江 斌嚴 龍韓 潔

（1.南京地鐵運營有限責(zé)任公司（票務(wù)中心），南京 210012；

2.北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100073）

RFID技術(shù)在自動售檢票設(shè)備巡檢維護中的應(yīng)用設(shè)想

江 斌1嚴 龍2韓 潔1

（1.南京地鐵運營有限責(zé)任公司（票務(wù)中心），南京 210012；

2.北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100073）

從RFID工作原理、發(fā)展歷程和應(yīng)用等方面介紹無線射頻識別技術(shù)。分析南京地鐵自動售檢票系統(tǒng)的維修和維護現(xiàn)狀，探索RFID技術(shù)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)想，總結(jié)目前RFID技術(shù)存在的問題以及趨勢展望。

無線射頻識別-RFID；電子標簽；個人數(shù)字助理-PDA；設(shè)備巡檢維護；通用分組無線服務(wù)-GPRS

無線射頻識別（RFID）技術(shù)在早些年代已經(jīng)開始被提出和使用，使得物品快速識別成為可能。該技術(shù)在近幾年的時間里快速發(fā)展。RFID技術(shù)與條形碼識別技術(shù)不同，它通過射頻信號可以實現(xiàn)較遠距離的識別，而不需要近距離使用讀寫器。此外，RFID標簽還可以將產(chǎn)品生產(chǎn)商和類型以及一些變量等各種信息作為身份識別的內(nèi)容。

1 RFID工作原理及相關(guān)技術(shù)

一般來說， RFID系統(tǒng)須具備兩項關(guān)鍵功能，首先是自動識別和數(shù)據(jù)交互功能；另一個是必須滿足數(shù)據(jù)存儲和轉(zhuǎn)換的能力。RFID設(shè)備在測試方面主要關(guān)注以下3個基本部件，如圖1所示。

圖1 RFID的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 電子標簽（讀頭或者叫射頻卡）

一般來說，芯片以及耦合元器件組成電子標簽，芯片上有EPROM用來儲存識別碼或其他數(shù)據(jù)，標簽含有內(nèi)置天線，主要功能是完成與讀寫器的通信。電子標簽相比于條碼、磁卡、IC卡等識別技術(shù)，具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環(huán)境、可識別運動目標等優(yōu)點。

1.2 讀寫器（與電子標簽交互信息的設(shè)備）

射頻讀寫器的重要功能是控制射頻模塊向標簽發(fā)射讀取信號，并接收標簽的應(yīng)答，對標簽的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶標簽上其他相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C以供處理。

在大多數(shù)的RFID系統(tǒng)中，讀寫器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波，當射頻卡經(jīng)過這個區(qū)域時，與讀寫器進行數(shù)據(jù)交互。讀寫器接收到射頻卡的數(shù)據(jù)后，解碼并校驗數(shù)據(jù)的有效性，然后通過RS-232、RS-422、RS-485等串口或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計算機網(wǎng)絡(luò)。

1.3 天線

天線作為射頻卡與讀寫器的橋梁，是一種把射頻信號以電磁波形式接收或輻射出去的裝置，分為標簽天線和讀寫器天線。讀寫器通過天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入天線工作區(qū)域時獲得能量被激活；射頻卡將自身信息通過卡內(nèi)置天線發(fā)送給讀寫器；讀寫器將接收的信號進行解調(diào)和解碼，然后送到后臺主系統(tǒng)進行處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該射頻卡的合法性，針對不同的情況做出相應(yīng)的處理，發(fā)出指令信號控制相關(guān)聯(lián)的執(zhí)行機構(gòu)動作。

2 RFID技術(shù)發(fā)展及典型應(yīng)用

2.1 RFID技術(shù)的發(fā)展歷程

早在1940—1950年，雷達的改進和應(yīng)用催生了射頻識別技術(shù)，1948年奠定了射頻識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)；1950—1960年，早期射頻識別技術(shù)的探索階段，主要處于實驗室實驗研究；1960—1980年，射頻識別技術(shù)的理論得到發(fā)展，出現(xiàn)最早的射頻識別應(yīng)用。1980—2000年，射頻識別技術(shù)及產(chǎn)品開始進入商業(yè)應(yīng)用階段，逐漸走入人們的生活中；因而在2000年以后，標準化問題也被日趨重視，射頻識別產(chǎn)品種類更加豐富，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴大。

