文｜中建（北京）國際設(shè)計顧問有限公司 王 娟

中國建筑設(shè)計研究院 王 瓊

淺談RFID技術(shù)及其在智能建筑中的應(yīng)用

文｜中建（北京）國際設(shè)計顧問有限公司 王 娟

中國建筑設(shè)計研究院 王 瓊

1 前言

隨著物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things）被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，被寫入“政府工作報告”之后，物聯(lián)網(wǎng)在我國受到了全社會極大的關(guān)注。

作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，射頻識別技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以其產(chǎn)業(yè)帶動能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)型提升作用大、拉動就業(yè)效果好、創(chuàng)新關(guān)聯(lián)范圍廣等特點，贏得了世界各國的高度肯定。

深化RFID應(yīng)用，推進(jìn)RFID技術(shù)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合與創(chuàng)新，促進(jìn)“感知中國、感知世界”的全球物物互聯(lián)的進(jìn)程，對我國具有重要意義。

2 概述

射頻識別即RFID（Radio Frequency Identification），又稱電子標(biāo)簽、無線射頻識別，是利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)，是目前最先進(jìn)的一項自動識別和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用技術(shù)，被公認(rèn)為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。

RFID系統(tǒng)通常由標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）組成。

標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽都具有唯一的電子編碼，附著在物體上以標(biāo)識目標(biāo)對象。閱讀器是讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備，一般可設(shè)計為手持式或固定式。天線則是在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號的設(shè)備。

目前RFID產(chǎn)品的工作頻率定義有低頻、高頻和超高頻三種，不同頻段的RFID產(chǎn)品有不同的特性，其中感應(yīng)器有無源和有源兩種形式：

◆ 有源RFID具備發(fā)射功率低、通信距離長、傳輸數(shù)據(jù)量大、可靠性高和兼容性好等特點，被廣泛地應(yīng)用到公路收費、港口貨運(yùn)管理等應(yīng)用中；

◆ 無源RFID標(biāo)簽本身不帶電池，依靠讀卡器發(fā)送的電磁能量工作，因結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實用而獲得了廣泛的應(yīng)用；在智能建筑中應(yīng)用的RFID產(chǎn)品，大部分為無源產(chǎn)品。

3 RFID技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用案例

3.1 基于RFID技術(shù)的資產(chǎn)在位監(jiān)管系統(tǒng)

基于RFID技術(shù)的資產(chǎn)在位監(jiān)管系統(tǒng)基于對“對象的管理”，主要用于涉密信息的管理對象（即涉密信息載體，分為紙制載體和電子載體）和應(yīng)用對象（即接觸、使用、保管涉密信息的人）的管理；將涉密目標(biāo)與管理單元有機(jī)組合，通過管理鏈將其納入到有效的管理之下。系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示。

（1）系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)主要功能包括：

◆ 實時涉密載體監(jiān)控功能；

◆ 載體涉密等級控制功能；

◆ 權(quán)限控制與實時查詢功能；

◆ 區(qū)域定位功能；

◆ 監(jiān)控報警功能；

◆ 管控規(guī)則定制功能；

◆ 載體使用記錄和統(tǒng)計功能。

（2）系統(tǒng)組成

①電子載體監(jiān)控系統(tǒng)

電子載體監(jiān)控系統(tǒng)通過RFID技術(shù)控制存儲介質(zhì)的使用、攜帶，采用無線相互認(rèn)證的方式防止存儲介質(zhì)被隨意帶出或丟落。監(jiān)控對象包括內(nèi)置RFID模塊的保密移動存儲介質(zhì)，如保密U盤、保密移動硬盤，還包括帶有監(jiān)控標(biāo)簽的筆記本電腦。

系統(tǒng)的特點如下：

◆ 無線監(jiān)控距離可達(dá)30m；

◆ 采用防破壞設(shè)計，一旦存儲介質(zhì)被強(qiáng)行拆開，將對信息自毀；

◆ 采用無線實時監(jiān)測，可以在后臺系統(tǒng)實時跟蹤監(jiān)控對象的軌跡；

◆ 具有無線鎖功能，通過無線授權(quán)使用；

◆ 可監(jiān)測U盤的使用位置；

◆ 可監(jiān)測并控制U盤的使用狀態(tài)；

◆ 監(jiān)控對象在監(jiān)控范圍內(nèi)為可用，超出監(jiān)控范圍為不可用；

◆ 采用有源RFID標(biāo)簽——內(nèi)置電池，可粘貼在筆記本或其他資產(chǎn)表面，適用于筆記本等信息載體；

◆ 采用防拆除設(shè)計——標(biāo)簽采用粘貼的方式附著在設(shè)備上，一旦安裝后即啟動自檢功能；如果被惡意拆除，能馬上檢測發(fā)現(xiàn)并發(fā)出報警信號給監(jiān)控讀寫器；

