劉 劍 梁顯剛 袁 征 何允剛

無(wú)線射頻識(shí)別(radio frequency identification，RFID)技術(shù)是20世紀(jì)90年代在我國(guó)興起的一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)非接觸性信息傳遞，達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目的的技術(shù)，具有讀取速度快、存儲(chǔ)空間大、穿透性強(qiáng)和安全性高等眾多特點(diǎn)。無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)是一種正在發(fā)展和普及的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、運(yùn)輸、防偽、交通、醫(yī)療、跟蹤、定位以及資產(chǎn)管理等諸多領(lǐng)域[1]。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同表現(xiàn)為不同的應(yīng)用功能，日后還會(huì)廣泛應(yīng)用于公共管理(如藥品監(jiān)督、信息和交通管理)和供應(yīng)鏈管理(如生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、消費(fèi))等領(lǐng)域。其最大的優(yōu)點(diǎn)就是可減少人工干預(yù)，在管理中實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的識(shí)別和跟蹤，回答一些有關(guān)物體“是什么”、“在哪里”、“ 怎么樣”的問(wèn)題。

1 RFID技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 RFID技術(shù)定義

RFID又稱電子標(biāo)簽，是眾多自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(磁條識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、生物識(shí)別、條形碼識(shí)別)中的一種，是一種無(wú)需人為干涉、非接觸式、可工作于各種惡劣環(huán)境、并同時(shí)收集、追蹤多個(gè)高速運(yùn)動(dòng)物體相關(guān)信息和數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是無(wú)線電技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

1.2 RFID技術(shù)的發(fā)展史

盡管射頻識(shí)別技術(shù)在近年來(lái)倍受人們的關(guān)注，但它并不是一種新近的發(fā)明。射頻識(shí)別在歷史上的首次應(yīng)用可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間，其在當(dāng)時(shí)的功能是用于分辨出敵方與我方飛機(jī)。目前，世界上的飛行安全管制系統(tǒng)仍是以此為概念。在二戰(zhàn)結(jié)束后的40余年里人們很少涉及射頻識(shí)別技術(shù)，直到1991年美國(guó)的德州儀器公司把射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在畜牧業(yè)中；再到1999年美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)始研究使批發(fā)商網(wǎng)絡(luò)受益于這種技術(shù)的方法，從此射頻識(shí)別應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣。

1.3 RFID系統(tǒng)的組成

RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、天線、讀寫(xiě)器以及網(wǎng)絡(luò)終端組成(如圖1所示)。

圖1 RFID系統(tǒng)組成圖

1.3.1 電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽—攜帶數(shù)據(jù)的發(fā)射器，由一個(gè)線圈或微波天線和一個(gè)電子芯片組成，具有唯一的電子編碼，可位于要識(shí)別目標(biāo)的表面或內(nèi)部。電子標(biāo)簽根據(jù)使用的電源又分為有源的低頻主動(dòng)標(biāo)簽和有源的高頻半主動(dòng)標(biāo)簽以及無(wú)源的超高頻被動(dòng)標(biāo)簽。由于被動(dòng)式標(biāo)簽具有價(jià)格低廉、體積小巧及無(wú)需電源等優(yōu)點(diǎn)，因此多數(shù)電子標(biāo)簽為被動(dòng)標(biāo)簽。只有在讀寫(xiě)器的覆蓋范圍內(nèi)讀寫(xiě)器發(fā)射一個(gè)低功率的射頻信號(hào)標(biāo)簽才會(huì)被激活，超出這個(gè)范圍標(biāo)簽就處于休眠狀態(tài)。半主動(dòng)式標(biāo)簽類似于被動(dòng)式標(biāo)簽，只多出一個(gè)小型電池，電力恰好可驅(qū)動(dòng)標(biāo)簽，使天線可以不執(zhí)行接收電磁波的任務(wù)，充分作為回傳信號(hào)之用，比起被動(dòng)式標(biāo)簽半主動(dòng)式標(biāo)簽有更快的反應(yīng)速度和高效率。主動(dòng)式標(biāo)簽本身具有內(nèi)部電源供應(yīng)器，擁有較長(zhǎng)的讀取距離和較大的記憶空間，可以用來(lái)儲(chǔ)存讀寫(xiě)器所傳送來(lái)的一些附加訊息。

1.3.2 讀寫(xiě)器

讀寫(xiě)器是讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)和寫(xiě)入數(shù)據(jù)到電子標(biāo)簽的收發(fā)器，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。讀寫(xiě)器發(fā)送無(wú)線電信號(hào)時(shí)所使用的頻率被稱為系統(tǒng)的工作頻率。

天線的作用是在標(biāo)簽和讀寫(xiě)器間傳遞射頻信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)終端為處理數(shù)據(jù)的服務(wù)器。

1.4 RFID技術(shù)工作原理

標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號(hào)，則能夠憑借感應(yīng)電流所獲得的能量，發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(即Passive Tag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽)，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(即Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽)，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理(如圖2所示)。

