一種基于多普勒頻移的人氣商品發(fā)現(xiàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多普勒頻移的人氣商品發(fā)現(xiàn)方法，在商品貨架周?chē)渴痖喿x器和收發(fā)天線；在每個(gè)商品上部署射頻識(shí)別標(biāo)簽；當(dāng)顧客拿起一個(gè)有射頻識(shí)別標(biāo)簽的物品時(shí)，物品運(yùn)動(dòng)的速率會(huì)導(dǎo)致頻率的改變，閱讀器采集射頻識(shí)別標(biāo)簽返回的phase值；根據(jù)phase值求取多普勒頻移值；進(jìn)行適應(yīng)性多普勒移值的閾值檢測(cè)，得出最終結(jié)果。射頻標(biāo)簽移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生phase值，通過(guò)閱讀器對(duì)射頻標(biāo)簽進(jìn)行適應(yīng)性多普勒移值的閾值檢測(cè)，從而能夠發(fā)現(xiàn)人氣商品，本發(fā)明具有較強(qiáng)的識(shí)別準(zhǔn)確率和健壯性，可以適用于實(shí)際需求，并且方法簡(jiǎn)便，投入成本低廉，適合在任何區(qū)域推廣。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種基于多普勒頻移的人氣商品發(fā)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于射頻標(biāo)簽探測(cè)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于多普勒頻移的人氣商品發(fā)現(xiàn)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 與網(wǎng)上購(gòu)物不同，實(shí)體商店幾乎沒(méi)有辦法在顧客購(gòu)買(mǎi)之前收集分析客戶的購(gòu)物行 為，然而分析顧客的購(gòu)買(mǎi)行為對(duì)于提高零售商利潤(rùn)和提高客戶體驗(yàn)都是很有必要的。在W 往的模式中實(shí)體商業(yè)缺乏有效的方法來(lái)收集和分析客戶在購(gòu)買(mǎi)之前的行為，如試穿衣服、 比較價(jià)格、挑選物品等包含豐富信息的行為。盡管分析銷(xiāo)售歷史已經(jīng)在判斷顧客行為方面 展現(xiàn)出了不小的成功，但是顧客在購(gòu)買(mǎi)之前表現(xiàn)出的包含豐富個(gè)人購(gòu)物模式信息的行為卻 并沒(méi)有被收集分析。
[0003] W往利用傳感器等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶軌跡的追蹤和聚集的方法需要昂貴的硬件 設(shè)備。而今RFID技術(shù)中無(wú)源標(biāo)簽的發(fā)展提供了一個(gè)很好的構(gòu)建高效的物品追蹤和監(jiān)視系統(tǒng) 的辦法，無(wú)源標(biāo)簽被廣泛應(yīng)用在識(shí)別、定位和追蹤領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于多普勒頻移的人氣商品發(fā)現(xiàn)方 法，能夠發(fā)現(xiàn)人氣商品的方法，并具有準(zhǔn)確度高，成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括W下步驟：
[0006] 步驟一，在商品貨架周?chē)渴痖喿x器和收發(fā)天線；
[0007] 步驟二，在每個(gè)商品上部署射頻識(shí)別標(biāo)簽；
[000引步驟=，當(dāng)顧客拿起一個(gè)有射頻識(shí)別標(biāo)簽的物品時(shí)，物品運(yùn)動(dòng)的速率會(huì)導(dǎo)致頻率 的改變，閱讀器采集射頻識(shí)別標(biāo)簽返回的地ase值；
[0009] 步驟四，根據(jù)地ase值求取多普勒頻移值；
[0010] 步驟五，進(jìn)行適應(yīng)性多普勒移值的闊值檢測(cè)，得出最終結(jié)果。
[0011] 所述步驟=中，單一的標(biāo)簽W速度V朝著天線運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)個(gè)過(guò)程中閱讀器通過(guò)接受 EPC包重復(fù)的辨認(rèn)標(biāo)簽，假設(shè)讀寫(xiě)器接收到兩個(gè)連續(xù)的包Pi和Pw,用ti和tw表示運(yùn)些包到 達(dá)讀寫(xiě)器的時(shí)間戳，Oi和Ow表示回應(yīng)信號(hào)的相位，我們可W計(jì)算出標(biāo)簽在兩個(gè)時(shí)間戳間 隔內(nèi)移動(dòng)的距離：