◆ 具有低電告警功能，標(biāo)簽低電時監(jiān)控讀寫器能收到告警信息，低電指示燈閃爍。

②紙制載體監(jiān)控系統(tǒng)

對紙制載體的監(jiān)控可采用監(jiān)控文件柜的方式實現(xiàn)（可通過對現(xiàn)有文件柜進(jìn)行改造實現(xiàn)）。

③監(jiān)控讀寫器、門禁多媒體終端

采用專用加密協(xié)議的無線監(jiān)控讀寫器外形新穎，吸頂式安裝，可支持網(wǎng)絡(luò)取電功能，能夠?qū)崿F(xiàn)無線自組網(wǎng)通信。

門禁多媒體終端集成觸摸一體機(jī)、門禁讀卡器、指紋識別儀、聲音提示裝置于一體，可在人員或涉密載體經(jīng)過時查驗其是否擁有授權(quán)。

④監(jiān)控管理軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)分為用于對涉密信息的管理對象和應(yīng)用對象進(jìn)行管理的兩部分。

（3）涉密信息載體管理

涉密信息載體管理包括以下內(nèi)容：

◆ 登記與發(fā)放，即對涉密載體進(jìn)行登記及發(fā)放，將其與使用人員綁定；

◆ 審批與授權(quán)，包括審批文件和介質(zhì)外借、審批查詢、跟蹤文件和已批準(zhǔn)查詢，以及系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置；

◆ 進(jìn)出監(jiān)控，包括進(jìn)出人員識別登記、進(jìn)出文件識別登記，以及對人員與所持文件的對應(yīng)權(quán)限匹配判斷和根據(jù)判斷結(jié)果，按照系統(tǒng)規(guī)則做出的相應(yīng)的反應(yīng)；可實現(xiàn)對文件和人員的位置狀態(tài)、文件的攜帶情況、是否有違反管理規(guī)定的事件發(fā)生等的實時查詢，并對整個過程進(jìn)行記錄；

◆ 軌跡跟蹤管理，即查看載體歷史移動軌跡，判斷其使用的合法性。

（4）人員管理

人員管理的內(nèi)容包括門禁管理、區(qū)域控制、訪客管理。

3.2 基于RFID技術(shù)的保密柜檔案盒監(jiān)管系統(tǒng)

為了實現(xiàn)檔案盒存儲、借用過程的信息化管理，可在對檔案存儲柜內(nèi)的檔案盒，以及檔案盒出入檔案室的管理中引入RFID技術(shù)，實現(xiàn)對檔案柜內(nèi)檔案盒的實時監(jiān)管，以及檔案盒出入檔案室時的快速識別、事件預(yù)警及日志查詢等，提升檔案盒監(jiān)控管理和人員管理的安全水平。圖2為基于RFID技術(shù)的保密柜檔案盒監(jiān)管系統(tǒng)的拓?fù)鋱D。

某檔案室約50m2，并排安放11個檔案柜，每個檔案柜分7層5列，進(jìn)深有一層隔斷，共有70個檔案放置單元格，每個單元格的尺寸為90cm（長）×30cm（高）×25cm（寬）。采用傳統(tǒng)的管理方式，需要進(jìn)行定期的盤點管理才能獲知每個檔案盒在檔案柜內(nèi)的具體位置。而采用RFID技術(shù)，可實現(xiàn)對檔案盒的自動快速識別、區(qū)域位置提示和出入檔案室提醒；通過系統(tǒng)應(yīng)用軟件，可實現(xiàn)圖形化檔案盒管理；同時可配置聲、光、電等報警設(shè)備，實現(xiàn)檔案盒的可視化實時監(jiān)控和管理。

