代 巍，馬秀麗

(沈陽(yáng)理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159)

RFID技術(shù)在藝術(shù)品監(jiān)控管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

代 巍，馬秀麗

(沈陽(yáng)理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)藝術(shù)品的實(shí)時(shí)監(jiān)控，杜絕惡意竊取，在被盜時(shí)能及時(shí)掌握相關(guān)信息并報(bào)警，設(shè)計(jì)了將近距離與遠(yuǎn)距離兩種模式相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)近距離和遠(yuǎn)距離閱讀器實(shí)時(shí)讀取藝術(shù)品和人員的信息來(lái)判斷藝術(shù)品是否安全，然后將信息傳送給監(jiān)控中心，利用監(jiān)控管理軟件可以完成對(duì)藝術(shù)品和人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及相關(guān)信息的查詢。為博物館或展覽館等場(chǎng)所對(duì)藝術(shù)品的監(jiān)控管理提供了安全有效的方案。

藝術(shù)品監(jiān)控；RFID技術(shù)；雙頻標(biāo)簽；中間件

目前國(guó)內(nèi)外大部分的展館還是使用比較傳統(tǒng)的管理方法如視頻監(jiān)控、用鑰匙鎖住藝術(shù)品和紅外線保護(hù)等[1]。這些監(jiān)控方法存在明顯的弱點(diǎn)如視頻監(jiān)控：監(jiān)控信息量大，存儲(chǔ)成本高，需要工作人員不間斷查看監(jiān)視器，而且藝術(shù)品被盜也不能及時(shí)發(fā)出報(bào)警。把藝術(shù)品鎖在展柜內(nèi)：偷盜者很輕松就可以將鎖打開(kāi)并拿走藝術(shù)品，工作人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。紅外線保護(hù)裝置：受環(huán)境影響很大，無(wú)法將訓(xùn)練有素的偷盜者成功阻擋在門(mén)外[2]。因此，設(shè)計(jì)更加完善的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤其重要，采用RFID技術(shù)是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的最佳選擇。本文設(shè)計(jì)了基于RFID的藝術(shù)品監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)展館中的藝術(shù)品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及定位，如有意外可以及時(shí)報(bào)警并獲取相關(guān)信息。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本監(jiān)控系統(tǒng)主要包含硬件和軟件兩部分，硬件部分主要是射頻監(jiān)控設(shè)備，完成對(duì)藝術(shù)品監(jiān)控信息的采集[3]。軟件部分包括中間件和后臺(tái)的應(yīng)用管理系統(tǒng)。中間件負(fù)責(zé)對(duì)閱讀器傳送來(lái)的信息進(jìn)行過(guò)濾、匯總和計(jì)算等，應(yīng)用管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)信息管理存檔，與用戶交互，完成用戶的實(shí)際工作需要。監(jiān)控系統(tǒng)主要由雙頻電子標(biāo)簽、射頻識(shí)讀與監(jiān)控設(shè)備、激勵(lì)器、中間件、監(jiān)控主機(jī)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)路和監(jiān)控中心應(yīng)用系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 基于RFID的藝術(shù)品監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.1 雙頻電子標(biāo)簽

本監(jiān)控系統(tǒng)采用工作在(125kHz+2.4GHz)的雙頻電子標(biāo)簽。它的主要功能是對(duì)藝術(shù)品和人員進(jìn)行標(biāo)識(shí)，電子標(biāo)簽中包含藝術(shù)品和人員的相關(guān)信息。在近距離監(jiān)控模式中，通過(guò)近距離閱讀器讀取125kHz射頻芯片中的ID號(hào)對(duì)藝術(shù)品進(jìn)行監(jiān)控。而在遠(yuǎn)距離監(jiān)控模式中，125kHz的射頻芯片的主要功能是接收激勵(lì)器發(fā)送來(lái)的激勵(lì)信號(hào)，將2.4GHz芯片激活。而2.4GHz芯片除了存儲(chǔ)藝術(shù)品和人員的相關(guān)信息還要完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。

1.2 近距離閱讀器

近距離閱讀器的工作頻率為125kHz。其主要有兩個(gè)功能：(1)放置在出入口處，在入口處將進(jìn)入展館人員的信息寫(xiě)入電子標(biāo)簽，并將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)保存；在出口處將標(biāo)簽中的信息刪除，回收標(biāo)簽。(2)在每件藝術(shù)品的附近放置一個(gè)近距離閱讀器，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控藝術(shù)品是否離開(kāi)其位置[5]。如果藝術(shù)品離開(kāi)固定位置，近距離閱讀器就會(huì)將相關(guān)信息發(fā)送給監(jiān)控中心備案。

