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关键词： Retail stores  

摘要： Line crossing detection is to check whether people or objects go across a given barrier line, which is quite common and important in our daily life, such as the electronic article surveillance (EAS) checkpoint in a retail store or the finish line in track and field. Although existing solutions to line crossing detection have achieved great advancement, they do not function well when multiple objects or people cross the line at the same time. In this paper, we propose a new radio frequency identification (RFID)-based solution called RF-Line to line crossing detection, especially for multiobject scenarios. The biggest challenge is that the RFID reader's coverage zone is invisible and irregular;we cannot roughly take the time when a tag is seen by the reader for the first time as the time when line crossing occurs. In RF-Line, we deploy two antennas opposite to each other and collect the RF phase profiles of two antennas at the same time. By a series of geometric transformations and mathematical derivations, we find that summing up the two phase profiles will get a new phase curve, in which the inflection point of the curve is the time of line crossing. In addition, we address the problem of turning back or long stay on the barrier line. We implement RF-Line with commodity RFID systems. Extensive experiments show that RF-Line can achieve accurate line crossing detection with a small error of 6.1 cm, with no need for any system calibration or complicated deployment. © 2023 Xingyu Chen et al.

关键词： RFID technology   personnel and materials management system   LANDMARC algorithm   virtual reference tag   AdaNN  

摘要： With the rapid development of cities, subway and other transportation infrastructure projects are growing in both number and scope. How to quickly, accurately, and efficiently find the basic situation and location of workers trapped in an accident is an important but difficult problem that researchers need to solve technically. To solve this problem, this paper designs a tunnel personnel and materials management system based on RFID technology, which can be used to manage the safety of tunnel workers and the distribution of materials. To track tunnel personnel and materials in real time and accurately locate them, this paper studies the factors that affect the system's positioning accuracy on the basis of LANDMARC and proposes an AVLS-LANDMARC algorithm also based on AdaNN and VIRE algorithms. The AVLS-LANDMARC algorithm uses Newton's interpolation method to insert virtual reference tags between actual reference tags and the AdaNN algorithm to find the optimal value of k. According to simulation results, the algorithm can reduce the system's mean positioning error to as low as 0.294 m, which enables the accurate positioning of the targets to be measured and will play an important role in improving the safety management of tunnel personnel and the distribution of materials.

关键词： 射频识别   RFID网络规划   供应链结构模型   多目标优化算法  

摘要： 射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术作为推动构建“万物互联”世界的参与者,是一种快速发展的数据采集和自动识别技术。随着电子工业的蓬勃发展,RFID已广泛应用于供应链管理、资产跟踪、废物处理、智能家居等各个领域,被认为是物联网的关键技术之一。RFID系统中阅读器的部署产生了RFID网络规划(RFID Network Planning,RNP)问题。在RFID的实际应用中,为了降低阅读器之间和标签之间的通信干扰同时满足标签高覆盖率的要求,需要合理部署和分配阅读器的位置和数量。近年来,现有的RNP问题解决方案虽然能够适应大多数场景,但仍存在以下挑战:(1)传统的RNP主要针对阅读器与标签的链路传输进行深入研究,但忽视了阅读器与阅读器之间、阅读器与终端之间的链路传输因素,相距较远距离的阅读器和终端在信息传输过程中,会出现的数据丢包甚至无法建立连接的情况,采用传统的解决方法会引起建模不准确、部署的实际效果差等问题。(2)求解RNP问题目前采用的群体智能优化算法,存在搜索精度不高且随机性过强的问题,会导致系统读取信息效率的降低。基于以上挑战,本文围绕RFID网络规划的新方法开展研究,主要研究内容总结如下: (1)提出一种基于多级级联的新型RNP建模方法。该方法将阅读器和阅读器之间的连通性、阅读器和终端之间的连通性作为求解新型RNP问题的依据,提出了三种链路链接方式,为标签远距离信息传输选择通信链路提供依据。 (2)借鉴供应链的特征,以供应链结构为基础对新型RNP问题进行描述。运用供应链中分层的特性对RNP网络中各对象之间的关系进行合理建模并对各阅读器进行角色分类。同时,针对新型RNP问题,提出了全新的目标函数,构建出RNP全局优化问题模型。 (3)提出一种全新改进的非线性沙猫群优化算法。针对原始沙猫算法的不同阶段,提出了三种改进策略,即非线性策略、平行四边形行走策略和Circle混沌映射策略。同时,为进一步验证改进沙猫算法在求解新型RNP问题上的有效性,模拟货物运输场景设计仿真实验,通过与其他优化算法进行对比,证明改进后的沙猫算法在求解RNP问题上具有良好的性能。

