工業(yè)炸藥RFID識(shí)綜管控智能系統(tǒng)研究

摘 要：工業(yè)炸藥是易燃易爆的特殊商品，但由于其生產(chǎn)、銷售環(huán)節(jié)眾多，業(yè)務(wù)流程復(fù)雜，監(jiān)管部門無法實(shí)時(shí)獲取其信息而容易產(chǎn)生監(jiān)管空白。本文針對此情況，提出一種基于RFID和條形碼融合技術(shù)，開發(fā)了一個(gè)實(shí)時(shí)獲取工業(yè)炸藥信息智能識(shí)綜管控系統(tǒng)，并詳細(xì)論述了其整體結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵詞：工業(yè)炸藥；RFID；條形碼；智能識(shí)綜管控系統(tǒng)

中圖分類號：TQ560.6；TP391.44

工業(yè)炸藥是具有易燃易爆危險(xiǎn)屬性的特殊商品，其生產(chǎn)、銷售、購買、運(yùn)輸、爆破、儲(chǔ)存所有流程都由政府部門嚴(yán)格監(jiān)管。而現(xiàn)階段由于民爆物品生產(chǎn)、銷售環(huán)節(jié)眾多，業(yè)務(wù)流程復(fù)雜等緣故，造成民爆物品各環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)信息難以及時(shí)獲取。

目前，炸藥信息標(biāo)識(shí)主要采用條碼技術(shù)，但條碼技術(shù)具有記錄信息無法更改、存儲(chǔ)容量相對較小缺點(diǎn)。無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。RFID標(biāo)簽可支持快速讀寫、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長期跟蹤管理。利用多點(diǎn)布置的RFID讀寫器和應(yīng)用軟件可實(shí)現(xiàn)大范圍、長距離、多點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。

利用RFID技術(shù)，建立工業(yè)炸藥信息的在線數(shù)據(jù)采集。通過對其生產(chǎn)、存儲(chǔ)、銷售、使用等過程的信息實(shí)時(shí)獲取，實(shí)現(xiàn)工業(yè)炸藥從生產(chǎn)企業(yè)下線直到終端用戶使用全流程綜合管控。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)工業(yè)炸藥全流程和RFID信息流向，可把該智能識(shí)綜管控系統(tǒng)分為三層，如圖1所示：

1.1 數(shù)據(jù)采集層

每個(gè)工業(yè)炸藥產(chǎn)品或包裝箱上都有RFID標(biāo)簽，而布置在關(guān)鍵工位（如生產(chǎn)線終端，倉儲(chǔ)門口等）的標(biāo)簽讀寫器則讀取經(jīng)過該工位標(biāo)簽信息，信息主要包括產(chǎn)品位置，經(jīng)過時(shí)間，狀態(tài)，數(shù)量等，然后數(shù)據(jù)處理層通過無線網(wǎng)絡(luò)或者有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取分布在不同位置讀寫器上的信息，從而實(shí)現(xiàn)對工業(yè)炸藥信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集。

1.2 數(shù)據(jù)處理層

該層主要處理來自數(shù)據(jù)采集層的RFID讀寫器中信息，從中提取有用信息，寫入數(shù)據(jù)庫，再進(jìn)一步提供給數(shù)據(jù)服務(wù)層。通過數(shù)據(jù)處理中間件，并根據(jù)EPC Global編碼規(guī)則，把從數(shù)據(jù)采集層RFID讀寫器中讀出來的有用數(shù)據(jù)（非標(biāo)簽數(shù)據(jù)），經(jīng)過標(biāo)簽數(shù)據(jù)預(yù)處理（過濾、分組、計(jì)數(shù)等），檢查錯(cuò)誤標(biāo)簽和重復(fù)標(biāo)簽，最后將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，供數(shù)據(jù)服務(wù)層使用。

1.3 數(shù)據(jù)服務(wù)層

數(shù)據(jù)服務(wù)層利用數(shù)據(jù)處理層數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為不同格式，為各種不同模塊提供數(shù)據(jù)支持；同時(shí)，為不同應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共用和信息共享。工業(yè)炸藥動(dòng)態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示在GIS（地理信息系統(tǒng)）系統(tǒng)，以圖形化、可視化形式表現(xiàn)產(chǎn)品動(dòng)態(tài)變化流程以及相關(guān)位置、時(shí)間等信息，對于可能發(fā)生潛在安全隱患或者發(fā)生安全事故的相關(guān)信息，通過專業(yè)數(shù)據(jù)接口，為應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)信息支持，從而提高該系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 RFID編碼、自動(dòng)貼標(biāo)及其信息獲取

考慮到行政部門的需求和成本，該項(xiàng)目采用RFID和條形碼融合技術(shù)，即個(gè)體產(chǎn)品（例如：一條炸藥藥卷）標(biāo)識(shí)采用條形碼實(shí)現(xiàn)，而批量產(chǎn)品（例如：一箱炸藥）標(biāo)識(shí)采用RFID實(shí)現(xiàn)。

