基于RFID技術的漁船身份識別系統模式研究

上海開創遠洋漁業有限公司 周國強

長海漁港監督處 曲紹東

大連漁港監督局 郭慶祝

基于RFID技術的漁船身份識別系統模式研究

上海開創遠洋漁業有限公司 周國強

長海漁港監督處 曲紹東

大連漁港監督局 郭慶祝

利用漁船RFID系統，實現船舶身份電子信息識別，結合港口和船舶的基礎信息數據和管理信息數據，實現對船舶、港口、船員和主管部門管理資源的一體化管理、服務和調度，為漁業生產開辟了全新的安全監管模式。

RFID；識別；系統

一、引言

漁船是我國海洋漁業生產數量最多、效用最大的運載和作業工具。長期以來，漁船的身份管理主要通過人工核對船上船名號來進行，很難解決船舶套牌和遮擋、涂改、假冒船名號以逃避行政監管等問題。目前，我國漁業海上漁政管理、安全執法檢查和港口簽證管理主要是靠執法人員直接登船檢查，在海況惡劣時執法檢查安全風險較大，且工作效率較低。應用RFID射頻技術，在漁船上固定電子標簽后，就可以賦予漁船一個“電子身份證”，不僅實現了海上漁政管理、安全執法檢查和漁船進出港簽證的電子信息化管理，還有效解決了目前漁船數量較多、執法力量不足的現實問題，可為行政管理部門做出管理決策提供翔實、準確、及時的基礎數據信息，顯著提升了漁業安全監管的行政能力和管理水平。

二、RFID技術簡介

RFID（Radio Frequency Identification，RFID）是20世紀80年代興起并逐漸走向成熟的一項無線射頻技術，系統由射頻電子標簽、讀寫器和數據中心平臺組成。射頻標簽承載目標物屬性信息，讀寫器通過發射天線發送一定頻率的射頻信號，射頻標簽進入讀寫器發射天線工作區域時產生感應電流，獲取能量后被激活，將目標物屬性編碼等信息通過標簽內的發送天線發送出去。讀寫器接收天線接收到從電子標簽發送來的載波信號后，經天線調節器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進行調節和解碼，然后送到計算機后臺主系統進行相關處理，實現用戶各項需求功能。

如今，RFID技術成為自動識別技術中發展最為迅速的技術之一，其優勢主要表現在：識別速度快，可以同時識別多個目標或運動目標；標簽體積小，置于待識別目標上的電子標簽可制作成大小不一、外形各異的多種形式，且可以重復使用；數據存儲容量大，電子標簽中可以存儲高達數兆字節的信息；識別距離遠，RFID身份識別系統的識別距離可達數百米至上千米；環境適應性強，可應用于從室內到野外的各種場合，穿透性強，抗污染能力強，安全性和可靠性高，對存儲在電子標簽中的數據和射頻通信過程中的數據進行加密，從而確保信息不被竊取和修改。

三、漁船RFID身份識別系統設計

考慮漁船海上生產的特殊性、作業環境的惡劣性和射頻識別的工作特點（安置在漁船上的電子標簽距離讀寫器比較遠），漁船RFID身份識別系統應設計為在嚴酷環境下工作的有源（標簽內部電池供給）主動式射頻識別系統，以滿足射頻系統適應環境和抗干擾能力強、識別距離遠的需求。漁船RFID系統由有源射頻標簽、讀寫器（固定式、手持式、船載式）、數據中心平臺3個基本硬件部分和系統管理軟件組成。系統通過安裝在漁船上的RFID電子標簽，讀取漁船相關屬性信息，自動獲取進出港漁船及其持證、安全設備等基本情況，實現身份識別和進出港簽證信息化管理。漁船RFID身份識別系統結構圖如圖1所示。

圖1 漁船RFID身份識別系統結構圖

（1）RFID系統電子射頻標簽。射頻標簽的數據信息模塊集成在芯片上，實現與讀寫器的數據通信。應建立標準的電子射頻標簽系統（RFID）數據通信協議，實現對船舶動態數據及船舶資料文件進行管理，保證系統穩定可靠并可擴展，實現船舶進出港智能化管理系統（COS）和船舶信息終端數據進行實時操作并進行整合。芯片上的內存部分用來儲存識別號碼或其他數據，如漁船的基本技術數據、類型、產權登記、歷次檢驗、安全設備配備、漁業許可、保險和船員情況等。標簽要具有唯一性，一船一標簽，利用（密鑰種子＋隨機數＋固定常數）進行SHA1運算，并將運算結果與明文數據進行異或得到密文，解密時提取隨機數，再利用（密鑰種子＋隨機數＋固定常數）進行SHA1運算，將運算結果與密文進行異或，還原出明文。通過專有的加密技術和封裝技術，標簽具有不可復制性，從而保證了標簽的真實性和高安全性，消除了標簽被偽造的可能性。電子標簽也可通過專門的防拆卸觸發機構設計并在嵌入式控制軟件控制下實現拆卸觸發報警和報警結束后自毀，從而實現防拆卸和杜絕標簽“套牌”。

（2）固定式、手持式、船載式讀寫器。該類讀寫器由發射單元、接收單元、信號處理控制單元和電源組成。讀寫器通過天線向電子標簽發送射頻調制信號（詢問信號），并通過天線接收從標簽返回的信息（應答信號），然后通過漁船綜合管理系統（后臺軟件系統），全面了解存儲在標簽里的漁船基本屬性信息。當船舶進出港口時，安裝在港口的標簽讀寫器將信息實時記錄下來，從而實現船舶進出港的數字化監管；當漁船停泊在港口時，手持式電子標簽讀寫器可移動稽查、移動辦公；當漁船在海上生產作業時，船載式電子標簽讀寫器可移動執法、現場辦公。

