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    RFID在物聯網領域應用模式探討

  • 發表時間:2018.02.07 來源: 瀏覽次數 1717

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------   【導讀】   ------

RFID技術的相關應用可以分為三種模式:標簽識別;信息檢索與集成;目標監測與追蹤。

 

 

利用RFID的諸多不同特性,人們已經發展出一系列應用,在物流管理、電子支付、物品防偽、安全訪問控制、智能交通、電子名片、傳統媒體拓展、快速出入、動植物管理、室內導航等領域都得到了廣泛應用。

 

總的來說,RFID技術的相關應用可以分為以下三種模式:標簽識別;信息檢索與集成;目標監測與追蹤。

 

一.標簽識別

 

由于RFID技術可以支持“非接觸式自動快速識別”,這也是其最為關鍵的特性,因此,標簽識別也就成了所有RFID技術相關應用的最為基本的功能,以此拓展出去,與各行業內相關技術結合,從而產生了很多新的應用產品,被廣泛應用于物流管理、安全防偽、食品行業和交通運輸等領域。

 

為實現標簽識別功能,一個典型的RFID應用系統包括RFID標簽、閱讀器(含天線)和交互系統三個主要組成部分,如下圖所示。

 

當物品進入閱讀器天線輻射范圍后,物品上的標簽接收到閱讀器發出的射頻信號,無源的被動標簽(PassiveTag)憑借感應電流所獲得的能量發出存儲在標簽中的數據,有源的主動標簽(Active Tag)則主動發送存儲在標簽芯片中的數據。閱讀器讀取數據、解碼并直接進行簡單的數據處理,發送至交互系統;交互系統根據邏輯運算判斷標簽的合法性,針對不同的設定進行相應的處理和控制,由此實現RFID系統的基本功能。

 

目前,在物流業和智能交通中,RFID的標簽識別功能已得到廣泛應用。

 

1.物流業

 

物聯網,首先在物流業中崛起。為了克服傳統物流的缺點,現在物流系統通過使用無線射頻識別設備、傳感器、GPS(全球定位系統)等裝置與互聯網相結合構成一個大型網絡,用來實現智能的物流管理。

 

在智能物流中,物體標識符(身份)用來唯一標識一個物體的信息。在物聯網中,任何一個對象都具有一個區別于其他對象的身份標識符。其中,電子產品碼(ElectronicProduct Code,EPC)是當前物聯網中具有代表性的標識碼。如果物流系統中所有的物體或電子設備實現了互聯,那么每個物體或設備均可看作是該網絡中的一個節點,具有唯一的標識符。通過讀取該標識,就能夠獲取這個物體包含的信息。通常情況下,RFID標簽由于低成本、易讀寫、不易損壞等特點被選為物體標識信息的承載體,用來實現物體的識別。當所有的物流企業都加入這樣的EPC網絡,并且使用統一的格式交互信息,就能夠實現全球化的智能物流管理。

 

因為電子標簽具有讀寫與方向無關、不易損壞、遠距離讀取、多物品同時一起讀取等特點,所以可以大大提高對出入庫產品信息的記錄采集速度和準確性;減少庫存盤點時的人為失誤,提高盤點的速度和準確性。所以RFID技術自普及以來,最初主要應用于物流業方面。

 

另外,在物流系統中,倉儲也是一個比較重要的部分,但是由于生產制造能力的大幅度發展以及運輸系統更為發達等原因,倉儲作業已經相較于以前有了質與量的變化。現代的倉儲不僅要實現對貨品的存放功能,還要對貨品的種類、數量、所有者以及存儲位置有著明確的標記,而且有相應的數據支持以方便上下流銜接工作。

 

而RFID技術可以對貨品的入庫、出庫、移動、盤點等操作實現全自動的控制和管理,可以對貨品進行全程跟蹤管理,可以有效地利用倉庫的存儲空間,提高倉庫的存儲能力,從而降低企業的庫存成本,提升企業市場的競爭力。下圖給出了RFID系統在物流行業中的應用,主要展示了出入庫管理的示意圖,以及在貨架上的應用場景。

 

2. 智能交通系統

 

智能交通系統(Intelligent TransportationSystem,ITS)通過使用通信技術、傳感技術有效地集成基礎設施和交通工具中的信息,結合控制技術、計算機技術來提高交通運輸系統的實時性、準確性和高效性,降低能源的消耗、減少環境的污染。

 

智能交通系統需要多領域技術協同構建,從基本的交通管理系統到交通監控系統、交通導航系統等,都需要通過整合來自多方面的實時數據和反饋信息來提供泛在的信息服務。

 

物聯網技術的發展為智能交通帶來了更大的發展空間,它能夠有效獲取來自基礎設施和車輛中的傳感信息為智能交通提供更透徹的感知信息;通過隨時隨地提供路況信息和周邊環境信息為用戶提供泛在的網絡服務;通過交通管理和調度機制最大化交通網絡流量并提高安全性,使得交通更加智能化。

 

通過對車輛的進出、經過時的識別實現管理系統對車輛的精細管理。為了體現RFID系統的優勢,一般需要系統在車輛較高的速度下可以正確識別RFID標簽,如不停車收費系統一般是要求60km/h速度下可以正確識別,像鐵路車號識別系統的設計性能最高識別速度可以達到120km/h。RFID技術可以滿足這些要求。

 

