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德國研發(fā)RFID機器人 從事災(zāi)害搜救工作

2008-04-23 14:30 RFID射頻快報

導(dǎo)讀:目前,德國研究人員已研制出一種RFID編碼系統(tǒng),由機器人和人類一起參與災(zāi)害區(qū)的搜救工作。此系統(tǒng)會將受災(zāi)害影響的地區(qū)以地圖的形式呈現(xiàn)出來并將災(zāi)害信息發(fā)送到指揮中心。

  以前,德國災(zāi)害營救人員在經(jīng)過發(fā)生2005卡特里娜颶風(fēng)的新奧爾良時,會在建筑物上做些標(biāo)記,以告知后面的人員或者警告那些迷失方向的人:他們已經(jīng)到達了特殊地帶。

  現(xiàn)在,德國研究人員已研制出一種RFID編碼系統(tǒng),由機器人和人類一起參與災(zāi)害區(qū)的搜救工作。此系統(tǒng)會將受災(zāi)害影響的地區(qū)以地圖的形式呈現(xiàn)出來并將災(zāi)害信息發(fā)送到指揮中心。



為繪制地圖,該研究小組使用裝有RFID讀寫器天線(與地面平行)的機器人,讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)。



  一研究人員亞歷山大將此項系統(tǒng)形象化地比喻成螞蟻,“螞蟻在偵查某一地區(qū)時,會給同伴留下氣味蹤跡?!?/FONT>

  此系統(tǒng)的工作原理如下:救援人員和機器人一起把RFID標(biāo)簽貼在受災(zāi)難襲擊的建筑物上,然后記錄關(guān)鍵信息,其他人員只需使用PDA讀取信息,然后采取行動。另外,所有的數(shù)據(jù)集合起來就會確定標(biāo)簽的具體位置,并為指揮中心提供一致的地圖。

  去年,在大學(xué)校園里研究人員使用無源RFID標(biāo)簽,對此項系統(tǒng)進行了測試。2008年初,研究人員使用有源標(biāo)簽測試了只有機器人參與的系統(tǒng)。下面詳細(xì)介紹這兩次測驗。

  無源RFID測繪實驗

  第一個實驗,于2007年4月由在弗賴堡的六人組進行,采用了Tagsys提供的無源13.56 MHz RFID標(biāo)簽和Medio S002讀寫器。每個組員配備了一個電子羅盤,一個電子計步器和一副手套,內(nèi)置無線RFID讀寫器。

  這些器件都同組員手持的小型筆記本式PDA連接。在此實驗中,人可以探測9公里的市區(qū)住宅面積。他們利用基本的航海技術(shù)和位置坐標(biāo)推算法,估算建筑物現(xiàn)在的位置,然后根據(jù)速度、時間估算變化后的位置。通過讀取自粘在建筑物上的20個RFID標(biāo)簽,并將這一信息同位置坐標(biāo)推算的信息加以綜合,該小組能夠計算出誤差小于10米的建筑位置。不過,工作人員介紹,由于估算中存在的較大誤差,很難提供高精確度的測繪圖。




一項實驗中,研究人員戴著內(nèi)置RFID讀寫器的手套。

  工作人員介紹,“如果使用無源RFID標(biāo)簽,只能在非常接近標(biāo)簽時才能收集到信息。因此,無源標(biāo)簽只能用來告知營救人員到達了某一特定地區(qū)。坐標(biāo)推算也只是給出了初步估計,存在的誤差非常多。從數(shù)學(xué)上說,標(biāo)簽上的次級讀取是‘硬約束’?!边@一系統(tǒng),被稱為同步定位和繪圖(SLAM),將FID數(shù)據(jù)與位置估算融合在一起。

  此外,營救人員還配備了全球定位系統(tǒng)裝置,將收集到的數(shù)據(jù)驗證繪圖。

  在另一項實驗中,人和機器人合力繪圖。機器人裝有一個羅盤,一個車輪測距儀和一臺RFID讀寫器,可讀取地面標(biāo)簽。其探測面積約900平方米,將估計誤差從50米降到了5米。另外,研究人員還測試了一個安裝在地下室能自動分發(fā)RFID標(biāo)簽的裝置。

  使用有源RFID傳感器

  弗賴堡大學(xué)微工程系研發(fā)了無線傳感器,滿足使用有源RFID設(shè)備的ZigBee規(guī)格。該傳感器可測量空氣壓力,溫度和天線方向。

  此次實驗過程中,9個帶傳感器的有源RFID標(biāo)簽被安裝在室外交通橋塔上,標(biāo)簽方向固定。配有四個機器人導(dǎo)航,一個接一個地讀取標(biāo)簽,并將信息傳給其他機器人。所有這些數(shù)據(jù)加以收集和處理,就會繪制出地圖。



研究小組使用粘在建筑物上或嵌于地面的無源HF標(biāo)簽

  利用彼此獲得的信息,單個機器人不斷改善自己的繪圖,并將誤差控制在2米之內(nèi)。機器人能檢測距標(biāo)簽30米的有源RFID信號,并在小于1米的誤差之內(nèi)繪圖。工作人員說,“繪圖的準(zhǔn)確性,主要取決于是否準(zhǔn)確地估算了RFID標(biāo)簽的距離?!?

  工作人員介紹說,“從實驗中我們看到,標(biāo)簽的環(huán)境和位置都會影響信號路徑。所有這些變量,通過信號強度就能測算出來。如果在室內(nèi)環(huán)境下應(yīng)用此系統(tǒng)將更加困難,因為信號可能會受物體和墻壁反射,從而導(dǎo)致信號繁殖?!辈贿^,工作人員說,如果事先了解3-D模型的話,在室內(nèi)使用RFID系統(tǒng)是可能的。

  該工作人員說:“我確信,任何研究SLAM的人員都會發(fā)現(xiàn),RFID是最有前途的解決方案。因為攝像機不能在煙霧的環(huán)境下工作;GPS在衛(wèi)星信號受到鋼筋混凝土阻擋時也不會起作用;而采用三維激光測量技術(shù)過于昂貴。”

  目前許多商家都看好這一系統(tǒng),工作人員希望從歐盟得到更多的研發(fā)資金,因為這一測繪系統(tǒng)也可用于核電廠監(jiān)測。