近些年來，射頻技術(shù)不斷得到豐富和完善。單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應(yīng)高速移動物體等射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品也逐步產(chǎn)生并推廣應(yīng)用。而且，目前很多企業(yè)不僅僅在單一使用RFID的硬件技術(shù)，而是結(jié)合系統(tǒng)管理軟件和人機界面設(shè)備，如PLC觸摸屏、LCD看板、PDA智能手持終端、工業(yè)平板電腦、條碼采集器、傳感器、工業(yè)AP、Wi-Fi、GPRS等多類硬件的綜合智能一體化系統(tǒng)。

2.2 RFID技術(shù)的應(yīng)用

目前，RFID技術(shù)已經(jīng)在物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件和快運包裹處理、文檔追蹤和圖書館管理、動物身份標識、運動計時、門禁控制和電子門票、道路自動繳費、城市一卡通的應(yīng)用、高校手機一卡通的應(yīng)用等行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的推行和應(yīng)用。

1）很多的安保系統(tǒng)均應(yīng)用射頻卡，一卡可以多用。比如，可以用作工作證、出入證、停車卡、飯店住宿卡甚至旅游護照等，目的都是識別人員身份、安全管理、收費等。好處是簡化出入手續(xù)、提高工作效率、安全保護。

2）電子物品監(jiān)視系統(tǒng)（EAS）的目的是防止商品被盜。物品上安裝被激活的射頻卡，如果沒有通過被許可的方式進行拆除或消磁，在接近掃描器（讀寫器）時會被探測到，同時會報警。

3）20世紀90年代中期，原鐵道部在中國鐵路車號自動識別系統(tǒng)建設(shè)中，就最終確定RFID技術(shù)為解決“貨車自動抄車號”的最佳方案。采用RFID技術(shù)以后，鐵路車輛管理系統(tǒng)實現(xiàn)了統(tǒng)計的實時化、自動化，降低了管理成本。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，采用此系統(tǒng)之后，每年的直接經(jīng)濟效益達到3億多元。

3 南京地鐵自動售檢票設(shè)備的維護巡檢現(xiàn)狀

RFID技術(shù)不僅在物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，而且越來越多的在電力設(shè)備和通信設(shè)備等運營服務(wù)企業(yè)的系統(tǒng)和設(shè)備維護及巡檢中推廣使用。預(yù)防巡檢作業(yè)一般技術(shù)含量較低，工作量大，所需人員較多，作業(yè)質(zhì)量難以控制，經(jīng)常出現(xiàn)一次把所有巡檢做完；記錄采取紙質(zhì)方式，維護人員在巡檢過程發(fā)現(xiàn)在故障信息需幾天才傳到維護管理部門，設(shè)備巡檢故障信息反饋較慢；維護人員在進行故障維修時，很難第一時間了解到設(shè)備歷史故障信息，響應(yīng)時間和維修時間都較長。利用RFID技術(shù)很好的提高了設(shè)備巡檢和維修質(zhì)量和效率。

南京地鐵作為一個典型資產(chǎn)密集型和技術(shù)密集型的服務(wù)行業(yè)，設(shè)備眾多并且分散，分布在控制大樓和各個車站。自動售檢票（AFC）系統(tǒng)是基于計算機、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)集成、通信、網(wǎng)絡(luò)、自動控制等技術(shù)，實現(xiàn)軌道交通票卡發(fā)行和制作、售票、檢票、收益、統(tǒng)計和分析、清分、管理等全過程的復(fù)雜自動化系統(tǒng)，面對社會大眾提供服務(wù)，系統(tǒng)設(shè)備的好壞狀態(tài)直接影響到現(xiàn)場運營服務(wù)質(zhì)量。

