基于RFID的昭通木刻版畫甲馬管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)的技術分析

【摘要】：基于RFID的管理信息系統(tǒng)使用先進的無線射頻識別技術來幫助管理物件，在使用過程中可以最大限度的保護物件，方便用戶管理使用。本文介紹RFID技術的基本原理與系統(tǒng)構成。還介紹了J2EE，輕量級J2EE架構是一種應用軟件系統(tǒng)體系結構設計解決方案，對于大型事務處理、分布式能力和集群能力要求不高的業(yè)務應用，采用輕量級J2EE架構更具有靈活性、輕便性和較好的效率與效益。是一個使用JAVA技術實現(xiàn)由多種技術組合而成的輕量級MVC實現(xiàn)框架。

【關鍵詞】：RFID；物品管理；MVC

20世紀的克萊夫.貝爾是14世紀英國美學家，他說 “藝術的本質在于‘有意味的形式’ [1]。”這里所說的“形式”，從美術學科來看，是指一種相對于內容的純粹的外部形式，它以某種特定方式由線條和色彩排列組合之后呈現(xiàn)出來。在美術學中，甲馬屬于民間木刻版畫。是一種瀕臨絕跡的民間木刻版畫藝術。從民俗學的角度看，民間木刻版畫甲馬是一種民俗藝術，是一種作為民俗祭品而存在的藝術。“民俗”就是民間風俗的簡稱[2]，是一種文化在歷史長河中的傳承，經過沿襲、演變而保留核心本質，逐步成為一方習俗的文化現(xiàn)象。

昭通甲馬屬于云南甲馬的一部分，也是中國美術史中不可缺少的一部分，這些幸存的具有強烈的原始韻味的民間版畫作品，以他生動形象的特征構成一種特殊的審美形式。昭通甲馬，正是昭通民間藝術品類之一，它是承襲中原甲馬藝術特質，而又融入地方的民族民間藝術形成的。在物質文明和精神文明建設中，對我們民族性格、習俗的形成，都起著較大的影響和十分重要的作用。

近些年來，昭通地方文化的發(fā)展有目共睹，“昭通文學現(xiàn)象”讓人們看到了地方文化發(fā)展的希望。但是，當各地非物質文化遺產正得到廣泛關注甚或高度認可的時候，也有不少地方民俗文化的漸次消亡讓人憂心忡忡

無線射頻識別英文縮寫為RFID【2】，根據使用的具體情況，常常又被人們習慣性稱為非接觸卡、電子標簽等。這種新興信息技術集編碼、辨識、數據信息采集與自動錄入和信息高速處理等等功能于一身，以它獨到特別的技術性能，被廣泛地應用于各種環(huán)境之中。這種技術，對人們的工作方式產生較大的影響，各種作業(yè)管理的模式、措施等也被快速地改變著，生產效率取得了大幅度地提高。運用它來對昭通甲馬進行管理，避免了缺乏管理的種種危機，克服了傳統(tǒng)管理中的諸多弊端。這應該是一種明智的選擇。

一、RFID技術

射頻識別技術簡稱RFID技術，它是一種非接觸式的、無線的自動識別技術。根據使用的具體情況，常常又被人們習慣性稱為電子標簽或者電子條碼等。這種新興信息技術集編碼、辨識、數據信息采集與自動錄入和信息高速處理等功能于一體。它利用射頻信號或空間耦合電感[3]或電磁耦合[4]的傳輸特性，自動實現(xiàn)對各類對象的識別。RFID同其它自動識別技術（如：條碼識別[5]、指紋識別[6]、虹膜識別、面部識別、聲紋[7]識別等）相比，抗干擾能力強，信息量大，還具有非視覺范圍讀寫、使用方便和壽命長等優(yōu)點，被廣泛應用于商品銷售、物流管理、工業(yè)自動化、安全出入檢查、高速公路自動收費系統(tǒng)、供應鏈管理、動物追蹤和ETC不停車收費、各類門禁系統(tǒng)、紙質圖書管理、校園一卡通和生產制造等諸多領域。如英國、美國、澳大利亞等國將這一技術應用于航空運輸業(yè)的乘客物品追蹤 、管理及監(jiān)控之中 ，極大地提高了分配、篩選、排查等效率，還大幅度降低了錯誤的比例。

隨著信息技術的發(fā)展，如何結合現(xiàn)有的工作實際，方便合理的使用RFID技術來改進現(xiàn)有的不合理的業(yè)務邏輯、管理模式是本文研究的基本理念與思路。對于RFID的無線、非接觸式的特性，可以在不搬動物體的情況下，快速的統(tǒng)計、管理甲馬物品，實現(xiàn)高效、快速的管理。其基本構成參見圖2-1

