專利名稱：一種使用rfid的定位檢索跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位檢索跟蹤系統(tǒng)，尤其是一種使用RFID技術(shù)在建筑工程 管理領(lǐng)域?qū)ㄖ牧线M(jìn)行識(shí)別，定位，跟蹤的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，在日趨竟?fàn)幖ち业慕ㄖ袌?chǎng)中，建筑施工企業(yè)的利潤(rùn)空間越來(lái)越少， 而對(duì)建筑工程的質(zhì)量要求卻越來(lái)越高。如何增收節(jié)支、挖潛增效、如何獲取最 佳利潤(rùn)、如何降低成本提高質(zhì)量，是當(dāng)今工程項(xiàng)目管理最值得思考的問(wèn)題。解 決這些問(wèn)題的最有效途徑是做好項(xiàng)目成本的管理與控制，對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)所消耗的 人力資源、物質(zhì)資源和費(fèi)用開支，都需要進(jìn)行指導(dǎo)、監(jiān)督、調(diào)節(jié)和限制。據(jù)有 關(guān)統(tǒng)計(jì)以往施工經(jīng)-驗(yàn)，在整個(gè)工程成本中，材泮牛費(fèi)用占整個(gè)項(xiàng)目成本的60% ~ 70%,而材料管理成本又占很大比例，而且隨著工程規(guī)模的增大，這一比例會(huì)增 加。加強(qiáng)與材料相關(guān)的成本的管理與控制對(duì)整個(gè)施工項(xiàng)目成本管理具有重要的 作用，材料管理成本控制的好壞對(duì)于企業(yè)項(xiàng)目成本的控制具有舉足輕重的影響。 因此，必須把材料成本管理作為工程項(xiàng)目管理的必要組成部分給予高度的重視。 由于建筑材料的種類很多，我們選用建筑工程中常用的預(yù)制件作為跟蹤管理試 點(diǎn)對(duì)象。
對(duì)建筑材料的自動(dòng)跟蹤不僅可以改進(jìn)項(xiàng)目的整體性能，更重要的是可以使 得材料的管理規(guī)范化，減少浪費(fèi)，極大地節(jié)約人力成本。近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)自 動(dòng)采集才支術(shù)(Automated Data Collection)的發(fā)展，在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)4亍材料收發(fā) 和位置的自動(dòng)管理成為可能。目前，已經(jīng)有關(guān)于RFID技術(shù)、GPS技術(shù)、傳感器無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的報(bào)道，在國(guó)外從2002年開始有這方面的研究報(bào)道。 在美國(guó)，Akinci et al.和Ergen et al.分別在2002年和2003年提出在建筑
3材料供應(yīng)鏈中用RFI時(shí)支術(shù)進(jìn)行材料跟蹤的設(shè)想；Jaselskis andEl-Misalami在
2003年則對(duì)建材中的管材上配置了被動(dòng)式RFID，進(jìn)行跟蹤，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)；
Jongchul Song在2005在多個(gè)大型建筑工地利用RFID技術(shù)成功地利用運(yùn)動(dòng)的運(yùn)輸
車輛，對(duì)預(yù)制材料進(jìn)行了跟蹤和定位。這些大都處于實(shí)驗(yàn)階段。
將RFID技術(shù)和相關(guān)技術(shù)有機(jī)地集成在一起，并應(yīng)用到建筑材料的識(shí)別和位 置的實(shí)時(shí)跟蹤方面，并成功實(shí)用化，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要包括兩個(gè)組成部分 1.利用RFID技術(shù)進(jìn)行建筑材料的識(shí)別；
首先，選取邊長(zhǎng)為s的正方體Q，下面所有的研究都在Q中進(jìn)行。通過(guò)把Q 的每個(gè)邊n等分，從而把整個(gè)Q分為n3個(gè)小正方體，每個(gè)小正方體稱為一個(gè)cell， 作為將來(lái)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的最小單位。n3稱為Q的分辨率。按照?qǐng)Dl所示方式對(duì) 分割后的Q進(jìn)行空間標(biāo)識(shí)，每個(gè)cell都有自己的唯一坐標(biāo)---網(wǎng)格坐標(biāo) (x,y，z)， (l<=x<=n， l<=y<=n, K-z《n)，分布在空間Q中的研究對(duì)象占據(jù)至少1 個(gè)cell的大小，研究對(duì)象的位置可以通過(guò)cell的坐標(biāo)進(jìn)行描述。上述空間劃 分方法稱為空間離散化。
