RFID在未來工地的應(yīng)用場(chǎng)景研究

杜昊洋 周肖杉 周暢

摘要： RFID技術(shù)的日趨成熟引起相關(guān)領(lǐng)域研究者的重視，其在輔助建筑工程管理者掌握工地關(guān)鍵信息方面具有時(shí)效性、準(zhǔn)確性和便捷性。本文對(duì)RFID技術(shù)在建筑工地中的物料追蹤和人員管理兩方面之優(yōu)勢(shì)與創(chuàng)新提出構(gòu)想，旨在系統(tǒng)地闡述其工作原理和應(yīng)用模式，進(jìn)而更容易被建筑工地從業(yè)者所理解，使其更好地融入未來工地，提升管理效率。

Abstract： The increasing matured RFID technology has attracted the attention of researchers in related fields. It has the timeliness， accuracy and convenience in assisting construction engineering managers to grasp key information on the construction site. This article proposes the advantages and innovations of RFID technology in material tracking and personnel management in construction sites， aiming to systematically explain its working principles and application modes， so that it is easier for construction site practitioners to understand and make it better， and making it better application in the future site and enhancing management efficiency.

關(guān)鍵詞： RFID；建筑工地；物料追蹤；人員管理

Key words： RFID；construction site；material tracking；personnel management

中圖分類號(hào)：P237 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）19-0217-02

1 RFID簡(jiǎn)介

RFID技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用電磁波而對(duì)物體進(jìn)行非接觸的識(shí)別系統(tǒng)。一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽（RFID Tag）、讀取器（RFID Reader）和天線（Antenna）組成。電子標(biāo)簽有兩種類型：主動(dòng)標(biāo)簽和被動(dòng)標(biāo)簽。主動(dòng)標(biāo)簽有自己的能量來源用于反射讀取器的電波，而被動(dòng)標(biāo)簽通過RFID讀取器自身來激活。因此，主動(dòng)標(biāo)簽通常要比被動(dòng)標(biāo)簽擁有更大的讀取范圍（0.1～10m）。

2 RFID在工程材料追蹤中的應(yīng)用

當(dāng)前在我國的建筑工地中，對(duì)建筑材料的管理比較落后，采用的仍然是傳統(tǒng)的人工觀察方法，即建筑工程師和工地人員要時(shí)不時(shí)的去施工現(xiàn)場(chǎng)巡查，以評(píng)估建筑材料的當(dāng)前使用狀態(tài)。這需要耗費(fèi)大量人力和精力且過程極容易出錯(cuò)。

由此，我們提出了一項(xiàng)在規(guī)模較大的建筑工程中監(jiān)控建筑材料的集成系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)主要技術(shù)：RFID和Zig Bee[1]。RFID電子標(biāo)簽附著在各種建筑材料表面（或者為嵌入式），用來識(shí)別建筑材料的多樣性，Zig Bee負(fù)責(zé)傳播這些信息。在一個(gè)建筑施工場(chǎng)地，RFID電子標(biāo)簽識(shí)別一系列的建筑材料，之后電子標(biāo)簽里的信息在Zig Bee網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行多次反射，最終Zig Bee用無線將這些信息傳輸給工程管理人員。（圖1）

RFID和Zig Bee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有三層：首先是原始數(shù)據(jù)層，該層呈現(xiàn)RFID電子標(biāo)簽中的建筑材料信息，因?yàn)楸粍?dòng)標(biāo)簽都貼附在建筑材料上，所以RFID讀取器能夠記錄電子標(biāo)簽所依附的材料的類型；其次是數(shù)據(jù)讀取和感應(yīng)層，該層是讀取RFID電子標(biāo)簽的實(shí)際發(fā)生地，RFID讀取器通過天線傳輸和接收電波信號(hào)；最后是數(shù)據(jù)傳輸層，該層是Zig Bee感應(yīng)節(jié)點(diǎn)傳輸RFID電子標(biāo)簽信息的地方，感應(yīng)節(jié)點(diǎn)用序列接口直接與RFID讀取器連接。傳感器節(jié)點(diǎn)之間可以相互連接，因此所獲取的信息能夠傳達(dá)給與主電腦相連的任何一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)或匯點(diǎn)（終端使用者）。當(dāng)一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所發(fā)出的信號(hào)沒有到達(dá)匯點(diǎn)時(shí)，其他傳感器節(jié)點(diǎn)就會(huì)獲取這個(gè)信號(hào)并將它繼續(xù)傳輸?shù)絽R點(diǎn)，這就形成了一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。