目前， AFC系統(tǒng)的現(xiàn)場主要有自動檢票機、自動售票機和半自動售票機等3大類近2 000臺設(shè)備，覆蓋了3條線路80多km的57個車站。3條線路各有一個班組負責(zé)本線路現(xiàn)場設(shè)備的維修和巡檢，平均每車站配置人員不到1.4，是國內(nèi)所有地鐵行業(yè)配員最少的。AFC系統(tǒng)的各類設(shè)備故障平均每天都在100多起，一線生產(chǎn)人員每天平均飽和工作時間在6～8 h，不停的在現(xiàn)場巡查設(shè)備，除了處理各種故障以外，還要兼顧日常的預(yù)防性和計劃性維護。雖然采用了故障信息管理系統(tǒng)，但是由于一方面本身信息系統(tǒng)的不完善，所有記錄都需要人工干預(yù)填寫，而且沒有統(tǒng)計分析功能；另一方面該系統(tǒng)與AFC系統(tǒng)沒有任何網(wǎng)絡(luò)接口和信息交互，很多臺賬和報表還是紙質(zhì)的，這些都需要花費大量的人力和物力去記錄和分析統(tǒng)計，而且周期很長。技術(shù)人員的大部分精力浪費在完善臺賬登記和匯總分析上面，沒有太多的時間去研究和攻關(guān)技術(shù)問題，使得很多慣性故障問題遲遲得不到解決，大大影響了維修保養(yǎng)效率和質(zhì)量。

以上的種種問題其實不僅僅是AFC系統(tǒng)所獨有的，而是其他各專業(yè)乃至其他地鐵行業(yè)共同存在的問題，只是嚴重程度不一樣。鑒于這種局面，完全可以將通信和電力設(shè)備巡檢維護中所采用的RFID技術(shù)引入。目前的AFC系統(tǒng)基本都在新建時就安裝了獨立的維修管理模塊，而且設(shè)備中還有部分模塊也安裝了電子標簽，但是維修管理和電子標簽與現(xiàn)場運行實際情況結(jié)合不完善，功能不全面、模塊故障信息不詳細、實際跟蹤不到位、統(tǒng)計分析不符合要求等，這就需要根據(jù)現(xiàn)場實際運行要求，完善功能需求的同時強化RFID電子標簽功能。

4 南京地鐵自動售檢票設(shè)備維護的RFID技術(shù)應(yīng)用設(shè)想

按照AFC設(shè)備維護管理流程和RFID標志管理要求，同時有利于與AFC運行維護管理系統(tǒng)接口，可以探索RFID技術(shù)在AFC系統(tǒng)中應(yīng)用的設(shè)想。設(shè)備巡檢維護平臺建立包括RFID管理系統(tǒng)和接入服務(wù)器、PDA維護終端軟件系統(tǒng)、AFC維修管理系統(tǒng)3個主要部分，每個系統(tǒng)之間建立一定的接口，相互關(guān)聯(lián)進行信息交互。通訊線路一方面利用AFC系統(tǒng)獨立的網(wǎng)絡(luò)，另一方面利用通信專業(yè)的有線和無線系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的建立需要與AFC系統(tǒng)設(shè)計廠家共同開發(fā)完成。

1）RFID設(shè)備巡檢維護平臺系統(tǒng)采用三層架構(gòu)模型，第一層為客戶端即PDA終端，第二層WEB服務(wù)器，第三層為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。維護人員通過PDA客戶端經(jīng)地鐵內(nèi)部GPRS網(wǎng)絡(luò)訪問WEB服務(wù)器提交服務(wù)請求，WEB服務(wù)器再向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提出請求，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器將請求結(jié)果提交客戶端。

2）RFID管理系統(tǒng)主要對電子標簽初始化、RFID標簽碼編加密、RFID基礎(chǔ)信息管理，管理前端PDA寫標簽信息。該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和RFID管理系統(tǒng)組成，負責(zé)響應(yīng)前端PDA和維護管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取的要求，同時對前端獲取的信息及維護人員填寫的信息進行處理，并將設(shè)備維修巡檢記錄傳送到維修管理平臺的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。該系統(tǒng)需要廠家根據(jù)地鐵需求對設(shè)備重要部件模塊安裝功能較強的電子標簽。

