远距离射频识别RFID系统及应用研究项目方案解读.docx

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远距离射频识别RFID系统及应用研究项目方案解读

远距离射频识别（RFID）系统及应用研究

项目方案

东方融尚（北京）科技有限公司

2006年9月

目录

第1章远距离射频识别技术介绍4

1.1远距离射频识别概述4

1.2系统结构5

1.3应用领域及产业前景6

1.4经济效益和社会效益7

第2章智能交通系统9

2.1项目背景9

2.1.1需求分析9

2.1.2系统设计原则10

2.1.3系统的工作原理10

2.1.4系统特点11

2.2系统方案11

2.2.1设计方案11

2.2.2系统基本构成12

2.2.3系统部件组成12

2.2.3.1车辆定位分站12

2.2.3.2车辆识别标签13

2.2.3.3控制中心管理软件13

2.2.4系统应用示意图13

第3章智能电子导游系统15

3.1项目背景15

3.1.1需求分析15

3.2系统方案16

3.2.1系统设计原则16

3.2.2系统的工作原理16

3.2.3系统特点17

3.2.4设计方案17

3.2.5系统基本构成18

3.2.6系统部件组成18

3.2.6.1定位分站18

3.2.6.2导游器19

3.2.6.3控制中心管理软件19

3.2.7系统应用示意图19

第4章煤矿井下人员定位系统21

4.1项目背景21

4.1.1需求分析21

4.1.2系统设计原则22

4.1.3系统的工作原理22

4.1.4系统特点23

4.2系统方案23

4.2.1设计方案23

4.2.2系统基本构成24

4.2.3系统部件组成25

4.2.3.1人员定位分站25

4.2.3.2人员识别标签25

4.2.3.3数据通信接口装置25

4.2.3.4人员定位管理软件25

4.2.4系统应用示意图26

第1章

远距离射频识别技术介绍

1.1远距离射频识别概述

射频识别技术RFID（RadioFrequencyIdentificationTechnology）是从八十年代起走向成熟的一种非接触式的自动识别技术，在国内外已经有十余年的发展历史，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。

从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光电信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID单元，利用RF信号将信息由RFID单元传送至RFID读写器。

RFID单元中载有关于目标物的各类相关信息，如：

该目标物的名称，目标物运输起始终止地点、中转地点及目标物经过某一地的具体时间等，还可以载入诸如温度等指标。

RFID单元，如标签、卡等可灵活附着于从车辆到载货底盘的各类物品。

RFID技术所使用的电波频率为50KHz-5.8GHz。

目前射频识别中最为成熟、广泛应用的一个分支是各种所谓的近距离IC卡，典型的应用包括公共交通卡、校园卡、门禁考勤卡、不停车收费卡等等。

这种类型的射频识别系统已经实现了非接触读写与识别，但其无线通信的距离限制在1厘米到4米之间。

近年来远距离射频识别技术和集成电路产品取得了长足的发展，美国等发达国家已经将其大规模部署应用在军事后勤、安全预警、资产管理、港口大物流等领域。

远距离射频识别系统的主要特征是其电子标签的读写、识别距离达到10米--1000米，同时它还具有无线电测距定位和自动化信息采集的功能。

采用远距离电子标签可以同时识别管理大量的流动物体、车辆和人员，自动地快速采集到系统覆盖区内流动物体的位置、数量、类别、身份、状态等信息，从而使物流资产管理、人员安全管理的效率和准确性得到成百倍的提高。

