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关键词： Surgery  

摘要： Objective: To evaluate a novel technology for real time tracking of RF-Identified (RFID) surgical tools (Biotic System), providing intraoperative data analytics during simulated cardiovascular procedures. Ineffective asset management in the Operating Room (OR) leads to inefficient utilization of resources and contributes to prolonged operative times and increased costs. Analysis of captured data can assist in quantifying instrument utilization, procedure flow, performance and prevention of retained instruments. Methods & Results: Five surgeons performed thirteen simulated surgical cases on three human cadavers. Procedures included (i) two abdominal aortic aneurysm (AAA) repairs, (ii) three carotid endarterectomies (CE), (iii) two femoropopliteal (fem-pop) bypasses, (iv) thoracic aortic aneurysm repair, (v) coronary artery bypass graft, (vi) aortic valve replacement, (vii) ascending aortic aneurysm repair, (viii) heart transplants, and (ix) mitral valve replacement. For each case an average of 139 surgical instruments were RFID-tagged and tracked intraoperatively. Data was captured and analyzed retrospectively. Of the 139 instruments tracked across each of the 13 cases, 55 instruments (39.5%) were actually used, demonstrating a high level of redundancy. For repeat cases (i.e. CE/AAA/fem-pop): (i) average instrument usage was 41 ± 3.6 (8.8% variation) for CE (n=3);(ii) average instrument usage was 69 ± 4.0 (5.8% variation) for AAA (n=2);and (iii) average instrument usage was 48 ± 2.5 (5.3% variation) for fem-pop (n=2). Results also showed a reduction in end-of-procedure instrument counting times of 58-87%. Conclusions: We report on a method for collecting intraoperative data analytics regarding instrument usage via RFID technology. This system will help refine instrument selection, quantitate instrument utilization and prevent inadvertent retention in a patient. This should help increase efficiency in packaging and sterilization and let surgeons make objective decisio

关键词： 射频识别   相位   双重认证   物品认证  

摘要： 射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是一种利用射频信号实现非接触式的无线通信技术,RFID阅读器可以读取识别范围内的多标签数据。RFID技术是物联网感知层的重要组成部分,已广泛应用于身份认证、物流运输、安全溯源等领域。特别是在身份认证和物流运输应用中,对RFID标签所标识的对象进行安全验证,以此来保证RFID系统安全。本文针对RFID技术在身份认证和物流运输应用中存在的安全隐患,分别提出双重认证方法和物品认证方法,提高RFID系统应用安全。主要研究内容如下:(1)针对身份认证中存在的假冒攻击、重放攻击、模拟攻击和暴力破解攻击等安全问题,本文基于RFID标签间的感应耦合原理并结合人体手指的阻抗,提出一种双重认证方法,在抵抗常见攻击的情况下,实现对人和标签的双重认证。由于信号在传播过程中,信号中的相位值会发生跃变并易受到周围环境的影响,本文采用相位解缠算法和卡尔曼滤波算法去除相位跃变点和周围噪声的影响。针对无法保证认证者每次在认证时产生的相位特征曲线的幅度和长度都相同的问题,本文提出相位特征优化算法考虑了特征曲线幅度和长度的差异。基于提取的特征,采用K最近邻分类算法结合优化的快速动态时间规整算法实现标签和人的双重认证。(2)针对物品在运输过程中存在被替换的安全隐患,本文基于不同物品对RFID信号有不同的反射能力的原理,提出一种物品认证方法,实现在不拆开包裹的情况下对物品进行认证识别,解决物品在运输过程中被非法者替换的安全问题。针对RFID系统中相位跃变和噪声问题,本文采用相位去缠算法和小波去噪算法对相位数据进行预处理。由于RFID信号除了被包裹中的物品反射之外,环境中的其它物品同样会反射RFID信号,本文分析了信号传播模型并建立了特征提取模型,只提取与包裹中的物品相关的反射信号。搭建卷积神经网络模型,利用卷积神经网络训练学习RFID信号特征,实现物品运输过程中的安全认证。(3)针对以上提出的双重认证方法和物品认证方法,结合RFID硬件设备、系统架构设计、工作流程设计以及数据表设计,本文实现了基于RFID的物流运输安全认证原型系统并对相关功能进行测试,验证了双重认证方法和物品认证方法的合理性和可行性。利用双重认证方法,验证领取物品的乘客的合法身份,防止物品被误领。利用物品认证方法,认证物品在运输过程中的安全性,防止物品被非法者替换。

