1 基于超高频RFID技术出入库管理系统现状
目前超高频RFID技术广泛用于出入库管理，常用的出入管理方案包括两种：一是通过在门内和门外分别放置天线，门内门外天线分别识别门内和门外区域，利用同一标签被门内门外天线识别的先后顺序判断出入库方向；二是利用超高频天线+门禁方式实现，人员入库或出库时先人脸识别或刷卡或按门禁开关等方式，当人员出入库时扫描超安装有高频标签，利用人员入库或出库时进行的人脸识别或刷卡或按门禁开关方式间接作为出入库方向判断依据。
当前两种方案普遍存在一些缺点，方案一因环境因素，在门附近存在多种金属等高反射率物体，对天线发射的信号存在反射的情况，导致门内天线读到门外标签或者门外天线读到门内标签，仅通过标签分被门内和门外天线识别次数判断所处位置，容易引起出入库误判。方案二利用人员入库或出库时进行的人脸识别或刷卡或按门禁开关方式间接作为出入库方向判断依据，不够智能，当同时有人员或物品出库和入库时则无法区分物品出入库状态。
2 智能出入库系统组成
智能出入库系统组成包括：上位机1、人脸识别门禁、2智能管理终端3、超高频传感器4、操作人员5、微波传感器6、门内超高频定向天线71、门内超高频定向天线72、工器具8（标签）。其系统构成见下图1：
图1 智能出入库系统框图
3智能出入库系统工作原理
智能出入库系统基于超高频RFID原理，在出入库门门内和门外分别安装超高频定向天线及微波传感器，门外还安装有人脸识别门禁，当操作人员携带有超高频标签的工器具出入库房时，人脸识别通过后启动微波传感器感应到操作人员移动后触发超高频传感器通过门内外天线扫描分别并记录各超高频标签的特定时间段的读取次数和接收到标签反射信号强度，传感器持续将特定时间段识别到标签的信息发送给智能终端，智能终端相应的算法实现区域定位及出入库判断并进行语音提示，同时将出入库信息上送给上位机，当超过时间t（常规值t=20s）微波传感器未检测人员或物体运动时，智能管理终端发送命令关闭超高频传感器停止扫描并进入低功耗状态。
3.1.智能出入库系统典型安装方法
如下图2，将门外超高频定向天线安装在门外门框上沿位置，天线斜向外朝下辐射方向覆盖门外和门通道区域，门内超高频定向天线安装在门内门框上沿位置，天线斜向内朝下辐射方向覆盖门内和门通道区域，门内门外天线辐射区域完全覆盖门通道区域。
人脸识别门禁安装在门外墙面上，方便操作人员进入时进行人脸识别并自动控制大门解闭锁；微波传感器在门通道内外天花板上，用于感应操作人员出入状态。智能管理终端和超高频传感器可以安装在门内或门外附近，方便操作和管理；上位机可布置于集控室。
图2 工器具出入库示意图
3.2出入库误判产生的原因分析及解决方案
按图2典型工器具出入库示意图，理论上当操作人员拿着粘贴标签工器具从门外区域走线门通道并进入门内区域时，粘贴标签工器具先被门外天线扫描识别，然后在门通道附件同时被门内门外天线扫描识别，最后被门内天线扫描识别，这样通过判断标签被门内外天线扫描先后顺序或次数就能进行出入库判断。
实际应用存在大量误读误报的情况，即粘贴标签工器具在门外被门内天线反射电磁波信号扫描识别，在门内被门外天线反射电磁波信号扫描识别，因为在出入库门内外附件存在大量能够反射电磁波的物体，例如墙面、柜子、电器等，尤其是表面平整反射系数高的物体，仅通过判断标签被门内外天线扫描先后顺序或次数无法可靠判断出入库情况。以下是工器具出入库被扫描识别示意图，见图3。
当粘贴标签工器具在门外时，门外天线识别到工器具的电磁波信号路径为L1；门内天线识别到工器具的电磁波信号路径为L2+L3,电磁波信号经过门内反射物体会部分能量会被吸收，路径L1要小于L2+L3,同时因部分电磁场被发射物体吸收，根据电磁波在自由空间传播路径损耗公式：
Ld=32.4+20LogF+20LogD，其中Ld为路径损耗，单位为dB；F为电磁波频率，单位为MHz；D为传播距离，单位为Km。
通讯距离增加一倍，路径损耗增加6dB，所以在工器具在门外区域时，门外天线接收到标签的信号强度要大于门内天线接收到的信号强度。同理，当粘贴标签工器具在门内时，门内天线接收到标签的信号强度要大于门外天线接收到的信号强度。
基于以上分析，可以将标签被门内外天线扫描读取的先后顺序及次数和接收到的信号强度大小结合起来作为判断标签所处的位置依据，从而实现出入库可靠判断，极大降低误判概率。
图3 工器具出入库被扫描识别示意图
3.3出入库判定算法
当人员或物品触发微波传感器开启超高频传感器作为整个扫描起始时间，当超过时间t（常规值t=20s）微波传感器未检测人员或物体运动时，关闭超高频传感器作为整个扫描结束时间，将这个时间段分成若干个扫描周期T。
在一个时间扫描周期T时间段单个工器具（超高频标签）被门内天线读取的次数N内，在N内次通过门内天线接收到标签的信号强度平均值S内，被门外天线读取的次数N外，在N外次通过门外天线接收到标签的信号强度平均值S外。
当单个周期T时间段，单个工器具（超高频标签）门内和门外天线读取次数差值X=N内-N外，门内和门外天线接收到单个工器具（超高频标签）的信号强度平均值差值Y=S内-S外。
当X＞a且Y＞b时，此时工器具（超高频标签）处于门内位置；
当X≥a且Y≤b或X≤a且Y≥b时，此时工器具（超高频标签）处于门通道及其附近位置；
当X＜a且Y＜a时，此时工器具（超高频标签）处于门外位置。
其中a取值为包括0及正整数，单位为次；b取值为包括0及正数，单位为dBm，a和b的取值可根据实际应用调整。
典型的，取a=0，b=0时：
当由X＞0且Y＞0变成X＜0且Y＜0且在多个周期T（常规取值3T）内保持（X＜0且Y＜0）不变，判定为出库；当由X＜0且Y＜0变成X＞0且Y＞0且在多个周期T（常规取值3T）内保持（X＞0且Y＞0）不变，判定为入库。
一个时间周期T取值根据出入库速度和标签被天线识别速率决定，常规取值0.1~0.5s之间，当人员出入速度越快时，一个时间周期取值越小，检测精度越高。
同理对于多名操作人员携带多个工器具（超高频标签）同时出入库按以上方法判断。
结论：
综上所述，基于超高频RFID技术的智能出入库识别系统，利用单位时间周期各标签被识别的次数和接收到标签信号强度平均值结合出入库判定算法实现出入库实时判断，可以极大降低误判概率，提升出入库判断准确性，为多目标出入库智能识别系统大规模应用提供理论支撑和技术保障。
参考文献：
[1]王伟旗.自动识别技术及应用[M].北京:电子工业出版社,2019
[2] GB/T 42025-2022,智能制造 射频识别系统[S],2022