（1）RFID編碼

（2）自動(dòng)貼標(biāo)

即在包裝生產(chǎn)線末端對產(chǎn)品進(jìn)行貼標(biāo)，為此，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)并研發(fā)具有國內(nèi)首創(chuàng)的防爆型RFID條形碼自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)。該貼標(biāo)機(jī)主要實(shí)現(xiàn)的功能：RFID標(biāo)簽信息在線讀寫、自動(dòng)貼標(biāo)、條碼在線識(shí)別、RFID標(biāo)簽和條形碼信息映射以及糾錯(cuò)控制。

（3）標(biāo)簽信息的實(shí)時(shí)獲取

獲取RFID產(chǎn)品對象信息的方式通常有兩種：a）信息直接存放在標(biāo)簽上，只需通過直接讀取標(biāo)簽即可獲取標(biāo)簽信息，缺點(diǎn)是容量有限；b）信息存放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，通過認(rèn)證控制訪問。容量不受限制，更新方便，缺點(diǎn)是需要網(wǎng)絡(luò)支持，還有安全性問題。

針對民爆物品全流程安全監(jiān)管需求，結(jié)合EPC Global機(jī)制，并同時(shí)考慮產(chǎn)品信息可分為兩部分，一部分可存入RFID標(biāo)簽（例如：產(chǎn)品審批編號、產(chǎn)品流水號等不變信息），另一部分則存放到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（例如：工位編號、倉庫編號等變化形象）。

2.2 數(shù)據(jù)處理中間件

數(shù)據(jù)處理中間件主要是用來處理來自系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集層的信息，并把一些信息同步寫入到數(shù)據(jù)庫。運(yùn)用中間件，即使數(shù)據(jù)采集層和數(shù)據(jù)服務(wù)層處在不同的操作系統(tǒng)，應(yīng)用不同的平臺(tái)工具，它們也能得到很好的交互，如圖2所示。

2.3 數(shù)據(jù)的安全性

由于RFID標(biāo)簽所處環(huán)境及產(chǎn)品本身特性影響，標(biāo)簽數(shù)據(jù)在安全性，可靠性與準(zhǔn)確性方面都存在一些問題。在安全性方面，RFID標(biāo)簽面臨的安全威脅主要有：易受到非法訪問、跟蹤、竊聽、偽造等攻擊。由于工業(yè)炸藥行業(yè)監(jiān)控的獨(dú)特性，設(shè)計(jì)安全、高效、低成本的RFID安全機(jī)制尤為重要。為解決上述安全與隱私問題，目前已有多種解決方案，包括Kill標(biāo)簽、主動(dòng)干擾、智能標(biāo)簽、阻止標(biāo)簽和Hash鎖等方法。其中，Hash鎖通過簡單的Hash函數(shù)，增加閉鎖和開鎖狀態(tài)，對標(biāo)簽和讀寫器之間的通信進(jìn)行訪問；但是它無法解決位置隱私和中間人攻擊問題。而本項(xiàng)目則采用了一種改進(jìn)的隨機(jī)讀取控制Hash鎖方法。在可靠性與準(zhǔn)確性方面，則在數(shù)據(jù)處理層有個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)處理機(jī)制，即對來自數(shù)據(jù)采集層的信息進(jìn)行糾錯(cuò)，去重等操作，以此提升可靠準(zhǔn)確性。

3 應(yīng)用情況

系統(tǒng)選用微軟Visual Studio開發(fā)平臺(tái)，編程語言采用C++、C#、ASP，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005。采用客戶端/服務(wù)器（Client/Server）和瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server）混合技術(shù)架構(gòu)，其中RFID數(shù)據(jù)采集、RFID事件處理、業(yè)務(wù)流程處理等采用C/S架構(gòu)；RFID實(shí)時(shí)信息上傳、實(shí)時(shí)監(jiān)控和查詢、追溯等采用B/S結(jié)構(gòu)。

本文開發(fā)的系統(tǒng)已經(jīng)用于廣東省四0一廠炸藥生產(chǎn)線，可以對炸藥產(chǎn)品下線、產(chǎn)品出入庫、銷售等環(huán)節(jié)的信息實(shí)時(shí)采集和傳輸，圖3是應(yīng)用場景。

4 結(jié)束語

本文題出一種基于RFID和條形碼融合的技術(shù)，對工業(yè)炸藥各個(gè)流程的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過數(shù)據(jù)處理中間件技術(shù)對采集得到的信息進(jìn)行有效處理，提供了實(shí)時(shí)獲取的工業(yè)炸藥信息，為管控這具有危險(xiǎn)屬性的產(chǎn)品提供了方便快捷途徑，也有利于社會(huì)穩(wěn)定與安全。

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作者簡介：余彬昌（1991-），男，廣東梅州人，本科，研究方向：RFID技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；許亮，男，博士，講師，研究方向：RFID及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；何小敏，女，副教授，研究方向：RFID及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

作者單位：廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，廣州 510006

基金項(xiàng)目：廣東省重大科技專項(xiàng)（編號：2012A080104012）。