关键词： 室内定位   RSSI   算法优化   最小目标区域块   边界虚拟标签  

摘要： 随着新兴产业的迅速发展和人们对位置服务需求的大量增加,室内定位得到了更多的关注,相关研究也不断深入。但传统卫星定位技术难以为室内目标提供高精度的位置服务。RFID技术以其多目标识别、成本低廉等优势被广泛应用于室内定位研究中,具有提供大众化商业位置服务的潜力和空间。室内情境物理环境复杂、无线信道特殊,RFID技术具有较好的非视距识别能力。本文针对基于RSSI的RFID室内定位算法展开研究。 在介绍本研究课题的基础上,详细分析了室内定位技术的研究现状,介绍了基于无线电波、光学和声学的定位技术,总结了各类定位技术的技术特征和适应情境,并在此基础上分析了RFID室内定位技术的的研究现状,对其定位算法及优化进行了分析。对RFID室内定位技术涉及的相关理论技术等作了较为详细的介绍。阐述了室内无线传播特性及模型。分析了室内信道环境的复杂性和特殊性给室内定位带来的问题,包括非视距传播和多径效应,并介绍了主要的传播模型,分析了主流的RFID室内定位原理。 基于RSSI的RFID室内定位算法的主要代表为LANDMARC定位算法和VIRE定位算法。LANDMARC定位算法通过布设标定位置的参考标签,并根据信号强度接近程度来提供位置估计,减少了阅读器的使用,大幅降低了成本。邻近参考标签和定位目标所处无线信道较为相似,能够适应复杂的室内信道传输环境。针对部分参考标签关联度异常的情况,对局部不良标签进行了关联度修复,有效防止了定位算法对位置估计的偏差和定位系统的紊乱;针对选取邻近标签过程中易出现的标签误选问题,提出了最小目标区域块的改进思路,即先缩小目标定位区域,减少不良标签的影响,再对目标标签位置进行估计,提高了定位系统的精度和稳定性。仿真实验结果表明,在不增加额外硬件投入的情况下,有效改善了原算法的定位精度。 VIRE算法引入虚拟参考标签,在不增加额外硬件投入的情况下,大幅提升了定位效果。本文分析了VIRE定位算法的特点,研究了虚拟参考标签密度和邻近虚拟参考标签阈值对该算法的影响,针对虚拟标签阈值的选取问题提出了自适应阈值选取的措施;针对边界目标的定位效果较差的问题,通过引入边界虚拟参考标签,建立邻近虚拟电子地图,融合了邻近虚拟标签的个体信号强度权重因子和所在聚类的群类权重因子进行定位。仿真实验结果表明,改进的VIRE算法对比原VIRE算法有明显改善。尤其是对于边界附近的目标标签改善效果较为明显。

关键词： 电流体喷墨印刷   原位电沉积   银纳米线   RFID   标签天线  

摘要： 在后摩尔时代,柔性电子技术突破了传统硅基电子学的局限,引发了新一代的技术变革。在不同种应用于柔性电子领域的制造技术中,印刷电子技术是目前的研究热点。电流体喷墨印刷技术由于可以克服传统喷墨印刷喷嘴内径的限制,从而具有较高的分辨率。然而,电流体喷墨印刷技术是一种使用静电力进行沉积的物理手段,其往往会墨水的导电填料连接松散,其间具有较大的接触电阻,其性能会受到限制,因此需要各种后处理手段来提高印制图案的各方面性能。但是目前各种后处理手段仍然面临着各种局限性。本论文首次提出银离子原位电沉积电流体喷墨印刷技术,结合了高分辨率的电流体喷墨印刷技术与电沉积技术,以进行银纳米线间的纳米连接,降低其间的接触电阻,从而极大提高印制银纳米线的各项性能。首先,利用多元醇法制备具有高长径比的银纳米线,优化工艺并探究影响银纳米线的形貌与尺寸的机理。通过调节导电墨水的溶剂配比与分散剂浓度来达到合适的润湿性以及粘度。在电流体喷墨印刷银纳米线墨水部分,得到最适合进行稳定且高精度印刷的工艺参数。下一步将印制银纳米线RFID天线接入电压系统负极后,利用含银离子墨水在进行电喷印的同时进行电沉积。通过优化参数、分析并总结纳米连接的机理。最后对未经纳米连接的银纳米线RFID标签天线与经原位电沉积处理后的RFID标签天线进行性能及稳定性进行分析。研究结果表明:通过优化合成银纳米线的四项参数,得到了直径为36 nm,长度为15μm的银纳米线。确定墨水溶剂配比为乙二醇:水=3:7,分散剂PEO的质量分数为2%。经电流体喷墨印刷得到的银纳米线线条最小宽度为20μm。经处理后的银纳米线网络的方阻从14.8Ω·sq-1降至2.13Ω·sq-1。使用HRTEM手段得到了连接处的高分辨图像,并且在选定区域内得到了FFT衍射花样。通过比对处理前后的透射电镜图像,证明了银纳米线网络产生了连接。在进行银离子原位电沉积电流体喷墨印刷过程后,印制RFID标签天线的最低回波损耗由-13.31 d B降至-21.02 d B,且带宽有所提升,说明经原位电沉积处理后的RFID标签天线具有着更加优异的性能。