要實現(xiàn)檔案盒的在位監(jiān)管、快速識別和出入報警三項基本功能，通過應(yīng)用軟件實現(xiàn)對檔案盒的存儲單元格級別的監(jiān)控和出入檔案室管理，需要在所有檔案盒上粘貼無源RFID標(biāo)簽，在每個存儲單元格壁上安裝RFID固定設(shè)備及天線，以達(dá)到檔案盒數(shù)據(jù)的實時采集和可視化安全管理的要求。

（1）在位監(jiān)管

通過系統(tǒng)應(yīng)用軟件，可實現(xiàn)檔案盒位置信息的管理，檔案盒放置位置變化的記錄（可追蹤到每個存儲單元格內(nèi)），并實現(xiàn)快速查找等功能。

檔案盒的位置發(fā)生變化時，讀寫器通過實時快速識讀檔案盒上的標(biāo)簽采集數(shù)據(jù)，并將其及時上傳；系統(tǒng)根據(jù)各讀寫器的位置來實現(xiàn)對檔案盒位置變化的記錄，并通過監(jiān)控終端設(shè)備進(jìn)行事件顯示，從而實現(xiàn)對檔案盒位置變化的追蹤和記錄。

天線的布置要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，包括標(biāo)簽的類型、標(biāo)簽的安裝位置、標(biāo)簽在三維空間中可能出現(xiàn)的角度以及可布置天線的空間、周圍的電磁場環(huán)境等進(jìn)行設(shè)計。

（2）快速識別

檔案盒放入檔案柜內(nèi)的存儲格/被借用取走時，RFID讀寫設(shè)備可快速地采集到RFID標(biāo)簽的信息；系統(tǒng)即顯示檔案盒已在位/已離位，并可以顯示預(yù)警信息和事件記錄。RFID標(biāo)簽?zāi)軌蜻m應(yīng)不同的設(shè)備材質(zhì)，包括紙張、塑料、木材、金屬等。

（3）出入報警

檔案盒因被借閱而需要出入檔案室，通過門禁處時，RFID讀寫設(shè)備可快速地采集到RFID標(biāo)簽的信息，顯示檔案盒出入，并能實現(xiàn)聲光報警。

3.3 基于RFID的美術(shù)館防盜報警及藏品管理系統(tǒng)

某省會美術(shù)館是重點文物管理單位，館藏文物的種類、數(shù)量都很多；文物管理部門的工作量很大，僅文物日常的盤點及查找就占用了大量精力。在國家對文物管理越來越重視的大環(huán)境下，進(jìn)一步完善目前的文物管理系統(tǒng)，加大文物管理的力度，保證文物的安全和數(shù)據(jù)的可靠，尤其是加強(qiáng)對國家一、二級貴重文物和經(jīng)常需要外出展覽的文物的管理，已成為文物管理部門的重點工作。同時，在當(dāng)前文物收藏?zé)岬谋尘跋拢奈锲毡樯?；對于文物保管單位，采用新技術(shù)控制文物倉庫日常的人員進(jìn)出，加強(qiáng)安全管理顯得尤為必要。

為加強(qiáng)館藏文物的管理力度，在文物盤點、查找和日常管理人員出入等關(guān)鍵環(huán)節(jié)上，引入先進(jìn)的RFID技術(shù)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，構(gòu)建起一個適應(yīng)性更強(qiáng)、安全性更高、數(shù)據(jù)信息更準(zhǔn)確的人員及文物管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)在各展廳及藏品庫房布署有定位監(jiān)控的讀寫器，用于識別標(biāo)簽在展廳中的位置信息，并實時監(jiān)控標(biāo)簽的在位或在館情況，即實時獲悉展品的位置信息和移動路線。

系統(tǒng)采用標(biāo)簽防拆除技術(shù)，如果定位監(jiān)控標(biāo)簽遭到惡意拆除，能夠立刻報警；同時可采用傳感技術(shù)，通過標(biāo)簽內(nèi)置的振動傳感器監(jiān)測到設(shè)備的非法移動并報警。

系統(tǒng)可實現(xiàn)一級文物和二級文物的精確查找功能，即當(dāng)管理人員與要查找的某個或某些文物在特定的距離范圍內(nèi)時，文物上的標(biāo)簽?zāi)軐崟r發(fā)送位置信號，以便管理人員準(zhǔn)確定位。原則上考慮在文物上直接加裝標(biāo)簽。而對于特殊文物，RFID標(biāo)簽不一定要求與其無縫聯(lián)接；對于箱內(nèi)文物則可以識別到箱體。