[0012] d = v ? (ti+1-ti)
[0013] 移動(dòng)距離也可W用ti和ti+i之間接收到的回應(yīng)信號(hào)相位轉(zhuǎn)換來(lái)表示，因此得到了 下面的等式：
[0014]
[0015] 據(jù)此可W得出多普勒頻率的表達(dá)式：
[0016]
[0017]所述步驟四中，定義d(t)表示在時(shí)間t的多普勒頻率值，pe表示概率密度，其中0是 分布參數(shù)，假設(shè)在時(shí)間T發(fā)生了改變，多普勒頻率變化的概率密度從Px變化到Py，運(yùn)樣就可W 運(yùn)用下面的一個(gè)對(duì)數(shù)比率夾比較運(yùn)兩種分布，
[001 引
[0019] 參數(shù)X很容易的從歷史變化中獲取到，但是參數(shù)y是變化后的分布參數(shù)，卻是未知 的，而且參數(shù)y還會(huì)在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生變化，使得探測(cè)更加困難，
[0020] 為了解決運(yùn)個(gè)問(wèn)題，我們定義改變的時(shí)間T:
[0021]
[0022] 在等式中，h是預(yù)先定義的值，假設(shè)變化后的分布是未知的，時(shí)間T不能從上面的式 子直接得到，CBID遞歸地應(yīng)用累積和方法來(lái)確定參數(shù)y的范圍，基于參數(shù)y的范圍就可W更 準(zhǔn)確地檢測(cè)出多普勒頻率的變化。
[0023] 所述步驟五中，通過(guò)對(duì)物品被顧客拿起動(dòng)作次數(shù)和頻率可W發(fā)現(xiàn)人氣商品，若多 普勒移值小于了闊值，則返回步驟若多普勒移值超過(guò)闊值，則判定為顧客拿去了商品， 檢測(cè)結(jié)束。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在商品上設(shè)置射頻識(shí)別標(biāo)簽，射頻標(biāo)簽移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生曲ase 值，通過(guò)閱讀器對(duì)射頻標(biāo)簽進(jìn)行適應(yīng)性多普勒移值的闊值檢測(cè)，從而能夠發(fā)現(xiàn)人氣商品，本 發(fā)明具有較強(qiáng)的識(shí)別準(zhǔn)確率和健壯性，可W適用于實(shí)際需求，并且方法簡(jiǎn)便，投入成本低 廉，適合在任何區(qū)域推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0026] 圖2為Impinj API和本發(fā)明的多普勒頻率值對(duì)比圖，其中圖2a為靜態(tài)場(chǎng)景，圖化為 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景；
[0027] 圖3為本發(fā)明試驗(yàn)中=種場(chǎng)景下的試驗(yàn)結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029] 一、多普勒頻移估計(jì)
[0030] 參見(jiàn)圖1，首先在商品貨架周?chē)渴痖喿x器W及收發(fā)天線，然后在首先在商品上裝 置RFID射頻識(shí)別標(biāo)簽(應(yīng)答器）。通過(guò)閱讀器與標(biāo)簽的通信，收集標(biāo)簽返回的phase值。當(dāng)顧 客拿起一個(gè)有標(biāo)簽的物品時(shí)，物品運(yùn)動(dòng)的速率會(huì)導(dǎo)致頻率的改變，多普勒頻移可W反映標(biāo) 簽和讀寫(xiě)器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。閱讀器基于地ase求取多普勒頻移值，再通過(guò)多普勒闊值檢測(cè)方法 篩選出顧客是否拿起商品。通過(guò)對(duì)物品被顧客拿起動(dòng)作次數(shù)和頻率可W發(fā)現(xiàn)人氣商品，進(jìn) 而可W方便商家改變營(yíng)銷(xiāo)策略或者改變商品擺放位置。