关键词： 无线射频识别（RFID）   RFID网络规划   多目标优化   头脑风暴优化算法   自适应选择概率  

摘要： 射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）是实现物联网的关键技术,RFID技术应用范围广泛,如车辆管理、生产管理、人员管理、食品安全等领域。RFID网络规划（RNP）是RFID研究领域最具有挑战的难题之一,RNP是一个典型的多目标优化问题,为了让RFID系统有效覆盖标签,应找到规定区域内阅读器的总数以及它们应该放置的最佳位置。本文为解决RFID网络规划问题,将改进的群智能优化算法应用到RFID网络规划中,目标是调整部署阅读器的数量和位置,使阅读器的覆盖范围更大、阅读器之间的干扰更小、负载均衡更合理、经济成本更低、功率损耗更小,本文主要的研究成果和创新如下:1.本文提出了一种改进型头脑风暴优化算法（GABSO）,并基于此方法建立了一个静态优化模型来优化阅读器位置。改进算法解生成操作进行改进,在原始的BSO算法中引入了学习算子以及黄金正弦算子,与原始算法相比,改进的算法在勘探与开发之间达到了平衡,能有效避免算法陷入局部最优。在相同的仿真实验环境下,将GABSO算法与其他群智能优化算法进行比较,首先在基准测试函数上验证了改进型头脑风暴优化算法的优越性能,其次将算法应用在两个RNP实例场景下,考虑了标签覆盖率,阅读器干扰,经济效益以及负载均衡四个指标,实验结果表明GABSO在标签覆盖率上比多群体粒子群优化算法（MCPSO）提高了4.53%,比布谷鸟算法（CS）提高9.62%,比头脑风暴算法（BSO）提高7.70%。这一实验结果验证了GABSO算法在处理RFID网络规划问题上具有有效性。2.静态RFID模型存在阅读器辐射功率不可变的缺点,并且加权和方式难以确定权重系数,本文针对此问题设计了一种多目标动态优化模型,提出了一种基于分解的改进型多目标头脑风暴优化算法（IMOBSO）:采用了一种自适应选择概率,避免预设选择概率,并对解的更新方式进行重新设计,利用分解的方式将RNP的多目标问题转变为多个子问题,提升了搜索效率。在相同的仿真实验场景下,通过测试函数验证了IMOBSO算法在处理复杂多目标优化问题上的有效性,并将算法应用在六个RNP实例场景,考虑了标签覆盖率、阅读器干扰水平、部署的阅读器数量以及功率损耗四个指标。实验结果显示IMOBSO算法在标签覆盖率上比多目标粒子群优化算法（MOPSO）提高了8.10%,多目标萤火虫算法（MOFA）提高5.21%,比多目标头脑风暴算法（MOBSO）提高6.32%。实验结果表明IMOBSO算法可成功应用在RFID动态网络规划中,可以更好地优化RFID网络的主要目标。

关键词： Radio frequency   Identification   Biometric technology   Library management system   Authentication  

摘要： This paper presents a smart library management system based on the combination of RFID technology and the biometric recognition system to upgrade the performance of conventional library management. In particular, the proposed design combines a radio frequency identification (RFID) and Biometric technology to enhance user-processing time, improve user service, and curtail book theft, to ease updating of new books and further increase the biometric security of the system against an imposter. Using MySQL, the internet of things (IoT), and Java programming, we design a system that provides the user with unrestricted access to online library facilities with a personal computer or mobile devices. For improved efficiency, the proposed design integrated with SMS and an email alert notification system. The proposed design, thus allows the user to access books and course materials from a remote location in an authenticated and secured manner The system performance was compared to the manual method in terms of book positioning function, false rejection rate, false acceptance rate, counting efficiency, average time spent on booking searching and the results show that the proposed system outperforms the conventional (manual) library system.