系統(tǒng)還具有文物的移動記錄及報警功能，即能夠?qū)ξ奈镞M(jìn)入、離開房間進(jìn)行記錄，能夠在文物于非授權(quán)狀態(tài)下離開房間時自動報警。

3.4 基于RFID的人員定位系統(tǒng)

RFID人員定位系統(tǒng)通過遠(yuǎn)距離、非接觸式采集電子標(biāo)簽的信息，實現(xiàn)對移動狀態(tài)下的人員的自動識別，從而實現(xiàn)目標(biāo)的自動化管理；是一種有效的人員自動識別和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管的重要科技手段，可應(yīng)用于大型工廠、礦區(qū)及企業(yè)對訪客的管理。

系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)傳輸、監(jiān)控管理三部分組成。

（1）數(shù)據(jù)采集部分

數(shù)據(jù)采集部分主要分為關(guān)鍵點和區(qū)域覆蓋兩類。

（2）數(shù)據(jù)傳輸部分

數(shù)據(jù)傳輸主要完成數(shù)據(jù)采集點與監(jiān)控室之間的網(wǎng)絡(luò)連接。

（3）監(jiān)控管理部分

監(jiān)控管理部分主要完成對上傳數(shù)據(jù)的處理，提供完整的通行記錄報告，生成考勤等統(tǒng)計報表，并實時監(jiān)控人員進(jìn)出狀態(tài)。當(dāng)人員非法進(jìn)入或不按規(guī)定通道進(jìn)出時，系統(tǒng)會自動報警。

對于需被定位的職工或訪客，為其分發(fā)一個無源標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)存儲唯一的ID號作為其唯一的標(biāo)識（對于職工，還可存儲職工的簡單情況，如姓名、職稱、聯(lián)系方式、所屬部門等）。

在需要監(jiān)管的部位安裝固定讀寫器。要進(jìn)入的持有標(biāo)簽的人員在通過門口時，讀寫器可自動識別標(biāo)簽（無需人員將標(biāo)簽?zāi)玫阶x寫器前）。

系統(tǒng)可為不同部門的職工或前往某部門辦事的訪客的標(biāo)簽設(shè)定訪問權(quán)限。設(shè)定權(quán)限后，人員只能進(jìn)入權(quán)限允許的范圍；若擅自進(jìn)入非允許地段，讀卡器會自動識別并發(fā)出報警提示。

另外，系統(tǒng)還可通過讀卡器的記錄，對人員進(jìn)行區(qū)域定位。

3.5 RFID自助借還書系統(tǒng)

在新型圖書館中應(yīng)用RFID技術(shù)已是目前圖書館領(lǐng)域的主流發(fā)展方向，國內(nèi)多家公共圖書館、高校圖書館已借助新館建設(shè)契機(jī)構(gòu)建了新型的RFID智能圖書館系統(tǒng)，并取得了成功。

圖書館自動化、數(shù)字化是當(dāng)今圖書館發(fā)展的主要方向。某省會圖書館為了完成回溯建庫工作，實現(xiàn)流通自動化服務(wù)和全國文化信息資源共享，實現(xiàn)從傳統(tǒng)圖書館到現(xiàn)代化圖書館的躍升，采用了RFID自助借還書系統(tǒng)。在RFID自助借還書系統(tǒng)的支持下，可全面開通自動化借閱管理系統(tǒng)和文獻(xiàn)計算機(jī)查詢系統(tǒng)，實行“一卡通”的讀者服務(wù)。讀者只需持一張小小的磁卡式借閱證，便可在全館范圍內(nèi)享受借閱、閱覽、查詢、復(fù)印等服務(wù)。它的應(yīng)用將改變過去讀者到圖書館需攜帶若干證件的不便，以及手工查找目錄、翻閱書架、檢索圖書的繁瑣，使圖書館的服務(wù)水平得到質(zhì)的飛躍。

以RFID中間件為媒介實現(xiàn)RFID技術(shù)和圖書管理方法的有機(jī)結(jié)合，能夠為圖書館的管理提供十分有效的技術(shù)手段，可識別、追蹤和保護(hù)圖書館的所有資料。通過RFID系統(tǒng)實現(xiàn)圖書借還、順架、查找以及館藏盤點等功能，能夠有效地提高圖書管理的效率、簡化圖書管理的流程、降低圖書管理人員的勞動強(qiáng)度，并在為讀者提供更加便利、快捷的圖書借還、查詢等服務(wù)的同時，做到對讀者信息和借閱圖書的雙重記錄。此外，RFID智能技術(shù)的使用還可以有效地防止和杜絕各種人為失誤所造成的圖書漏借、遺失等情況。