[0031] 我們首先考慮單一的標(biāo)簽W速度V朝著天線運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)個(gè)過(guò)程中讀寫(xiě)器通過(guò)接受 EPC包重復(fù)的辨認(rèn)標(biāo)簽。假設(shè)讀寫(xiě)器接收到兩個(gè)連續(xù)的包Pi和Pw,用ti和tw表示運(yùn)些包到 達(dá)讀寫(xiě)器的時(shí)間戳，Oi和Ow表示回應(yīng)信號(hào)的相位，我們可W計(jì)算出標(biāo)簽在兩個(gè)時(shí)間戳間 隔內(nèi)移動(dòng)的距離：
[0032] d = v ? (ti+1-ti)
[0033] 移動(dòng)距離也可W用ti和ti+i之間接收到的回應(yīng)信號(hào)相位轉(zhuǎn)換來(lái)表示。因此我們得 到了下而的尊式：
[0034]
[003引 化式：
[0036]
[0037] 從表達(dá)式中我們可W看出多普勒頻率只決定于相位變換和兩個(gè)連續(xù)包到達(dá)的時(shí) 間間隔。應(yīng)用運(yùn)種評(píng)估辦法需要基于兩個(gè)條件：
[0038] 1、在兩個(gè)連續(xù)的EPC包的接收間隔內(nèi)，標(biāo)簽在放射方向運(yùn)動(dòng)需要小于半波長(zhǎng)。否則 相位的測(cè)量會(huì)處于采樣過(guò)疏狀態(tài)從而導(dǎo)致結(jié)果不能準(zhǔn)確的反映相位變化。運(yùn)個(gè)條件很容易 通過(guò)使用現(xiàn)有的商用設(shè)備(如Impinj R420等)滿足。
[0039] 2、讀寫(xiě)器收到的信號(hào)必須是連續(xù)的。像信道跳躍之類(lèi)的情況會(huì)導(dǎo)致上述表達(dá)式中 EPC包的移動(dòng)距離計(jì)算的不夠準(zhǔn)確。因此，我們不得不修復(fù)發(fā)射器的組合設(shè)置，比如頻道和 天線的選擇，使信號(hào)測(cè)量處于靜止?fàn)顟B(tài)。
[0040] 在計(jì)算多普勒頻移之前的數(shù)據(jù)預(yù)處理階段還有一個(gè)挑戰(zhàn)。眾所周知相位值是一個(gè) 周期函數(shù)，叫做包裹相位。在我們的系統(tǒng)中有一個(gè)關(guān)注點(diǎn)是在計(jì)算兩個(gè)連續(xù)包的相位變化 時(shí)需要考慮所有合適的如的整數(shù)倍，稱(chēng)為相位解包裹。在我們的系統(tǒng)中我們通過(guò)使用基于 上面討論過(guò)的必須連續(xù)采樣條件的一維的相位解包裹的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)相位解包裹。
[0041] 為了評(píng)估我們方法的有效性，我們進(jìn)行了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)比較Impinj API和我們的基 于相位變化的多普勒評(píng)估模式的多普勒頻率值。我們使用最長(zhǎng)的編碼位數(shù)(96位)來(lái)對(duì)標(biāo)簽 ID編碼，用Miller-8調(diào)制來(lái)對(duì)EPC包進(jìn)行編碼，我們讀寫(xiě)器的頻率信道也被調(diào)諧到的最大。
[0042] 圖2給我們展示了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中一條線是Impinj API收集到的多普勒頻率值，點(diǎn) 是我們通過(guò)推出的公式對(duì)多普勒頻率值的估計(jì)。如圖2a所示，在靜態(tài)場(chǎng)景中即使我們運(yùn)用 最有利的條件，來(lái)自Impinj API多普勒值變化也較為劇烈。而另一方面，通過(guò)CBID的多普勒 估計(jì)模式的結(jié)果是更加穩(wěn)定的。
[0043] 我們還建立了一個(gè)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景來(lái)模擬顧客拿起物品的行為。一開(kāi)始，一名志愿者在 讀寫(xiě)器天線前的拿著貼有標(biāo)簽物品。然后，他重復(fù)將擺動(dòng)他的前臂，使物品朝向或遠(yuǎn)離天 線。理論上，當(dāng)物品移動(dòng)到接近讀寫(xiě)器時(shí)將導(dǎo)致在多普勒頻率的正峰值，遠(yuǎn)離讀寫(xiě)器時(shí)將導(dǎo) 致一個(gè)負(fù)峰值。使用我們的方案時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與很好的符合理論遠(yuǎn)離。如圖化所示，周期性 的正/負(fù)峰值的變化清楚地反映了客戶的動(dòng)作。然而，Impinj API的多普勒頻率值受到噪聲 的干擾，無(wú)法得到準(zhǔn)確的結(jié)果。
