近几年，跟着无线射频辨认技能RFID(Radio FrequencyIdenTIficatiON)的快速开展，RFID技能现已被广泛地使用在物流追寻、库房办理、图书馆办理、智能考勤等各个方面。RFID技能不断渗透到日子的各个旮旯，如北京奥运会中使用了RFID智能门票体系，上海世博会上RFID技能更是无处不在。
在21世纪的今日，现代博物馆是集观赏流览、智能互动于一体的多媒体信息体系。在现代博物馆的智能互动体系中，游客的室内定位常常是完结人机互动的必要条件。相对于其他老练的定位技能(如GPS 、Wi-Fi 、蓝牙等)，RFID定位技能能够很好地战胜由室内无线环境引起的多径和视距搅扰，具有灵活性高、习惯性强、操作快捷等长处，使得RFID在博物馆这种空间较小但环境杂乱的室内定位场合具有广泛的使用远景。国外现已成功地将RFID技能使用于博物馆中，如美国加州立异技能博物馆、San Francisco的科学博物馆Exploratorium等。
这些现代的科学博物馆将RFID技能使用于真人互动游戏中，支撑游客在实在环境下与实在物体完结互动，突破了传统游戏场景的约束，为游客供给愈加自在和人性化的互动服务。
本文依据博物馆的实践使用环境，结合RFID定位技能规划了一种人机互动的定位体系，首要包含人机互动的游戏部分和辅佐人机互动的区域定位部分。一起提出了一种结合RFID定位技能的人机互动游戏使用计划，并将该计划成功使用到博物馆中。
1 体系原理和功用
1.1 体系原理
RFID是一种使用射频信号主动辨认方针方针并获取相关信息的技能。RFID技能能够分为有源系列和无源系列。有源和无源RFID的功用比照如表1所示。
表1 有源和无源RFID比照
由表1可知，有源RFID具有更长的辨认间隔和更强的移动追寻才能。本文需求对博物馆中人员进行室内定位追寻，故选用有源RFID设备。
体系首要包含三个部分：标签、读写器和信息处理体系。标签和读卡器构成RFID网络，感知游客的各种情形信息，并长途传输给信息处理体系会集处理。
博物馆的场馆简易平面分布图如图1所示。
RFID的博物馆人机互动定位体系首要包含人机互动的游戏部分和人员区域定位部分。人机互动的游戏部分首要使用图1中互动游戏场馆内编号为a 、b 、c的读写器完结室内准确的二维定位，便于与游戏地图进行比较，然后完结移动人员的定位与追寻。人员区域定位部分首要使用图1中场馆通道间的读写器(编号为0 、1 、2、3、4 、5 、6)完结，游客在经过场馆通道时，读写器会主动读取游客门票中的标签信息，完结区域定位的功用。
标签的ID号是仅有的，用于游客身份的辨认。读写器接收到的数据包含有标签ID号信息、数据发送时刻信息等，PC上位机接收到的数据包含有源标签ID号信息、数据发送时刻信息和转发数据包的读写器编号信息等，PC上位机会集处理这些由读卡器转发而来的数据包。体系原理框图如图2所示。
1.2 体系功用
1.2.1 游戏场馆内人员移动轨道的追寻
如图3所示，在游戏场馆C区内，设编号别离为a 、b 、c的三个有源读写器的方位为(xa，ya)，(xb，yb)，(xc，yc)，游客的方位坐标(x，y)，三个读卡器到游客的间隔别离为Ra、Rb、Rc，由时刻信息定位办法(TOA)可得式(1)，即可求解游客的方位坐标(x，y)。
因为电磁波信号在室内传达出现多径效应搅扰虚弱与遮盖效应，预估的传达间隔将发生差错，所以定位的方位不会交于一点，而是必定面积巨细的区域。
为了不失一般性以及便当定位需求，可设游客的方位坐标落在由点(x-△x ，y-△y) 、(x-△x ，y+△y) 、(x+△x ，y -△y)和(x +△x ，y +△y)构成的长方形区域内，其间长方形的长、宽别离为△x、△y，即游客的方位坐标(x，y)满意式(2)。
如某游客进行人机互动游戏时，设其初始方位为Ini，方针方位为Des，游戏地图由小长方形区域组成，如图3中灰色区域所示，游客依据灰色的游戏地图进行移动，与此一起，体系实时地将解算出的游客方位与游戏设定的地图相匹配，从而完结互动游戏。
1.2.2 游客的实时区域定位
当游客在图1中入口处的0号读写器刷卡后，即可授权进入博物馆观赏，游客门票中的标签ID号信息被送往PC上位机实时处理，树立游客文档INFO.游客文档包含进入各场馆的时刻、脱离各场馆的时刻、在各场馆观赏的时刻、当时地点的场馆区域及游客头像等信息，INFO的结构体表达式如下：