現(xiàn)在要在Q中才艮據(jù)需要》丈置m個(gè)位置已知的Reader, j叚設(shè)每個(gè)Reader的可 以發(fā)出覆蓋范圍是半徑r的分布在球形空間的信號(hào)，不同Reader具有不同的網(wǎng) 格坐標(biāo)，還假設(shè)這里的網(wǎng)格坐標(biāo)可以預(yù)先得知。同時(shí)，把需要定位的物體看成是 一個(gè)Tag，只要位于某個(gè)Reader發(fā)射的信號(hào)的有效覆蓋范圍內(nèi)，它就可以被該 Reader感知，即該Tag纟皮該Reader捕獲。現(xiàn)在的目的是要通過(guò)若干個(gè)位置已知 的Reader定位在Q中的位置未知的物體Tag。本文中定義的Reader和Tag可以 視為虛擬的，以區(qū)別真實(shí)的Reader和Tag。即才莫型中的Reader和Tag是對(duì)實(shí)際的Reader和Tag的簡(jiǎn)化，是為了使節(jié)點(diǎn)及其特性抽象化、理想化，便于研究(本 文后面在本模型中提到的Reader和Tag都視為虛擬的Reader和Tag )。因?yàn)樵?Q當(dāng)中個(gè)Reader的數(shù)量為m，所以在一般情況下，某個(gè)Tag可能被多個(gè)Reader 捕獲，即該Tag應(yīng)該位于這些Reader的有效信號(hào)覆蓋空間的交集中，通過(guò)對(duì)這 些Reader的信號(hào)的空間覆蓋范圍交集的運(yùn)算，便可以得到該Tag所在的區(qū)域。 如果要對(duì)Q內(nèi)任意一個(gè)Tag進(jìn)行定位，只要在Q中的適當(dāng)位置安置適當(dāng)數(shù)量的 Reader即可。分辨率(即可定位最小空間范圍)的選擇主要依據(jù)被定位對(duì)象的 最小尺寸。Reader位置和數(shù)量的選擇可以決定定位的精度(顯然，分辨率的最 佳值是l個(gè)cell)。
以下是在該模型中對(duì)定義的幾個(gè)符號(hào)的定義和說(shuō)明 Q-操作空間(space of operations)
Q=
x [o，s] x
是邊長(zhǎng)為s的一個(gè)正方體區(qū)域，所有研究都 在該三維空間區(qū)域進(jìn)行。(詳細(xì)定義說(shuō)明見(jiàn)后) s-表示Q的邊長(zhǎng)
n-把Q的每邊n等分，從而把Q分為n3個(gè)小正方形，被稱為n3個(gè)cells。每 個(gè)cell的坐標(biāo)一-網(wǎng)格坐標(biāo)為(x，y,z) (l<=x<=n， l<=y<=n， l<=z<=n),是定位 的最小量化單位，這樣就把Q離散化。
N-表示在Q中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，認(rèn)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)(node)都對(duì)應(yīng)一個(gè)cell,即一個(gè)節(jié)點(diǎn) 對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的網(wǎng)才各坐標(biāo)。這N個(gè)節(jié)點(diǎn)又分為位置已知節(jié)點(diǎn)(known node)和位 置未知節(jié)點(diǎn)(unknown node)，位置已知節(jié)點(diǎn)放置的是Reader,位置未知節(jié)點(diǎn)放置 的是Tag。本模型的主要目的就是通過(guò)位置已知節(jié)點(diǎn)找到位置未知節(jié)點(diǎn)的位置范 圍。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，已知位置的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)預(yù)先測(cè)定好特定位置的坐標(biāo)， 然后在該位置放置固定的Reader實(shí)現(xiàn)，也可以利用帶GPS功能的Reader實(shí)現(xiàn)，這樣Reader即使位置發(fā)生移動(dòng)，也可以得到其位置。這樣，通過(guò)多個(gè)Reader 對(duì)在Q中同一個(gè)Tag的同時(shí)感應(yīng)，利用它們射頻有效覆蓋范圍的運(yùn)算關(guān)系就可 以實(shí)現(xiàn)對(duì)Tag的定位。
G-表示每個(gè)Reader的RF的信號(hào)有效覆蓋區(qū)域，可以被近似地定義為半徑為r 的球G,因?yàn)槊總€(gè)Reader的有效RF覆蓋范圍可以近似的看成是一個(gè)半徑為r的 球體，那么，分布在G中的所有Tag都可以被該Reader感應(yīng)到。