[0044] 二、自適應(yīng)多普勒峰值檢測(cè)
[0045] 多普勒頻移的精確估計(jì)是探測(cè)顧客拿起物品操作的第一步，然后系統(tǒng)會(huì)快速準(zhǔn)確 的探測(cè)多普勒頻率值的峰值。許多現(xiàn)有的算法已經(jīng)可W完成頻率變化檢測(cè)和峰值檢測(cè)，然 而運(yùn)些算法需要記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，然后再應(yīng)用分析工具。在CBID系統(tǒng)的實(shí)際部署中，考慮到通 過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)千個(gè)標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng)的大量的數(shù)據(jù)將在極短的時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生，所W保持多普勒頻率 的值將是一個(gè)超負(fù)荷的工作。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于準(zhǔn)確量級(jí)的闊值來(lái)盡可能降低不相關(guān) 的多普勒變化數(shù)據(jù)。
[0046] 方案的巨大挑戰(zhàn)在于由于W下兩個(gè)原因，因?yàn)檫\(yùn)種確定性的闊值并不存在。首先 標(biāo)簽的多樣性導(dǎo)致不同的標(biāo)簽在不同的噪聲水平，而且物品的位置不同也導(dǎo)致了不同的多 普勒模式。基于上述原因，我們采用了一種自適應(yīng)累積和算法W跟蹤多普勒值的可能變化。
[0047] 讓d(t)表示在時(shí)間t的多普勒頻率值，pe表示概率密度(其中0是分布參數(shù)）。假設(shè) 在時(shí)間T發(fā)生了改變，多普勒頻率變化的概率密度從Px變化到Py,運(yùn)樣我們就可W運(yùn)用下面 的一個(gè)對(duì)數(shù)比率夾比較送兩種分布。
[004引
[0049]參數(shù)X可W很容易的從歷史變化中獲取到，但是參數(shù)y是變化后的分布參數(shù)，卻是 未知的。而且參數(shù)y還會(huì)在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生變化，使得探測(cè)更加困難。
[0化0] 九下値淹墳個(gè)問(wèn)顆.巧們吿公前巧的時(shí)間T，
[0化1 ]
[0052] 1工守；tvr ,IlTEIJMTCAb乂日'Tl且，1反議：義'忙;口日'、」分布是未知的，時(shí)間T不能從上面的式 子直接得到。CBID遞歸地應(yīng)用累積和方法來(lái)確定參數(shù)y的范圍。基于參數(shù)y的范圍就可W更 準(zhǔn)確地檢測(cè)出多普勒頻率的變化。
[0053] 我們通過(guò)廣泛的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述方案的可行性，我們?cè)谌缦?種不同的場(chǎng)景下進(jìn) 行了實(shí)驗(yàn)。
[0054] 行模式(衣服）：很多商品都展示在一條線的架子上，我們實(shí)施運(yùn)個(gè)方案通過(guò)在我 們的實(shí)驗(yàn)室的支架上掛衣服。
[0055] 橫向模式（眼鏡）：該模式在商場(chǎng)的柜臺(tái)上很常見(jiàn)，運(yùn)些商品展示在同一個(gè)水平面 上。
[0056] 垂直模式(書(shū)）：運(yùn)個(gè)模式是最常見(jiàn)的，常見(jiàn)的場(chǎng)景在超市和圖書(shū)館。我們?cè)诖髮W(xué)圖 書(shū)館實(shí)現(xiàn)運(yùn)個(gè)場(chǎng)景，標(biāo)記在書(shū)架上的圖書(shū)。
[0057] 圖3展示了實(shí)驗(yàn)的部分結(jié)果:在實(shí)驗(yàn)中，志愿者拿起貨架上的一本書(shū)，并把它放回 去。我們?cè)诖似陂g記錄下信號(hào)相位和在運(yùn)段時(shí)間中每個(gè)標(biāo)簽分組的時(shí)間戳。曲線代表通過(guò) 我們的方法計(jì)算出的多普勒頻率的估計(jì)。通過(guò)使用自適應(yīng)累積和算法研究，CBID探測(cè)突然 的變化用每個(gè)子圖中的顯著紅圈來(lái)標(biāo)記。四個(gè)操作的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法在不同的場(chǎng)景 中表現(xiàn)得很成功。