整個RFID圖書館系統(tǒng)由以下部分組成：

◆ RFID應(yīng)用系統(tǒng)；

◆ RFID中間件；

◆ RFID智能標(biāo)簽；

◆ RFID硬件設(shè)備；

◆ 自助借還書系統(tǒng)設(shè)備；

◆ 館外24小時自助還書系統(tǒng)設(shè)備；

◆ 館員工作站設(shè)備；

◆ 館員助理系統(tǒng)設(shè)備；

◆ 標(biāo)簽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)備；

◆ 自助辦證系統(tǒng)設(shè)備；

◆ 智能安全檢測系統(tǒng)設(shè)備；

◆ 智能分揀系統(tǒng)設(shè)備；

◆ 書聯(lián)網(wǎng)Mini智能終端系統(tǒng)設(shè)備（街區(qū)圖書館）。

建設(shè)RFID智能館藏管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境并部署相應(yīng)的RFID設(shè)備，可實現(xiàn)：

◆ 簡化借還書流程；

◆ 實現(xiàn)RFID智能檢索、分揀，提高圖書館工作人員的工作滿意度；

◆ 為讀者提供24小時自助式服務(wù)，提高讀者滿意度。

原有的借還書流程雖然引入了條碼掃描系統(tǒng)，但仍然需要人工打開圖書扉頁并找到條碼位置，然后才能掃描條碼；這樣的操作流程仍然較為繁瑣，借還書效率比較低。同時，條碼掃描系統(tǒng)還存在條碼容易破損，經(jīng)常會發(fā)生無法識別條碼、需要更換條碼的缺點，不僅影響借還書的效率，還會影響讀者對圖書館的滿意程度。因此，需要引入RFID技術(shù)，采用RFID圖書、CD標(biāo)簽，將通過紅外線識讀條碼的方式改進(jìn)為利用無線電波進(jìn)行數(shù)字信號傳送。RFID標(biāo)簽本身不容易被污染，而且標(biāo)簽讀取速率可達(dá)20個標(biāo)簽/秒，較條碼掃描平均兩秒識別一條標(biāo)簽的讀取速率有巨大的提升。RFID標(biāo)簽不易被污染，以及其讀取的無障礙性（相對）、無方向性和高速性，是RFID圖書館系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)圖書館應(yīng)用模式的最根本因素。

通過對圖書館管理系統(tǒng)的技術(shù)改造，可以采用RFID移動式、便攜式館員助理清點系統(tǒng)設(shè)備，對圖書館的每一個圖書架也進(jìn)行編碼，并進(jìn)行圖書架與架上放置的圖書的關(guān)聯(lián)。如此，將可以實現(xiàn)圖書的迅速準(zhǔn)確的定位（通過對RFID標(biāo)簽的讀取，可以在極短的時間內(nèi)定位圖書的所在位置），并進(jìn)一步關(guān)聯(lián)到圖書館系統(tǒng)，實現(xiàn)圖書借閱狀態(tài)的查詢。同時，還可以圖形的形式，提示館員進(jìn)行正確順架、提示讀者到達(dá)要借閱圖書的位置。

應(yīng)用RFID自動分揀技術(shù)，可以通過RFID標(biāo)簽識別讀者歸還的圖書并對其進(jìn)行預(yù)分類處理，即通過自動分揀，將讀者歸還的圖書按類別放置在不同的書箱中。如此可以在圖書上架的時候，簡化圖書挑選分類的流程，縮短圖書上架的時間，加快圖書中轉(zhuǎn)速度。

以上應(yīng)用，把繁瑣的人對人的重復(fù)溝通交流工作交由RFID系統(tǒng)來實現(xiàn)，將極大提高圖書館的工作效率。

4 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，RFID技術(shù)已經(jīng)以越來越多的形態(tài)應(yīng)用于各行業(yè)的智能建筑中，并且在物流和供應(yīng)管理、航空行李處理、郵件/快運(yùn)包裹處理、門禁控制/電子門票、道路自動收費、城市一卡通等眾多領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。