RFID技術在救災物資儲備庫系統(tǒng)中的應用

馮 強，楊 維

（中電信數(shù)智科技有限公司，北京 100035）

0 引 言

為全面貫徹落實黨的十九大精神以及十八大以來黨中央、國務院關于行業(yè)信息化工作的決策部署，以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，依據(jù)《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《“十三五”國家信息化規(guī)劃》《應急管理信息化發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃框架（2018—2022年）》等文件精神，結(jié)合防災減災救災業(yè)務信息化建設的需求和現(xiàn)狀，充分聚焦應急管理部成立后面臨的問題和機遇，改革和創(chuàng)新應急管理信息化發(fā)展理念、方式和途徑，有效解決各級應急部門信息化建設分散化、應用條塊化、信息割裂化、服務碎片化等問題。減災救災業(yè)務系統(tǒng)作為“金民工程”一期項目的重要內(nèi)容，同時也是應急管理部信息化建設的重要組成部分，聚焦災害數(shù)據(jù)管理、災害評估、綜合減災和應急物資管理等關鍵問題，將在提高工作效率、優(yōu)化工作機制、精準提供服務方面加強建設，為快速、全面、精準地開展災害救助業(yè)務提供信息化支撐[1-7]。

1 需求分析

1.1 總體需求

根據(jù)物資儲備庫實際情況和救災物資管理特點[8-10]，搭建救災物資儲備庫管理系統(tǒng)，精簡、規(guī)范作業(yè)流程，采用先進先出方法，保障救災物資最佳儲備期，利用RFID技術，提高裝卸作業(yè)的精準性，為全國救災物資儲備與調(diào)運提供保障。軟件部署在各物資儲備庫，實現(xiàn)硬件信息管理功能，并同應急物資管理系統(tǒng)進行信息共享，實現(xiàn)業(yè)務協(xié)同工作。救災物資儲備庫管理系統(tǒng)包含硬件資源信息管理、儲備庫物資管理系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。

在對應急物資庫進行庫區(qū)的合理劃分和硬件設備安裝完成的基礎上，通過RFID電子標簽與庫區(qū)（位）的綁定、庫位與設備的綁定，實現(xiàn)RFID電子標簽在應急物資庫的信息化和高效入庫、出庫。按規(guī)定的電子標簽的常用事件上報來完成物資信息化從硬件到軟件平臺的流轉(zhuǎn)。

1.2 業(yè)務需求

入庫和出庫流程如圖1所示。業(yè)務需求見表1所列。

表1 業(yè)務需求匯總

圖1 入庫與出庫流程

2 系統(tǒng)設計

2.1 架構設計

救災物資儲備庫管理系統(tǒng)總體架構如圖2所示。

圖2 救災物資儲備庫管理系統(tǒng)總體架構

（1）基礎設施層

基礎設施主要包括RFID系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能廣播系統(tǒng)、信號指示燈、有線網(wǎng)絡、服務器、安全監(jiān)管系統(tǒng)等。

（2）數(shù)據(jù)分析與服務層

數(shù)據(jù)分析與服務層由數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)資源層、分析與計算平臺和數(shù)據(jù)服務平臺組成。系統(tǒng)建成后，將與應急管理部數(shù)據(jù)治理平臺、應急管理大數(shù)據(jù)應用平臺進行信息交互。具體為：①數(shù)據(jù)接入層主要負責第三方數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的接入，支持復雜多變數(shù)據(jù)源，能夠靈活高效處理各種格式的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)資源層采用業(yè)務數(shù)據(jù)庫、索引庫來存儲、整合及管理數(shù)據(jù)，為上層提供支撐；③計算與分析平臺主要提供分布式計算引擎服務組件，為其他層提供分布式計算與分析引擎，實現(xiàn)大規(guī)模分布式并行處理數(shù)據(jù)的功能，在數(shù)據(jù)計算引擎方面提供批量離線計算框架和流式計算框架，并提供分析挖掘、多維統(tǒng)計分析、全文檢索等能力；④平臺應用通過數(shù)據(jù)服務層的數(shù)據(jù)服務、服務接口等進行統(tǒng)一調(diào)配。

（3）應用支撐層

在微服務框架下，業(yè)務系統(tǒng)基于業(yè)務域進行了服務化拆分，應用支撐層作為物資管理系統(tǒng)支撐平臺，提供統(tǒng)一機構用戶、統(tǒng)一認證、統(tǒng)一權限、統(tǒng)一日志等應用支撐功能。同時應急管理部的EGIS平臺也為上層應用提供支撐服務。微服務是一種云原生架構方法，其中單個應用程序由許多松散耦合且可獨立部署的較小組件或服務組成。