圖2 FRID系統(tǒng)工作原理圖

1.5 RFID標(biāo)簽與條形碼標(biāo)簽的區(qū)別

自動(dòng)識(shí)別技術(shù)主要包括一維、二維的條形碼和RFID標(biāo)簽，兩者極為相似，其目的均為快速準(zhǔn)確地確認(rèn)追蹤目標(biāo)物體，主要區(qū)別在于有無(wú)寫(xiě)入信息或更新內(nèi)存的能力。RFID標(biāo)簽具有內(nèi)存大、不需要光源、識(shí)別距離長(zhǎng)及難以復(fù)制的優(yōu)點(diǎn)，而條形碼是一種利用光電技術(shù)代替鍵盤(pán)向計(jì)算機(jī)中輸入數(shù)據(jù)的工具。

1.6 RFID技術(shù)與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(global position system，GPS)的區(qū)別

現(xiàn)有的定位服務(wù)系統(tǒng)主要包括基于GPS、紅外線或超聲波的定位系統(tǒng)以及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)。RFID技術(shù)解決了人與物體的空間定位與跟蹤，主要利用標(biāo)簽對(duì)物體的唯一標(biāo)識(shí)特性，依據(jù)讀寫(xiě)器與安裝在物體上的標(biāo)簽之間射頻信號(hào)傳遞識(shí)別物品的空間位置，沒(méi)有讀寫(xiě)器則無(wú)法進(jìn)行識(shí)別，主要應(yīng)用于GPS難以應(yīng)用的室內(nèi)定位。GPS是基于衛(wèi)星對(duì)人或物體的定位系統(tǒng)，主要用于室外[2]。

2 RFID技術(shù)在供應(yīng)鏈系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于RFID標(biāo)簽對(duì)物體的唯一標(biāo)識(shí)特性，在供應(yīng)鏈管理中RFID技術(shù)在貨物包裝、商品數(shù)量控制、運(yùn)輸、定位、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售和服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域都率先進(jìn)行了技術(shù)的研究和應(yīng)用，其供應(yīng)鏈如圖3所示。

圖3 RFID技術(shù)在物流過(guò)程中應(yīng)用圖

2.1 供應(yīng)鏈的定義

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18354-2006物流術(shù)語(yǔ)中，供應(yīng)鏈?zhǔn)侵冈谏a(chǎn)及流通過(guò)程中，涉及將產(chǎn)品或服務(wù)提供給最終用戶的活動(dòng)中所形成的網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)[3]。供應(yīng)鏈涵蓋了生產(chǎn)、流通和消費(fèi)的整個(gè)過(guò)程，其管理目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)物流、信息流和資金流的統(tǒng)一。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的推進(jìn)，以RFID技術(shù)為核心，在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上形成的“物聯(lián)網(wǎng)”將在全球范圍內(nèi)從根本上提高對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)和銷售等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)管理水平[4-5]。

2.2 RFID技術(shù)在產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用

在產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)中制造商將根據(jù)產(chǎn)品特性將不同形狀的電子標(biāo)簽貼在產(chǎn)品表面或置入產(chǎn)品內(nèi)部，形成產(chǎn)品唯一的標(biāo)識(shí)，便于產(chǎn)品數(shù)量及規(guī)格的統(tǒng)計(jì)[6]。

2.3 RFID技術(shù)在運(yùn)輸環(huán)節(jié)的應(yīng)用

電子標(biāo)簽是一個(gè)動(dòng)態(tài)的貨物標(biāo)識(shí)，在供應(yīng)鏈管理的各環(huán)節(jié)可以對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行再加工(修改或?qū)懭胄碌臄?shù)據(jù))，并與各處理環(huán)節(jié)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存在標(biāo)簽上，通過(guò)讀寫(xiě)器直接從電子標(biāo)簽中讀出所需信息，信息處理過(guò)程簡(jiǎn)單化，貨物動(dòng)態(tài)變化反映了物品的空間狀態(tài)[7]。

本文依托武漢地鐵11號(hào)線光谷四路站—光谷五路站施工段，針對(duì)盾構(gòu)中掌子面推力的變化、地質(zhì)條件復(fù)雜程度、注漿質(zhì)量的優(yōu)劣及盾構(gòu)機(jī)型的選取等不同施工條件下，運(yùn)用有限元計(jì)算分析軟件對(duì)盾構(gòu)施工的全過(guò)程進(jìn)行了三維數(shù)值仿真模擬，結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料，分析地表沉降規(guī)律，并提出相應(yīng)的控制措施。

2.4 RFID技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

RFID技術(shù)可簡(jiǎn)化倉(cāng)儲(chǔ)管理過(guò)程中的入庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)、揀貨出庫(kù)和庫(kù)存管理工作[8]。在入庫(kù)時(shí)，通過(guò)RFID閱讀器即可對(duì)入庫(kù)的貨品進(jìn)行射頻識(shí)別，并將采集到的數(shù)據(jù)立即傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中。系統(tǒng)將采集到的貨品數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的預(yù)入庫(kù)貨品數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，使工作效率顯著提高。