射频识别技术的兴起有两方面主要原因的推动。

一是技术的推动。

射频技术从诞生到民用经历了军事应用、实验室研究再到民间应用几个不同时期，基础技术研究日臻成熟。

另一方面则是在整个社会信息化程度普遍提高后，企业需要进一步提高信息化水平，同时降低劳动生产成本，市场对各类技术进行选择的结果。

射频识别依靠无线电波进行信息采集、传输、控制，其得天独厚的技术优势成为人们的必然选择。

射频识别系统的无线非接触式读写方式，能够满足人们在各类特殊环境下对物品信息的管理。

射频识别技术的应用领域非常广泛，它不像以往传统的某种技术，带给人们生活、生产的改变只是某一个方面或一个领域，而是全面的和革命性的。

2005年，RFID（射频识别技术）无疑是当红的明星产业。

目前RFID在国内典型的应用主要于防伪、交通信息化、人员追踪、物流管理、工业自动化等几个方面。

在物流应用方面，随着RFID技术的成熟，标签价格的不断下降，其应用的面也越来越广。

1.2系统结构

RFID（RadioFrequencyIdentification）无线射频识别技术是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输特性，实现对被识别物品的自动识别。

射频识别系统一般由两个部分组成，即射频标签（Tag）和读卡器（Reader）。

在RFID的实际应用中，射频标签具有同其他技术（例如条码技术等）相比数据存储量大的特点，它附着在被识别的物体上（表面或内部），当带有射频标签的被识别物品通过其可识别范围时，读卡器自动以无接触的方式将射频标签中的约定识别信息取出来，具有同其他技术（例如条码技术等）相比更智能、读取范围更广的特点，从而实现自动识别物品或者自动收集物品标志信息的功能。

图1RFID基本工作原理

远距离RFID在通信距离上区别于近距离电子标签，在系统结构和使用方式上与近距离电子标签也有显著的不同：

首先远距离RFID的使用方式是无人化、无人工干预的完全自动化运行，人们只需事先在所关注的（移动）物体上附着一只远距离电子标签就可以实现自动识别与读写，完全不需要刷卡等人工操作，这是因为远距离RFID采用了各种不同的自动唤醒或周期性激活的技术。

第二，远距离RFID系统一般是用于管理大量的流动人员或物体，系统能够以极快的速度同时跟踪、识别数百上千的目标对象，完全不需要象近距离卡那样逐个“过关”，解决了传统方式无法解决的批量人流、物流的识别管理难题。

第三，远距离RFID系统通常是部署在管理者关注的场所或地区，比如货场、会场、校园等，是对在特定区域内活动的流动物体和人员的管理系统，因此必须根据应用的需要布设一个的读卡器和激发器阵列，使之对所关注的区域形成无线电“覆盖”。

在覆盖区内，任何携带RFID标签的物体进入、离开、移动，它们的身份、状态、时间等信息都能及时地反映在计算机图表之中。

一般说来，远距离RFID系统主要由4个部分组成：

●附着于人员、物体上的远距离电子标签（RFIDTAG）

●安装于特定场所的远距离读卡器阵列（TAGREADER）

●用于激活电子标签的非接触激发器（EXITOR）

●后台计算机示踪服务器（VISIBILITYSERVER）

由于在某些系统应用中，电子标签是始终激活的，那么“非接触激发器”就是可选部分，另外三部分则是必选的。

1.3应用领域及产业前景

远距离RFID系统的主要功能包括自动识别、测距定位、状态监测等方面，不同的应用领域和应用项目侧重于利用其一个或多个不同的方面。

具有无线定位功能的远距离RFID系统又被称为即时定位系统RTLS（RealTimeLocatingSystem）,能自动监测在特定区域内不断迁移的人员和物体当前位置。

