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

【摘要】：基于RFID的管理信息系統(tǒng)使用先進(jìn)的無線射頻識別技術(shù)來幫助管理物件，在使用過程中可以最大限度的保護(hù)物件，方便用戶管理使用。本文介紹RFID技術(shù)的基本原理與系統(tǒng)構(gòu)成。還介紹了J2EE，輕量級J2EE架構(gòu)是一種應(yīng)用軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計解決方案，對于大型事務(wù)處理、分布式能力和集群能力要求不高的業(yè)務(wù)應(yīng)用，采用輕量級J2EE架構(gòu)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(shù)實現(xiàn)由多種技術(shù)組合而成的輕量級MVC實現(xiàn)框架。

【關(guān)鍵詞】：RFID；物品管理；MVC

20世紀(jì)的克萊夫.貝爾是14世紀(jì)英國美學(xué)家，他說 “藝術(shù)的本質(zhì)在于‘有意味的形式’ [1]。”這里所說的“形式”，從美術(shù)學(xué)科來看，是指一種相對于內(nèi)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(shù)學(xué)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(shù)。從民俗學(xué)的角度看，民間木刻版畫甲馬是一種民俗藝術(shù)，是一種作為民俗祭品而存在的藝術(shù)。“民俗”就是民間風(fēng)俗的簡稱[2]，是一種文化在歷史長河中的傳承，經(jīng)過沿襲、演變而保留核心本質(zhì)，逐步成為一方習(xí)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(shù)史中不可缺少的一部分，這些幸存的具有強(qiáng)烈的原始韻味的民間版畫作品，以他生動形象的特征構(gòu)成一種特殊的審美形式。昭通甲馬，正是昭通民間藝術(shù)品類之一，它是承襲中原甲馬藝術(shù)特質(zhì)，而又融入地方的民族民間藝術(shù)形成的。在物質(zhì)文明和精神文明建設(shè)中，對我們民族性格、習(xí)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(xué)現(xiàn)象”讓人們看到了地方文化發(fā)展的希望。但是，當(dāng)各地非物質(zhì)文化遺產(chǎn)正得到廣泛關(guān)注甚或高度認(rèn)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(jù)使用的具體情況，常常又被人們習(xí)慣性稱為非接觸卡、電子標(biāo)簽等。這種新興信息技術(shù)集編碼、辨識、數(shù)據(jù)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(shù)性能，被廣泛地應(yīng)用于各種環(huán)境之中。這種技術(shù)，對人們的工作方式產(chǎn)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(chǎn)效率取得了大幅度地提高。運(yùn)用它來對昭通甲馬進(jìn)行管理，避免了缺乏管理的種種危機(jī)，克服了傳統(tǒng)管理中的諸多弊端。這應(yīng)該是一種明智的選擇。

一、RFID技術(shù)

射頻識別技術(shù)簡稱RFID技術(shù)，它是一種非接觸式的、無線的自動識別技術(shù)。根據(jù)使用的具體情況，常常又被人們習(xí)慣性稱為電子標(biāo)簽或者電子條碼等。這種新興信息技術(shù)集編碼、辨識、數(shù)據(jù)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(shù)（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(qiáng)，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(yīng)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(fèi)系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理、動物追蹤和ETC不停車收費(fèi)、各類門禁系統(tǒng)、紙質(zhì)圖書管理、校園一卡通和生產(chǎn)制造等諸多領(lǐng)域。如英國、美國、澳大利亞等國將這一技術(shù)應(yīng)用于航空運(yùn)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(shù)的發(fā)展，如何結(jié)合現(xiàn)有的工作實際，方便合理的使用RFID技術(shù)來改進(jìn)現(xiàn)有的不合理的業(yè)務(wù)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(gòu)成參見圖2-1

二、電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽由天線（或線圈）和芯片兩大部分組成。RFID射頻標(biāo)簽附著在可管理 、跟蹤的物品上，是產(chǎn)品電子代碼的物理載體，可全球流通并對其進(jìn)行相應(yīng)的識別和讀寫操作。每個標(biāo)簽的電子編碼都是唯一的，標(biāo)簽上存儲著被識別物體的相關(guān)信息。根據(jù)RFID 的特性，其電子標(biāo)簽通常分為有源式[8]、無源式[9]和半有源三種類型。按標(biāo)簽的可讀寫性不同，分為只讀、讀寫等。按無線數(shù)據(jù)的調(diào)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(jìn)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(jīng)制定了相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)對RFID技術(shù)進(jìn)行規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定13.56兆赫茲為RFID頻段，而且已經(jīng)得到了全世界范圍的認(rèn)可。RFID 的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的協(xié)議參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)簽，這種標(biāo)簽由標(biāo)簽芯片和標(biāo)簽天線或線圈組成，它可以實現(xiàn)與標(biāo)簽讀寫器之間的通信 。存儲在標(biāo)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(yuǎn)遠(yuǎn)高出條形碼所能夠提供的空間。電子標(biāo)簽的基本結(jié)構(gòu)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(biāo)簽兩個基本部分，它依靠天線連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，由圖2-1可知。讀寫器是一種利用RFID技術(shù)來讀入或擦寫數(shù)據(jù)的讀寫終端設(shè)備，是射頻識別系統(tǒng)中不可或缺的基礎(chǔ)組成。其內(nèi)部有信號發(fā)送與信號接收電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)存儲電路、信號調(diào)制與解調(diào)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(jī)系統(tǒng)等）的相關(guān)數(shù)據(jù)接口。當(dāng)RFID系統(tǒng)工作時，先由讀寫器進(jìn)行詢問，當(dāng)電子標(biāo)簽感應(yīng)到這個問詢信號后，就會給出含有電子標(biāo)簽所攜帶的數(shù)據(jù)信息的應(yīng)答。讀寫器接收并處理應(yīng)答信號后返回到外部主機(jī)，繼而進(jìn)行后續(xù)的流程與相關(guān)操作。

