無線射頻技術在民航行李運輸方面的應用研究

詹潤銓，張純良，周琪，陳麗聰

（1.北京理工大學珠海學院，廣東 珠海 519000；2.東華大學，上海 201620）

隨著經濟的發(fā)展，社會的進步，我國航空產業(yè)蓬勃發(fā)展，無論是客運還是貨運，需求量都呈現持續(xù)增長的趨勢，如圖1 所示。

圖1 2013-2017 年我國旅客及貨郵吞吐量

為了提升行李運輸的效率和質量，我們研究基于無線射頻技術的行李運輸方案，其中最重要的環(huán)節(jié)是利用無線射頻技術來提高行李的識別分揀效率、提供行李的定位跟蹤功能，減少不必要的混亂或丟失，提升行李運輸的安全性和旅客的便利性。

1 RFID 工作系統(tǒng)

1.1 RFID 系統(tǒng)的優(yōu)勢

在當今民航行李運輸產業(yè)，傳統(tǒng)條形碼技術占據著主要市場，但RFID 相對于傳統(tǒng)條形碼技術擁有諸多優(yōu)點，具有較高的適用性。下面將從效率性、實用性和安全性三個角度對RFID 進行優(yōu)勢分析。

（1）效率性。傳統(tǒng)條碼技術每次只能識別單個標簽，作業(yè)環(huán)境要求有較近的識別距離且保證沒有物體遮擋，有時甚至需要人工手持掃描器進行掃描識別。而RIFD 可實現多個標簽的無接觸化同步自動識別，在識別行李標簽的速度上得到很大提高。同時，RFID 可以穿透紙張、木料、塑料等非金屬或非透明材料進行穿透性通信，也就是說，RFID 的識別在很大程度上對于物體擺放沒有過多規(guī)定。

（2）實用性。RFID 在技術上對于其所使用的電子標簽的尺寸和形狀沒有要求，也無須為了保證識別率而要求特定的印刷品質。隨著技術進步，電子標簽具有小型多樣化的發(fā)展趨勢，為以后RFID 的普及應用增加了實用性。由此可見，電子標簽可以在各機場或航空公司循環(huán)使用，對于節(jié)約成本和資源有很大幫助。同時，電子標簽相比傳統(tǒng)條碼擁有更大的數據記憶容量，伴隨記憶載體的發(fā)展，數據容量會不斷擴展，這與信息化社會的發(fā)展相匹配。綜合來說，使用RFID是具有前瞻性的正確方式。

（3）安全性。傳統(tǒng)條碼技術的載體是附于行李箱或外包裝紙箱上的紙張，其容易受到折損或污染進而影響標簽的識別。但RFID 電子標簽對水、油和化學藥品等物質具有很強抵抗性，重要的信息數據也存儲在內置芯片中，可以在一定程度上免受污損。同時，RFID 承載的是電子化信息，數據內容可利用保密措施進行保護，使其不易被偽造及變更，極大程度保證了乘客行李和私人信息的安全。由以上分析可見，RFID 在當今高速運轉、高密度運行的行李運輸系統(tǒng)中是有相當競爭力的，利用RFID 可實現快速、多量、準確的行李標簽識別，進而可以達到對行李分揀和跟蹤定位的目的，同時，也進一步保障了托運行李的安全。

1.2 RFID 系統(tǒng)的組成

RFID 是近期興起的非接觸式自動識別技術。RFID 系統(tǒng)與傳統(tǒng)的磁卡，IC 卡工作原理類似，都是通過磁場將應答器中的內置芯片存儲的數據傳送至閱讀識別器識別。一套基本的RFID 系統(tǒng)由三個部件組成：閱讀器、天線、電子標簽。閱讀器是讀取或讀/寫電子標簽信息的設備，主要作用是控制射頻模塊向電子標簽發(fā)射讀取信號。天線與閱讀器相連，是閱讀器和電子標簽之間傳輸數據的發(fā)射接收裝置。電子標簽內置芯片和天線，在系統(tǒng)中是真正的數據載體，內置芯片可以存儲一定格式的電子數據，天線則用于與閱讀器的數據傳輸。

1.3 RFID 系統(tǒng)工作機理

RFID 系統(tǒng)作用機理如圖2 所示。

圖2 RFID 系統(tǒng)作用機理

電子標簽進入特定的磁場后，若接收到閱讀器發(fā)射的通信信號，就能借助感應電流給電子標簽提供的能量發(fā)送存儲在內置芯片的數據信息，或電子標簽主動發(fā)送特定頻率的信號（有源標簽）。閱讀器對接收到的信號進行解碼并傳送至主機系統(tǒng)進行數據處理。按照信號在閱讀器和電子標簽之間的傳輸方式不同，可分為電感耦合和電磁反向散射耦合，可見圖3。電感耦合屬于變壓器模型，利用空間中高頻交變磁場實現耦合，主要理論依據是電磁感應定律。電磁反向散射耦合屬于雷達原理模型，原理是發(fā)射出去的電磁波碰到障礙物后會反彈，同時把數據信息帶回來，主要理論依據是電磁波的空間傳播規(guī)律。

