RFID技術(shù)在藝術(shù)品監(jiān)控管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

代 巍，馬秀麗

(沈陽理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159)

RFID技術(shù)在藝術(shù)品監(jiān)控管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

代 巍，馬秀麗

(沈陽理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159)

為實現(xiàn)對藝術(shù)品的實時監(jiān)控，杜絕惡意竊取，在被盜時能及時掌握相關(guān)信息并報警，設(shè)計了將近距離與遠(yuǎn)距離兩種模式相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)。通過近距離和遠(yuǎn)距離閱讀器實時讀取藝術(shù)品和人員的信息來判斷藝術(shù)品是否安全，然后將信息傳送給監(jiān)控中心，利用監(jiān)控管理軟件可以完成對藝術(shù)品和人員的實時監(jiān)控以及相關(guān)信息的查詢。為博物館或展覽館等場所對藝術(shù)品的監(jiān)控管理提供了安全有效的方案。

藝術(shù)品監(jiān)控；RFID技術(shù)；雙頻標(biāo)簽；中間件

目前國內(nèi)外大部分的展館還是使用比較傳統(tǒng)的管理方法如視頻監(jiān)控、用鑰匙鎖住藝術(shù)品和紅外線保護(hù)等[1]。這些監(jiān)控方法存在明顯的弱點如視頻監(jiān)控：監(jiān)控信息量大，存儲成本高，需要工作人員不間斷查看監(jiān)視器，而且藝術(shù)品被盜也不能及時發(fā)出報警。把藝術(shù)品鎖在展柜內(nèi)：偷盜者很輕松就可以將鎖打開并拿走藝術(shù)品，工作人員不能及時發(fā)現(xiàn)。紅外線保護(hù)裝置：受環(huán)境影響很大，無法將訓(xùn)練有素的偷盜者成功阻擋在門外[2]。因此，設(shè)計更加完善的實時監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤其重要，采用RFID技術(shù)是實現(xiàn)實時監(jiān)控的最佳選擇。本文設(shè)計了基于RFID的藝術(shù)品監(jiān)控系統(tǒng)對展館中的藝術(shù)品進(jìn)行實時監(jiān)控及定位，如有意外可以及時報警并獲取相關(guān)信息。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本監(jiān)控系統(tǒng)主要包含硬件和軟件兩部分，硬件部分主要是射頻監(jiān)控設(shè)備，完成對藝術(shù)品監(jiān)控信息的采集[3]。軟件部分包括中間件和后臺的應(yīng)用管理系統(tǒng)。中間件負(fù)責(zé)對閱讀器傳送來的信息進(jìn)行過濾、匯總和計算等，應(yīng)用管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對信息管理存檔，與用戶交互，完成用戶的實際工作需要。監(jiān)控系統(tǒng)主要由雙頻電子標(biāo)簽、射頻識讀與監(jiān)控設(shè)備、激勵器、中間件、監(jiān)控主機(jī)、計算機(jī)通信網(wǎng)路和監(jiān)控中心應(yīng)用系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 基于RFID的藝術(shù)品監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.1 雙頻電子標(biāo)簽

本監(jiān)控系統(tǒng)采用工作在(125kHz+2.4GHz)的雙頻電子標(biāo)簽。它的主要功能是對藝術(shù)品和人員進(jìn)行標(biāo)識，電子標(biāo)簽中包含藝術(shù)品和人員的相關(guān)信息。在近距離監(jiān)控模式中，通過近距離閱讀器讀取125kHz射頻芯片中的ID號對藝術(shù)品進(jìn)行監(jiān)控。而在遠(yuǎn)距離監(jiān)控模式中，125kHz的射頻芯片的主要功能是接收激勵器發(fā)送來的激勵信號，將2.4GHz芯片激活。而2.4GHz芯片除了存儲藝術(shù)品和人員的相關(guān)信息還要完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。

1.2 近距離閱讀器

近距離閱讀器的工作頻率為125kHz。其主要有兩個功能：(1)放置在出入口處，在入口處將進(jìn)入展館人員的信息寫入電子標(biāo)簽，并將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫保存；在出口處將標(biāo)簽中的信息刪除，回收標(biāo)簽。(2)在每件藝術(shù)品的附近放置一個近距離閱讀器，用來實時監(jiān)控藝術(shù)品是否離開其位置[5]。如果藝術(shù)品離開固定位置，近距離閱讀器就會將相關(guān)信息發(fā)送給監(jiān)控中心備案。

1.3 遠(yuǎn)距離閱讀器

工作頻率為2.4GHz。主要功能是對進(jìn)入展館內(nèi)的人員進(jìn)行實時定位跟蹤和對藝術(shù)品進(jìn)行定位。在展出期間，如果近距離閱讀器識讀到藝術(shù)品離開指定的位置，遠(yuǎn)距離閱讀器就會對該藝術(shù)品進(jìn)行定位跟蹤，將其位置變化信息傳送給監(jiān)控中心。在非展出期間，遠(yuǎn)距離閱讀器對藝術(shù)品進(jìn)行區(qū)域定位跟蹤。只要藝術(shù)品沒有離開監(jiān)控區(qū)域就屬于正常狀態(tài)。本文所設(shè)計的遠(yuǎn)距離閱讀器結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