关键词： 射频识别(RFID)   标签天线   抗金属   小型化   机载适航  

摘要： 射频识别（RFID）技术发展至今,随着应用场景的增多,研发和生产能适应各种不同场景的RFID标签天线也是一个重要问题。在民用航空领域,目前国内外在役主流飞机制造材料仍以金属材料为主,飞机零部件以及相关机载设备物品的主要组成材料也多为金属材料。机载氧气系统作为保障机组与旅客生命安全的重要机载维生系统,保障其可靠、适航是保证民航安全的重要机务维护工作之一,而作为机载氧气系统的核心部件,机载氧气瓶的主要材料也为金属材料。因此,设计一款可适用于金属环境的机载氧气瓶RFID标签天线对于提升机务保障作业的效率与可靠性具有重要意义。针对于普通标签无法在金属机载氧气瓶上可靠工作的问题,设计了一款尺寸为60×30×1.6mm3常规偶极子标签,分析了金属对普通标签工作性能的影响。在此基础上,采用Monza R6-P芯片、Rogers 5880介质基板,并通过调节T型匹配网络和弯折臂,最终设计了一款抗金属RFID标签,尺寸仅为42×29×1.6mm3,相比于常规天线缩小了32.3%,在适航标准要求工作环境下的工作性能也得到了实验验证。结果证明,实际测量最大读取距离在中国超高频RFID频段内（920 MHz～925 MHz）为4.6m;并且在不同尺寸的金属表面读取性能较为稳定,满足机载无源RFID标签的适航标准SAE AS5678的设计要求。针对于实际工程应用中标签需要与机载氧气瓶共型的问题,设计了一款能与氧气瓶圆环结构共型的标签天线。基于微带天线基础结构对其改进,加入矩形缝隙以及短路壁,短路壁结构能够更好的使标签天线与金属载具结合。首先设计了一款小型化宽频带的抗金属RFID标签,尺寸为42.7×16×1.6mm3;在此基础上,通过调节矩形缝隙以及馈电结构,最终设计了尺寸为46×20×1.6mm3,带宽为100MHz的抗金属标签。实验证明,其最大读取距离在北美超高频RFID频段内（902 MHz～928 MHz）为4.6m;而在实际氧气瓶安装环境下的性能测试中,标签距离为1.6m,满足机载无源RFID标签的适航标准中关于抗金属标签的设计要求。同时满足了低成本、宽频带的设计要求,有较高的实际应用价值。

关键词： 自动化码头   RFID   GNSS  

摘要： 自动化码头存在一系列安全问题,对此需要一套实时安全监测系统。这套系统主要基于RFID技术和GNSS技术,所以本文详细介绍了RFID技术和GNSS技术的工作原理、应用场景,并说明了如何将RFID和GNSS技术应用于自动化码头安全系统中。最后,本文介绍了RFID和GNSS技术在应用中的难点和不足,并展望了未来码头安全检测系统的发展前景。结合了RFID和GNSS技术的实时安全监测系统,能够保障自动化码头作业的安全可靠,同时进一步提高作业效率。