（3）數據信息管理平臺。漁船身份識別數據信息管理系統軟件是整個系統的最終用戶界面，應用Visual C++6.0，SQL Server2000等軟件設計電子標簽的內部編碼格式和串口通信協議，開發射頻識別中間件，在應用程序設計時無須考慮讀寫器與電子標簽的硬件復雜性，便于應用程序功能的實現和維護，并為以后采用不同的射頻識別硬件保留接口。RFID電子標簽、讀寫器采集的數據最終通過此軟件傳遞給用戶進行操作和管理。軟件包含的數據信息要求完備，包括船舶的基本信息、持證情況、船舶安全設備配置情況、船上人員信息、船舶違章記錄情況、到港簽證情況等。軟件的數據信息通過異步數據更新和數據包加載，定期更新采集數據到網絡服務器上，客戶端只要定期下載更新，即可實現軟件的數據同步，并通過對服務器上的數據進行定期備份來保證數據的可靠和安全。

四、RFID身份識別系統構成

射頻電子標簽。船載電子標簽根據管理需求由廠家定制，并設計唯一的ID號，該ID號可以通過RFID船載電子標簽管理系統與船舶參數信息綁定。使用時，船載電子標簽應安裝在船舶指定位置，標簽ID號就是船舶身份證。

RFID讀寫器。讀寫器作為船載電子標簽的數據采集設備，主要用于采集過往船舶的ID信息，并通過有線或無線數據通信方式上傳數據至數據采集服務器。船載電子標簽與RFID讀頭通信采用國家無線電管理委員會批準的2.4G頻段。

數據采集服務器控制系統。讀寫器通過VPN/VPDN接入數據采集服務器，數據采集服務器控制系統負責接收多個讀寫器的數據，并把服務器接收到的數據進行預處理、數據庫存儲和數據發布，最后提供給相關系統應用。

讀寫器管理系統。讀寫器管理系統主要負責港口讀寫器基本信息和信息部署管理，確保所有讀頭能正常在線，對不在線的系統會提示報警，及時發現和診斷港口讀寫器的設備故障。

電子標簽管理系統。電子標簽管理系統主要負責船載電子標簽的發卡、回收、掛失、注銷、采購、分配、調配、接收等管理，嚴格RFID標簽卡的管理工作。

五、RFID身份識別系統功能實現

漁船RFID系統充分利用現有的船舶基礎信息數據庫，保證系統信息的一致性和統一性。系統主要功能包括：

1.船舶進出港自動記錄統計

采用港口雙固定式讀頭方案或多讀頭方案，每當作業船舶進入港口和離開港口時都可以獲得船只數據信息，這些數據信息將傳輸到身份識別系統已開發的進出港監管系統中心平臺，使平臺可以立刻獲取并記錄船只狀態，供今后統計和查詢。

2.船舶在港情況統計

系統可快速準確地統計出當前船舶在港情況，包括各港口船舶的分布情況。船舶在港情況統計能讓漁業行政主管部門迅速獲取目前在港船舶的信息、水上作業船舶的信息，在出現災害性天氣時，漁業主管部門能把工作重點放在未進港的船舶上，并有效地調配管理資源和執法力量，加強行政監管工作的針對性和有效性。

3.跟蹤“隱患”船舶

當違章、年檢過期、證書過期、未辦理進出港等“隱患”船舶進出港口時，港航主管部門通過系統可馬上獲得信息，并采取有效措施促其整改，直至解決問題，及時消除安全隱患。

4.流量統計

系統能有效、精確地檢測到經過讀頭附近的船舶數量，以每天、每月或每年的形式統計船舶的流量情況。船舶流量統計能讓港航管理部門了解船舶進出港和錨泊信息，掌握航道是否擁擠，并且能根據流量統計信息，在船舶流量大的時候加強對船舶的管理，防止由于船舶流量過大造成違法船舶蒙混出海、航道內船舶碰撞等情況發生。

5.遠程輔助執法

在執法船上安裝船載讀寫器，執法船可在海上巡邏時遠程讀取、識別有效范圍內的一條或多條船舶身份標識信息。通過數據鏈路在執法船舶和中心平臺之間實現相互通信，將執法船捕獲到的船舶身份標識信息發送到中心平臺，中心平臺負責船舶信息的判斷，將結果（船舶是否在安全管理黑名單內，船舶捕撈許可證信息、船舶作業類型、船舶準許作業場所、船舶作業時限是否合法等）反饋給執法船舶，執法船舶以反饋結果為依據，采取相應的執法手段。

漁船RFID系統還可擴展，將現有的船舶證書管理系統、黑名單管理系統、船員管理系統、漁用柴油補貼管理系統、船舶圖文檔案管理系統、簽證收費管理系統有機地結合起來，實現數據資源共享。

六、總結與展望

RFID技術在國際上被廣泛應用于工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理等領域，在我國，由于這方面技術起步較晚，大規模的生產應用也剛剛起步。RFID技術在漁船安全管理上的應用也只是做了一些有益的探索，對船舶自動識別起到了很好的效果。RFID技術在船舶管理中的不斷深入應用其意義重大，也必將在提升船舶管理效益和管理水平方面起到積極作用，尤其在實現船舶信息采集、船舶自動化監管、不停航檢查、不停船收費、船舶證書防偽等方面應用前景廣闊。