率，可以估计出移动站到基站的大致距离为。这样对个基站来讲，动目标必处于以为圆心，为半径的圆上。当采用三个或三个以上的基站对同个目标进行测距时，即可以测得该移动站的所在位置。图理想情况下的定位示意图图较小误差时定位示意图在图，基站接收到来自目标的不同强度信号，就可以估计出三个不同距离，在理想情况下可以得到目标恰好位于三个圆的相交点。对于存在较目标目标小误差的情况，基站的覆盖范围往往不会精确相交于个点，此时般获得的目标位置常常是片区域，如图示，目标位于三圆的交集区域内。然而，信号并不只因为传输距离而产生衰减，其他因素如穿越墙植物金属玻璃车辆等都会对信号功率产生影响。在这种方法中，无线信号传输过程中的多径效应和通过障碍时产生的阴影效应是产生定位误差的主要原因基于信号传播时间特性的定位算法。基于信号传播时间的定位算法实现起来比较容易，与相比较，在参与定位的基站数目相同的情况下能够提供更高的定位精度。它主要有两种具体的实现手段。第种是测量信号到达时间，定位法，该方法亦称为基站三角定位法，通过测量从移动目标发出的无线射频信号，到达多个个或个以上基站的传播时间来确定移动目标的位置。方法的模型类似于场强定位法。只是场强定位法中圆半径依靠信号强度估算得到，中则依靠传播时间与电波传播速度求得。已知电波传播速度为，假设目标移动终端与基站之间的传播时间为，则目标移动终端位于以基站为圆心，以移动目标到基站的电波传输距离为半径的定位圆上，由此，由三个基站定位圆的交点即可确定目标移动终端的二维位置，更多基站定位球体的交点即可确定目标移动终端的三维位置。另种基于信号传输时间特性的定位方法是测量不同基站接收到同移动目标的定位信号的时间差并由此计算出移动目标到不同基站的距离差。法与方法相似，也是利用距离等于速度乘以时间，但它利用的是不同基站之间的时间差，不同的时间差可以计算出移动目标到不同基站的距离差。移动目标到任何两个基站的距离差可以在两个基站之间给出条双曲线，目标定处于该曲线之上。如图所示图示意图当同时有个基站参与测距，由多个双曲线之间的交汇区域就是对移动目标位置的估计。由于基于信号传播时间的定位算法是以时间为基准的，多径效应和非视线传输所带来的传输时延是定位误差的主要原因，所以在实际的系统中，测距结果般都要大于基站与移动站之间的实际距离。区域定位法。基站接收到目标发送的信号后，就认为该目标处于该接收器所在区域内，这方法也就是经典的射频识别技术方法。如图中，在二维空间内，基站信号接受范围为以为圆心，根据度量指标得到的距离为半径的圆。覆盖范围外有目标节点，由于信号无法由基站接收到，因此无法判定目标位置覆盖范围内有目标节点，因此系统判定目标至在基站区域内。图中所示为二维空间区域内的区域定位法，此方法同样适用于三维空间，只不过此时基站覆盖范围为以为圆心的三维球体。图区域定位法示意图通过以上各种算法的对比，以及结合的本系统基于空间划分的定位环境，在系统的算法选择上，采用区域定位的方法作为主体算法。多边形重心相关算法由于在本系统的实现过程中，阅读器采样通常只能得到标签的有限个离散数据点，下面通过物理学中求平面薄片重心的原理推导出了两种通用算法。累加和求重心设平面上有个离散数据点，其多边形重心，可以用公式求出。这是求多边形最简单直观的方法。可以直接利用离散数据点的，坐标就能求图形重心。算法定理已知三角形的顶点坐标，。它的重心坐标为定理已知三角形的顶点坐标，。该三角形的面积为边界构成逆时针回路时取。原理将多边形划分成个小区域，每个小区域面积为，重心为利用求平面薄板重心公式把积分变成累加和由前面所提出的原理和数学定理可以得出求离散数据点所围多边形的般重心公式以，⋯，为顶点的任意边形⋯，将它划分成个三角形，如图所示。每个三角形的重心为面积为。那么多边形的重心坐标，为图多边形重心计算算法二定理以，⋯，为顶点的边形⋯面积为边界⋯构成逆时针回路时取，顺时针回路取号根据定理可以得到任意边形⋯的重心，为第章系统详细设计总体概述本系统是在环境下使用程序语言进行编写的，主要功能是从原始数据的采集数据的处理到数据的分析，最终根据数据的分析结果，从而绘制出目标物体本系统中为阅读器的运动路径，实现了基于的路径检测的功能。系统详述以下按照数据处理的过程，从系统初始化数据采集和处理以及路径的计算绘制三个方面逐阐述。系统初始化本系统的初始化可分为实际运行和模拟测试两种情况。