关键词： 结构健康监测   射频识别   喷墨打印   裂纹传感   柔性抗金属标签  

摘要： 铝合金作为航空航天领域最常用的金属材料,其重要结构飞行器壁板由于存在键槽、焊缝等应力集中部位,受到疲劳载荷和腐蚀环境的影响,在服役过程中极易产生裂纹,从而对飞行器的安全运行造成潜在的威胁。为减少安全隐患,需要利用结构健康监测技术(Structural Health Monitoring,SHM)对裂纹进行识别和定量化表征。结构健康监测是使用传感器来识别机械结构、民用和航空航天损坏过程的技术,利用结构健康监测技术可以对飞行器复合材料结构进行全寿命周期的健康监测,包括研发、服役及维护。近年来,射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)在结构健康监测领域的迅速发展,引起了科研工作者的广泛关注与研究。RFID技术是物联网感知层的重要技术,可以在无需接触的情况下进行自动识别。RFID技术与传感技术的结合,所制备的新型传感器也就是RFID传感标签具有无源无线传输、寿命长、成本低的优势,广泛应用于结构监测、环境监测、健康监测、流体检测等领域,也成为金属裂纹传感的热点研究。RFID传感标签是实现飞行器壁板裂纹检测与监测的有效方法。飞行器壁板呈网格构型,网格尺寸为100 mm×100 mm,焊缝交错纵横,易产生疲劳裂纹。据此,RFID传感标签在向柔性化、小型化、减薄化发展,与此同时,其传感和通信性功能受到一定程度的影响。所以探究适宜的标签天线设计及加工方法,在保证良好传感和通信的功能条件下,,制备更薄、更小,且适用于飞行器壁板工况的柔性抗金属RFID传感标签非常重要。本文的主要研究内容及结论如下:1)小型化、薄型化柔性抗金属RFID传感标签的设计。与国内外传感标签相比,尺寸缩小至49.2 mm×26 mm×0.85 mm。短路短截线结构天线的设计解决了标签在减薄时,天线阻抗与芯片阻抗匹配难以调节的问题;短路墙的设计增大了标签的面电流路径,利用标签在小型化时标签天线输入阻抗的调节;在914 MHz时,标签天线的功率传输系数为0.9973,接近1、S11=-13.7490 dB<-10 dB、Gain=-3.2398 dB>-6dB,所设计的标签具有较好的阻抗匹配特性、传输效率、辐射特性和通信功能。2)小型化、薄型化柔性抗金属RFID传感标签的制备。设计了压电按需喷墨打印定制化制备工艺,分别从基底材料、介电材料、天线墨层出发,激光处理提高了基底材料PI的表面自由能,改善了纳米银油墨在PI上的铺展性能;介电层的加入增强了天线墨层与PI之间的结合力,解决了天线墨层难以在较为光滑的聚合物基底材料上牢固附着的问题;天线墨层厚度减薄,改善了标的的签柔性,使具得标签有一定的循环使用效果。3)铝合金不同深度裂纹及不同位置裂纹的识别及定量化表征。以所设计及制备的柔性抗金属RFID传感标签的实际应用性能验证测试时,标签在金属环境下的最大通信距离为0.7 m,能够识别与表征同一裂纹位罝,宽度为1mm、深度为0 mm-3 mm,步长为1 mm的裂纹或宽度为1 mm,不同位置的裂纹,能够满足基本所需。本文设计及制备的小型化、薄型化柔性抗金属RFID传感标签,实现了铝合金壁板裂纹的识别和表征,对飞行器壁板构件裂纹的检测与监测具有一定的实际工程应用意义。