（4）業(yè)務應用層

業(yè)務應用層主要基于微服務框架，構建了應急資源信息管理模塊、應急事件管理模塊、物資采購需求評估模塊、采購全流程管理模塊、需求接入管理模塊、物資調(diào)運方案生成模塊、物資調(diào)運管理模塊、物資分發(fā)管理模塊、倉儲管理模塊、運輸管理模塊、終端配送模塊、物資回收管理模塊、數(shù)據(jù)展示模塊、輔助支撐模塊、系統(tǒng)接口、硬件資源協(xié)同模塊等。

（5）服務層

通過APP、Web頁面、大屏和其他終端等多種展現(xiàn)方式，全方位提供不同場景下的系統(tǒng)應用服務。

（6）用戶層

用戶層主要包括應急管理部門（救災和物資保障司、地震和地質(zhì)災害救援司等7個業(yè)務司局和地方應急部門）、物資管理單位（各級救災物資儲備庫）、糧食和儲備單位、財政部門和社會力量等用戶。采用分權分域機制，實現(xiàn)用戶分級管理。

2.2 RFID系統(tǒng)概述

RFID（無線射頻識別，Radio Frequency Identification）技術是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可適應于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便，具有非接觸、精度高、抗干擾、速度快以及適應環(huán)境能力強等顯著優(yōu)點。RFID技術經(jīng)過多年發(fā)展，目前已被廣泛應用于諸如生產(chǎn)管理、倉庫管理、物流管理、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、商品防偽、資產(chǎn)管理以及國防軍事等領域。

出庫入庫盤庫信息錄入的自動化管理，能夠提高調(diào)撥效率。數(shù)據(jù)交換可以采用兩種方式進行實施：（1）在線數(shù)據(jù)交換，通過固定式讀寫器將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時傳回后臺信息系統(tǒng)進行處理分析；（2）離線數(shù)據(jù)交換，通過手持設備在現(xiàn)場采集完數(shù)據(jù)后，導入至后臺管理系統(tǒng)進行處理分析。根據(jù)成本要求選擇離線數(shù)據(jù)交換。

在物資倉儲業(yè)務管理中（即物資調(diào)撥入庫、盤點、出庫、調(diào)運等環(huán)節(jié)），實現(xiàn)多個PC機終端同時完成相應倉儲業(yè)務，并實現(xiàn)固定讀寫器與手持機同時使用，通過RFID或二維碼方式采集物資信息，完成物資入庫、盤點、出庫、調(diào)運等倉儲管理。在出入庫環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)與車輛信息、IC卡內(nèi)司機信息的綁定。通過建立網(wǎng)絡專用通道，基于互聯(lián)網(wǎng)或電子政務外網(wǎng)實現(xiàn)儲備庫物資存儲、調(diào)撥信息與減災救災業(yè)務系統(tǒng)平臺之間的數(shù)據(jù)交互。

在救災物資倉庫管理領域，RFID系統(tǒng)以RFID標簽為載體，作為所對應管理物資的唯一身份ID，從入庫時安裝RFID標簽，在應急救災場景下物資調(diào)撥指令按業(yè)務需求在線上快速流轉(zhuǎn)，救災物資信息通過RFID設備進行自動記錄，實現(xiàn)快速、準確、高效地按需出庫、調(diào)撥，提升救災物資調(diào)撥效率，有效保障救災物資第一時間送達災區(qū)現(xiàn)場。

利用RFID實現(xiàn)倉儲信息實時管理，其工作原理是在托盤、貨架、物資上安裝電子標簽，在標簽中寫入貨物的具體資料、存放位置等信息，并使貨架和托盤的標簽信息一一對應，通過出入庫門禁或手持機在倉儲能快速準確地尋找到貨物。

RFID在倉儲物資管理中的應用：（1）非接觸式的信息采集可實現(xiàn)自動識別和自動化管理；（2）提供倉儲物資管理中物流和信息流的雙向通信；（3）可以任意書寫，滿足信息量不斷增大和信息處理速度不斷提高的需求；（4）大大提高物資出入庫管理中信息采集的自動化程度；（5）解決了在運動過程中對貨物的相關信息進行管理的問題；（6）具有揀貨速度快、錯誤率低等優(yōu)點。

2.3 系統(tǒng)組成

物資儲備庫物資RFID管理系統(tǒng)由基礎設施支撐平臺和前端支撐設備組成。RFID系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 RFID系統(tǒng)組成

物資儲備庫RFID系統(tǒng)配置由RFID固定式、RFID手持式讀寫器、RFID管理系統(tǒng)和RFID標簽組成。利用RFID系統(tǒng)實現(xiàn)物資出庫入庫信息錄入的自動化管理，實現(xiàn)物資自動出入庫。

