基于射頻識別（RFID）技術的定位系統初探

胡博

摘 要：RFID定位被稱為“定位新星”，該技術是繼GPS定位技術后興起的一個重要定位技術。該領域是除手機定位技術外，普通民眾值得關注的一個重要領域。RFID定位系統具有自組織性，可以廣泛的應用。

關鍵詞：射頻識別；定位

射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID），是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，它利用射頻信號通過交變磁場或電磁場耦合實現信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別的目的。RFID標簽實現了無接觸操作， 具有體積小，容量大，應用便利，無機械磨損，壽命長，無需可見光源，穿透性好，可重復使用，抗污染能力和耐久性強等特點。并且，RFID標簽可以在惡劣環境下工作，讀取距離遠，并使用了防碰撞技術，可支持多個目標的快速讀寫、多目標識別、移動識別、非可視識別、實時定位及長期跟蹤管理。上世紀九十年代以來，RFID技術得到了飛速的發展。由于應用RFID技術可大幅提高管理與運作效率，降低成本，因此經濟發達國家和地區將其應用于很多領域，并積極推動相關技術與應用標準的國際化。目前，RFID技術在物流和供應管理、生產制造和裝配、文檔追蹤、圖書館管理、動物身份標識、航空行李處理、郵件包裹處理、運動計時、門禁控制及電子門票、道路自動收費等方面得到了廣泛的應用。自從2003年沃爾瑪超市規定其供應商使用RFID標簽開始，RFID的商業化發展真正邁出了一大步。而在2006年德國世界杯和2008年北京奧運會等世界性體育比賽中，RFID技術也做出了很大的貢獻。

雖然RFID擁有著美好的應用前景和廣闊的市場空間，但其在中國的應用尚處于培育階段。近年來，我國已初步開展了RFID相關技術的研發及產業化工作，并在部分領域開始應用，但相對來說應用基礎薄弱，缺乏核心技術，應用分散，不具備規模優勢。目前，我國的RFID技術還缺乏具有重大示范效應的典型應用，影響了RFID的推廣，加上終端用戶對RFID技術所能帶來的效益理解不夠深，使研究、制造、生產RFID標簽及讀寫器的企業和機構雖然熱情很高，但終端用戶如物流業、制造業仍在觀望和等待。隨著相關技術的不斷完善和成熟，我國的RFID產業將成為一個新興的高科技技術產業群，成為國民經濟的新增長點。因此，研究RFID技術，發展RFID產業對提高我國社會信息化水平，促進經濟可持續發展，提高人民生活質量，增強公共安全等方面將會產生深遠的影響。

近幾年來，無線通信系統正以驚人的速度成長著。無線技術已經進入了通信、工業、醫療、消費應用、物流運輸以及公共安全等領域，其發展與人民的日常生活息息相關。目前，自組織無線傳感器網絡能提供跟蹤、導航等內容的信息服務。

而無線網絡的發展，使得用戶能廣泛地獲得無線信息接入，從而對無線網絡中的準確定位包括室外定位和室內定位提出了更高的要求。

RFID定位被稱為“定位新星”，該技術是繼GPS定位技術后興起的一個重要定位技術。該領域是除手機定位技術外，普通民眾值得關注的一個重要領域。

RFID定位系統具有自組織性，無需衛星或者手機網絡的配合，其精確度在于RFID設備如讀寫器、標簽的分布，而應用無線射頻讀寫器及標簽，用戶可以根據自身實際需要，在自己布置的特定區域進行定位。因此，RFID定位系統對于只需在特定區域進行定位的用戶，如在超市、圖書館、醫療部門以及生產管理等需要定位、監控以及導航的場合，都具有應用重大的價值。根據調查，僅2005年一年，全球使用RFID定位技術的企業就比前一年增長了3倍之多。從醫療部f-JNN造業，在需要實時數據以及運輸中需要定位的地方，都已經出現了RFID 定位系統的身影。例如在英國，一些醫院應用RFID定位系統對醫療器械設備進行定位和追蹤，有效降低了醫療器械設備失竊的可能性；豐田汽車公司在汽車物流供應鏈建立了RFID定位系統，該系統既降低了人工成本，也使工作流程自動化，提高了整個流程的工作效率。因此，RFID技術在定位尤其是室內定位領域，具有廣闊的應用前景。

隨著移動計算和嵌入式系統的高速發展，人們對位置感知的興趣日趨濃厚，因此定位服務系統也受到越來越多的關注。全球定位系統（GPS）是目前應用最為廣泛的定位系統。然而，在室內等用戶無法與軌道衛星保持視距的場合，GPS系統定位精度不高，甚至失效。為了提高室內定位的精度，人們采用了紅外線定位、超聲波定位、無線局域網定位、射頻識別（RFID）定位等技術。與其他技術相比，射頻識別技術具有非接觸、非視距、傳輸范圍大和性價比高等優點。

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

在LANDMARC系統中，待定位目標最終會被定位于由最近鄰居構成的多邊形內，因此，參考標簽的布局會對定位算法的精度產生不可忽視的影響。同時， 通過實驗，我們發現LANDMARC系統所使用的最近鄰居算法中，最近鄰居參考標簽并不總像參考標簽網格布局那樣形成矩形。因此，我們對參考標簽的網格布局進行了探索性的研究，提出了三角形網格布局并比較其與矩形網格布局的性能。仿真及實驗結果顯示，在沒有應用其他數據處理手段的情況下，采用三角形網格布局的定位精度比采用矩形網格布局提高了9.1%～16.7%。

此外，采用虛擬參考標簽的VIRE室內定位系統。VIRE系統在不增加額外硬件設備下，能獲得比LANDMARC系統更高的定位精度。然而，在室內環境中，標簽的信號強度值與標簽與讀寫器的距離之間呈現復雜的曲線關系，VIRE系統采用的線性插值并不能很好適應室內的電磁環境。可采用估計虛擬參考標簽的信號強度值。然而結果顯示，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%。

還有一種新的室內三維空間的定位算法。新算法找出信號強度值在待定位標簽信號強度值某個鄰域內的所有參考標簽，以這些參考標簽的平均距離去估計待定位標簽與讀寫器的距離。仿真結果表明，所提出的新算法具有較好的定位精度。endprint