关键词： 服务设计   快递末端服务   射频识别   “最后一公里”配送  

摘要： 随着国内电子商务的飞速发展,B2C电商快递业务量持续增长,给快递物流行业带来了巨大的机遇。但同时也面临着许多挑战,尤其是在末端服务阶段,如何提高配送效率和质量,降低成本和对环境的影响,满足消费者的多样化需求,已成为亟待解决的问题。在此背景下,本文采用服务设计的方法,应用射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术对电商自营快递末端服务进行分析并优化,以提高快递末端服务的效率、安全性和用户体验。 结合文献研究成果,应用服务设计的工具对电商自营快递末端服务的模式、流程和用户需求进行了系统地分析,并明确了需要优化的服务关键点。调研结果表明,当前系统存在以下问题:自动化程度低,导致人工操作效率低、安全性差;服务模式缺乏多样性和灵活性,难以适应用户的不同需求,使得用户体验不佳。在此基础上,从技术与模式优化的角度,提出了基于RFID的电商自营快递末端服务的整体方案,包括设计策略、总体架构以及流程优化和服务蓝图。 在整体方案的指导下,完成了服务系统中的硬件设计和软件设计。在硬件层面,设计并细化了布局方案、RFID硬件部署方案以及RFID标签编码方案等,以改进包裹识别方式和取件方式,从而提升服务效率和安全性。在软件层面,遵循制定的设计原则,设计了小程序以及后台管理系统的功能结构和界面,以提升用户体验。 通过对优化前后的快递末端服务系统进行仿真建模,以评估基于RFID技术的服务设计方案对整体服务效率的影响,结果显示RFID的引入使得工作人员的工作强度降低了39.89%,入库速度提高了79.90%,整体服务效率提高了29.67%,验证了服务方案的有效性。 本文引入RFID技术,采用服务设计方法,分析研究了当前快递末端服务的现状和用户需求,提出了一套优化服务方案,该方案旨在提升服务效率、安全以及用户体验。通过仿真建模验证了系统方案的有效性,为B2C自营物流电商企业提供了一种创新的末端服务设计思路,也为RFID技术在物流快递行业的推广应用提供了有益的参考。

关键词： Sign language recognition   RFID   large kernel convolution   transfer learning  

摘要： Hearing impaired people use sign language for communication, which relies on the movement gestures of body parts and plays a vital role in human-computer interaction. Most wireless sensing-based gesture recognition studies have recognized simple gestures but overlooked the recognition of complex activities, such as sign language. In addition, cross-domain recognition often requires a large amount of data to train classifiers for each environment. Therefore, we propose RF-CSign, which aims to achieve high accuracy in sign language recognition and cross-domain recognition. First, we use Radio Frequency Identification (RFID) to collect signals and obtain denoised signals through data pre-processing, so that they can be processed in a neural network. Second, the RF-CSign network is proposed with the inclusion of large kernel convolution to reduce the complexity of the model and to make the model with long-range correlations, thereby enhancing recognition accuracy. Third, RF-CSign employs a pixel Normalization-based Attention Module (NAM) to enhance the stability of the model, thereby addressing the problem of model overfitting. Finally, RF-CSign achieves high accuracy in cross-domain environments through a migration learning approach. The experimental results showed that the average recognition accuracy of RF-CSign reached 99.17%, and the average recognition accuracy for new users and new environments recorded 96.67% and 97.50%, respectively.

关键词： Mobile robots  

摘要： Localization is one of the most important technologies of indoor service robots. The accumulated position error due to long-time driving makes it difficult to perform the location based service. In this paper, we propose a radio frequency identification (RFID) absolute positioning system that measures the position and direction of movement of the robot using only RFID information. When the robot is moving, the position error increases while the position measurement algorithm is updated, so in this paper, the position error is estimated and corrected to improve position accuracy. © ICROS 2023.