S-表示J求G的最大內(nèi)包正方體，^皮定義為Reader的通訊范圍(communication range)。選取S作為通訊范圍，而不直接選取球G作為通訊范圍，目的是為了 筒化計(jì)算(從下面的運(yùn)算可知正方體之間的運(yùn)算要比球體之間的運(yùn)算簡(jiǎn)單地 多)，節(jié)約運(yùn)算成本，符合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)節(jié)能方面的特殊要求。
假設(shè)某個(gè)Tag Ti能夠同時(shí)Rl， R2,... Rk共k個(gè)Reader同時(shí)感應(yīng)到。則此Tag 應(yīng)該在Rl， R2，... Rk的通訊范圍的交集中
令
k
T=Q(1 門Si i=l
則顯然
T=Q門[x+ p , x- + p ] X [y+ p ， y- + p ] X [z+ p ， z- + p 其中 x+ = max(xl， … .，xm)
(4)
x— = min (xl,
y+ = y_ =
z+ = z—=
max (yl， min (yl， max (zl， min (zl，
xm) ym) ym) zm) zm)
從(4 )式看出，只要知道k個(gè)Reader的網(wǎng)格坐標(biāo)，在Q和Reader的性能確定的情況下，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的加減運(yùn)算就可以計(jì)算出Tag的空間位置范圍。 而且，隨著n的增大和Reader數(shù)量和位置的合理設(shè)置，位置范圍的精度將越來(lái) 越高。
2.監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
監(jiān)控中心系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析與系統(tǒng)維護(hù)等功能。數(shù)據(jù) 釆集完成整個(gè)數(shù)據(jù)鏈上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接口建立和數(shù)據(jù)采集；實(shí)時(shí)監(jiān)控以產(chǎn)品 為單位進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控；數(shù)據(jù)分析與系統(tǒng)維護(hù)負(fù)責(zé)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 和系統(tǒng)相關(guān)信息維護(hù)。
監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)成
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成建筑材料原始數(shù)據(jù)在生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)藏及銷售諸環(huán)節(jié)的
收集、取樣、加工、傳輸及儲(chǔ)存功能，包括 監(jiān)控中心同各個(gè)節(jié)點(diǎn)的接口報(bào)
文格式、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)加密、節(jié)點(diǎn)分類等；②數(shù)據(jù)取樣對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)過(guò)來(lái)的數(shù)
據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)取樣，使數(shù)據(jù)具有代表性； ③數(shù)據(jù)入庫(kù)對(duì)經(jīng)過(guò)采樣后的數(shù)據(jù)
按照企業(yè)類型、產(chǎn)品類型、產(chǎn)品編碼等特征存入中心數(shù)據(jù)庫(kù)，在整個(gè)物流鏈上
保證數(shù)據(jù)的完整性、最終產(chǎn)品的唯一性及數(shù)據(jù)的隨時(shí)新是關(guān)鍵，也是整個(gè)系統(tǒng)
的基礎(chǔ)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
利用RFID技術(shù)進(jìn)行建筑材料的識(shí)別
首先，選取邊長(zhǎng)為s的正方體Q，下面所有的研究都在Q中進(jìn)行。通過(guò)把Q 的每個(gè)邊n等分，從而把整個(gè)Q分為n3個(gè)小正方體，每個(gè)小正方體稱為一個(gè)cell， 作為將來(lái)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的最小單位。n3稱為Q的分辨率。按照?qǐng)Dl所示方式對(duì) 分割后的Q進(jìn)行空間標(biāo)識(shí)，每個(gè)cell都有自己的唯一坐標(biāo)---網(wǎng)格坐標(biāo)(x，y，z)， (l<=x<=n， l<=y<=n, 1 z&n),分布在空間Q中的研究對(duì)象占據(jù)至少1 個(gè)cell的大小，研究對(duì)象的位置可以通過(guò)cell的坐標(biāo)進(jìn)^fr描述。上述空間劃 分方法稱為空間離散化。