每個救災物資儲備庫配置RFID管理系統(tǒng)、RFID固定式讀寫器、RFID手持式讀寫器以及超高頻白卡和超高頻ABS抗金屬RFID標簽。

物資儲備庫物資RFID管理系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構如圖4所示。

圖4 物資儲備庫物資RFID管理系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構

各類設備具體參數(shù)如下：

（1）RFID固定式讀寫器—超高頻RFID讀寫集成一體化設備（固定式）

執(zhí)行標準要求：產(chǎn)品應符合ISO/IEC 14443、ISO/IEC15693、ISO/IEC 18000系列標準。

功能要求：工作頻率可調(diào)，支持高頻/超高頻兩種工作方式；具備二維碼閱讀功能；具備電子標簽閱讀功能；具備IC卡閱讀功能；支持攝像功能；支持無線通信功能。

技術參數(shù)要求：處理器主頻為400 MHz；內(nèi)存容量為64 MB；存儲器擴展2 GB；工作溫度為-20～55 ℃；儲存溫度為-30～70 ℃；提供一個外置232標準串口，提供一個USB2.0接口；內(nèi)置200萬像素攝像頭；支持GPRS/WiFi無線通信；識別距離≥1.5 m。

（2）RFID手持式讀寫器—超高頻手持終端

執(zhí)行標準要求：產(chǎn)品應符合ISO/IEC 14443、ISO/IEC15693、ISO/IEC 18000系列標準。

功能要求：工作頻率可調(diào)，支持高頻/超高頻兩種工作方式；具備二維碼閱讀功能；具備電子標簽閱讀功能；具備IC卡閱讀功能；支持攝像功能；支持無線通信功能。

技術參數(shù)要求：處理器主頻為400 MHz；內(nèi)存容量為64 MB；存儲器擴展2 GB；顯示屏2.8英寸，分辨率不低于240×320像素；工作溫度為-20～55℃；儲存溫度為-30～70℃；提供一個外置232標準串口，提供一個USB2.0接口；內(nèi)置200萬像素攝像頭；通信功能支持GPRS/WiFi無線通信；識別距離≥1.5 m。

（3）RFID管理軟件

針對傳統(tǒng)救災物資配送管理系統(tǒng)存在的數(shù)據(jù)采集非自動化、物資運送流程無法實時監(jiān)控、物資實時調(diào)度性差等缺點，本系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術構建了一種結(jié)合硬件和軟件的應用系統(tǒng)，硬件主要是用來采集系統(tǒng)需要的核心數(shù)據(jù)，包括存儲在RFID電子標簽中的救災物資基本屬性數(shù)據(jù)、各種傳感器感知的救災物資環(huán)境數(shù)據(jù)以及救災物資位置信息，這些信息通過網(wǎng)絡傳送到數(shù)據(jù)處理中心服務器，服務器中的救災物資管理軟件系統(tǒng)對這些信息進行展示、分析和評估；利用這些實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析和判斷結(jié)果，能夠?qū)φ麄€物資配送運輸過程進行全面的輔助決策，同時對一些突發(fā)情況進行事先預警。該軟件提供標準化的應用服務接口，支持多種RFID設備接入與信息交互；支持批量數(shù)據(jù)導入導出；支持多種通信方式，滿足各種災害現(xiàn)場應用需求。

（4）超高頻白卡

芯片儲存區(qū)：EPC，96 bit，可讀可寫10萬次；適用載波頻率：860～960 MHz。

（5）超高頻ABS抗金屬標簽

讀寫距離：金屬表面0～2 m；芯片儲存區(qū)：EPC，96 bit，可讀可寫10萬次；適用載波頻率：860～960 MHz。

3 結(jié) 語

通過RFID、指示燈、視頻、智能廣播等物聯(lián)網(wǎng)軟硬件設備支撐以及硬件資源協(xié)同模塊的開發(fā)建設和系統(tǒng)集成，提高救災物資管理工作的信息化保障能力。

（1）提升救災物資調(diào)撥效率。通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)等信息技術的運用，實現(xiàn)在應急救災場景下物資調(diào)撥指令按業(yè)務需求在線上快速流轉(zhuǎn)，救災物資快速、準確、高效地按需出庫、調(diào)撥、運輸、送達，從而提升救災物資調(diào)撥效率，有效保障救災物資第一時間送達災區(qū)現(xiàn)場。

（2）提升救災物資管理精細化和便利化水平。通過RFID、指示燈、視頻、智能廣播等物聯(lián)網(wǎng)設備和應急物資管理系統(tǒng)建設，實現(xiàn)對救災物資全流程、全生命周期的信息化管理；針對災害事件，從災區(qū)物資需求和救災物資供應保障兩個維度進行精細化動態(tài)管理；利用移動互聯(lián)和智能終端，提升救災物資管理的便利性。