RFID及條形碼技術(shù)在工業(yè)炸藥中的應用

摘 要：本文針對工業(yè)炸藥在全生命周期內(nèi)（包括生產(chǎn)、存儲、運輸、銷售過程）存在難以實時獲取數(shù)據(jù)、難以監(jiān)控動態(tài)流程的問題，采用無線射頻RFID及條形碼技術(shù)實現(xiàn)對工業(yè)炸藥的信息采集，并基于采集的信息對工業(yè)炸藥進行識蹤智能管控，構(gòu)建工業(yè)炸藥實時監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：全生命周期；實時獲取；RFID；識蹤；實時監(jiān)管

中圖分類號：TP391.44

民爆行業(yè)是我國工業(yè)體系中的基礎性產(chǎn)業(yè)，肩負著為國民經(jīng)濟建設服務的重要使命[1]?！笆濉逼陂g，要不斷提高生產(chǎn)線自動化、連續(xù)化和信息化水平，工業(yè)炸藥生產(chǎn)線要實現(xiàn)全流程監(jiān)控[2]。而民爆行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)點多面廣，生產(chǎn)線、專用存儲倉庫多建立在偏遠地方，現(xiàn)場檢查難度大，存在監(jiān)管難度大、監(jiān)管不到位的問題。

目前，工業(yè)炸藥信息標識主要采用一維條碼技術(shù)對信息進行登記和錄入，其存在以下的缺點：容量小、易污損、易丟失，導致紅外掃描儀將無法掃描識別出藥卷信息等。無線射頻識別RFID技術(shù)具有可以實現(xiàn)大范圍、長距離、多點的實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的優(yōu)點[3-6]。RFID標簽相比傳統(tǒng)標簽具有容量更大、反復讀寫、讀寫速度快、安全、耐用等特點。

為實現(xiàn)工業(yè)炸藥全生命周期動態(tài)實時監(jiān)控，實時獲取信息數(shù)據(jù)和監(jiān)控，簡化工作流程，提高效率，本文綜合利用RFID技術(shù)結(jié)合條形碼技術(shù)來實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)總框架設計和監(jiān)控模型建立

爆破公司、專賣公司、礦山公司等具有購買炸藥資質(zhì)的企業(yè)，網(wǎng)上提交購買申請表和相關(guān)資料，最高級監(jiān)管部門審核通過后，系統(tǒng)隨機生成購買產(chǎn)品的審批數(shù)據(jù)，審批數(shù)據(jù)和購買申請一同發(fā)送至生產(chǎn)廠家；廠家系統(tǒng)根據(jù)當前的訂單自動生成訂單；生產(chǎn)線自動打印貼標機從后臺系統(tǒng)自動下單；在生產(chǎn)包裝環(huán)節(jié)，對單個藥卷進行條形碼貼標；自動打印貼標機實時打印電子標簽信息和條碼信息、并對當前的每箱炸藥進行自動貼標；建立單個藥卷條形碼與整箱炸藥RFID標簽之間的關(guān)聯(lián)模型；系統(tǒng)嚴格執(zhí)行系統(tǒng)下達的生產(chǎn)訂單；當發(fā)生超量或超類型生產(chǎn)，則生產(chǎn)違規(guī)，違規(guī)記錄將自動寫入到監(jiān)控數(shù)據(jù)中心，自動打印貼標機停止工作，建立違規(guī)監(jiān)控表，監(jiān)控子系統(tǒng)實時報警，應急方案啟動；對符合電子訂單生產(chǎn)的產(chǎn)品，在銷售過程中同樣要進行信息比對與監(jiān)控，杜絕出現(xiàn)銷售違規(guī)的現(xiàn)象。監(jiān)控子系統(tǒng)違規(guī)報警模塊應與應急方案實時聯(lián)動。

生產(chǎn)線讀寫器實時讀取當前的下線量、藥卷信息；中轉(zhuǎn)庫讀寫器，可對裝車的炸藥信息進行監(jiān)視；存儲倉庫門口讀寫器通過讀取電子標簽，保存至系統(tǒng)中；炸藥在運輸過程中，車輛處于完全監(jiān)控的狀態(tài)，包括對其運輸路線、車輛速度、車門是否打開、車內(nèi)溫度等進行監(jiān)控；購買企業(yè)在產(chǎn)品入庫時，讀寫器讀取當前車輛運輸?shù)漠a(chǎn)品，與數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，并同時更新數(shù)據(jù)庫記錄。該過程中，RFID電子標簽在工業(yè)炸藥產(chǎn)品的全流程建立實時數(shù)據(jù)采集依據(jù)，杜絕人為主觀錯誤。

系統(tǒng)采用Client/Server（客戶端/服務器）與Browser/Server（瀏覽器/服務器）[7]混合的多層信息交互模式，基于SQL Server進行數(shù)據(jù)庫開發(fā)，將炸藥生產(chǎn)過程各關(guān)鍵控制點的數(shù)據(jù)保存到生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫?？蛻艚K端可通過網(wǎng)絡或客戶端與讀寫器相連，在采集終端與服務器之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并建立各關(guān)鍵控制點的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