1.3 遠(yuǎn)距離閱讀器

工作頻率為2.4GHz。主要功能是對(duì)進(jìn)入展館內(nèi)的人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位跟蹤和對(duì)藝術(shù)品進(jìn)行定位。在展出期間，如果近距離閱讀器識(shí)讀到藝術(shù)品離開(kāi)指定的位置，遠(yuǎn)距離閱讀器就會(huì)對(duì)該藝術(shù)品進(jìn)行定位跟蹤，將其位置變化信息傳送給監(jiān)控中心。在非展出期間，遠(yuǎn)距離閱讀器對(duì)藝術(shù)品進(jìn)行區(qū)域定位跟蹤。只要藝術(shù)品沒(méi)有離開(kāi)監(jiān)控區(qū)域就屬于正常狀態(tài)。本文所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)距離閱讀器結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

遠(yuǎn)距離閱讀器主要包括控制模塊、射頻接收模塊、I/O接口模塊、電源模塊和天線?？刂铺幚砟K主要實(shí)現(xiàn)對(duì)其余各模塊數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。射頻模塊主要包括射頻發(fā)送單元和射頻接收單元，主要任務(wù)是產(chǎn)生射頻信號(hào)去激活作用范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽，然后對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并將數(shù)據(jù)發(fā)送給電子標(biāo)簽，最后接收并解調(diào)來(lái)自電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)[6-7]。I/O接口模塊采用RS485方式通信。

圖2 遠(yuǎn)距離閱讀器結(jié)構(gòu)框圖

1.4 激勵(lì)器

激勵(lì)器的工作頻率為125kHz，其激勵(lì)范圍為1～5m，其主要功能是將進(jìn)入激勵(lì)區(qū)域的電子標(biāo)簽激活，并輔助遠(yuǎn)距離閱讀器對(duì)電子標(biāo)簽定位。激勵(lì)器激活電子標(biāo)簽的同時(shí)也將自身的ID號(hào)和低頻RSSI值寫(xiě)入電子標(biāo)簽。

1.5 RFID中間件

RFID中間件是RFID閱讀器與應(yīng)用系統(tǒng)之間的中介，并將RFID原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能被后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)識(shí)別的數(shù)據(jù)。它屏蔽了RFID設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，還可以對(duì)閱讀器傳來(lái)的與標(biāo)簽相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、匯總、計(jì)算、分組，減少了從閱讀器傳往應(yīng)用系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)，生成了加入語(yǔ)義解釋的事件數(shù)據(jù)[8-9]。其工作流程：首先對(duì)系統(tǒng)初始化，然后監(jiān)聽(tīng)閱讀器采集到的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)的合法性進(jìn)行驗(yàn)證，再對(duì)數(shù)據(jù)過(guò)濾去冗余，之后根據(jù)事件的類型進(jìn)行相應(yīng)的處理，如計(jì)算和分組等。最后將處理好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，應(yīng)用系統(tǒng)可從中調(diào)用。

1.6 通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)的作用是在上位機(jī)和下位機(jī)之間建立一個(gè)橋梁，完成數(shù)據(jù)和指令的傳輸[10]。本監(jiān)控系統(tǒng)主要包括視頻和RFID數(shù)據(jù)傳輸。視頻信息的傳輸方式有很多種，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)所的情況選擇雙絞線傳輸，其適合1km內(nèi)傳輸，將視頻監(jiān)控信號(hào)通過(guò)平衡對(duì)稱的方式傳輸。其優(yōu)點(diǎn)是布線簡(jiǎn)易、成本低，抗共模干擾性強(qiáng)。RFID數(shù)據(jù)則使用RS485接口傳輸。RS485采用半雙工的工作方式，支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信，適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。

2 系統(tǒng)監(jiān)控模式設(shè)計(jì)

主要包括近距離和遠(yuǎn)距離兩種監(jiān)控模式，通過(guò)將這兩種模式有效結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)展出期間和非展出期間的藝術(shù)品進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)。以展出期間為例，系統(tǒng)監(jiān)控流程如圖3所示。

