RFID技術(shù)在危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理中的應(yīng)用研究

于一帆

(中國(guó)石化青島安全工程研究院，山東青島 266104)

1 技術(shù)背景

射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification)技術(shù)，簡(jiǎn)稱RFID技術(shù)，是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止或移動(dòng)物體的非接觸式自動(dòng)識(shí)別和信息交換的技術(shù)。由于其具有非接觸性、數(shù)據(jù)量大、信息處理速度快、識(shí)別距離遠(yuǎn)、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，目前已在物流、零售、制造業(yè)、服裝業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域有了諸多應(yīng)用。例如利用RFID標(biāo)簽采集從原材料采購(gòu)、生產(chǎn)加工到倉(cāng)儲(chǔ)流通和最終銷售的全過(guò)程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了藥品的實(shí)時(shí)監(jiān)控和溯源監(jiān)管；再如UPS、DHL、Fedex等國(guó)際物流巨頭都在積極試驗(yàn)RFID技術(shù)，以期將來(lái)能夠在信息自動(dòng)采集、貨物追蹤、倉(cāng)儲(chǔ)管理等過(guò)程中大規(guī)模應(yīng)用。

目前，RFID技術(shù)在危險(xiǎn)化學(xué)品(以下簡(jiǎn)稱“?；贰?安全管理中已有相應(yīng)的研究，但多為概念設(shè)計(jì)或小范圍試點(diǎn)應(yīng)用的階段。我國(guó)是危化品生產(chǎn)使用大國(guó)，行業(yè)發(fā)展快速、體量大、環(huán)節(jié)多，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，區(qū)域分布不規(guī)則，監(jiān)管難度較大。?；吩谏a(chǎn)、銷售、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用乃至廢棄回收利用等全生命周期中都存在安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，事故在各個(gè)環(huán)節(jié)均有發(fā)生，對(duì)危化品實(shí)行全鏈條、全周期的綜合治理與協(xié)同監(jiān)管已經(jīng)是行業(yè)共識(shí)和必然趨勢(shì)。RFID技術(shù)在全生命周期的數(shù)據(jù)采集和流通方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，例如在危化品鋼(氣)瓶的充裝、配送和使用過(guò)程中，以往傳統(tǒng)的管理方法通過(guò)人工肉眼識(shí)別和追溯，遇到瓶身銹蝕的鋼印標(biāo)識(shí)容易造成誤判，通過(guò)條碼管理則容易被復(fù)制、偽造或腐蝕、折損等，且需人員靠近，一次只能讀取一條，其安全性、準(zhǔn)確度和效率均較低，RFID技術(shù)的引入可以大大簡(jiǎn)化管理流程，減少人身靠近?；返膫Γ瑵M足數(shù)據(jù)量不斷增多和處理速度不斷提高的需求。

2 危化品RFID技術(shù)研究進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀分析

2.1 ?；稲FID技術(shù)研究進(jìn)展

2.1.1 標(biāo)簽選型

RFID電子標(biāo)簽的的工作頻率不僅決定著射頻識(shí)別系統(tǒng)工作原理(電感耦合或電磁耦合)、識(shí)別距離，還決定著電子標(biāo)簽及讀寫器實(shí)現(xiàn)的難易程度和設(shè)備成本。因此，目前在危化品領(lǐng)域應(yīng)用的電子標(biāo)簽選型主要是圍繞工作頻率的選擇展開(kāi)。結(jié)合?；穲?chǎng)景實(shí)際，超高頻電子標(biāo)簽(UHF，850～910 MFz波段)作用范圍廣、傳送數(shù)據(jù)速度快等特點(diǎn)使其成為應(yīng)用的首選。然而，超高頻的電波比較耗能，其穿透能力和繞射能力較弱是不可避免的缺陷，發(fā)送天線與接收天線之間基本不能有物體阻擋，因此在應(yīng)用中閱讀器的架設(shè)位置、角度、數(shù)量等都需要結(jié)合場(chǎng)景實(shí)際仔細(xì)考量。

