专利名称：一种使用rfid的定位检索跟踪系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种定位检索跟踪系统，尤其是一种使用RFID技术在建筑工程 管理领域对建筑材料进行识别，定位，跟踪的系统。
背景技术：
当前，在日趋竟争激烈的建筑市场中，建筑施工企业的利润空间越来越少， 而对建筑工程的质量要求却越来越高。如何增收节支、挖潜增效、如何获取最 佳利润、如何降低成本提高质量，是当今工程项目管理最值得思考的问题。解 决这些问题的最有效途径是做好项目成本的管理与控制，对生产经营所消耗的 人力资源、物质资源和费用开支，都需要进行指导、监督、调节和限制。据有 关统计以往施工经-验，在整个工程成本中，材泮牛费用占整个项目成本的60% ~ 70%,而材料管理成本又占很大比例，而且随着工程规模的增大，这一比例会增 加。加强与材料相关的成本的管理与控制对整个施工项目成本管理具有重要的 作用，材料管理成本控制的好坏对于企业项目成本的控制具有举足轻重的影响。 因此，必须把材料成本管理作为工程项目管理的必要组成部分给予高度的重视。 由于建筑材料的种类很多，我们选用建筑工程中常用的预制件作为跟踪管理试 点对象。
对建筑材料的自动跟踪不仅可以改进项目的整体性能，更重要的是可以使 得材料的管理规范化，减少浪费，极大地节约人力成本。近年来，随着数据自 动采集才支术(Automated Data Collection)的发展，在工地现场进4亍材料收发 和位置的自动管理成为可能。目前，已经有关于RFID技术、GPS技术、传感器无 线网络技术和数据库技术的报道，在国外从2002年开始有这方面的研究报道。 在美国，Akinci et al.和Ergen et al.分别在2002年和2003年提出在建筑
3材料供应链中用RFI时支术进行材料跟踪的设想；Jaselskis andEl-Misalami在
2003年则对建材中的管材上配置了被动式RFID，进行跟踪，并进行了现场实验；
Jongchul Song在2005在多个大型建筑工地利用RFID技术成功地利用运动的运输
车辆，对预制材料进行了跟踪和定位。这些大都处于实验阶段。
将RFID技术和相关技术有机地集成在一起，并应用到建筑材料的识别和位 置的实时跟踪方面，并成功实用化，国内外尚未见报道。

发明内容
本发明主要包括两个组成部分 1.利用RFID技术进行建筑材料的识别；
首先，选取边长为s的正方体Q，下面所有的研究都在Q中进行。通过把Q 的每个边n等分，从而把整个Q分为n3个小正方体，每个小正方体称为一个cell， 作为将来网络节点定位的最小单位。n3称为Q的分辨率。按照图l所示方式对 分割后的Q进行空间标识，每个cell都有自己的唯一坐标---网格坐标 (x,y，z)， (l<=x<=n， l<=y<=n, K-z《n)，分布在空间Q中的研究对象占据至少1 个cell的大小，研究对象的位置可以通过cell的坐标进行描述。上述空间划 分方法称为空间离散化。
现在要在Q中才艮据需要》丈置m个位置已知的Reader, j叚设每个Reader的可 以发出覆盖范围是半径r的分布在球形空间的信号，不同Reader具有不同的网 格坐标，还假设这里的网格坐标可以预先得知。同时，把需要定位的物体看成是 一个Tag，只要位于某个Reader发射的信号的有效覆盖范围内，它就可以被该 Reader感知，即该Tag纟皮该Reader捕获。现在的目的是要通过若干个位置已知 的Reader定位在Q中的位置未知的物体Tag。本文中定义的Reader和Tag可以 视为虚拟的，以区别真实的Reader和Tag。即才莫型中的Reader和Tag是对实际的Reader和Tag的简化，是为了使节点及其特性抽象化、理想化，便于研究(本 文后面在本模型中提到的Reader和Tag都视为虚拟的Reader和Tag )。因为在 Q当中个Reader的数量为m，所以在一般情况下，某个Tag可能被多个Reader 捕获，即该Tag应该位于这些Reader的有效信号覆盖空间的交集中，通过对这 些Reader的信号的空间覆盖范围交集的运算，便可以得到该Tag所在的区域。 如果要对Q内任意一个Tag进行定位，只要在Q中的适当位置安置适当数量的 Reader即可。分辨率(即可定位最小空间范围)的选择主要依据被定位对象的 最小尺寸。Reader位置和数量的选择可以决定定位的精度(显然，分辨率的最 佳值是l个cell)。
以下是在该模型中对定义的几个符号的定义和说明 Q-操作空间(space of operations)
Q=
x [o，s] x
是边长为s的一个正方体区域，所有研究都 在该三维空间区域进行。(详细定义说明见后) s-表示Q的边长