本監(jiān)控系統(tǒng)中每個(gè)雙頻標(biāo)簽都有唯一的ID號(hào)，首先要將每個(gè)藝術(shù)品用一個(gè)寫(xiě)有相關(guān)信息的雙頻標(biāo)簽標(biāo)識(shí)，并將這些信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。在展出期間，將藝術(shù)品放在指定位置，同時(shí)在其周圍放置近距離閱讀器，它通過(guò)實(shí)時(shí)讀取藝術(shù)品的信息來(lái)判斷藝術(shù)品是否離開(kāi)，如果藝術(shù)品離開(kāi)，近距離閱讀器會(huì)將此信息傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行判斷藝術(shù)品是否被正常拿取。如果不是，監(jiān)控中心將相關(guān)信息備案并產(chǎn)生報(bào)警，同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)距離閱讀器對(duì)藝術(shù)品定位跟蹤。如果是正常拿取，就存檔相關(guān)信息并對(duì)其定位跟蹤。

在入口處給參觀人員發(fā)放腕表標(biāo)簽并寫(xiě)入人員信息，同時(shí)將信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)。人員佩戴的標(biāo)簽被入口處的激勵(lì)器激活，將標(biāo)簽信息(激勵(lì)器ID、標(biāo)簽ID及RSSI值)傳送給遠(yuǎn)距離閱讀器。再由閱讀器通過(guò)RS485接口至中間件，經(jīng)過(guò)中間件的過(guò)濾、計(jì)算等處理得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)后傳送給監(jiān)控主機(jī)匯總，最后將數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)用系統(tǒng)，來(lái)完成對(duì)室內(nèi)人員的實(shí)時(shí)定位跟蹤。

3 監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控管理系統(tǒng)是在監(jiān)控管理中心計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序，主要完成對(duì)系統(tǒng)信息和藝術(shù)品信息的統(tǒng)一管理[11]。工作人員通過(guò)該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)了解藝術(shù)品的安全狀態(tài)，隨時(shí)可以查詢藝術(shù)品的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)合作。本文通過(guò)VC++6.0軟件設(shè)計(jì)藝術(shù)品監(jiān)控管理系統(tǒng)。操作界面如圖4所示。

(1)系統(tǒng)管理模塊：主要包括密令設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、查看日志、打印報(bào)表、系統(tǒng)注冊(cè)、退出系統(tǒng)等功能。

(2)設(shè)施管理模塊：包括數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)、中間件管理和系統(tǒng)設(shè)備管理。

(3)人事管理模塊：主要包括員工檔案的建立、員工的調(diào)動(dòng)、員工的請(qǐng)假和員工的離職。

圖3 藝術(shù)品在展出期間系統(tǒng)監(jiān)控流程圖

圖4 藝術(shù)品監(jiān)控系統(tǒng)操作界面

(4)信息管理模塊：主要包括藝術(shù)品檔案建立、藝術(shù)品位置信息、參觀人員基本信息、人員位置信息、監(jiān)控視頻信息。

(5)信息查詢模塊：主要包括藝術(shù)品信息查詢、工作人員信息查詢、參觀人員信息查詢、監(jiān)控信息查詢。

(6)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)模塊：是藝術(shù)品監(jiān)控系統(tǒng)的核心，以A區(qū)為例實(shí)時(shí)監(jiān)控如圖5所示。

監(jiān)區(qū)的劃分：如圖5左上角，監(jiān)控系統(tǒng)所應(yīng)用的展區(qū)共有五個(gè)房間，將每個(gè)房間劃分為一個(gè)區(qū)，大廳單獨(dú)為一區(qū)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫監(jiān)控。

藝術(shù)品監(jiān)控：如圖5左下角，正常情況下，用綠色的點(diǎn)表示藝術(shù)品，如果藝術(shù)品被合法挪動(dòng)，就變成黃色的點(diǎn)，如果是非法拿取，則變成紅色的點(diǎn)并且閃爍和蜂鳴報(bào)警，08號(hào)藝術(shù)品被非法移動(dòng)，如圖6所示。

圖5 實(shí)時(shí)監(jiān)控

圖6 藝術(shù)品被非法移動(dòng)