实际运行阅读器和机通过串口相连接，在定的波特率下，实现数据通信。阅读器的相关函数说明见表表相关函数说明函数名称功能说明输入参数参数说明返回结果打开阅读器串口句柄返回结果为代表执行正确，其他为。计算机与阅读器通讯的联接类型，为代表串口，为代表网络接口。串口联接时为串口文件名，网络联接时为阅读器的地址。设置计算机和阅读器之间通讯的波特率串口句柄返回结果为代表执行正确，其他为。波特率设置值，取值为，分别对应的波特率值为。需要注意的是，通常的的串口为，代码为，但是当使用作为代替时，系统会自动将设置个虚拟串口。机和阅读器成功连接之后，需要将标签的相关信息输入到本系统中，作为路径检测的依据。以上为系统初始化的过程，完成上述工作后，即可使用阅读器进行实际的数据采集工作。模拟测试不需要实际将和阅读器相连接，在确认模拟状态后，系统会将测试函数中标志位的值置为，然后在模拟状态下循环调用相关函数，为每个网格分配个此步骤即是实际采集中的标签的信息输入过程。流程如图所示图卡片的录入流程在分配后，用户即可以鼠标点击的方式模拟读卡器的功能。数据采集与分析数据采集在系统初始化完成之后，即可进行数据的采集工作，通过阅读器和标签的实时通信，将标签的位置信息收集到机中。在模拟的信息采集的过程中由于，已经录入号的网格会被填充为绿色。如图所示图网格如入号完成图无论是模式测试还是实际连接在完成号的录入之后，都要进入识别状态才可以进行路径的计算和绘制。图识别状态在以上步骤完成之后，点击开始识别按钮进入识别状态，图中所示的即为识别状态，从图中可以看到，原先被填充为绿色的网格，在识别状态下是没有颜色的，只有当有卡片被识别到的时候，网格才会有颜色的填充和路径的绘制。路径绘制在识别状态下，系统会根据读到的卡片的位置信息进行计算，并绘制路径。如图所示图路径绘制的轨迹图中网格中被填充为红色的代表当前读到的卡片，例如图中的左上角的四个相邻的卡片同时被读到，那么通过以上信心系统会根据相应的算法计算出，能够读到这四张卡片的阅读器的最有可能的位置。系统测试对比测试对第四章提到的些内容进行有针对性的测试，并对得到的结果进行分析和功能性的评价。主要进行对比的是对于路径的计算有较大影响的些关键点的计算。包括阅读器误读点的剔除相邻点的甄别的对比和分析。如图中所示，两个点的距离相对过于接近，在没有进行优化之前系统会直接使用取得的位置信息进行计算，从而绘制出如图所示的路径。图相邻点的筛选处理前图相邻点的筛选处理后经过优化之后，系统会根据预先设定的值进行筛选，系统当前默认的为个单位长度，由图中可以看出两个点之间的距离不超过个单位长度，因此在点先被采用的情况下，点会被抛弃，不参与路径的绘制。通过上述对比可以看出，优化后的路径绘制的整体趋势更加明确，路径的曲线接近实际路径。以上是对于相邻的相对过于接近的点的甄别和筛选的对比，下面是针对阅读器读入的异常点处理前后的对比。在没有进行原始数据的处理对于异常点的剔除之前，阅读器误读到的异常点都参与了路径的计算，绘制的路径如图所示图剔除异常点之前在图中，红色代表读到的卡片，每次计算的时候，都读到了个卡片的信息，但每次都有个与整体偏离较大的卡片被读到，那么阅读器的位置应该处在四个接近的卡片所识别的范围之内，可是由于阅读器误读到其他的卡片并且没有将误读的点剔除，导致最终路径点的计算和实际有很大的偏差。优化之后，所有的异常点均被剔除，没有参与到路径的运算当中，如图所示。通过两幅图中路径轨迹的对比，能够明显的看出后者的路径轨迹更为精确。图异常点剔除之后整体测试对系统所具有的功能进行全面测试，得到测试结果并做出相应的功能性评价，具体结果如下表和表所示表系统测试记录实际操作名称操作流程操作结果和输出设备连接将阅读器与机的串口相连接，检查完成，点击主界面上的连接设备按钮系统没有打开串口失败和设置失败的提示，连接成功设置精度点击主界面上的设置精度按钮，在弹出的对话框中输入精度设置精度为录入标签点击网格内的相应位置，并将对应的标签靠近阅读器网格由白色变为绿色，录入标签信息成功读入文件如之前录入过标签信息，则需要点击文件，在下拉菜单中选择打开，找到录入的文件网格中录入信息的部分变成绿色路径识别点击主界面上的开始识别按钮，实验人员携带阅读器，按定路线移动随着阅读器的移动，网格上的轨迹不断被更新停止识别点击主界面的停止识别按钮网格上的路径不再改变，作为最终的结果表系统测试记录模拟操作名称操作流程操作结果和输出模拟开始不需要设备