遠(yuǎn)距離閱讀器主要包括控制模塊、射頻接收模塊、I/O接口模塊、電源模塊和天線。控制處理模塊主要實現(xiàn)對其余各模塊數(shù)據(jù)的采集，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。射頻模塊主要包括射頻發(fā)送單元和射頻接收單元，主要任務(wù)是產(chǎn)生射頻信號去激活作用范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽，然后對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制并將數(shù)據(jù)發(fā)送給電子標(biāo)簽，最后接收并解調(diào)來自電子標(biāo)簽的射頻信號[6-7]。I/O接口模塊采用RS485方式通信。

圖2 遠(yuǎn)距離閱讀器結(jié)構(gòu)框圖

1.4 激勵器

激勵器的工作頻率為125kHz，其激勵范圍為1～5m，其主要功能是將進(jìn)入激勵區(qū)域的電子標(biāo)簽激活，并輔助遠(yuǎn)距離閱讀器對電子標(biāo)簽定位。激勵器激活電子標(biāo)簽的同時也將自身的ID號和低頻RSSI值寫入電子標(biāo)簽。

1.5 RFID中間件

RFID中間件是RFID閱讀器與應(yīng)用系統(tǒng)之間的中介，并將RFID原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能被后臺應(yīng)用系統(tǒng)識別的數(shù)據(jù)。它屏蔽了RFID設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，還可以對閱讀器傳來的與標(biāo)簽相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、匯總、計算、分組，減少了從閱讀器傳往應(yīng)用系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)，生成了加入語義解釋的事件數(shù)據(jù)[8-9]。其工作流程：首先對系統(tǒng)初始化，然后監(jiān)聽閱讀器采集到的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)的合法性進(jìn)行驗證，再對數(shù)據(jù)過濾去冗余，之后根據(jù)事件的類型進(jìn)行相應(yīng)的處理，如計算和分組等。最后將處理好的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，應(yīng)用系統(tǒng)可從中調(diào)用。

1.6 通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)的作用是在上位機(jī)和下位機(jī)之間建立一個橋梁，完成數(shù)據(jù)和指令的傳輸[10]。本監(jiān)控系統(tǒng)主要包括視頻和RFID數(shù)據(jù)傳輸。視頻信息的傳輸方式有很多種，根據(jù)應(yīng)用場所的情況選擇雙絞線傳輸，其適合1km內(nèi)傳輸，將視頻監(jiān)控信號通過平衡對稱的方式傳輸。其優(yōu)點是布線簡易、成本低，抗共模干擾性強(qiáng)。RFID數(shù)據(jù)則使用RS485接口傳輸。RS485采用半雙工的工作方式，支持多點數(shù)據(jù)通信，適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。

2 系統(tǒng)監(jiān)控模式設(shè)計

主要包括近距離和遠(yuǎn)距離兩種監(jiān)控模式，通過將這兩種模式有效結(jié)合，以實現(xiàn)對展出期間和非展出期間的藝術(shù)品進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)。以展出期間為例，系統(tǒng)監(jiān)控流程如圖3所示。

本監(jiān)控系統(tǒng)中每個雙頻標(biāo)簽都有唯一的ID號，首先要將每個藝術(shù)品用一個寫有相關(guān)信息的雙頻標(biāo)簽標(biāo)識，并將這些信息存入數(shù)據(jù)庫中。在展出期間，將藝術(shù)品放在指定位置，同時在其周圍放置近距離閱讀器，它通過實時讀取藝術(shù)品的信息來判斷藝術(shù)品是否離開，如果藝術(shù)品離開，近距離閱讀器會將此信息傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行判斷藝術(shù)品是否被正常拿取。如果不是，監(jiān)控中心將相關(guān)信息備案并產(chǎn)生報警，同時通過遠(yuǎn)距離閱讀器對藝術(shù)品定位跟蹤。如果是正常拿取，就存檔相關(guān)信息并對其定位跟蹤。

在入口處給參觀人員發(fā)放腕表標(biāo)簽并寫入人員信息，同時將信息存入數(shù)據(jù)庫。人員佩戴的標(biāo)簽被入口處的激勵器激活，將標(biāo)簽信息(激勵器ID、標(biāo)簽ID及RSSI值)傳送給遠(yuǎn)距離閱讀器。再由閱讀器通過RS485接口至中間件，經(jīng)過中間件的過濾、計算等處理得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)后傳送給監(jiān)控主機(jī)匯總，最后將數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)用系統(tǒng)，來完成對室內(nèi)人員的實時定位跟蹤。

