內(nèi)，因此，參考標(biāo)簽的布局會(huì)對(duì)定位算法的精度產(chǎn)生不可忽視的影響。同時(shí)， 通過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)LANDMARC系統(tǒng)所使用的最近鄰居算法中，最近鄰居參考標(biāo)簽并不總像參考標(biāo)簽網(wǎng)格布局那樣形成矩形。因此，我們對(duì)參考標(biāo)簽的網(wǎng)格布局進(jìn)行了探索性的研究，提出了三角形網(wǎng)格布局并比較其與矩形網(wǎng)格布局的性能。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在沒有應(yīng)用其他數(shù)據(jù)處理手段的情況下，采用三角形網(wǎng)格布局的定位精度比采用矩形網(wǎng)格布局提高了9.1%～16.7%。

此外，采用虛擬參考標(biāo)簽的VIRE室內(nèi)定位系統(tǒng)。VIRE系統(tǒng)在不增加額外硬件設(shè)備下，能獲得比LANDMARC系統(tǒng)更高的定位精度。然而，在室內(nèi)環(huán)境中，標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度值與標(biāo)簽與讀寫器的距離之間呈現(xiàn)復(fù)雜的曲線關(guān)系，VIRE系統(tǒng)采用的線性插值并不能很好適應(yīng)室內(nèi)的電磁環(huán)境。可采用估計(jì)虛擬參考標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度值。然而結(jié)果顯示，基于拉格朗日插值的定位算法誤差比基于線性插值的定位算法高17.7%。

還有一種新的室內(nèi)三維空間的定位算法。新算法找出信號(hào)強(qiáng)度值在待定位標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度值某個(gè)鄰域內(nèi)的所有參考標(biāo)簽，以這些參考標(biāo)簽的平均距離去估計(jì)待定位標(biāo)簽與讀寫器的距離。仿真結(jié)果表明，所提出的新算法具有較好的定位精度。endprint