n-把Q的每边n等分，从而把Q分为n3个小正方形，被称为n3个cells。每 个cell的坐标一-网格坐标为(x，y,z) (l<=x<=n， l<=y<=n， l<=z<=n),是定位 的最小量化单位，这样就把Q离散化。
N-表示在Q中的节点数，认为每个节点(node)都对应一个cell,即一个节点 对应一个唯一的网才各坐标。这N个节点又分为位置已知节点(known node)和位 置未知节点(unknown node)，位置已知节点放置的是Reader,位置未知节点放置 的是Tag。本模型的主要目的就是通过位置已知节点找到位置未知节点的位置范 围。在实际应用环境中，已知位置的节点可以通过预先测定好特定位置的坐标， 然后在该位置放置固定的Reader实现，也可以利用带GPS功能的Reader实现，这样Reader即使位置发生移动，也可以得到其位置。这样，通过多个Reader 对在Q中同一个Tag的同时感应，利用它们射频有效覆盖范围的运算关系就可 以实现对Tag的定位。
G-表示每个Reader的RF的信号有效覆盖区域，可以被近似地定义为半径为r 的球G,因为每个Reader的有效RF覆盖范围可以近似的看成是一个半径为r的 球体，那么，分布在G中的所有Tag都可以被该Reader感应到。
S-表示J求G的最大内包正方体，^皮定义为Reader的通讯范围(communication range)。选取S作为通讯范围，而不直接选取球G作为通讯范围，目的是为了 筒化计算(从下面的运算可知正方体之间的运算要比球体之间的运算简单地 多)，节约运算成本，符合无线传感器网络对节能方面的特殊要求。
假设某个Tag Ti能够同时Rl， R2,... Rk共k个Reader同时感应到。则此Tag 应该在Rl， R2，... Rk的通讯范围的交集中
令
k
T=Q(1 门Si i=l
则显然
T=Q门[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)
从(4 )式看出，只要知道k个Reader的网格坐标，在Q和Reader的性能确定的情况下，可以通过简单的加减运算就可以计算出Tag的空间位置范围。 而且，随着n的增大和Reader数量和位置的合理设置，位置范围的精度将越来 越高。
2.监控中心数据库的设计与实现
监控中心系统具有数据采集、实时监控、数据分析与系统维护等功能。数据 釆集完成整个数据链上各个节点的数据接口建立和数据采集；实时监控以产品 为单位进行全程动态数据监控；数据分析与系统维护负责对历史数据进行分析 和系统相关信息维护。
监控中心数据库的构成
数据采集系统完成建筑材料原始数据在生产、加工、储藏及销售诸环节的
收集、取样、加工、传输及储存功能，包括 监控中心同各个节点的接口报
文格式、数据校验、数据加密、节点分类等；②数据取样对各个节点过来的数
据进行统计取样，使数据具有代表性； ③数据入库对经过采样后的数据
按照企业类型、产品类型、产品编码等特征存入中心数据库，在整个物流链上
保证数据的完整性、最终产品的唯一性及数据的随时新是关键，也是整个系统
的基础。
具体实施例方式
实施例一
利用RFID技术进行建筑材料的识别
首先，选取边长为s的正方体Q，下面所有的研究都在Q中进行。通过把Q 的每个边n等分，从而把整个Q分为n3个小正方体，每个小正方体称为一个cell， 作为将来网络节点定位的最小单位。n3称为Q的分辨率。按照图l所示方式对 分割后的Q进行空间标识，每个cell都有自己的唯一坐标---网格坐标(x，y，z)， (l<=x<=n， l<=y<=n, 1 z&n),分布在空间Q中的研究对象占据至少1 个cell的大小，研究对象的位置可以通过cell的坐标进^fr描述。上述空间划 分方法称为空间离散化。
现在要在Q中根据需要放置m个位置已知的Reader,假设每个Reader的可 以发出覆盖范围是半径r的分布在球形空间的信号，不同Reader具有不同的网 格坐标，还假设这里的网格坐标可以预先得知。同时，把需要定位的物体看成是 一个Tag,只要位于某个Reader发射的信号的有效覆盖范围内，它就可以被该 Reader感知，即该Tag被该Reader捕获。现在的目的是要通过若干个位置已知 的Reader定位在Q中的位置未知的物体Tag。本文中定义的Reader和Tag可以 -见为虚拟的，以区别真实的Reader和Tag。即才莫型中的Reader和Tag是对实际 的Reader和Tag的简化，是为了使节点及其特性抽象化、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为虛拟的Reader和Tag )。因为在 Q当中个Reader的数量为m,所以在一4殳情况下，某个Tag可能被多个Reader 捕获，即该Tag应该位于这些Reader的有效信号覆盖空间的交集中，通过对这 些Reader的信号的空间覆盖范围交集的运算，便可以得到该Tag所在的区域。 如果要对Q内任意一个Tag进行定位，只要在Q中的适当位置安置适当数量的 Reader即可。分辨率(即可定位最小空间范围)的选择主要依据被定位对象的 最小尺寸。Reader位置和数量的选择可以决定定位的精度(显然，分辨率的最 佳值是l个cell)。