关键词： 振动感知   RFID感知   非接触式   电机转动   弦振动   频谱指纹   多标签融合   空间维度降噪  

摘要： 随着物联网基础设施的逐渐完善和人工智能技术的蓬勃发展,智能化、安全化的感知越来越受到人们的青睐。在工业物联网中,振动作为重要的现象普遍存在,如工厂中的发动机振动、各种电机的转动,弦的振动,都属于振动现象。而对振动现象进行检测,获取它们的振动频率和工作状态,是十分必要的。传统的振动检测方法,如基于红外线的激光转速仪(带反射贴纸),基于电磁的电磁转速仪,基于加速度计的振动传感器,都是接触式的,需要将检测仪器安装或者放置于振动设备上,才能检测振动频率。这样的方式不仅打扰到了设备的正常工作,还带有一定的危险性。而基于视频的振动检测,虽然是非接触式的,但是需要在有视距的情况下进行,如遇到遮挡或者在夜晚,检测方式就会失效。如何能非视距的情况下,实现安全的、准确的、非侵入式的振动检测,成为一个亟待解决的问题。本工作针对以上问题与需求,提出了一个基于RFID信号的非接触式振动感知方法,能够利用商用RFID设备,实现对振动/转动设备的非接触式感知,并针对感知更多设备、更高频率、更远距离三个目标研究并拓展了系统的性能。现将本文的主要内容和成果总结如下:1、感知模型方面,设计了基于RFID的振动感知模型与频率恢复技术。为了透彻的理解RFID如何感知振动,我们建立了一个基础且通用的振动感知模型。首先我们研究了振动/转动对信号传播路径的影响,然后将这种影响与接收信号的变化相对应,成功建立了振动频率和接收信号之间的联系,即通过相位的频域获取振动频率。然而RFID采样率低(100Hz),难以恢复50Hz以上的振动频率。对此我们通过引入压缩感知技术,成功完成了高频信号的恢复,使得感知100Hz的振动仅有0.14Hz的误差。恢复信号后,我们又设计了人工噪声辅助算法,成功区分了振动频率和噪声频率。最后,基于以上所有方法,我们设计了 RF-Ear振动感知原型系统,通过丰富的实验评估了系统的各项性能,并针对室内常见设备(如风扇、搅拌机)和工厂常见设备(如风机、真空泵)做了实地测试,展示出良好的性能。2、多设备感知方面,设计了基于频谱指纹的多振源感知和故障检测技术。为了解决多个设备同时振动带来的感知频率和振动设备无法匹配的问题,我们提出了基于频谱指纹的多振源感知技术。当存在多个同时振动的设备时,系统感知的多个频率无法和设备相匹配。我们观察到即使相同型号的设备,其硬件结构也有些许不同,这会反映在信号的频谱特征上。基于此,我们构建了振动设备的频谱指纹,成功将频率和设备关联到一起。同样的原理,我们也构建了设备振动故障时的频谱指纹,使得系统可以检测各种振动故障。最后,通过实验验证,系统凭借单个标签,以90%的准确率感知4个同时在振动的设备,以98%的准确率识别6种振动故障,并且对通过优化频谱指纹,使得计算延迟降低了1倍的情况下,准确率仅下降了 2%。3、高频谱感知方面,设计了基于多标签融合的高频弦振动感知技术。为了让系统感知更高频率的振动,以弦振动为例,我们设计了基于多标签融合的压缩感知技术。相比于电机转动(0～100Hz),弦振动的频率更高(100～1000Hz)、振幅更小(小于1cm)、振动时长更短(0.5～2s),单个标签的采样已经不足以恢复其频率。对此我们分析了压缩感知的误差来源,然后从测量矩阵的优化入手,利用多个标签同时采样,重新构建测量矩阵,丰富了非零元素个数,变相的增加了采样率,最终提高了压缩感知的性能。实验表明在4个标签的情况下,仅以1.2Hz的误差可恢复高达880Hz的弦振动。另外,基于此技术,我们设计了弦振动音乐感知系统RF-Recorder,并以吉他弹奏为例,展示了系统如何记录人在演奏过程中所弹的和弦。实验显示,系统对单弦的识别准确率在94.4%,对和弦的识别准确率在96.8%。4、远距离感知方面,设计了基于空间维度降噪的远距离振动感知技术。为了让系统有更远的感知距离,我们设计了基于空间维度的降噪技术。如果系统对每个标签的相位数据,沿着时间维度进行降噪,那么对于电机转动(转轴长4cm),在0.2Hz的误差下,极限感知距离只有0.3m。为此,我们转换了思路,利用多标签同时采样,对每个时间点的相位数据,沿着空间维度(标签序列)进行降噪,使得在同样的情况下,极限感知距离可达1.2m。我们从原理上进行了分析:对于时间维度降噪,设备处于振动状态,振动信号和噪声都处于动态分布中,若信噪比较小,振动信号容易被当成噪声滤掉;而对于空间维度降噪,设备处于静止状态,只有噪声处于动态分布中,最终只有噪声被过滤。我们通过实验证明,在采用10个标签的情况下,基于空间维度的降噪,比起时间维度来说,平均极限感知距离扩大了 4倍,展示出优越的性能。