2.1 RFID標簽的編碼標準

目前，RFID市場呈現(xiàn)為多種標準并存的局面，國際上存在三個主要的RFID技術(shù)標準體系組織：EPC Global、ISO/IEC、UIC。其標準包括讀寫器與計算機之的數(shù)據(jù)交換協(xié)議、電子標簽與讀寫器之間的空中接口（如ISO/IEC 18000-6）、以及RFID標簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標、RFID標簽與讀寫器的性能和一致性測試規(guī)范等。本文參照EPC Global標準，為制定適用于工業(yè)炸藥產(chǎn)品全流程監(jiān)控的RFID標簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標準，選擇Class 0和Class 1兩個等級，RFID電子標簽的信息包含以下內(nèi)容：產(chǎn)品EPC編碼、生產(chǎn)廠家編碼、產(chǎn)品號代碼、產(chǎn)品規(guī)格、生產(chǎn)日期、流水號等。

2.2 RFID條形碼技術(shù)的炸藥信息標識

要實現(xiàn)工業(yè)炸藥的全流程監(jiān)控，其信息的采集是基礎，而信息的采集則需要有標簽的統(tǒng)一標識。單純采用條形碼或者RFID電子標簽存在以下問題：RFID標識信息量大，讀取方便，一次可讀取多個，但費用較高；一維條形碼信息標識簡單，且存在讀取不易的問題；二維條形碼雖然讀取不易，但是具有信息量大的優(yōu)點。因此考慮把條形碼和RFID相結(jié)合來標識炸藥產(chǎn)品：RFID電子標簽根據(jù)當前條形碼的編碼規(guī)則，更大范圍的存儲該炸藥的信息，并用來成批量讀取產(chǎn)品；條形碼則可以保持當前的編碼規(guī)則，用于抽樣檢查等讀取個別產(chǎn)品信息。

2.3 多標簽讀寫防碰撞算法

多標簽沖突是RFID系統(tǒng)最容易出現(xiàn)也是必須解決的難題。ISO/IEC 18000-6 Type A、B分別采用ALOHA算法和二進制樹形算法，而ISO/IEC 18000-6C中采用的是基于隨機數(shù)產(chǎn)生器的隨機時隙算法[8]。

目前常用的防碰撞算法主要有：基于二進制樹搜索（Binary-Tree，BT）算法和基于時隙隨機分配的ALOHA算法和標簽估計算法（Tag Estimation Method，TEM）等。本文綜合兩種算法的優(yōu)缺點，在二進制樹搜索樹（Binary-Tree，BT）算法[9]基礎上，采用一種改進二進制樹搜索樹算法。其基本原理如下：根據(jù)發(fā)生碰撞的RFID電子標簽信息，構(gòu)造最佳搜索矩陣，再使用二進制樹搜索算法，并根據(jù)當前的時隙狀態(tài)，及時調(diào)整搜索路徑，從而有效減少碰撞和空閑時隙數(shù)以及傳輸?shù)谋忍亓浚行p少識別時間，提高搜索效率。

2.4 RFID數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)安全問題

RFID系統(tǒng)會出現(xiàn)閱讀錯誤和數(shù)據(jù)重復，提出采用可擴展的傳感器數(shù)據(jù)流處理（ESP）[10]，主要特點是流水線數(shù)據(jù)清理框架結(jié)構(gòu)以支持普適環(huán)境應用。數(shù)據(jù)清理過程包含如下五步：對讀取的單個值進行過濾的點處理；糾正閱讀丟失和點處理時的無效值的平滑處理；糾正閱讀丟失的不相關(guān)量的合并處理；處理不用粒子之間重復閱讀等的判決處理；基于時間戳等屬性，為不同類型傳感器進一步數(shù)據(jù)清理存儲數(shù)據(jù)閱讀量的虛化處理。它根據(jù)閱讀器所獲得的數(shù)據(jù)在時間和空間上具有相關(guān)性對數(shù)據(jù)進行處理。

由于工業(yè)炸藥行業(yè)監(jiān)控的獨特性，RFID標簽必須克服其易受到非法訪問、跟蹤、竊聽、偽造等攻擊等缺點。為解決上述安全與隱私問題，目前已經(jīng)提出了多種方案，包括主動干擾、Kill標簽、阻止標簽、Hash鎖和智能標簽等方法。Hash鎖無法解決位置隱私和中間人攻擊問題，其本質(zhì)原因是通過簡單的Hash函數(shù)，增加閉鎖和開鎖狀態(tài)，對標簽和讀寫器之間的通信進行訪問。因此本文采用一種改進的隨機讀取控制Hash鎖方法[11]。

3 結(jié)論

本文針對工業(yè)炸藥全生命周期實時監(jiān)控的需要，對工業(yè)炸藥提出基于RFID及條形碼這種技術(shù)相結(jié)合進行全流程實時監(jiān)控系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)總框架設計和監(jiān)控模型的建立，對實現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)-編碼標準、信息標識、防碰撞以及數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)安全進行分析。通過該監(jiān)控模型，有效地實時獲取炸藥產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并有力的掌控了炸藥的流向，推動該行業(yè)的智能化、信息化發(fā)展。

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作者簡介：李波（1980-），男，助理工程師，研究方向：機電自動化、信息化管理，現(xiàn)主要從事民爆行業(yè)設備自動化、系統(tǒng)智能化、信息化方面的研究。

作者單位：廣東振聲科技股份有限公司，廣東梅州 514700