由圖6可以看出，08號(hào)藝術(shù)品被非法移動(dòng)，監(jiān)控人員可以看到08號(hào)燈變紅并閃爍，同時(shí)聽(tīng)到蜂鳴報(bào)警。監(jiān)控人員點(diǎn)擊08號(hào)按鈕就可以查看藝術(shù)品的位置變化信息，如圖7所示。

圖7 非法移動(dòng)的藝術(shù)品位置變化信息

由圖7可以清楚地看到藝術(shù)品的位置變化信息，監(jiān)控人員可以很快定位到藝術(shù)品，追回丟失的藝術(shù)品。

人員監(jiān)控：如圖5右下角，該部分主要對(duì)展區(qū)內(nèi)的所有人員進(jìn)行定位跟蹤，通過(guò)激勵(lì)器號(hào)，閱讀器號(hào)就可以判讀人員的位置。

視頻監(jiān)控：如圖5右上角，監(jiān)控該區(qū)所有藝術(shù)品和人員。

4 結(jié)論

藝術(shù)品的失竊將導(dǎo)致國(guó)家經(jīng)濟(jì)和文化的雙重?fù)p失，所以本文針對(duì)藝術(shù)品存放的安全性，以及各大博物館或展覽館監(jiān)管系統(tǒng)的漏洞，設(shè)計(jì)了一種基于RFID技術(shù)的藝術(shù)品監(jiān)控系統(tǒng)，不僅通過(guò)近距離閱讀器監(jiān)控展出期間藝術(shù)品是否離開(kāi)指定位置，還通過(guò)激勵(lì)器激活展館內(nèi)的人員標(biāo)簽，幫助遠(yuǎn)距離閱讀器完成對(duì)人員定位跟蹤。與傳統(tǒng)的管理方式相比，本監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)了解藝術(shù)品的信息和人員的動(dòng)態(tài)，藝術(shù)品被非法移動(dòng)時(shí)可以及時(shí)報(bào)警并掌握其位置信息。有效防止藝術(shù)品被盜，一旦被盜可以馬上對(duì)其進(jìn)行定位。實(shí)現(xiàn)信息化管理，提高監(jiān)管效率。

[1]鄧一文.基于RFID技術(shù)的核心物品實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)[J].電子科技，2011,(9):29-30.

[2]馬秀麗，王秀蓮.基于RFID的貴重物品監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，2009,(1):21-24.

[3]葛建新．RFID技術(shù)在貴重物品監(jiān)控中的應(yīng)用[J]．科技資訊，2009,(9):8-10.

[4]周曉光，王曉華.射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)原理與應(yīng)用實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社，2006.

[5]魏利波．射頻識(shí)別技術(shù)在槍支等貴重物品監(jiān)控管理中的應(yīng)用[D]．沈陽(yáng)：沈陽(yáng)理工大學(xué)，2008.

[6]曹陽(yáng)．基于RFID網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位的設(shè)計(jì)與研究[D]．上海：上海交通大學(xué)，2012.

[7]孟祥忠.基于RFID技術(shù)的礦井運(yùn)輸車輛定位跟蹤系統(tǒng)研究[J].中國(guó)煤炭，2012,(4):61-64.

[8]董麗峰.RFID中間件技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用及研究[J].黑龍江科技信息，2010,(10):73-74.

[9]鄧海生.RFID中間件研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2008,18(11):55-57.

[10]時(shí)曼娜.集中養(yǎng)老院管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：電子科技大學(xué)，2010.

[11]劉佳.基于RFID技術(shù)的監(jiān)獄管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)，2008.

(責(zé)任編輯：馬金發(fā))

Study of Art Monitoring System Based on RFID

DAI Wei,MA Xiuli

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

In order to realize the real-time monitoring of works of art,prevent malicious theft and unfortunate stolen,people can acquire the related information in time and alarm,designing a monitoring system which combines the mode of close and distance.The method is to read the information of arts and people by close and long distant readers to judge whether arts are safe,then the information is transmitted to the monitoring center,can realize the real-time monitoring of the arts and people and query the related information by monitoring management software,and provides a safe and effective art monitoring system for the places such as museums or galleries.

art monitoring;RFID technology;double-frequency tag;middleware

2014-06-30

代巍(1989—)，女，碩士研究生;通信作者：馬秀麗(1966—)，女，教授，研究方向：射頻識(shí)別技術(shù)與應(yīng)用.

1003-1251(2015)03-0016-05

TP227

A