3）手持式PDA可以采用目前主流的windows mobile、andriod、symbian操作系統(tǒng)的智能手機，同時要求智能手機安裝有RFID模塊。PDA終端子系統(tǒng)包含讀寫器模塊、客戶端軟件、硬件驅(qū)動軟件和硬件。

客戶端軟件主要完成RFID標簽讀寫和信息的傳送，同時利用智能手機小型數(shù)據(jù)庫緩存RFID標簽，通過智能手機WEB瀏覽器或定制的客戶端軟件登錄服務(wù)器獲取設(shè)備維護和歷史故障信息等。該軟件一方面啟動讀寫器模塊對附近設(shè)備模塊RFID標簽讀取，并將讀取信息緩存于本地數(shù)據(jù)庫；另一方面是當收到需要提供RFID標簽信息請求后，將RFID信息發(fā)給服務(wù)器。

4）RFID接入服務(wù)器子系統(tǒng)主要分為3個部分，即數(shù)據(jù)庫管理模塊、業(yè)務(wù)處理模塊、PDA接入服務(wù)管理模塊。數(shù)據(jù)庫管理模塊主要負責(zé)數(shù)據(jù)庫讀寫操作、異常處理。業(yè)務(wù)處理模塊主要負責(zé)處理與維修管理平臺數(shù)據(jù)傳送。PDA接入服務(wù)管理模塊主要負責(zé)處理PDA的請求服務(wù)和標簽信息傳送，并送到業(yè)務(wù)處理模塊。

5）維護管理系統(tǒng)是AFC系統(tǒng)設(shè)計廠家根據(jù)地鐵需求開發(fā)的，直接與AFC系統(tǒng)設(shè)備進行實時通訊和信息交互，存放AFC系統(tǒng)運行的大量設(shè)備模塊故障、計劃性維護以及部件狀態(tài)和位置信息等，同時具備統(tǒng)計、匯總和分析功能等，相對于設(shè)備巡檢維護平臺較獨立，從安全性角度考慮， RFID接入服務(wù)器通過事先約定好的軟硬件接口經(jīng)防火墻等設(shè)備與AFC維護管理系統(tǒng)保持數(shù)據(jù)同步。

6）RFID在自動售檢票設(shè)備維護中的主要信息交互及功能。

通過以上平臺、終端和服務(wù)器的搭建，可以初步設(shè)想一些利用RFID具體傳送的信息。自動售檢票設(shè)備維護的基本日常工作就是點巡檢、養(yǎng)護以及故障維修等，因此，這個應(yīng)用系統(tǒng)主要也就圍繞這3項工作內(nèi)容，存儲和傳送相關(guān)的信息。這些信息綜合了維護人員身份識別及簽名、設(shè)備編號、養(yǎng)護計劃和執(zhí)行、模塊故障、事件及告警、設(shè)備交易情況、備件和物資庫存等。維護人員通過手持式PDA與設(shè)備、后臺系統(tǒng)交互信息，完成設(shè)備點巡檢及簽名、執(zhí)行養(yǎng)護計劃和表單記錄、接收和處理故障及告警、查詢歷史維修記錄、備件領(lǐng)用和庫存查詢電子化等工作內(nèi)容，從而提升工作效率和質(zhì)量。另外，通過該系統(tǒng)后臺業(yè)務(wù)層可以很好的進行統(tǒng)計和分析，為工班長及技術(shù)管理人員對設(shè)備維修養(yǎng)護的決策提供科學(xué)合理的依據(jù)。

通過上面的技術(shù)應(yīng)用，AFC系統(tǒng)的維修和維護就形成了較完善的信息化管理系統(tǒng)，進而可以達到如下目的：通過使用Wi-Fi、GPRS等無線網(wǎng)絡(luò)將維修巡檢以及RFID數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)骄S修管理系統(tǒng)，實現(xiàn)AFC設(shè)備維修巡檢管理的信息化和科學(xué)化，提高維護管理水平及工作效率、質(zhì)量；還可以通過對后臺數(shù)據(jù)的匯總和分析，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備維護的規(guī)律及隱患，科學(xué)合理的安排和管巡檢人員的相關(guān)工作；為巡檢維護工作提供一系列科學(xué)高效的決策手段等。