关键词： Metals  

摘要： A novel compact two-side anti-metal tag antenna for radio frequency identification (RFID) applications is proposed in this paper. The proposed tag antenna is composed by three aluminum patches separated by two layers of foam substrates. Particularly, the middle patch of the antenna is designed as three nested deformable rings for the miniaturization of antenna and realizes better power transmission coefficient (PTC) between the antenna and tag microchip. The antenna operates at the center frequency of 915 MHz and maintains a compact size of 35 mm×22 mm×2.15 mm (0.1068λ0 ×0.0671λ0 ×0.0066λ0). When the front or back side of the tag antenna is mounted on a large background metallic plate and tested with an effective-isotropic-radiated-power (EIRP) of 4 W, the antenna can achieve the maximum read distances of 6.23 m or 6.08 m. The tag antenna shows various advantages, including small size, low profile, and good antenna performance. Most importantly, the proposed tag antenna has two-side anti-metal property compared to a traditional single-side anti-metal antenna, which fulfills the emerging demands in the industrial internet of things field. © 2022, Electromagnetics Academy. All rights reserved.

关键词： 人流量检测   RFID   RSSI   模糊集   信号分解  

摘要： 随着信息时代的发展,各种物联网相关的技术得到了蓬勃发展,人流量监测作为物联网应用之一,能够通过检测场馆或房间内的人员流动从而实现智慧场馆,尤其在如今后疫情时代,对辅助控制场馆人流量防止疫情扩散有着重要意义。现有的人流量监测系统主要集中于传感器、摄像设备等。基于传感器的方式检测人数少,基于摄像设备依赖环境程度大,需要良好的光线、视角,通用性受到极大的限制。这让不需要考虑环境光线、成本较低、易于部署的基于无线射频识别技术的人流量监测方法脱颖而出。因此,本文构建一个基于商用RFID的非接触式人流量监测系统。首先,由于信号是连续采集的,系统需要对连续的人流量进行分割再实现计数。由于连续人流数据量大且难以发现规律性,因此并不能直接对连续的人流量进行监测,为此需要对采集的人流量信号进行分段。对此本文提出基于KL散度的动态阈值信号分割方法。算法在KL散度的基础上,加入动态阈值,能够更准确检测人流的起止点,从而实现对采集信号中每一波行人进行精准分段,获得完整的人流量信息,为后续人流量监测做好准备。其次,本文验证信息熵和模糊熵与人数的关系,发现单一的熵信息无法很好的描述人流量特征。为了更好的分析采集到的信号,本文试验两种信号分解方法,一种是基于模糊聚类的标准搜索最优基,本文就核心判别函数进行改进;另一种则是基于经验模态分解的信号分解方法。在此基础上对人流信号片段进行分解,从而获得信号中更为精细的人流量信息,提取信号中的概括性特征。同时提取标签间的皮尔逊相关系数作为特征,为系统精度的提高做出贡献。最后,为了验证系统的性能,使用商用RFID设备在实验场景中实现系统进行实验。分别对两种信号分解方法以及接收信号强度和相位信号对系统精度的影响做出评估。在实验性能上,通过大量实验的对比,验证系统能够很好的进行人流量监测,即使在人数为8人的情况下的分类准确率依然能够达到92.5%。

关键词： Battery-free   Beamforming   IoT   RFID   Soft robotics   Wireless  

摘要： The past decades witnessed a proliferation of wireless systems research that has focused on designing more efficient communication and novel sensing applications. However, another well-known capability of wireless has arguably received less attention: the ability to heat, and more generally, provide energy. As an example, consider the microwave oven, a nearly 50-year-old invention that to this day continues to remain largely similar in capability, blasting energy blindly to re-heat food without advancing significantly in terms of fine-grained heating capabilities. Similarly, the existing energy delivery systems for powering battery-free IoT tags energize its surroundings blindly, constraining the battery-free tags to be detected only at specific checkpoints—a range of 5-15 meters at best. While precise control of wireless signals, also known as beamforming, has been an important solution in improving wireless communication systems’ throughput and signal-noise ratio, these systems have not directly translated to innovations in wireless systems for heating and energy delivery more broadly. In this dissertation, we build a suite of blind beamforming systems that deliver precisely controllable wireless energy to battery-free devices (e.g., RFID) and objects (e.g., pizza). First, this thesis describes PushID, a beamforming system that powers battery-free RFID tags at scale. Second, inspired by PushID, we present SDC, a redesigned microwave oven system to heat food in a software-defined and fine-grained thermal trajectory. Further, we build on the same heating principle to develop WASER, which moves electronics-free soft robots using wireless beamforming. Besides these, this thesis demonstrates novel battery-free soft materials that can efficiently harvest wireless energy and be capable of advanced sensing capabilities.