2.1.2 標(biāo)簽封裝

宋婧婧在?；窔馄坑肦FID電子標(biāo)簽的封裝材料的選擇中，考慮到?；窔馄吭谑褂眠^(guò)程中可能遭受高溫暴曬或嚴(yán)寒冰凍，在頻繁往復(fù)流通經(jīng)受振動(dòng)和撞擊，選用了具有較強(qiáng)的耐熱、耐寒、耐摩擦、抗疲勞、硬度高等特點(diǎn)的熱可塑性聚酯(PET)材料進(jìn)行封裝。將RFID標(biāo)簽固定在金屬氣瓶上時(shí)，由于金屬環(huán)境對(duì)入射電磁波的削弱和反射，標(biāo)簽無(wú)力獲得足夠的能量激活芯片，性能會(huì)隨之變差，因此要求封裝后的標(biāo)簽?zāi)軌虮苊饨饘侪h(huán)境的影響，宋婧婧、申秀蘭使用不會(huì)對(duì)RFID磁場(chǎng)帶來(lái)影響的PET塑料將標(biāo)簽墊高于金屬表面，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了所用標(biāo)簽識(shí)讀率能達(dá)到100%的最薄墊層厚度，以實(shí)現(xiàn)使標(biāo)簽具備抗金屬干擾能力的目的。

2.1.3 標(biāo)簽固定

RFID標(biāo)簽的固定方式包括懸掛式、粘貼式、嵌入式等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，粘貼的RFID標(biāo)簽在多次撞擊后存在脫落現(xiàn)象，當(dāng)儲(chǔ)存條件的溫差造成瓶身上凝結(jié)水霧時(shí)，標(biāo)簽的膠體容易受到破壞，其牢固性更差，因此，宋婧婧在氣瓶用電子標(biāo)簽方案中將標(biāo)簽用螺栓固定在氣瓶把手的外側(cè)，申秀蘭用3M膠將RFID標(biāo)簽固定在不銹鋼牌上，并將貼有電子標(biāo)簽的不銹鋼牌用螺栓固定在瓶底，孫偉等采用V字型框架夾鎖于罐口處的方式將標(biāo)簽安裝在氰化鉀儲(chǔ)存圓罐上。

2.1.4 讀寫器

讀寫器是用于向電子標(biāo)簽中寫入和讀取信息的電子裝置，通過(guò)射頻的方式完成后臺(tái)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的上傳和下載的命令，即電子標(biāo)簽與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)之間通過(guò)讀寫器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。RFID讀寫器根據(jù)使用方式，一般分為固定式和手持式(又稱移動(dòng)式)兩種，手持式讀寫器小巧易用，續(xù)航能力強(qiáng)；固定式讀寫器堅(jiān)固易拆接，適合有限空間和嵌入式安裝，其天線可外置也可內(nèi)置，與手持式相比，在讀取距離、讀取范圍上有一定優(yōu)勢(shì)。讀寫器的類型可以根據(jù)使用需求靈活選擇，例如，操作人員配備手持式RFID讀寫器能夠在倉(cāng)庫(kù)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)靈活的可移動(dòng)式讀取，而固定式RFID讀寫器多用在卡口管理(如進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)、高速路口)、庫(kù)存盤點(diǎn)等過(guò)程中。

2.1.5 數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

數(shù)據(jù)管理平臺(tái)是RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)的接受者、管理者和應(yīng)用者，通過(guò)平臺(tái)或系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)服務(wù)，提高監(jiān)管工作的效率和水平。數(shù)據(jù)管理平臺(tái)主要圍繞系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)功能模塊、系統(tǒng)工作流程、數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前的研究中多采用C/S與B/S結(jié)構(gòu)混合模式搭建系統(tǒng)框架，孫偉等為上海市某公司的氰化鉀圓罐設(shè)計(jì)了劇毒品物流管理平臺(tái)，涉及了劇毒?；返纳a(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸和回收等環(huán)節(jié)，利用RFID技術(shù)構(gòu)成了劇毒品流通的閉環(huán)管理。湯曉冰在上液公司氣瓶安全管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中梳理了氣瓶灌裝、出入庫(kù)、運(yùn)輸、銷售流通和檢測(cè)等核心環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了RFID簽發(fā)、RFID采集、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)中心管理4個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)。

2.1.6 應(yīng)用場(chǎng)景

目前，RFID電子標(biāo)簽在危化品安全管理中多與無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)、GPS定位技術(shù)等結(jié)合使用，主要應(yīng)用于?；穫}(cāng)儲(chǔ)物流管理、?；愤\(yùn)輸車輛安全監(jiān)管等方面。