圖3 RFID 信號傳輸原理模型

RFID 系統(tǒng)中閱讀器的識別距離是一個十分重要的指標，識別距離越大作用效果越佳。根據作用距離的不同，可將RFID 系統(tǒng)分為三類：密耦合系統(tǒng)、遙耦合系統(tǒng)和遠距離系統(tǒng)。前兩者都屬于電感耦合，后者屬于電磁反向散射耦合。密耦合系統(tǒng)作用距離范圍一般在0 ～1cm；遙耦合系統(tǒng)可細分為近耦合和疏耦合，最大作用距離分別為15cm 和1m；遠距離系統(tǒng)作用距離一般在1 ～10m，個別系統(tǒng)也可達到更遠的作用距離。

由此可見，若要把RFID 結合到行李運輸系統(tǒng)中并發(fā)揮作用，必須依據現實工作情況選擇合適的RFID 系統(tǒng)，并且后續(xù)還需要搭配相應作用系統(tǒng)，如識別分揀系統(tǒng)、跟蹤定位系統(tǒng)等。這樣后臺主機系統(tǒng)接受到從閱讀器發(fā)送過來的經解碼過的數據信息后，可以根據算法的邏輯性判斷標簽是否合法，進而發(fā)射不同的控制信號。

2 RFID 系統(tǒng)對行李的識別分揀

近年來，在經濟和科技的發(fā)展帶動下，我國旅客對于民航運輸的需求量每年逐步升高。對此，2017 年重慶江北機場T3A 航站樓率先使用國內首個RFID 行李分揀系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括全國首例行李自動分揀通道識別系統(tǒng)和滑槽識別驗證系統(tǒng)，采用RFID 芯片識別，大大提高了識別的準確率。目前大多數機場依舊使用條碼識別技術實現行李分揀，但因其技術自身弊端，時常導致行李滯留，作業(yè)效率低下的問題。經調查統(tǒng)計發(fā)現，傳統(tǒng)條碼識別技術綜合識別率只能達到90%～95%，但RFID 系統(tǒng)的識別率等達到99%以上。RFID 在行李分揀系統(tǒng)中主要體現兩個作用，分別是將數據信息寫入電子標簽和對電子標簽的數據信息進行識別讀取。圖4 展示了基于RFID 系統(tǒng)的行李分揀流程。

圖4 基于RFID 系統(tǒng)的行李分揀作業(yè)布局

閱讀器多數布置在值機柜臺、安檢裝置、分流裝置和分揀裝置之前。旅客辦理行李托運時，地勤人員利用閱讀器將信息寫入標簽并人工固定在特定位置。托運的行李需要先經過安檢，此前閱讀器會對標簽進行讀取，將數據信息傳遞給安檢工作人員以便在安檢作業(yè)中發(fā)現問題時能夠做出及時的處理。在復雜的行李運輸系統(tǒng)中，難免會有彎曲軌道和交錯口，內置芯片的數據被讀取后通過算法甄別分流到正確的軌道上。當行李運輸到指定航班的軌道出口，閱讀器讀取到的數據會與行李系統(tǒng)的信息進行再確認，通過后運輸行李的滑槽會側翻，將行李送到行李集中處，最終完成行李分揀工作。在識別分揀系統(tǒng)中，布置的多組閱讀器相互協(xié)同作業(yè)，各自發(fā)揮著重要作用。

3 RFID 系統(tǒng)對行李的跟蹤定位

RFID 在行李運輸方面除了具有分揀功能，還具備跟蹤定位功能。2019 年1 月28 日，東方航空啟用國內首個RFID行李全程跟蹤系統(tǒng)，乘坐上海虹橋-武漢航班的旅客可以通過手機微信小程序掃描或者輸入行李牌號碼，便可輕松實時地了解行李托運的進程。RFID 在室內的定位方法可大致分為五類。有利用閱讀器與電子標簽之間的信號強度變化情況計算的信號強度法（RSS），如圖5 所示。有根據通訊信號在閱讀器與標簽之間的傳遞時間計算的收信時間法（TOA）。有通過同一標簽到達不同閱讀器之間的時間差計算的收信時間差法（TDOA）,如圖6 所示。有憑借信號與閱讀器之間的角度計算的收信角度法（AOA），如圖7 所示。有基于閱讀器接收通訊信號的相位定位的到達相位法（POA）。目前，RFID 定位系統(tǒng)機理多數是圍繞某種定位方法為主，綜合其他算法而構成。

RFID 在托運行李跟蹤定位的方式可概述為在柜臺、傳送帶、行李分揀處、裝車處、行李提取處等位置布置閱讀器。每當托運行李經過一個節(jié)點，電子標簽內的數據就會自動被收集到后臺數據庫，系統(tǒng)通過算法對其信息進行剖析，確認托運行李的位置，同時航空公司和機場可通過軟件將物流信息傳遞給旅客，以便旅客隨時查看和知曉。

圖5 RSS 信號強度法示意圖 圖6 TDOA 收信時間差法示意圖

4 結語

近年來，物聯網概念迅速發(fā)展，RFID 作為實現物聯網的核心技術，在大勢之下得到了極大的發(fā)展。若RFID 能正確應用到民航運輸業(yè)，充分實現分揀識別、跟蹤定位等功能，同時航空公司與機場等航空企業(yè)互聯，實現數據安全共享，優(yōu)化航空供應鏈，相信會大幅提高航空貨郵運輸效率，為旅客提供便捷省心的服務體驗，亦為社會節(jié)省大量資源。

圖7 AOA 收信角度法示意圖