二、電子標簽

電子標簽由天線（或線圈）和芯片兩大部分組成。RFID射頻標簽附著在可管理 、跟蹤的物品上，是產品電子代碼的物理載體，可全球流通并對其進行相應的識別和讀寫操作。每個標簽的電子編碼都是唯一的，標簽上存儲著被識別物體的相關信息。根據RFID 的特性，其電子標簽通常分為有源式[8]、無源式[9]和半有源三種類型。按標簽的可讀寫性不同，分為只讀、讀寫等。按無線數據的調制方式不同，又分為被動式、主動式和半主動式。

RFID使用射頻電磁波進行通信，主要工作在4個頻段上，分別是低頻頻段、高頻頻段、超高頻頻段和微波頻段[10]。針對高頻頻段，1999 年已經制定了相應的國際標準對RFID技術進行規(guī)范。標準規(guī)定13.56兆赫茲為RFID頻段，而且已經得到了全世界范圍的認可。RFID 的標準規(guī)范主要作用是規(guī)定，用于物品管理用途的頻率下的RFID 系統(tǒng)物理層抗碰撞系統(tǒng)結構和系統(tǒng)的協(xié)議參數。標準同時定義了RFID 芯片和讀寫器之間信息交換的合理工作范圍。

本系統(tǒng)使用被動式RFID標簽，這種標簽由標簽芯片和標簽天線或線圈組成，它可以實現(xiàn)與標簽讀寫器之間的通信 。存儲在標簽中的電子編碼是唯一的，通常為64bit或96bit或更高，它的地址空間遠遠高出條形碼所能夠提供的空間。電子標簽的基本結構參見圖2-2。

三、RFID讀寫器原理特點

RFID系統(tǒng)包括讀寫器和電子標簽兩個基本部分，它依靠天線連接，實現(xiàn)數據傳輸，由圖2-1可知。讀寫器是一種利用RFID技術來讀入或擦寫數據的讀寫終端設備，是射頻識別系統(tǒng)中不可或缺的基礎組成。其內部有信號發(fā)送與信號接收電路、信號處理電路、數據存儲電路、信號調制與解調電路等。此外，讀寫器還提供與其他系統(tǒng)（如無線傳感器節(jié)點或計算機系統(tǒng)等）的相關數據接口。當RFID系統(tǒng)工作時，先由讀寫器進行詢問，當電子標簽感應到這個問詢信號后，就會給出含有電子標簽所攜帶的數據信息的應答。讀寫器接收并處理應答信號后返回到外部主機，繼而進行后續(xù)的流程與相關操作。

讀寫器這一設備主要包括數字信號處理單元和射頻模塊兩部分。在RFID系統(tǒng)中，它是最重要的基礎設施。一方面，返回的微弱電磁信號通過天線進入讀寫器，其中的射頻模塊負責把電磁信號轉換為數字信號，然后，經由讀寫器的數字信號處理單元負責對轉換的數字信號進行必要的加工校正 ，最后解調信息進行反饋，從而完成射頻標簽的辨識或讀取及擦寫的操作；另一方面，讀寫器與上層中間件和應用軟件進行交互，可實現(xiàn)操作指令的執(zhí)行或數據匯總上傳。其基本原理參見圖2-3。

四、天線傳輸技術特點

天線是讀寫器最前端的裝置，作為是讀寫器的組成部分重要，它起到很重要的作用。電子標簽作用距離的長短和感應強度的大小，取決于讀寫器天線發(fā)射的電磁場強度和電磁場方向；讀寫器的阻抗和帶寬等電參數，會影響讀寫器與天線的匹配程度。故讀寫器天線對RFID系統(tǒng)有著重要的影響。

1、天線的類型

讀寫器天線的類型取決于讀寫器的工作頻率和天線的電磁參數。與電子標簽天線不同，讀寫器天線一般沒有尺寸要求，可以選擇的種類較多。讀寫器天線的主要類型有對稱陣子天線、微帶帖片天線、線圈天線、陣列天線、螺旋天線等，部分天線尺寸較大，需要在讀寫器之外獨立安裝。

2、天線的參數

讀寫器天線的參數主要有方向系統(tǒng)、方向圖、半功率波瓣寬度、增益、極化、帶寬和輸入阻抗等[11]。讀寫器天線的方向性根據設計可強可弱，增益一般在幾到幾十分貝之間，極化采用線極化或圓極化方式，帶寬覆蓋整個工作頻段，輸入阻抗常選擇50Ω或75Ω，尺寸在幾厘米到幾米之間。