RTLS定位是利用地面固定监测站点测量电子标签位置的无线电测距定位系统，其定位精度可以达到几米、甚至几厘米。

管理者通过系统中的示踪服务器可以随时掌握大量人员、车辆和移动资产的准确位置和它们当前的状态等信息。

这种类型的RTLS系统在国外已经大规模地部署在港口集装箱堆场、铁路货场、汽车泊车场、游乐园、滑雪场等场所。

美国西海岸已经有十几个港口部署了RTLS系统，实现了港区内货柜、托盘、货位、拖车、叉车等储运设备的实时管理，使港口物流信息的反馈时间由滞后5天提高到5分钟。

迪斯尼游乐园和一些欧洲滑雪场采用RTLS系统定位游人的位置与状态，为寻找失踪人员和紧急救援提供有力的支持。

在我国，中小学校的校园安全问题得到教育部和学生家长的高度关注，各电信公司分别开展了增值业务“家校通”。

家校通系统必须及时地采集学生到、离校等数据，以便向家长报送平安短信。

RTLS是实现这种学生识别、定位的优化技术方案。

类似的应用包括大型制造企业，如钢铁厂、纺织厂等，大型会议等场合的门禁管理，由于涉及大量人流出入，逐个打卡方式根本不可行，RTLS在这种类型应用中有巨大的市场需求。

在交通领域，车辆自动识别是远距离RFID的一个重要方向。

车辆门禁识别对许多国家机关和公私企业的安全管理都是重要环节，采用RFID可以在100米警戒线之外识别来访车辆，内部车辆则无须停车即可实现出入登记。

国内交通运政管理机关采用远距离RFID可以对运营中的客货车辆进行不停车检查，使无证非法运营车辆无可逃匿。

带有传感器的远距离RFID系统也被无线传感网络WSN（WirelessSensorNetwork），这种类型的远距离RFID目前已经开始应用农业生态监测，环境保护监测、设备运行状态监测、建筑物安防检测等广泛领域。

在技术上，仅采用一台远距离读卡器就可以管理方圆100--1000米范围内散布的大量传感器，通过射频标签RFID上传的数据包括温度、压力、湿度、震动、声音、烟气、红外辐射、金属性等等。

这种RFID与传感器相结合的无线网络在设备投资和实施灵活性方面具有传统有线网络无法比拟的优势，无论在民用军用领域都有十分广泛的应用潜力。

1.4经济效益和社会效益

远距离RFID系统是相对较新的应用技术，目前美国已有国家标准（ANSI371.1、ANSI371.2、ANSI371.3，2004年），国际ISO组织也制定了标准草案。

我国目前开展远距离RFID产品和应用研究的机构和企业仅有屈指可数的几家，有的企业已经推出了自主开发的产品和应用方案。

国际上远距离识别技术的领航企业美国SAVI公司（军事物流）、WHERENET公司（港口物流）都已将其触角伸入我国。

采用远距离RFID实现校园安全管理是一个比较简单的应用项目。

在全国有条件的城市学校，仅为每个中小学生配备一只射频识别卡就将产生数亿元的产品需求，同时还能带来每年数亿元的短信服务需求。

此项应用的商业模式现在已经成熟，目前正在全国各地迅速发展。

物流管理是迄今远距离RFID应用最成功、最成熟的领域。

美国军方采用SAVI公司提供的远距离识别系统实现了其在全球50多个国家的军用物资的跟踪管理。

在港口、货场采用RFID管理集装箱、拖车、货位等设备，可以成倍地提高物流运转的速度并确保相关数据的准确性，消除因物流阻塞造成的巨额经济损失，大幅度地减少物流企业的运转费用。

由于物流涉及行业极其广泛，相关企业间接减少的物流费用和时间十分可观，其综合社会经济效益相当巨大。

远距离射频识别在我国应用的时间还不长，我国经济和社会的飞速发展对远距离RFID系统产生了强劲的需求，目前正是发展远距离RFID产业的良好机遇。

随着RFID产品成本的不断降低和技术的不断进步，它的应用前景将越来越广阔。

本文简要介绍了智能交通信息采集系统、智能电子导游系统、煤矿井下人员定位系统的设计方案。

第2章

智能交通信息采集系统

2.1项目背景

2.1.1需求分析

近年来，北京市政府投入了巨额资金用于城市道路建设，对缓解城市道路交通拥堵起到了巨大的缓冲作用，但由于北京市机动车迅猛增加，交通需求激增，城市交通拥堵状况得不到缓解，甚至有进一步恶化的趋势。