基于RFID及超聲波的室內(nèi)定位算法

趙予瑋

摘 要：為解決現(xiàn)有技術(shù)使用RFID或超聲波進行室內(nèi)定位時，因傳統(tǒng)航位推算法中累計誤差較大且靈活性不高的問題，提出了一種基于RFID和超聲波結(jié)合的室內(nèi)定位算法。利用測得的信號強度值與賦權(quán)值比例算法加權(quán)求和得到待定位置的橫向坐標，再結(jié)合超聲波測量與其平行的室內(nèi)墻面之間的距離，得到室內(nèi)待定位置的縱向坐標，從而在全局地圖的某些固定位置上對室內(nèi)待定位置進行精準定位。

關(guān)鍵詞：RFID;超聲波;定位算法;賦權(quán)值比例算法;信號強度;移動機器人

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）06-00-02

0 引 言

移動機器人在室內(nèi)定位的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，其研究的發(fā)展趨勢日益迅猛[1-2]。2017年CES展會上維弦科技（Ewaybot）推出的MoRo家居助理機器人可以通過實時語音控制與用戶進行自然語言交互，在室內(nèi)和室外環(huán)境中進行導航。2018年9月12日，安博會在連云港工業(yè)展覽中心展館開幕。智能安防巡檢機器人將巡邏地區(qū)的地圖輸入車輛芯片，然后設(shè)置巡防路線，該機器人就能進行自主無人巡防，如果途中遇到障礙物，會自動辨識并避讓。沃爾瑪采用Bossa Nova制造的機器人在貨架之間智能穿梭，將捕捉的商店貨架上的數(shù)碼圖像反饋給工作人員。

室內(nèi)移動機器人的自主移動研究逐漸成為一個熱點問題[3]。機器人在室內(nèi)移動過程中，需要解決三個主要問題，分別為“在哪里”“去哪里”“怎么去”，而這些問題的核心就是室內(nèi)定位技術(shù)[4]。

在傳統(tǒng)RFID傳感器定位中，往往采用三點定位方式[5]。具體方法是已知三個RFID傳感器的位置坐標，通過信號強度測量得到三個RFID傳感器分別與目標標簽的距離，通過已知點坐標與到目標點距離列方程求解，從而得到目標點位置[6]。但由于誤差因素的影響，通常得到的三個圓是相交成某一區(qū)域而非特別精確的一點[7]。通常的解決方法為計算相交區(qū)域的質(zhì)心[8]，但RFID單獨進行室內(nèi)定位的缺點是受環(huán)境影響較大，誤差較大，計算過程復雜[9-10]。

本文提出了一種基于RFID和超聲波結(jié)合的室內(nèi)定位算法，用于解決現(xiàn)有RFID室內(nèi)定位方法中存在的針對不同實際需求靈活性較差、數(shù)據(jù)處理過程復雜的問題。

1 信號強度定位算法本算法利用室內(nèi)移動機器人上的RFID傳感器測量其與RFID標簽之間的距離，首先利用RFID傳感器對室內(nèi)墻壁上水平、均勻地設(shè)置的N個RFID標簽進行信號強度值測量，得到N個信號強度值p（dn）。從得到的N個信號強度值p（dn）中，任意選取兩個RFID標簽對應(yīng)的信號強度值p（d0）和p（dn），并將其代入對數(shù)-常態(tài)分布傳播損耗模型，得到當前室內(nèi)環(huán)境的信號傳播常量n：

式中：p（dn）為RFID閱讀器接收到距離為dn的標簽發(fā)送回來的信號強度;p（d0）為RFID閱讀器接收到距離為d0的標簽發(fā)送回來的信號強度。將信號傳播常量n代入對數(shù)-常態(tài)分布傳播損耗模型，得到當前室內(nèi)環(huán)境下機器人上RFID傳感器與RFID標簽之間的距離：

利用機器人上RFID傳感器到多點RFID標簽之間距離最短的一個RFID標簽坐標（xmin，ymin）和剩余N-1個RFID標簽坐標（xi，yi），求取機器人當前位置的N-1個待定坐標值，i表示N-1個RFID標簽坐標中第i個RFID標簽的坐標。

由于采用距離閱讀器越近的電子標簽估算的位置就越準確，因此引入賦權(quán)值比例算法給距離閱讀器越近的標簽坐標賦予更多的權(quán)重，并根據(jù)權(quán)值函數(shù)將不同的權(quán)值賦予方程中不同的位置標簽，對應(yīng)計算出坐標值。距閱讀器越遠權(quán)值越小，越近權(quán)值越大。本實驗所使用的權(quán)值函數(shù)見式（3）：

式中：wi代表第i個電子標簽坐標所對應(yīng)的權(quán)重，距閱讀器di;dmin為距閱讀器最近的標簽距離。在該賦權(quán)值比例算法下的閱讀器坐標如下：

由于較遠距離的估算不準確，因此將距離閱讀器較遠的標簽賦予權(quán)值為0，使其不對最終的坐標結(jié)果產(chǎn)生任何干擾。舍棄估算的距離大于80 cm的閱讀器標簽坐標，將這些標簽的權(quán)值賦為0，即不參與最終的坐標加權(quán)求和。各標簽節(jié)點的權(quán)重函數(shù)表達式見式（5）：

最后利用機器人上的超聲波傳感器測量與其平行的室內(nèi)墻面之間的距離，得到機器人當前待定位置的縱向坐標。將得到的橫向坐標和縱向坐標結(jié)合，得到機器人當前待定位置的最終坐標。

2 定位算法測試結(jié)果在本實驗中，我們在室內(nèi)墻壁的同一條線上每相隔

3 結(jié) 語

由實驗表中的數(shù)據(jù)可知，結(jié)合定位算法估算出的橫坐標誤差可以控制在5 cm范圍內(nèi)，估算出的縱坐標誤差可以控制在2 cm范圍內(nèi)，超聲波結(jié)合RFID共同定位的算法大大提高了單一傳感器定位的精度，減小了定位誤差。

參 考 文 獻

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[5]張璐陽.基于超聲波測距的RFID監(jiān)控方案[J].信息通信，2011（3）：99-100.

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