以下是在该模型中对定义的几个符号的定义和说明
Q-操作空间(space of operations)
Q=
x
x [O，s] 是边长为s的一个正方体区域，所有研究都 在该三维空间区域进行。(详细定义说明见后)s-表示Q的边长
n-把Q的每边n等分，从而把Q分为n3个小正方形，被称为n3个cells。每 个cell的坐标-—网才各坐标为(x，y，z) (l<=x<=n， l<=y<=n， l<=z<=n)，是定位 的最小量化单位，这样就把Q离散化。
N-表示在Q中的节点数，认为每个节点(node)都对应一个cell,即一个节点 对应一个唯一的网格坐标。这N个节点又分为位置已知节点(known node)和位 置未知节点(unknown node),位置已知节点放置的是Reader,位置未知节点放置 的是Tag。本才莫型的主要目的就是通过位置已知节点找到位置未知节点的位置范 围。在实际应用环境中，已知位置的节点可以通过预先测定好特定位置的坐标， 然后在该位置;^文置固定的Reader实现，也可以利用带GPS功能的Reader实现， 这样Reader即使位置发生移动，也可以得到其位置。这样，通过多个Reader 对在Q中同一个Tag的同时感应，利用它们射频有效覆盖范围的运算关系就可 以实现对Tag的定位。
G-表示每个Reader的RF的信号有效覆盖区域，可以被近似地定义为半径为r 的球G，因为每个Reader的有效RF覆盖范围可以近似的看成是一个半径为r的 球体，那么，分布在G中的所有Tag都可以被该Reader感应到。
S-表示球G的最大内包正方体，被定义为Reader的通讯范围(communication range)。选取S作为通讯范围，而不直接选取球G作为通讯范围，目的是为了 简化计算(从下面的运算可知正方体之间的运算要比球体之间的运算简单地 多)，节约运算成本，符合无线传感器网络对节能方面的特殊要求。
假设某个Tag Ti能够同时Rl， R2，... Rk共k个Reader同时感应到。则此Tag 应该在Rl， R2,... Rk的通讯范围的交集中
令 kT=on 门Si
i=l
则显然
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)
从(4 )式看出，只要知道k个Reader的网4各坐标，在Q和Reader的性能 确定的情况下，可以通过简单的加减运算就可以计算出Tag的空间位置范围。 而且，随着n的增大和Reader数量和位置的合理设置，位置范围的精度将越来越高。
监控中心数据库的构成
数据采集系统完成建筑材料原始数据在生产、加工、储藏及销售诸环节的 收集、取样、加工、传输及储存功能，包括 监控中心同各个节点的接口报 文格式、数据校验、数据加密、节点分类等；②数据取样对各个节点过来的数 据进行统计取样，使数据具有代表性； ③数据入库对经过采样后的数据
按照企业类型、产品类型、产品编码等特征存入中心数据库，在整个物流链上 保证数据的完整性、最终产品的唯一性及数据的随时新是关键，也是整个系统 的基础。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效 变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.一种使用RFID的定位检索跟踪系统，其特征在于使用RFID技术在建筑工程管理领域对建筑材料进行识别，定位，跟踪。
2. 根据权利要求1所述定位检索跟踪系统，其特征在于包含两个部分利用RFID 技术进行建筑材料的识别和监控中心数据库的设计与实现。
全文摘要
本发明涉及使用RFID的定位检索跟踪系统，尤其是一种使用RFID技术在建筑工程管理领域对建筑材料进行识别，定位，跟踪的系统。该定位系统主要包含利用RFID技术进行建筑材料的识别和监控中心数据库的设计与实现两大组成部分。本发明可以加强建筑工程中与材料相关的成本的管理与控制。
文档编号G01S1/02GK101587177SQ20081002497
公开日2009年11月25日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者李骁淳 申请人:镇江雅迅软件有限责任公司