現(xiàn)在要在Q中根據(jù)需要放置m個(gè)位置已知的Reader,假設(shè)每個(gè)Reader的可 以發(fā)出覆蓋范圍是半徑r的分布在球形空間的信號(hào)，不同Reader具有不同的網(wǎng) 格坐標(biāo)，還假設(shè)這里的網(wǎng)格坐標(biāo)可以預(yù)先得知。同時(shí)，把需要定位的物體看成是 一個(gè)Tag,只要位于某個(gè)Reader發(fā)射的信號(hào)的有效覆蓋范圍內(nèi)，它就可以被該 Reader感知，即該Tag被該Reader捕獲?，F(xiàn)在的目的是要通過(guò)若干個(gè)位置已知 的Reader定位在Q中的位置未知的物體Tag。本文中定義的Reader和Tag可以 -見(jiàn)為虛擬的，以區(qū)別真實(shí)的Reader和Tag。即才莫型中的Reader和Tag是對(duì)實(shí)際 的Reader和Tag的簡(jiǎn)化，是為了使節(jié)點(diǎn)及其特性抽象化、理想化，便于研究(本 文后面在本才莫型中^是到的Reader和Tag都^L為虛擬的Reader和Tag )。因?yàn)樵?Q當(dāng)中個(gè)Reader的數(shù)量為m,所以在一4殳情況下，某個(gè)Tag可能被多個(gè)Reader 捕獲，即該Tag應(yīng)該位于這些Reader的有效信號(hào)覆蓋空間的交集中，通過(guò)對(duì)這 些Reader的信號(hào)的空間覆蓋范圍交集的運(yùn)算，便可以得到該Tag所在的區(qū)域。 如果要對(duì)Q內(nèi)任意一個(gè)Tag進(jìn)行定位，只要在Q中的適當(dāng)位置安置適當(dāng)數(shù)量的 Reader即可。分辨率(即可定位最小空間范圍)的選擇主要依據(jù)被定位對(duì)象的 最小尺寸。Reader位置和數(shù)量的選擇可以決定定位的精度(顯然，分辨率的最 佳值是l個(gè)cell)。
以下是在該模型中對(duì)定義的幾個(gè)符號(hào)的定義和說(shuō)明
Q-操作空間(space of operations)
Q=
x
x [O，s] 是邊長(zhǎng)為s的一個(gè)正方體區(qū)域，所有研究都 在該三維空間區(qū)域進(jìn)行。(詳細(xì)定義說(shuō)明見(jiàn)后)s-表示Q的邊長(zhǎng)
n-把Q的每邊n等分，從而把Q分為n3個(gè)小正方形，被稱為n3個(gè)cells。每 個(gè)cell的坐標(biāo)-—網(wǎng)才各坐標(biāo)為(x，y，z) (l<=x<=n， l<=y<=n， l<=z<=n)，是定位 的最小量化單位，這樣就把Q離散化。
N-表示在Q中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，認(rèn)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)(node)都對(duì)應(yīng)一個(gè)cell,即一個(gè)節(jié)點(diǎn) 對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的網(wǎng)格坐標(biāo)。這N個(gè)節(jié)點(diǎn)又分為位置已知節(jié)點(diǎn)(known node)和位 置未知節(jié)點(diǎn)(unknown node),位置已知節(jié)點(diǎn)放置的是Reader,位置未知節(jié)點(diǎn)放置 的是Tag。本才莫型的主要目的就是通過(guò)位置已知節(jié)點(diǎn)找到位置未知節(jié)點(diǎn)的位置范 圍。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，已知位置的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)預(yù)先測(cè)定好特定位置的坐標(biāo)， 然后在該位置;^文置固定的Reader實(shí)現(xiàn)，也可以利用帶GPS功能的Reader實(shí)現(xiàn)， 這樣Reader即使位置發(fā)生移動(dòng)，也可以得到其位置。這樣，通過(guò)多個(gè)Reader 對(duì)在Q中同一個(gè)Tag的同時(shí)感應(yīng)，利用它們射頻有效覆蓋范圍的運(yùn)算關(guān)系就可 以實(shí)現(xiàn)對(duì)Tag的定位。
G-表示每個(gè)Reader的RF的信號(hào)有效覆蓋區(qū)域，可以被近似地定義為半徑為r 的球G，因?yàn)槊總€(gè)Reader的有效RF覆蓋范圍可以近似的看成是一個(gè)半徑為r的 球體，那么，分布在G中的所有Tag都可以被該Reader感應(yīng)到。