关键词： 生物样本管理   多码识读仪   低温存储   人机工程学   射频识别  

摘要： 随着我国生活水平的提高以及医疗产业的不断完善,各类医院产生的化验样本和研究类存储性样本与日俱增,生物样本的管理需求越来越大。当前,转化医学、再生医学和精准医学是现代医学蓬勃发展的重要推动力量,其发展离不开生物样本库的基础及临床研究。而标准化、高质量的人类遗传样本是实现重点人群、重大疾病的临床科学研究、临床诊疗技术研究、药品开发及产业化等的重要基础资源。检测技术升级、医疗系统改进带来样本管理新需求,同时样本量的猛增,样本价值的凸显倒逼生物样本管理规划水平提升,全球疫情防控下,样本非接触式管理迫在眉睫。在样本管理的流程中,样本的信息识别、存取、追溯串联起整个系统,因此作为核心技术的生物样本识读系统至关重要。在物联网技术发展支持下,识读技术的迭代发展,是实现整个识读系统升级的关键。升级的要点是将现有的识读技术发展为双通道,进行结合的模式,将数字码和RFID芯片有效的合一,形成互相验证、双保险的多渠道识读新方式。RFID码的融入将加快系统信息化和自动化,特别适合重要的样本信息存取以及非接触式的场景。保留条码则使得应用设备具有更强的适应性,也为RFID技术的普及争取时间。由于RFID技术的融入将造成整套识读流程发生改动,这种变动的分析也是本文设计的核心内容。本文以目前各地样本库发展现状为基础,对样本库现有的设备使用流程进行分析,并探讨在新型的管理方式下,样本低温存储标签识读仪的存在和应用方式。通过对于识读仪的使用场景、技术路线、人机设计、外观效果等进行多方面的调研和深入的细节挖掘,分别从人机工程学、5G技术下的识读仪设计和服务设计三方面总结出多码识读系统的相应设计研究。研究详细说明生物样本低温存储下信息化管理研究的背景与意义、论文的研究内容侧重于多码识读系统、研究思路以及最终要实现的目标。并通过详细阐述生物样本库、生物样本信息化管理等相关概念;国内外对于生物样本库现状研究以及存在的问题与不足,包括对低温存储和生物样本信息数据读取的现状分析;并对识读系统所应用的关键技术和设计原则做了细致阐述。同时结合实地调研、用户和专家访谈、文献阅读等方法进行多码识读设计的需求分析和触点分析,通过分析明确样本实体库和信息库的流程,并对现存问题进行分析概括,提出多码识读系统加强有效性、自动化、非接触监控机制的思路来解决现有问题。旨在融合RFID技术进行多方式的识别,从而大大减少低温情况下信息丢失问题的发生,以保证生物样本的安全和数据存储共享最优。再通过系统的分析条码与RFID技术,透过分析搭建融合RFID技术和数字、图形码技术的新架构,提出加入RFID技术后流程的变化及如何实现生物样本信息的存取与流动。基于RFID技术设计的特殊性、在明确识读系统研究整体思路和原则后,对生物样本库管理系统中的识读部分进行需求分析。逐步明确RFID生物样本识读系统流程,开发适用于RFID生物标本系统的读写设备,并以渲染图、3D打印模型、APP界面设计的形式进行设计输出。本研究着重于提出设计方案和方案验证阶段。设计生物样本多码识读系统。提出系统总体架构之后,对系统功能、主要产品(包含冻存管、冻存盒及其对应识读仪和样本移动载体)、样本流通流程进行了详细设计,并对多码识读系统的设计效果进行总结分析、回顾和展望。本文创新点是在目前已有技术的应用基础上增加RFID技术,达到多渠道信息识读,以实现即时地掌握生物样本信息在生物样品库信息系统过程中的存储状态,并将与其数据联系的所有设备的数据相关于记录单、操作和日志记录等,使信息系统流程的管理智能化。在这一过程中运用射频识别技术、人机工程学、交互设计等多种方法提升设备操作舒适性、美观性和便携性,为开启完全或部分非接触式的模式奠定基础。本项目的研究对于药物研究、传染病防控以及未来城市医疗韧性的加强具有一定的意义,为社会的稳步发展提供了保障。