在?；穫}(cāng)儲(chǔ)物流管理方面，通過(guò)將庫(kù)內(nèi)所有危化品貼上寫入信息的RFID標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)危化品檢驗(yàn)、入庫(kù)、移庫(kù)、盤點(diǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集，提升?；妨魍ê妥匪莨芾淼母咝?、準(zhǔn)確性。在危化品運(yùn)輸車輛安全監(jiān)管方面，車輛實(shí)時(shí)位置、車內(nèi)運(yùn)載?；返膶?shí)時(shí)安全狀態(tài)是?；奋囕v運(yùn)輸安全監(jiān)管的重點(diǎn)關(guān)注信息，利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、所運(yùn)輸?；返奈ㄒ粯?biāo)志，結(jié)合GPS技術(shù)、傳感技術(shù)等獲取對(duì)應(yīng)車輛的位置、車內(nèi)?；返年P(guān)鍵安全參數(shù)等，實(shí)現(xiàn)?；奋囕v運(yùn)輸安全狀態(tài)的感知和識(shí)別。RFID標(biāo)簽也可應(yīng)用于車輛安防設(shè)備的核查中，將有源低功耗RFID標(biāo)簽貼附在?；愤\(yùn)輸車上的火花熄滅器、防靜電拖地帶等安全防護(hù)設(shè)備設(shè)施上，通過(guò)周期性、廣播式地向外主動(dòng)發(fā)送各設(shè)備的特定ID信息來(lái)檢驗(yàn)車輛攜帶的各安全防護(hù)設(shè)備是否齊全到位。此外，在收費(fèi)站、重要橋梁、隧道、敏感地區(qū)、服務(wù)區(qū)等關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)對(duì)車輛RFID標(biāo)簽信息進(jìn)行連續(xù)收集，能夠研究判斷單個(gè)車輛、車流的行駛規(guī)律，對(duì)車輛在高速上可能發(fā)生的事故、違停、滯留、故障等進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警。

2.2 ?；稲FID技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

我國(guó)最早將RFID技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于?；饭芾淼氖巧虾Ｊ小鞍偃f(wàn)鋼瓶”項(xiàng)目，?；蜂撈孔鳛閱我坏耐獍b形式，具備一定的統(tǒng)一性，其充裝、檢驗(yàn)、配送等過(guò)程具有流水線式的特點(diǎn)，相較于其余?；钒b形式，其流通的業(yè)務(wù)流程基本固定，全生命周期的復(fù)雜性較低，因此規(guī)模應(yīng)用的先天條件較為成熟。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，上海市發(fā)布地方標(biāo)準(zhǔn)DB31/T 364—2006《危險(xiǎn)化學(xué)品氣瓶電子標(biāo)識(shí)代碼》，用于氣瓶RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)代碼的統(tǒng)一和規(guī)范。此后，2015年發(fā)布的電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T 11532.2—2015《危險(xiǎn)化學(xué)品氣瓶標(biāo)識(shí)用電子標(biāo)簽通用技術(shù)要求》對(duì)?；窔馄侩娮訕?biāo)識(shí)代碼、應(yīng)用技術(shù)規(guī)范和讀寫器特殊要求等進(jìn)行了相關(guān)的規(guī)定。

除鋼瓶外，目前RFID技術(shù)在?；钒踩芾碇械膽?yīng)用多處于試點(diǎn)探索階段，鮮見(jiàn)大規(guī)模的成熟應(yīng)用。例如，2018年上海在其化工園區(qū)內(nèi)嘗試應(yīng)用電子標(biāo)簽技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品外包裝上粘貼帶有二維碼格式的安全標(biāo)簽，產(chǎn)品下線后即具備可追蹤的唯一身份標(biāo)識(shí)，對(duì)于槽車運(yùn)輸?shù)模ㄟ^(guò)有源RFID標(biāo)簽和交通部門的電子運(yùn)單、車輛號(hào)牌等信息關(guān)聯(lián)綁定，探索實(shí)現(xiàn)?；返娜^(guò)程監(jiān)管。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，2020年發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CIESC0005.1-2020《危險(xiǎn)化學(xué)品安全信息標(biāo)識(shí)通用技術(shù)要求》，對(duì)?；钒踩畔?biāo)識(shí)代碼、應(yīng)用技術(shù)規(guī)范、專用讀寫設(shè)備等進(jìn)行了規(guī)定。目前未見(jiàn)行業(yè)或行業(yè)及以上級(jí)別的?；稲FID技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范發(fā)布實(shí)行。