3 監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控管理系統(tǒng)是在監(jiān)控管理中心計算機(jī)上運行的程序，主要完成對系統(tǒng)信息和藝術(shù)品信息的統(tǒng)一管理[11]。工作人員通過該系統(tǒng)可以實時了解藝術(shù)品的安全狀態(tài)，隨時可以查詢藝術(shù)品的相關(guān)信息，實現(xiàn)人機(jī)合作。本文通過VC++6.0軟件設(shè)計藝術(shù)品監(jiān)控管理系統(tǒng)。操作界面如圖4所示。

(1)系統(tǒng)管理模塊：主要包括密令設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、查看日志、打印報表、系統(tǒng)注冊、退出系統(tǒng)等功能。

(2)設(shè)施管理模塊：包括數(shù)據(jù)庫維護(hù)、中間件管理和系統(tǒng)設(shè)備管理。

(3)人事管理模塊：主要包括員工檔案的建立、員工的調(diào)動、員工的請假和員工的離職。

圖3 藝術(shù)品在展出期間系統(tǒng)監(jiān)控流程圖

圖4 藝術(shù)品監(jiān)控系統(tǒng)操作界面

(4)信息管理模塊：主要包括藝術(shù)品檔案建立、藝術(shù)品位置信息、參觀人員基本信息、人員位置信息、監(jiān)控視頻信息。

(5)信息查詢模塊：主要包括藝術(shù)品信息查詢、工作人員信息查詢、參觀人員信息查詢、監(jiān)控信息查詢。

(6)監(jiān)控現(xiàn)場模塊：是藝術(shù)品監(jiān)控系統(tǒng)的核心，以A區(qū)為例實時監(jiān)控如圖5所示。

監(jiān)區(qū)的劃分：如圖5左上角，監(jiān)控系統(tǒng)所應(yīng)用的展區(qū)共有五個房間，將每個房間劃分為一個區(qū)，大廳單獨為一區(qū)，實現(xiàn)無縫監(jiān)控。

藝術(shù)品監(jiān)控：如圖5左下角，正常情況下，用綠色的點表示藝術(shù)品，如果藝術(shù)品被合法挪動，就變成黃色的點，如果是非法拿取，則變成紅色的點并且閃爍和蜂鳴報警，08號藝術(shù)品被非法移動，如圖6所示。

圖5 實時監(jiān)控

圖6 藝術(shù)品被非法移動

由圖6可以看出，08號藝術(shù)品被非法移動，監(jiān)控人員可以看到08號燈變紅并閃爍，同時聽到蜂鳴報警。監(jiān)控人員點擊08號按鈕就可以查看藝術(shù)品的位置變化信息，如圖7所示。

圖7 非法移動的藝術(shù)品位置變化信息

由圖7可以清楚地看到藝術(shù)品的位置變化信息，監(jiān)控人員可以很快定位到藝術(shù)品，追回丟失的藝術(shù)品。

人員監(jiān)控：如圖5右下角，該部分主要對展區(qū)內(nèi)的所有人員進(jìn)行定位跟蹤，通過激勵器號，閱讀器號就可以判讀人員的位置。

視頻監(jiān)控：如圖5右上角，監(jiān)控該區(qū)所有藝術(shù)品和人員。

4 結(jié)論

藝術(shù)品的失竊將導(dǎo)致國家經(jīng)濟(jì)和文化的雙重?fù)p失，所以本文針對藝術(shù)品存放的安全性，以及各大博物館或展覽館監(jiān)管系統(tǒng)的漏洞，設(shè)計了一種基于RFID技術(shù)的藝術(shù)品監(jiān)控系統(tǒng)，不僅通過近距離閱讀器監(jiān)控展出期間藝術(shù)品是否離開指定位置，還通過激勵器激活展館內(nèi)的人員標(biāo)簽，幫助遠(yuǎn)距離閱讀器完成對人員定位跟蹤。與傳統(tǒng)的管理方式相比，本監(jiān)控系統(tǒng)可以實時了解藝術(shù)品的信息和人員的動態(tài)，藝術(shù)品被非法移動時可以及時報警并掌握其位置信息。有效防止藝術(shù)品被盜，一旦被盜可以馬上對其進(jìn)行定位。實現(xiàn)信息化管理，提高監(jiān)管效率。

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(責(zé)任編輯：馬金發(fā))

Study of Art Monitoring System Based on RFID

DAI Wei,MA Xiuli

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

In order to realize the real-time monitoring of works of art,prevent malicious theft and unfortunate stolen,people can acquire the related information in time and alarm,designing a monitoring system which combines the mode of close and distance.The method is to read the information of arts and people by close and long distant readers to judge whether arts are safe,then the information is transmitted to the monitoring center,can realize the real-time monitoring of the arts and people and query the related information by monitoring management software,and provides a safe and effective art monitoring system for the places such as museums or galleries.

art monitoring;RFID technology;double-frequency tag;middleware

2014-06-30

代巍(1989—)，女，碩士研究生;通信作者：馬秀麗(1966—)，女，教授，研究方向：射頻識別技術(shù)與應(yīng)用.

1003-1251(2015)03-0016-05

TP227

A