RFID在未來工地的應用場景研究

杜昊洋 周肖杉 周暢

摘要： RFID技術的日趨成熟引起相關領域研究者的重視，其在輔助建筑工程管理者掌握工地關鍵信息方面具有時效性、準確性和便捷性。本文對RFID技術在建筑工地中的物料追蹤和人員管理兩方面之優勢與創新提出構想，旨在系統地闡述其工作原理和應用模式，進而更容易被建筑工地從業者所理解，使其更好地融入未來工地，提升管理效率。

Abstract： The increasing matured RFID technology has attracted the attention of researchers in related fields. It has the timeliness， accuracy and convenience in assisting construction engineering managers to grasp key information on the construction site. This article proposes the advantages and innovations of RFID technology in material tracking and personnel management in construction sites， aiming to systematically explain its working principles and application modes， so that it is easier for construction site practitioners to understand and make it better， and making it better application in the future site and enhancing management efficiency.

關鍵詞： RFID；建筑工地；物料追蹤；人員管理

Key words： RFID；construction site；material tracking；personnel management

中圖分類號：P237 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）19-0217-02

1 RFID簡介

RFID技術是一項應用電磁波而對物體進行非接觸的識別系統。一個典型的RFID系統由電子標簽（RFID Tag）、讀取器（RFID Reader）和天線（Antenna）組成。電子標簽有兩種類型：主動標簽和被動標簽。主動標簽有自己的能量來源用于反射讀取器的電波，而被動標簽通過RFID讀取器自身來激活。因此，主動標簽通常要比被動標簽擁有更大的讀取范圍（0.1～10m）。

2 RFID在工程材料追蹤中的應用

當前在我國的建筑工地中，對建筑材料的管理比較落后，采用的仍然是傳統的人工觀察方法，即建筑工程師和工地人員要時不時的去施工現場巡查，以評估建筑材料的當前使用狀態。這需要耗費大量人力和精力且過程極容易出錯。

由此，我們提出了一項在規模較大的建筑工程中監控建筑材料的集成系統。這個系統包括兩個主要技術：RFID和Zig Bee[1]。RFID電子標簽附著在各種建筑材料表面（或者為嵌入式），用來識別建筑材料的多樣性，Zig Bee負責傳播這些信息。在一個建筑施工場地，RFID電子標簽識別一系列的建筑材料，之后電子標簽里的信息在Zig Bee網絡中進行多次反射，最終Zig Bee用無線將這些信息傳輸給工程管理人員。（圖1）

RFID和Zig Bee網絡系統的結構有三層：首先是原始數據層，該層呈現RFID電子標簽中的建筑材料信息，因為被動標簽都貼附在建筑材料上，所以RFID讀取器能夠記錄電子標簽所依附的材料的類型；其次是數據讀取和感應層，該層是讀取RFID電子標簽的實際發生地，RFID讀取器通過天線傳輸和接收電波信號；最后是數據傳輸層，該層是Zig Bee感應節點傳輸RFID電子標簽信息的地方，感應節點用序列接口直接與RFID讀取器連接。傳感器節點之間可以相互連接，因此所獲取的信息能夠傳達給與主電腦相連的任何一個傳感器節點或匯點（終端使用者）。當一個傳感器節點所發出的信號沒有到達匯點時，其他傳感器節點就會獲取這個信號并將它繼續傳輸到匯點，這就形成了一個傳感器網絡。

RFID和Zig Bee集成系統有較強的穩定性和傳播效力，尤其是對于提高大型復雜建筑工地的建筑材料追蹤能力上有巨大開發價值，它能夠準確對建筑材料進行追蹤，節省大量人力資源，提高管理效率。

3 建筑工人的智能化管理

我們可以設想：施工現場采用實名制刷卡入場，每位工人配備帶身份識別的RFID卡片，并要求工人隨時攜帶。閱讀器組網運用三角形加權質心算法[2]，移動標簽節點和所有參與定位的固定標簽節點的坐標信息點圍成幾何多邊形，計算多邊形的質心坐標作為自己的估計位置，形成建筑工人3維定位系統，可測得工人在工地上的3維坐標。（圖2）

將計算得到的每個卡片的坐標位置存人服務器數據庫中，各管理和施工人員可以通過登錄查詢自己權限下的信息。采用Visual FoxPro進行坐標等信息的顯示[3]，程序初始化時讀入圖紙信息、施工人數、人員編號、人員對于施工區域、限制區域等信息，然后依次對各點進行處理，讀入點坐標后，在圖紙上定位，判斷是否違法本項目所規定的動作，如進入限制其進入的區域、離開工作崗位等，判斷是在地面工作還是在高空作業，對于不同狀態的工作人員以不同顏色顯示其信息，方便管理與施工人員能夠清晰快速的獲取現場信息，并在程序中預留報警接口。這里分兩種情況：一是對于違反施工要求和組織管理要求等，如施工人員擅自離開工作崗位，在禁止進入的危險區域逗留等情況，在程序中可以指定各施工人員的坐標區域，劃定危險區域的坐標范圍等進行相應的預設置；二是可探測到的施工人員事故信號，根據坐標可確定的是高空墜落，具體表現為目標的z坐標急劇減小。程序設置立刻通知到相關管理人員并將信息直接反應至最近的醫療點，可實現等待救援時間的最短化，將安全事故的損失降至最小。該定位方法還可以應用于施工安全帽、作業服等安全裝備的使用狀態監督。

4 結語

應用RFID所構建的對物料和人員的智能網絡管理系統，可徹底實現對建筑材料的實時監督和對人員作業狀態的實時把握，管理與施工人員可以使用計算機、手持無線設備方便快捷地獲取現場信息，實現對建筑工地的全面智能化管理，大幅提升管理效率[4]。在國內，材料乃至整體建筑資源的管理還有很大不足。現在的建筑工程項目中RFID還是一項新興技術，但這項技術在我國乃至世界建筑領域都具有很大的發展前景，也很可能改變今后建筑工程管理領域的發展格局。因此我們要積極引鑒國內外的先進成果，不斷完善建筑領域的追蹤管理系統，使得我國在未來建筑工地管理的技術和理念領先世界。

參考文獻：

[1]毛云川，宋鐵成.基于RFID和ZigBee技術的物聯網實驗系統硬件設計與實現[J].信息化研究，2012，38（1）：13-16.

[2]王鵬，趙晴，楊凱文.改進的RSSI質心定位算法[J].軟件，2014（1）：55-57.

[3]孟慶黎.基于RFID和圖像處理的身份識別軟件系統設計與實現[D].郎郭：河北工程大學，2011.

[4]紀震，李慧慧.電子標簽原理與應用[M].西安電子科技大學出版社，2006.