將RFID技術(shù)應(yīng)用于危險(xiǎn)化學(xué)品的安全管理中，其本質(zhì)是危化品全生命周期信息化管理的技術(shù)手段和管理方法的探索。結(jié)合危險(xiǎn)化學(xué)品應(yīng)用實(shí)際和行業(yè)特殊性進(jìn)行分析，RFID技術(shù)在危化品安全管理中的應(yīng)用仍需解決以下問(wèn)題：

a) ?；繁旧砭哂幸兹肌⒁妆?、易中毒、易腐蝕等特點(diǎn)，惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求電子標(biāo)簽和讀寫器系統(tǒng)必須滿足耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、防爆等特殊要求。

b) ?；钒凑辗诸惡臀ｋU(xiǎn)特性的不同，以箱裝、桶裝、袋裝、簍裝、氣瓶罐裝、集裝箱等多種不同的包裝形態(tài)儲(chǔ)存于庫(kù)房或堆場(chǎng)中，運(yùn)輸方式有公路、鐵路、航空、水路和管道等多種形式，承運(yùn)工具更是有廂式貨車、槽車、專用船舶等10余類。每種不同的倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸方式所對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽固定方式、信息采集對(duì)象、業(yè)務(wù)流程等都有所不同，必須結(jié)合具體業(yè)務(wù)特點(diǎn)進(jìn)行定制化、多樣化的設(shè)計(jì)。

c) 我國(guó)?；菲髽I(yè)數(shù)量多、涉及行業(yè)范圍廣，截至2020年底，我國(guó)石油和化工規(guī)模以上企業(yè)近3萬(wàn)家，?；飞a(chǎn)企業(yè)1.4萬(wàn)余家、經(jīng)營(yíng)企業(yè)20萬(wàn)家(其中帶儲(chǔ)存經(jīng)營(yíng)企業(yè)1.51萬(wàn)家)，化工企業(yè)數(shù)量龐大。根據(jù)《涉及危險(xiǎn)化學(xué)品安全風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)品種目錄》(安委[2016]7號(hào))，國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類20個(gè)門類中有15個(gè)、95個(gè)大類中有68個(gè)都涉及?；罚謩e占75%、70.8%。在如此大的體量和范圍內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用，必須具備統(tǒng)一的電子標(biāo)簽編碼體系和行業(yè)級(jí)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)統(tǒng)一和數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

3 結(jié)論與建議

RFID技術(shù)具有快速遠(yuǎn)距離掃描、可重復(fù)使用、安全可靠性高等特點(diǎn)，其優(yōu)越的性能和特點(diǎn)將使其取代操作現(xiàn)場(chǎng)人工錄入或二維碼掃描錄入等傳統(tǒng)方式，或?qū)⒊蔀槲；啡芷诹魍ò踩芾淼闹匾夹g(shù)支持。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)?；稲FID技術(shù)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，未來(lái)RFID電子標(biāo)簽在危險(xiǎn)化學(xué)品行業(yè)大范圍應(yīng)用還需在以下方面加強(qiáng)研究和布局。

a) 根據(jù)危化品的倉(cāng)儲(chǔ)、物流形態(tài)等的不同，摸排和梳理?；犯黝愅獍b和車載形式，統(tǒng)一各類別內(nèi)的RFID標(biāo)簽封裝、固定等方式的要求，設(shè)置分門別類的信息采集清單，并形成類別內(nèi)統(tǒng)一的“生產(chǎn)→發(fā)貨→運(yùn)輸→入庫(kù)→儲(chǔ)存→出庫(kù)→運(yùn)輸→收貨→使用→廢棄”等環(huán)節(jié)的操作流程規(guī)定，保證管理流程的統(tǒng)一性和數(shù)據(jù)來(lái)源的規(guī)范性。

b) 加快危化品領(lǐng)域RFID技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)，對(duì)標(biāo)簽編碼方式、標(biāo)簽打印和讀寫設(shè)備要求、標(biāo)簽信息數(shù)據(jù)接口等方面明確形成統(tǒng)一要求，以規(guī)范行業(yè)發(fā)展，保障信息安全，形成標(biāo)準(zhǔn)制定引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)步、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)完善的良性循環(huán)。

c) 推動(dòng)?；沸袠I(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析體系建設(shè)，加快二級(jí)節(jié)點(diǎn)、布網(wǎng)、云化、災(zāi)備等方面的研究和部署。標(biāo)識(shí)解析體系為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供身份標(biāo)識(shí)和解析服務(wù)，給?；焚x予唯一的“身份證”，是利用RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)?；啡芷诠芾淼那疤岷突A(chǔ)。

d) 建設(shè)和推廣統(tǒng)一的?；啡芷诒O(jiān)管平臺(tái)，將利用RFID標(biāo)簽采集的相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)全部上傳至統(tǒng)一的監(jiān)控管理平臺(tái)，危化品生產(chǎn)、儲(chǔ)存和使用企業(yè)可以共享業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，政府部門利用平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)?；菲髽I(yè)生產(chǎn)品種、數(shù)量、庫(kù)存量、運(yùn)輸目的地、運(yùn)輸路線、運(yùn)輸狀況等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的掌握，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)警和綜合分析等，提升危化品安全的精細(xì)化管理能力。