S-表示球G的最大內(nèi)包正方體，被定義為Reader的通訊范圍(communication range)。選取S作為通訊范圍，而不直接選取球G作為通訊范圍，目的是為了 簡(jiǎn)化計(jì)算(從下面的運(yùn)算可知正方體之間的運(yùn)算要比球體之間的運(yùn)算簡(jiǎn)單地 多)，節(jié)約運(yùn)算成本，符合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)節(jié)能方面的特殊要求。
假設(shè)某個(gè)Tag Ti能夠同時(shí)Rl， R2，... Rk共k個(gè)Reader同時(shí)感應(yīng)到。則此Tag 應(yīng)該在Rl， R2,... Rk的通訊范圍的交集中
令 kT=on 門Si
i=l
則顯然
T=Q n [x+ - p , x- + p ] X [y+ - p ， y- + p ] X [z+ - p , z- + p ] ......(4)
其中x+ = max(xl，. … ,xm)
x_ = min (xl, … .,xm)
y+ = max (yl,… ，ym)
y_ = min (yl， … ，ym)
z+ = max (zl， … .,zm)
z— = min (zl， … .,zm)
從(4 )式看出，只要知道k個(gè)Reader的網(wǎng)4各坐標(biāo)，在Q和Reader的性能 確定的情況下，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的加減運(yùn)算就可以計(jì)算出Tag的空間位置范圍。 而且，隨著n的增大和Reader數(shù)量和位置的合理設(shè)置，位置范圍的精度將越來(lái)越高。
監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)成
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成建筑材料原始數(shù)據(jù)在生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)藏及銷售諸環(huán)節(jié)的 收集、取樣、加工、傳輸及儲(chǔ)存功能，包括 監(jiān)控中心同各個(gè)節(jié)點(diǎn)的接口報(bào) 文格式、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)加密、節(jié)點(diǎn)分類等；②數(shù)據(jù)取樣對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)過(guò)來(lái)的數(shù) 據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)取樣，使數(shù)據(jù)具有代表性； ③數(shù)據(jù)入庫(kù)對(duì)經(jīng)過(guò)采樣后的數(shù)據(jù)
按照企業(yè)類型、產(chǎn)品類型、產(chǎn)品編碼等特征存入中心數(shù)據(jù)庫(kù)，在整個(gè)物流鏈上 保證數(shù)據(jù)的完整性、最終產(chǎn)品的唯一性及數(shù)據(jù)的隨時(shí)新是關(guān)鍵，也是整個(gè)系統(tǒng) 的基礎(chǔ)。
除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效 變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種使用RFID的定位檢索跟蹤系統(tǒng)，其特征在于使用RFID技術(shù)在建筑工程管理領(lǐng)域?qū)ㄖ牧线M(jìn)行識(shí)別，定位，跟蹤。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述定位檢索跟蹤系統(tǒng)，其特征在于包含兩個(gè)部分利用RFID 技術(shù)進(jìn)行建筑材料的識(shí)別和監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用RFID的定位檢索跟蹤系統(tǒng)，尤其是一種使用RFID技術(shù)在建筑工程管理領(lǐng)域?qū)ㄖ牧线M(jìn)行識(shí)別，定位，跟蹤的系統(tǒng)。該定位系統(tǒng)主要包含利用RFID技術(shù)進(jìn)行建筑材料的識(shí)別和監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)兩大組成部分。本發(fā)明可以加強(qiáng)建筑工程中與材料相關(guān)的成本的管理與控制。
文檔編號(hào)G01S1/02GK101587177SQ20081002497
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者李驍淳 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江雅迅軟件有限責(zé)任公司