運(yùn)樣，CUSUM算法可W成功地略過(guò)擾動(dòng)信號(hào)引起的環(huán)境噪聲，并發(fā)現(xiàn)多普 勒頻率值的實(shí)際變化點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多普勒頻移的人氣商品發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，在商品貨架周?chē)渴痖喿x器和收發(fā)天線； 步驟二，在每個(gè)商品上部署射頻識(shí)別標(biāo)簽； 步驟三，當(dāng)顧客拿起一個(gè)有射頻識(shí)別標(biāo)簽的物品時(shí)，物品運(yùn)動(dòng)的速率會(huì)導(dǎo)致頻率的改 變，閱讀器采集射頻識(shí)別標(biāo)簽返回的phase值； 步驟四，根據(jù)phase值求取多普勒頻移值； 步驟五，進(jìn)行適應(yīng)性多普勒移值的閾值檢測(cè)，得出最終結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多普勒頻移的人氣商品發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于，所述 步驟三中，單一的標(biāo)簽以速度v朝著天線運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中閱讀器通過(guò)接受EPC包重復(fù)的 辨認(rèn)標(biāo)簽，假設(shè)讀寫(xiě)器接收到兩個(gè)連續(xù)的包Ρ4ΡΡ 1+1，用tdPt1+1表示這些包到達(dá)讀寫(xiě)器的時(shí) 間戳，Φ4ΡΦ1+1表示回應(yīng)信號(hào)的相位，我們可以計(jì)算出標(biāo)簽在兩個(gè)時(shí)間戳間隔內(nèi)移動(dòng)的距 離： d = v · (ti+i-ti) 移動(dòng)距離也可以用tjPt1+1之間接收到的回應(yīng)信號(hào)相位轉(zhuǎn)換來(lái)表示，因此得到了下面的 等式：據(jù)此可以得出多普勒頻率的表達(dá)式：3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多普勒頻移的人氣商品發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于，所述 步驟四中，定義d(t)表示在時(shí)間t的多普勒頻率值，ρ θ表示概率密度，其中Θ是分布參數(shù)，假 設(shè)在時(shí)間Τ發(fā)生了改變，多普勒頻率變化的概率密度從ρχ變化到p y，這樣就可以運(yùn)用下面的 一個(gè)對(duì)數(shù)比率來(lái)比較這兩種分布，參數(shù)X很容易的從歷史變化中獲取到，但是參數(shù)y是變化后的分布參數(shù)，卻是未知的，而 且參數(shù)y還會(huì)在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生變化，使得探測(cè)更加困難， 為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們定義改變的時(shí)間T:在等式中，h是預(yù)先定義的值，假設(shè)變化后的分布是未知的，時(shí)間T不能從上面的式子直 接得到，CBID遞歸地應(yīng)用累積和方法來(lái)確定參數(shù)y的范圍，基于參數(shù)y的范圍就可以更準(zhǔn)確 地檢測(cè)出多普勒頻率的變化。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多普勒頻移的人氣商品發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于，所述 步驟五中，通過(guò)對(duì)物品被顧客拿起動(dòng)作次數(shù)和頻率可以發(fā)現(xiàn)人氣商品，若多普勒移值小于 了閾值，則返回步驟三;若多普勒移值超過(guò)閾值，則判定為顧客拿去了商品，檢測(cè)結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G06K7/10GK105956505SQ201610256680
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】丁菡, 韓勁松, 吳嚴(yán), 惠維, 蔣志平, 趙季中
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)