讀寫器這一設(shè)備主要包括數(shù)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(chǔ)設(shè)施。一方面，返回的微弱電磁信號通過天線進(jìn)入讀寫器，其中的射頻模塊負(fù)責(zé)把電磁信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后，經(jīng)由讀寫器的數(shù)字信號處理單元負(fù)責(zé)對轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號進(jìn)行必要的加工校正 ，最后解調(diào)信息進(jìn)行反饋，從而完成射頻標(biāo)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(yīng)用軟件進(jìn)行交互，可實現(xiàn)操作指令的執(zhí)行或數(shù)據(jù)匯總上傳。其基本原理參見圖2-3。

四、天線傳輸技術(shù)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(biāo)簽作用距離的長短和感應(yīng)強(qiáng)度的大小，取決于讀寫器天線發(fā)射的電磁場強(qiáng)度和電磁場方向；讀寫器的阻抗和帶寬等電參數(shù)，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(shù)。與電子標(biāo)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(shù)

讀寫器天線的參數(shù)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(jù)設(shè)計可強(qiáng)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(gòu)

輕量級J2EE架構(gòu)是一種應(yīng)用軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計解決方案，具有簡化的編程模型和更具響應(yīng)能力的容器，對于大型事務(wù)處理、分布式能力和集群能力要求不高的業(yè)務(wù)應(yīng)用，采用輕量級J2EE架構(gòu)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(shù)組合而成的輕量級MVC實現(xiàn)框架，該框架使用JAVA技術(shù)實現(xiàn)。JAVA技術(shù)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(shù)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(wù)分工。Struts2是把WebWork[12]優(yōu)秀的設(shè)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(wù)請求。Struts2框架按照以下進(jìn)程處理業(yè)務(wù)：

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

（2）核心控制器根據(jù)業(yè)務(wù)請求調(diào)用適合的業(yè)務(wù)代理。

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

（4）回調(diào)業(yè)務(wù)需求的執(zhí)行方法。即由控制器調(diào)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(shù)，然后執(zhí)行某種與數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)的保存數(shù)據(jù)、檢索信息等操作。

（5）業(yè)務(wù)請求執(zhí)行之后，通過瀏覽器可以看到處理結(jié)果。這個結(jié)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(shù)很多，既支持JSP，也可以支持Velocity、FreeMarker等模板技術(shù)。

Struts2的高層體系結(jié)構(gòu)模型，視圖和控制器參見圖2-4。

Hibernate是一個開源的對象關(guān)系映射框架，它是對JDBC進(jìn)行輕量級的對象（也稱類）封裝，便于幫助Java程序員運(yùn)用面向?qū)ο缶幊趟枷雭聿僮鲾?shù)據(jù)庫。可以在使用JDBC的場合、 Java客戶端程序及Servlet/JSP的Web應(yīng)用中使用，具有突出價值的是它實現(xiàn)了數(shù)據(jù)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(guān)系數(shù)據(jù)庫到面向?qū)ο箨P(guān)系的轉(zhuǎn)換，通過ORM的轉(zhuǎn)換，可以使程序編寫人員方便的使用面向?qū)ο蟮木幊趟枷雽崿F(xiàn)數(shù)據(jù)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(qiáng)項在于AOP。Spring側(cè)重點主要是業(yè)務(wù)層框架，其框架是一個分層架構(gòu)。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(shù)據(jù)的持久化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪改查等操作；使用Spring來實現(xiàn)各個業(yè)務(wù)模塊之間的業(yè)務(wù)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(wù)層控制下，用來管理數(shù)據(jù)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(qiáng)烈的原始韻味，是中國美術(shù)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(jīng)濟(jì)水平、民間繪畫雕刻及民族性格習(xí)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(dāng)前，昭通甲馬基本上處于不規(guī)范的紙質(zhì)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(chǎn)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(shù)的開發(fā)與推廣運(yùn)用更顯得任重而道遠(yuǎn)。

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