5 RFID技術(shù)應(yīng)用的衍生問題和展望

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，RFID技術(shù)也在不斷的完善和推廣，同時一系列的制約因素也應(yīng)運而生。這些問題主要包含價格成本、技術(shù)瓶頸、標準建立、認知推廣等。

1）標準建立

上述內(nèi)容已經(jīng)提到，要使RFlD技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，就應(yīng)統(tǒng)一和開放技術(shù)標準。目前， EPC Global、UID、AIM Global、ISO等多個系列標準體系已經(jīng)形成，同時也有許多國家和地區(qū)在ISO或EPC Global標準之上制定適合自己的相應(yīng)標準。因此，不能寄希望于國際市場來支持中國的RFID技術(shù)。必須制定適合中國國情的RFID技術(shù)標準，當然在建立標準過程中也應(yīng)當充分考慮與國際標準的互通性。

2）價格成本

雖然射頻標簽的成本隨著規(guī)模應(yīng)用有所下降，但由于RFID系統(tǒng)除了標簽以外，還包括讀寫器、軟件以及復(fù)雜的后臺系統(tǒng)，因此總體建設(shè)投入成本不可能特別低，這樣一來，價格在一定程度上也限制了一部分低端企業(yè)用戶對RFID技術(shù)的應(yīng)用。

3）技術(shù)瓶頸

目前，RFID系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸主要集中在安全和融合問題。安全問題存在于射頻標簽與讀寫器之間，這種威脅主要表現(xiàn)為標簽數(shù)據(jù)的非法讀取和惡意篡改。另一方面由于技術(shù)標準不統(tǒng)一，在現(xiàn)有系統(tǒng)中將RFID技術(shù)進行有效融合比較復(fù)雜，現(xiàn)在比較可行的方案是通過中間件來解決此問題，但是中間件的投入又會帶來安全和技術(shù)混雜以及成本的增加。

盡管RFID還存在著諸多問題，但是只要先制定標準，給予RFID生產(chǎn)和開發(fā)企業(yè)一定政策支持，這些問題會得到很好的改觀，規(guī)模效益也會帶來價格成本的降低。隨著RFID技術(shù)不斷的革新和應(yīng)用的推廣，射頻識別技術(shù)也會越來越完善，成本將會隨著規(guī)模效益而降低。可以預(yù)見，未來RFID技術(shù)將會在標簽產(chǎn)品多樣化、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和商務(wù)化、系統(tǒng)兼容性完善、與通信運營商等其他產(chǎn)業(yè)融合等方面有著廣泛的發(fā)展前景。

6 結(jié)束語

縱觀RFID技術(shù)的發(fā)展趨勢，它做為一種具有多種優(yōu)點的自動識別技術(shù)，在各個行業(yè)都有著巨大的應(yīng)用潛力。在中國的交通行業(yè)，智能交通是RFID行業(yè)目前應(yīng)用較為成功的領(lǐng)域。而地鐵行業(yè)自然也是智能交通系統(tǒng)的一部分，AFC專業(yè)和供電、通信、信號等專業(yè)作為地鐵行業(yè)的一個子系統(tǒng)，應(yīng)用RFID技術(shù)來進行設(shè)備巡檢維護也是必然趨勢，因此要深入研究技術(shù)細節(jié)和可行性，逐步解決目前RFID存在的問題，完善具體需求，才能用最少的成本投入真正應(yīng)用該技術(shù)為設(shè)備巡檢維護提供信息化管理，從而提升工作效率和質(zhì)量。

［1］譚祥安.RFID技術(shù)在通信設(shè)備巡檢中的應(yīng)用［J］.計算機光盤軟件與應(yīng)用， 2011（3）：12-13.

This paper presents the Radio Frequency Identifi cation Device （RFID） technology from working principles， development and application， analyzes the equipment maintenance situation of Nanjing Metro Automatic Fare Collection system （AFC）， and discusses the potential application of RFID technology in AFC system. Finally， it summarizes the current problems and developing trend of the RFID technology.

Radio Frequency Identifi cation （RFID）； electronic tag； Personal Digital Assistant （PDA）； patrol inspection of equipment； General Packet Radio Service （GPRS）

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.06.020

2015-04-23）