RFID和Zig Bee集成系統(tǒng)有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和傳播效力，尤其是對(duì)于提高大型復(fù)雜建筑工地的建筑材料追蹤能力上有巨大開發(fā)價(jià)值，它能夠準(zhǔn)確對(duì)建筑材料進(jìn)行追蹤，節(jié)省大量人力資源，提高管理效率。

3 建筑工人的智能化管理

我們可以設(shè)想：施工現(xiàn)場(chǎng)采用實(shí)名制刷卡入場(chǎng)，每位工人配備帶身份識(shí)別的RFID卡片，并要求工人隨時(shí)攜帶。閱讀器組網(wǎng)運(yùn)用三角形加權(quán)質(zhì)心算法[2]，移動(dòng)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)和所有參與定位的固定標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息點(diǎn)圍成幾何多邊形，計(jì)算多邊形的質(zhì)心坐標(biāo)作為自己的估計(jì)位置，形成建筑工人3維定位系統(tǒng)，可測(cè)得工人在工地上的3維坐標(biāo)。（圖2）

將計(jì)算得到的每個(gè)卡片的坐標(biāo)位置存人服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，各管理和施工人員可以通過登錄查詢自己權(quán)限下的信息。采用Visual FoxPro進(jìn)行坐標(biāo)等信息的顯示[3]，程序初始化時(shí)讀入圖紙信息、施工人數(shù)、人員編號(hào)、人員對(duì)于施工區(qū)域、限制區(qū)域等信息，然后依次對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行處理，讀入點(diǎn)坐標(biāo)后，在圖紙上定位，判斷是否違法本項(xiàng)目所規(guī)定的動(dòng)作，如進(jìn)入限制其進(jìn)入的區(qū)域、離開工作崗位等，判斷是在地面工作還是在高空作業(yè)，對(duì)于不同狀態(tài)的工作人員以不同顏色顯示其信息，方便管理與施工人員能夠清晰快速的獲取現(xiàn)場(chǎng)信息，并在程序中預(yù)留報(bào)警接口。這里分兩種情況：一是對(duì)于違反施工要求和組織管理要求等，如施工人員擅自離開工作崗位，在禁止進(jìn)入的危險(xiǎn)區(qū)域逗留等情況，在程序中可以指定各施工人員的坐標(biāo)區(qū)域，劃定危險(xiǎn)區(qū)域的坐標(biāo)范圍等進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)設(shè)置；二是可探測(cè)到的施工人員事故信號(hào)，根據(jù)坐標(biāo)可確定的是高空墜落，具體表現(xiàn)為目標(biāo)的z坐標(biāo)急劇減小。程序設(shè)置立刻通知到相關(guān)管理人員并將信息直接反應(yīng)至最近的醫(yī)療點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)等待救援時(shí)間的最短化，將安全事故的損失降至最小。該定位方法還可以應(yīng)用于施工安全帽、作業(yè)服等安全裝備的使用狀態(tài)監(jiān)督。

4 結(jié)語

應(yīng)用RFID所構(gòu)建的對(duì)物料和人員的智能網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，可徹底實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑材料的實(shí)時(shí)監(jiān)督和對(duì)人員作業(yè)狀態(tài)的實(shí)時(shí)把握，管理與施工人員可以使用計(jì)算機(jī)、手持無線設(shè)備方便快捷地獲取現(xiàn)場(chǎng)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工地的全面智能化管理，大幅提升管理效率[4]。在國內(nèi)，材料乃至整體建筑資源的管理還有很大不足?，F(xiàn)在的建筑工程項(xiàng)目中RFID還是一項(xiàng)新興技術(shù)，但這項(xiàng)技術(shù)在我國乃至世界建筑領(lǐng)域都具有很大的發(fā)展前景，也很可能改變今后建筑工程管理領(lǐng)域的發(fā)展格局。因此我們要積極引鑒國內(nèi)外的先進(jìn)成果，不斷完善建筑領(lǐng)域的追蹤管理系統(tǒng)，使得我國在未來建筑工地管理的技術(shù)和理念領(lǐng)先世界。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛云川，宋鐵成.基于RFID和ZigBee技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息化研究，2012，38（1）：13-16.

[2]王鵬，趙晴，楊凱文.改進(jìn)的RSSI質(zhì)心定位算法[J].軟件，2014（1）：55-57.

[3]孟慶黎.基于RFID和圖像處理的身份識(shí)別軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].郎郭：河北工程大學(xué)，2011.

[4]紀(jì)震，李慧慧.電子標(biāo)簽原理與應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2006.