RFID技術對促進現代交通運輸業發展,推進交通運輸信息化有著重要意義。其實現了交通領域的管理智能化、物流可視化、信息透明化的理念和發展趨勢,因此,目前越來越多的交通運輸行業開始引入基于RFID的智能管理系統,以提升其工作效能及準確性。如下圖所示,展示了電子不停車收費系統的構架圖,其主要由閱讀器、天線、車道機及汽車前擋風玻璃上的RFID標簽構成。

 

此外,RFID標簽的識別功能還廣泛應用于產品監控領域、醫療衛生領域、重工業裝備制造領域。

 

二.信息檢索與集成

 

標簽識別為RFID應用提供了最為關鍵的信息提取的功能,然而即使RFID的可存儲的信息容量已經相較于其他識別技術有了很大改進,但其存儲信息相較于整個互聯網來看,還是極為有限。因此,基于標簽有限的關鍵字信息,通過在互聯網端進行信息抽取,使RFID標簽成為接入廣闊數字媒體世界的窗口,通過這種信息檢索與集成的方式,提供更多維度的感知體驗,實現快速高效的信息管理。

 

信息采集的過程采用RFID技術實現,RFID系統的整個工作過程如下圖所示,RFID閱讀器以廣播方式連續向周圍發送攜帶能量的基準信號,感應到能量的RFID標簽通過調制電路信號,以反射的方式立即向RFID閱讀器返回自身攜帶的數據,RFID閱讀器對接收到的數據進行解碼,并傳給主機進行處理。

1.智能海報

 

在很多鬧市口都會貼有大量色彩鮮艷、吸引人眼球的商家活動海報,但是海報的信息總是有限的。以電影海報為例,傳統的電影海報上只能提供簡單的電影簡介以及一些發行商的信息,但互聯網上關于一部電影,有著大量的影評以及電影相關的影視片段等,在海報上貼一個包含電影基本信息的RFID標簽,用戶使用移動終端掃描該標簽,即可激活相關應用,首先展現標簽內的相關信息,如用戶感興趣還可以通過電影的標識號,從互聯網上獲取電影簡介、演員表、影評等更豐富、更具體的信息。智能海報的工作流程如下圖所示。

 

 

2. 電子名片

 

名片是商務交流中不可或缺的元素,在一些大型展會上,常?;嶁枰∷⒋罅康拿?、宣傳冊及宣傳單等材料,給與會者造成了一定的煩惱,但是通過電子名片就可以很好地解決這個問題。在電子名片內已預先載入使用者的商業信息、聯絡資料及社交網絡詳情,與會者只需用手機或其他移動終端設備,便可輕易獲得感應器內存儲的數碼文件及多媒體檔案,無需拿取任何小冊子亦可得到參展商的資料。并通過特定的處理程序可以從互聯網上獲取更多的相關資料,如圖片、視頻等多媒體信息。

 

三.目標定位與追蹤

 

基于RFID技術的目標定位與追蹤具有廣泛的應用領域,在許多應用場景下都有著巨大的應用需求。該技術可用于對物體的定位,如倉儲貨品定位、醫院醫療設備管理等,還可以用于人員的定位,如對煤礦井下人員定位、博物館游客導覽、監獄犯人監管等重要領域。

 

在基于RFID技術的目標定位與追蹤方法中,最為基礎的即為基于標簽讀取的方法,在物流運輸物品的過程中,在各個關鍵節點都會對所有物品進行分發掃描,在此過程中即獲知運輸環節中某物品在什么位置,這些信息可以使得物流過程有可追蹤性,當出現物品丟失情況,在查詢及問責時有更多的參考信息。這種目標定位與追蹤的方式較為基礎,僅僅使用標簽讀取即可實現。但有些需求中,需要對室內環境中的目標進行實時定位,如醫院對嬰兒、病患者進行信息化管理時,需要對其進行實時定位,以方便醫院管理。在這種情況下,最為重要的就是要保證對目標定位的精確性及實時性。在傳統定位方法中,GPS定位、基站定位等技術已經得到廣泛應用,但是這些技術在室外空曠環境中有較好表現,而對于室內環境,卻無法滿足需求。而RFID定位技術以低成本、非接觸性通訊等特點,有望成為室內定位技術的首選。

 

目前已提出有多種不同的RFID定位方法,這些方法把室內定位原理與RFID技術自身的特性相結合。RFID定位方法按系統構成可分為:基于標簽定位、基于閱讀器定位、無收發器和混合方法。其中基于標簽定位需要定位對象攜帶一個標簽,比如主動標簽,用于周期性地發出一些信號信息;基于閱讀器定位需要定位對象攜帶一個閱讀器,用于收集附近的標簽信息;無收發器模型可以在定位對象不攜帶任何設備的情況下得到定位對象的位置信息;混合方法是將RFID技術與其他技術相結合,如慣性導航系統、無線傳感器網絡系統等。

 

其中,母嬰RFID識別管理及嬰兒防盜管理系統就是一種比較典型的目標定位與追蹤系統。此外,還包括監獄RFID人員實時定位系統以及醫療應用控制傳染病人活動范圍等應用。

 


 

本文摘編自謝磊、陸桑璐編著《射頻識別技術——原理、協議及系統設計(第2 版)》(北京:科學出版社,2016.6, 物聯網工程專業系列教材)一書和物聯網智庫。

 

 

 

 

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