貨品盤(pán)點(diǎn)時(shí)可通過(guò)手持式RFID讀寫(xiě)器采集到相應(yīng)的貨品信息，此信息通過(guò)RFID讀寫(xiě)器傳送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與系統(tǒng)內(nèi)原有的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，貨品庫(kù)存數(shù)量與系統(tǒng)內(nèi)所保存的數(shù)量進(jìn)行比照，達(dá)到了節(jié)約時(shí)間、迅速盤(pán)點(diǎn)的目的。

采用RFID技術(shù)結(jié)合輸送機(jī)可以非常迅速地將出庫(kù)物資揀取出來(lái)，提高出庫(kù)速度、解決物資的先入先出問(wèn)題。同時(shí)，RFID技術(shù)可對(duì)庫(kù)存物資實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位監(jiān)控，確保庫(kù)存物資存放安全。

2.5 RFID技術(shù)在銷售環(huán)節(jié)的應(yīng)用

全球數(shù)家零售商在其連鎖超市中啟用RFID技術(shù)，用電子標(biāo)簽取代傳統(tǒng)的條形碼標(biāo)簽，將其作為進(jìn)一步降低成本增加利潤(rùn)的手段[9]。采用RFID技術(shù)的超市在顧客選取貼有電子標(biāo)簽的商品后，購(gòu)物車在通過(guò)安裝有讀寫(xiě)器的通道時(shí)收銀臺(tái)會(huì)瞬時(shí)自動(dòng)顯示該顧客購(gòu)買(mǎi)的商品數(shù)量及價(jià)格等結(jié)算信息，同時(shí)還包括了所購(gòu)商品名稱、規(guī)格、成份、產(chǎn)地、效期以及使用方法等相關(guān)信息，可極大節(jié)約結(jié)算時(shí)間。

3 RFID技術(shù)存在的問(wèn)題

3.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范問(wèn)題

目前，無(wú)源超高頻電子標(biāo)簽在國(guó)內(nèi)尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，日本和美國(guó)的兩大標(biāo)準(zhǔn)組織互不兼容，由于涉及多項(xiàng)專利，因此很難將國(guó)際上制定的協(xié)議作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)頒布和實(shí)施，在沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的情況下制約了RFID技術(shù)產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用的發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)全球經(jīng)濟(jì)一體化，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前重要而急切需要解決的問(wèn)題[10]。

3.2 價(jià)格問(wèn)題

近年來(lái)，雖然無(wú)源電子標(biāo)簽價(jià)格有所下降(每條2元左右)，但仍是條形碼價(jià)格的100倍左右。單從讀寫(xiě)器、中間件、系統(tǒng)維護(hù)等整體成本而言，RFID價(jià)格依然偏高，是制約我國(guó)RFID市場(chǎng)發(fā)展的重要因素。

3.3 安全與隱私問(wèn)題

從RFID標(biāo)簽產(chǎn)品本身而言，雖然具有加密功能，但仍存在對(duì)個(gè)人用戶的隱私、對(duì)企業(yè)的商業(yè)秘密產(chǎn)生泄漏的問(wèn)題，在復(fù)雜的電磁環(huán)境下存在著漏讀或錯(cuò)讀等諸多問(wèn)題。

3.4 技術(shù)成熟問(wèn)題

目前，雖然絕大多數(shù)高頻以下讀寫(xiě)器能同時(shí)掃描數(shù)十個(gè)電子標(biāo)簽，性能比較穩(wěn)定，但無(wú)源超高頻電子標(biāo)簽本身有一些物理缺陷，技術(shù)上還存在著系統(tǒng)穩(wěn)定性差等問(wèn)題，進(jìn)而影響了終端用戶采用RFID技術(shù)方案的信心[11]。

4 RFID技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

目前，我國(guó)在供應(yīng)鏈管理中還沒(méi)有完整地使用RFID技術(shù)進(jìn)行信息采集和產(chǎn)品跟蹤，影響和制約了各行業(yè)服務(wù)水平的提高，隨著RFID技術(shù)的成熟和價(jià)格的下降，除了在供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域發(fā)揮較大作用外還將在醫(yī)院管理、身份識(shí)別、資產(chǎn)管理、交通管理、食品管理、圖書(shū)管理以及軍事管理等領(lǐng)域發(fā)揮重大作用[12]。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)無(wú)源超高頻市場(chǎng)處于發(fā)展的初期，核心技術(shù)急需突破，商業(yè)模式有待創(chuàng)新和完善，產(chǎn)業(yè)鏈需要進(jìn)一步發(fā)展和壯大。只有核心問(wèn)題得到有效解決才能夠真正迎來(lái)RFID無(wú)源超高頻市場(chǎng)，隨著RFID技術(shù)成熟和發(fā)展，RFID技術(shù)將成為構(gòu)建虛擬世界與物理世界的橋梁，會(huì)有更多的企業(yè)利用RFID技術(shù)進(jìn)行企業(yè)的信息化改造，RFID技術(shù)將在各行各業(yè)被廣泛應(yīng)用，必將對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[13-14]。

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