其间结构TOURTIME界说为：
在游客经过场馆间的通道时，读写器会主动辨认游客门票中的标签信息，实时判别游客进入某场馆(或脱离某场馆)，同步更新游客文档信息INFO。
2 体系规划和完结
2.1 体系硬件
硬件设备选用了RFID组件，首要包含PC、有源标签、有源读写器、摄像头以及相关设备连接线等。博物馆的环境比较杂乱，繁复的多媒体设备带来的中低频搅扰较大，为了习惯博物馆这种共同的环境，需求选用微波段的RFID设备。现阶段的微波段RFID首要会集在作业频率为2.4GHz~5.8GHz，其间以2.4GHz有源RFID体系较为老练。博物馆选用的RFID各设备类型如表2所示。
表2 RFID硬件设备
2.2 体系软件
RFID体系软件选用了Delphi7、MYSQL和ODBC等进行人机界面开发。软件体系首要可划分为游客INFO文档的树立、区域定位、游戏场馆内人员移动轨道的追寻。
2.2.1 文档的树立
PC上位机依据安装在入口处的0号读写器读取的数据信息，实时存储刷卡人门票中的标签ID号信息，实时构建一个以ID号为标识的信息文档INFO，并同步截取刷卡人的相片并保存到对应的文档下，详细流程如图4所示。
2.2.2 区域定位
PC上位机依据0~6号读写器供给的数据包中的读写器编号来判别游客行将进入的场馆区域；依据标签ID号信息来区别游客；依据数据发送时刻来记载游客在各场馆的观赏时刻，并将这些信息实时更新到游客的INFO文档中，详细流程如图5所示。
2.2.3 游戏场馆C区内人员移动轨道的追寻
游戏场馆C区编号为a、b、c的读写器能够完结C区内人员移动追寻。游戏轨道地图由一组二维坐标构成，设i时刻的游戏地图为map [i]，游客的二维坐标为pos[i].互动游戏开端后，将游客坐标pos[i]与游戏地图map[i]相比较。
假如在各个时刻两者都相共同，则依据从信息包中提取出来的ID号查找数据库，从该ID号码对应的信息文档提取相片，将相片保存到指定的(winner)文档途径下，指示该游客为人机互动游戏的胜利者并回来。
假如某一时刻游客的坐标pos[i]与游戏地图map [i]不相共同，则回来并指示游客游戏失利。人机互动游戏的数据处理详细流程如图6所示。
游戏地图能够依据不同的需求来设定游戏轨道的长度、难度以及安置障碍物等，丰厚游戏场景，一起也能够设置多人形式进行人机互动游戏。
3 体系测验成果
3.1 游戏场馆内的定位差错测验
游戏场馆C区为14m×20m的长方形区域，测验长方形游戏场馆C区内每个点的坐标方位，并与实践规范方位做比较，所得的差错曲线如图7所示。所以可将式(2)中的△x、△y设置为△x=△y=0.8m，即地图的小区域为0.8m×0.8m的正方形区域，这样足能够确保对人员移动轨道追寻的准确度。
3.2 游客的INFO信息测验
选用上述硬件设备和相应开发软件进行体系开发，5位游客别离选取了5张有源卡(ID号别离为0x33、0x62、0x76、0x0F、0x58)进行体系测验，部分体系测验成果如下：
树立的以ID号标识的游客文档如图8所示。
ID=0x33的游客INFO详细信息，如图9所示。由图可知ID=0x33的游客在A场馆内观赏了20min，在B场馆观赏了27min，当时地点方位为C场馆，还没有进入D场馆。
3.2 人机互动游戏的测验
上述5位游客参加人机互动游戏，其间ID号为0x62、0x0F的两位游客终究完结了互动游戏，其他3位游客游戏失利，体系测验成果如图10所示。
依据上述互动游戏成果图中的ID号，提出头像相片，保存到(winner)文档途径下，并显现互动游戏胜利者的相片，一起指示为互动游戏的胜利者，如图11所示。
4 定论
本文提出了一种依据RFID室内定位技能的人机互动游戏计划，使用RFID定位技能完结对游客移动轨道的追寻，并将其使用于游戏互动的辨认。本文提出的规划已成功使用于福建某数字博物馆，在博物馆的控制中心能够经过人机互动界面检查各个场馆内的游客流量、游客当时地点场馆、在各个场馆的观赏时刻及游客参加人机互动游戏的状况，一起该体系还能够连接到区域的物联演示网，进步经济效益，大大节省本钱。
依据RFID的数字博物馆为游客供给了愈加自在和人性化服务的一起，也进步了办理人员的作业效率。对博物馆紧迫事端的处理带来了便当，确保了游客的人身安全，为博物馆带来更多的经济效益，推进RFID工业快速开展。
