基于RFID技术矿山人员实时定位系统探究和实现

1、基于rfid技术矿山人员实时定位系统探究和实现摘要：针对目前矿山井下定位系统功能不完善 与实现复杂的现状，提出了一个应用frid技术的矿山人员 定位系统。系统设计了一个远距离有源rfid定位系统基本 模型。利用距离调节定位算法来确定井下工作人员的位置， 实验结果证明定位算法的高效。系统实现了对人员和重要设 备的准确定位，对实现矿山的安全生产管理有着重要的意 义。关键字：射频识别技术；矿山；定位系统；调度算 法中图分类号：tn911734文献标识码：a文章编号： 10047373x (2013) 21?0035?020引言无线射频识别rfid是一种利用射频通信实现的非接触 自动识别技术。rfid

2、技术由于其远距离、快速、多目标同时 读取等特点，在交通运输、人员实时定位和物流业等方面具 有广阔的应用前景1。利用rfid技术，将无线射频识别技 术与最近领域方法2相结合，实时、准确地跟踪定位人员 成为可能。该技术将为矿山企业的安全生产和经营管理带来 新的契机。1相关工作基于rfid技术在室内进行定位的典型系统有 landmarce3和spoton4。前者是基于主动rfid校验的动 态定位识别系统，采用参考标签来辅助定位，通过计算被定 位标签的信号强度矢量和每个参考标签的信号强度矢量之 间的距离，选取距离被定位标签最近的几个参考标签，根据 几个参考标签的坐标计算出被定位标签的坐标o landm

3、arc系 统一半的误差在1 m以内，与定位要求基本符合，landmarc 系统定位一个目标的计算时间超过半分钟，时间比较长。 spoton系统对信号强度进行分析，通过被测试标签的信号强 度表示标签之间的距离，该系统采用聚合对三位空间进行定 位。landmarc和spoton系统各有自己的优缺点，如果应用 到矿山设备和人员定位有一定的局限性。目前，中国大多数 矿山井下人员的定位系统只能粗劣定位人员的位置，这种水 平虽然在一定程度上能定位井下人员的大致位置，但存在极 大的误差，一旦出现事故，就很难估测到其具体情况。将rfid 技术应用于矿山井下管理，设计一个高效的人员和设备的定 位系统5?7和方法

4、显得非常重要。本文提出一个距离调节 定位算法，可以为设备和人员位置提供准确定位。2定位系统基本模型实时定位系统模型如图1所示。当射频读写器读取到各 种标签(包括参考标签和目标对象的标签)，它会将这些标 签的数据通过中间件处理映射后，交由数据集成环节，并由 事件解析环节，将数据信息还原为发生的事件。之后事件将 分成定位事件处理和行为事件处理两部分分别予以响应。3定位算法本文提出一个距离调节定位算法。读写器有十个功率控 制等级，每个等级对应一个读写距离。每个读写器能自动调 节其功率控制等级，即能调节其读写范围。定义待定位标签 的信号强度矢量为si二sil, si2,，sin,其中sii是 第i个读

5、写器能读取待定标签的最低功率等级。对于系统 中某个参考标签j的信号强度矢量0 i, j=( 0 1, 02, 0 i,，en),是第i个读写器能读取待定标签的最低功率等级。通过如下算法确定每个待定标签和参考标签的信号强 度矢量。(1) 选定读写器ri,用最小功率识别标签，如果成 功识别到待定位标签，则转到(2),否则将读写器功率加大 一级转到(l)o如果目前是最大功率不能识别参考标签，则 选定读写器ri+1,转到(1)执行。(2) 记录读写器在目前功率p (j)下能够识别的参 考标签集v (i (j)o (3) 将读写器功率加大一级，记录此时能够识别的参 考标签集v (i (j + l)o (

6、4) 求得参考标签集v (i (j+1)和v (i (j) 的差集，记录下该标签集v (ij)o (5) 将读写器改为ri+1,转到(1)执行，当所有 读写器读完所有的标签后转到下一步执行。(6) 计算所有的标签集v (i j)的交集。计算每一个 待定位标签的信号强度矢量si与标签集中所有参考标签 0 i, j的欧几里德距离di, j=9 i, j-si=n=ln9 n-sn2o (7) 当di, j=0时，就选目前参与计算的参考标签的 位置为待定位标签的位置，否则，在参考标签集合中选取4 个di, j值最小的标签，用最近邻居算法求待定位标签的 位置，计算公式为(x, y) =i=14wk (

7、xk, yk), (x, y) 是待定位标签坐标；(xk, yk)是参考标签坐标； wk= id2kt=141d2t, 5口是(xk, yk)参考标签坐标权 值，dk是待定标签和参考标签的欧几里德距离。4性能分析实验采用主动式有源rfid读写器，工作频率为2.4 ghz, 最远读写距离可以达到100 m,读写距离可以调节。通过验 证在没有应用读写器调度算法和应用调度算法时，系统读写 器能正确响应成功定位的效率。图2表示了本文定位算法和landmarc的误差分布比较。 从图2可以看出，landmarc误差在0. 75 m左右，本文定位 算法误差在0. 25 m左右，landmarc误差是后者误差

8、的3倍。 结果显示，本定位算法成功定位的效率高于landmarc定位 效率。5结语将rfid技术应用于煤矿业，通过建立一个实时的井下 人员管理系统，改进了矿井作业人员的安全机制，使得设备 维护管理成本优化，可实时查询井下工作人员和重要设备的 具体位置，为人员调度、设备查询、矿井突发性事故的救助 工作带来了很大的方便。参考文献1 宁焕生.rfid重大工程与国家物联网m.3版.北 京：机械工业出版社，2012.2 李敏波，金祖旭，陈晨.射频识别在物品跟踪与追 溯系统中的应用j.计算机集成制造系统，2010 (1)： 2039208.3 ni l m, liu y h, lau y c, et al

9、. landmarc: indoor location sensing using active rfid c/ proceedings of the first ieee pervasive computing and communications. fort worth, tx, usa： percom, 2003： 407?415.4 hightower j, borriello g. spoton： an indoor 3d location sensing technology based on rf signal strength d. seattle： university of washington, 2000.5 任守纲，徐焕良.基于rfid/gis物联网的肉品跟踪 及追溯系统设计与实现j.农业工程