五、J2EE架構

輕量級J2EE架構是一種應用軟件系統(tǒng)體系結構設計解決方案，具有簡化的編程模型和更具響應能力的容器，對于大型事務處理、分布式能力和集群能力要求不高的業(yè)務應用，采用輕量級J2EE架構更具有靈活性、輕便性和較好的效率與效益。

J2EE是一個由多種技術組合而成的輕量級MVC實現(xiàn)框架，該框架使用JAVA技術實現(xiàn)。JAVA技術的特征是一次編寫，任意使用。對于基于RFID的昭通甲馬管理系統(tǒng)，采用輕量化級的SSH框架，該框架由Struts2+Spring3+Hibernate三種技術無縫集成，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的模型、視圖和控制器的業(yè)務分工。Struts2是把WebWork[12]優(yōu)秀的設計思想作為核心，吸納了Struts1的一些優(yōu)點，建立了一個MVC框架，它可以做到對WebWork和Struts1的兼容。Struts2以攔截器為核心模塊，通過攔截器來處理各種業(yè)務請求。Struts2框架按照以下進程處理業(yè)務：

（1）通過瀏覽器發(fā)送用戶業(yè)務請求：例如請求/xxx.action、/xxx.pdf等。請求頁被掛起之后，等待進入下步處理。

（2）核心控制器根據業(yè)務請求調用適合的業(yè)務代理。

（3）Struts2攔截器鏈自動對業(yè)務請求進行過濾，在執(zhí)行業(yè)務代理前，執(zhí)行預先處理的代碼再回到攔截器。隨后應用validation或文件上傳等通用功能。

（4）回調業(yè)務需求的執(zhí)行方法。即由控制器調用邏輯組件來處理請求。這一環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)方法是先提取用戶請求各種參數，然后執(zhí)行某種與數據庫關聯(lián)的保存數據、檢索信息等操作。

（5）業(yè)務請求執(zhí)行之后，通過瀏覽器可以看到處理結果。這個結果呈現(xiàn)為多種類型，可以是HTM頁面、圖像，還可以是pdf文檔或其他文檔。此時，可以支持的視圖技術很多，既支持JSP，也可以支持Velocity、FreeMarker等模板技術。

Struts2的高層體系結構模型，視圖和控制器參見圖2-4。

Hibernate是一個開源的對象關系映射框架，它是對JDBC進行輕量級的對象（也稱類）封裝，便于幫助Java程序員運用面向對象編程思想來操作數據庫。可以在使用JDBC的場合、 Java客戶端程序及Servlet/JSP的Web應用中使用，具有突出價值的是它實現(xiàn)了數據信息的長久化，取代了容器管理。Hibernate所完成的工作就是實現(xiàn)關系數據庫到面向對象關系的轉換，通過ORM的轉換，可以使程序編寫人員方便的使用面向對象的編程思想實現(xiàn)數據的持久化。

Spring也是一個開源的MVC輕量化框架，其核心思想是IOC和AOP[13]。目前的發(fā)展是IOC和AOP的融合，強項在于AOP。Spring側重點主要是業(yè)務層框架，其框架是一個分層架構。對于本系統(tǒng)，使用Struts2框架來實現(xiàn)頁面的展現(xiàn)，即視圖層；使用Hibernate來實現(xiàn)數據的持久化，實現(xiàn)數據的增刪改查等操作；使用Spring來實現(xiàn)各個業(yè)務模塊之間的業(yè)務邏輯，輸入輸出控制等操作。即使用Spring來實現(xiàn)系統(tǒng)的模型層和控制層的操作，Hibernate處于Spring的業(yè)務層控制下，用來管理數據的持久化。

昭通甲馬是云南甲馬的一部分，屬于民間版畫作品，他們帶有強烈的原始韻味，是中國美術史中不可缺少的一部分。作為一種特殊的審美形式，它為昭通地方經濟水平、民間繪畫雕刻及民族性格習俗發(fā)展、演變等方面的研究，提供了豐富生動的重要材料。

當前，昭通甲馬基本上處于不規(guī)范的紙質檔案管理的傳統(tǒng)模式。昭通甲馬所涉及到的制作者或傳承人、出產地、名稱、尺寸等基本資料缺失很多，對甲馬的整理、研究更是寥寥無幾。對昭通甲馬的現(xiàn)代化管理勢在必行，現(xiàn)代電腦軟件技術的開發(fā)與推廣運用更顯得任重而道遠。

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