RFID室內定位技術詳解

來源：十域室內定位

RFID作為物聯網的支撐技術之一，是一種無需直接接觸地識別技術，采用了無線射頻信號讀取和傳輸電子標簽所存儲的信息，RFID技術具有非視距傳輸、識別速度快等特點，而RFID技術中用到的存儲信息的電子標簽具有體積小、成本低廉、可重復使用等優點。廣泛應用于物流追蹤、交通運輸、商場貨物管理、物品定位等領域。RFID系統由RFID標簽和RFID閱讀器組成，常用的RFID標簽和RFID閱讀器分別如Figure 1和Figure 2所示。

RFID系統框架：
RFID系統框架如Figure 3所示。RFID標簽分為有源和無源，有源標簽可以算是比較廣義的RFID，由于標簽自身有源，信號處理也能做得比較復雜，定位精度會高很多。能在理想情況下達到覆蓋100米范圍，定位誤差5米左右，主要通過三角定位來完成，但這個領域也完全可以使用諸如uwb，ZigBee等等節點完成定位。無源標簽是大多數時候所指的RFID，由于標簽自身沒有計算能力，所有信號處理都要受限于讀寫器接收到的反射信號，因此信號處理算法選擇余地會小很多。且因為讀寫器識別范圍基本上在10米范圍以內，一般是非常精細的定位才會研究無源標簽的定位。
Figure 3 RFID系統框架圖

RFID室內定位技術
基于RFID的室內定位方法就是通過已知位置的讀寫器，對標簽進行定位，可以分為非測距方法和測距方法。基于測距的方法是指通過各種測距技術對目標設備與各標簽之間的實際距離進行估計，再通過幾何方式來估計目標設備的位置。常用的基于測距的定位方法有：基于信號到達時間（Time of Arrival，TOA）定位、基于信號到達時間差（Time Difference of Arrival，TDOA）定位、基于RSSI定位、基于信號到達角（Angle of Arrival，AOA）等。這些技術與UWB、Wi-Fi中采用的技術原理一致，只是RFID信號的傳播距離受到能量的約束而非常近，一般只有幾米到幾十米距離。
非測距方法
非測距方法是指前期搜集場景的信息，然后將獲取到的目標與場景信息進行匹配，從而對目標進行定位。典型的實現方式是參考標簽法和指紋定位法，其中參考標簽法常用的算法是質心定位法，指紋定位法與Wi-Fi定位、Beacon定位等技術中采用的基本相同。質心定位法原理如Figure 4所示，在定位空間布置一些讀寫器，讀寫器的位置已知，當目標標簽進入場景時，同時有多個讀寫器能夠讀到目標標簽信息，這些讀寫器的位置和連線組成一個多邊形，這個多邊形的質心即可認為是目標標簽的位置坐標。質心定位算法實現步驟簡單且易操作，但是定位精度比較低，常用于對定位精度要求不高，硬件設備有限的場景。
Figure 4質心定位原理圖

RFID技術定位優點
基于RFID技術的定位方法的優點在于成本低廉，有源RFID標簽成本通常在幾十元，而無源RFID標簽成本可以做到幾元錢，且標簽體積很小，通常制作成薄片的形狀，且RFID射頻信號穿透性較強，可進行非視距通信。RFID系統的通信效率很高，相比與Wi-Fi和Zigbee等需要網絡接入的系統，一個RFID讀寫器，可以再1秒時間內完成上百個標簽的讀寫。相比于ZigBee、藍牙和Wi-Fi無線定位技術，RFID的節點成本更低，定位速度更快，但是其通信能力較弱，因而RFID定位特別適用于需要簡單的標記對象，但不需要進行大量數據通信的場合。
RFID技術定位缺點
但是，現有的利用RFID技術的定位系統有許多缺點，定位誤差大，系統部署復雜，容易受到環境影響等，如基于RSS的定位方法受限于RSS自身波動較大和對環境干擾敏感，精度很難進一步提升，基于TOA和TDOA的定位方法，對時間測量的精確性要求較高，但是由于無源RFID系統的低通信速率，很難觀測到精準地時間。總的說來，RFID定位技術適用范圍窄，定位精度差，用于實際的案例較少。
地磁定位技術
相比與基于RFID技術的定位方法，地磁定位不需要任何硬件設備，定位目標也無需添加任何標簽，適用于任何復雜情況和超大室內場景，定位精度高，一次獲取場景的數據之后，無需再進行額外的維護，成本極低。杭州十域科技正是基于地磁室內定位技術的定位服務及數據服務提供商，由多位海內外知名學者聯合創辦，應用功能豐富，旨在為用戶提供數字化人員定位系統整體解決方案。