基于RFID的搶險救援車器材管理系統

蔡晨晨 王國寶 張勇

摘 要：搶險救援車中儲存的設備器材種類、數量繁多，傳統的器材管理模式普遍存在操作速度慢、信息遺漏、實時性弱等缺陷，針對以上問題，深入分析了RFID在器材管理中的應用需求，引入RFID構建搶險救援器材全生命周期智能管理系統，通過對搶險救援車內的各種設備進行數字化編碼，設計并實現了消防設備的簡單化、智能化、自動化以及網絡化管理。

關鍵詞：救援車；RFID；信息系統；器材管理

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0192-03

Abstract： There are many kinds and large quantities of equipment and devices stored in rescue vehicles， and the traditional equipment management mode generally has some defects， such as slow operation speed， information omission， weak real-time performance， etc. Aiming at the above problems， this paper analyzes the application demand of RFID in the equipment management， introduces RFID to construct the intelligent management system of the rescue equipment in the whole life cycle， and carries on the digital coding to the various equipments in the rescue vehicle. The simplified， intelligent， automatic and network management of fire fighting equipment is designed and realized.

Keywords： rescue vehicle； RFID； information system； equipment management

1 概述

當前因為我國第二、三產業飛速發展，城市生活人口越來越多，地下建筑、高層大廈、城市大型綜合體以及易燃易爆化工企業的逐年增多等因素，導致相關部門在進行搶險救援工作時困難度大大增加。為了應對搶險救援時不同的惡劣環境，相關部門采購的設備數量逐年增多，而設備的增加無疑給工作人員的相關管理工作帶來了困難。近幾年RFID、物聯網等技術快速發展，被應用于各個領域當中，普遍取得了顯著的成效，這無疑給搶險器材的簡單化、智能化、自動化、網絡化以及數字化管理指明了方向[1][2]。傳統搶險救援器材的管理工作，主要由人工完成又多采用紙質材料，致使在管理過程中環節較多、紙質材料耗費較大、工作效率低且存在著大量不準確性，這樣一方面不利于器材的維護與管理，另一方面在處理緊急事件時極易出錯。另外，紙質材料不便于進行查詢與保存大量數據，也不便于進行信息的統計與延續。

RFID（射頻識別技術）是一種非接觸式的自動識別技術，它通過在指定頻率范圍內的射頻信號對用戶的目標對象進行自動識別并獲取相關數據，在各種惡劣環境中也可工作，識別過程無需人工參與。與傳統的條碼識別技術相比，RFID技術具有鏈路數據量大、多標簽同時讀寫、加密防偽、非接觸讀寫等顯著優點[3]。搶險救援車使用基于

RFID的器材管理系統，可減少盤庫時間、提高器材的出入庫識別率、優化車內器材的區域布局，實現精確化、可視化管理。

2 基于RFID的搶險救援車器材管理系統總體設計

2.1 系統硬件架構

分析搶險救援車器材管理的實際需求，結合RFID技術的相關特點和工作原理，系統硬件拓撲結構如圖1所示。

系統硬件設備包括雙頻有源電子標簽、遠距離讀寫器、激活源、工業無線路由器、工控機、工業PAD、工業交換機、網絡繼電器等組成。

搶險救援車器材管理系統中的RFID識別部分同時采用低頻激活源和2.4G高頻有源識別技術[4]，提高系統識別準確性，RFID標簽為高頻低頻雙模標簽，RFID標簽在救援器材車附近時（一般5米左右）時被激活源激活（低頻部分），RFID高頻部分將激活信息和身份信息（標簽ID）同時發送到RFID讀寫器，完成系統激活狀態和身份的識別[5]。將有源RFID遠距離讀寫器與激活源安裝在救援器材車內部適當位置，并與工業4G無線路由器相連接，當辨別到標簽數據信息后，讀寫器會將標簽數據信息發送給路由器。路由器一方面將標簽數據發送到本地工控機服務器，用戶可通過智能手機、筆記本或工業PAD等設備連接到本地路由器的WiFi鏈路（支持Android、Web兩種訪問模式），從本地工控機服務器中獲取標簽數據信息，WEB端還可以通過連接本地服務器完成不同區層LED的控制。另一方面通過4G網絡鏈路連接到internet網絡，本地服務器將數據同步到遠程云端服務器，用戶可以隨時隨地通過智能手機、筆記本、PAD等從云服務器獲取到標簽數據信息。

2.1.1 雙頻有源電子標簽

系統標簽使用雙頻電子有源標簽，標簽類型為雙頻只讀型，防護等級為IP65且標簽本身具有抗電磁干擾特性，可在溫度-40℃～+80℃、濕度小于85%的環境下工作，低功耗的設計使得標簽的靜態電流小于3？滋A，工作電流小于15mA。

標簽通信鏈路分為低頻和高頻兩部分，低頻信號采用125kHz的鏈路頻率，通信速率可達4kbps，激活喚醒距離為3至5米，采用曼徹斯特編碼格式，輸出功率約為1.2W，位誤碼率僅為10-5，高頻信號采用2.4至2.5GHz的鏈路頻率，通信速率雙向可達1024Kbit/s，通訊距離80m以內，信號調制采用GFSK方式，輸出功率小于等于0dbm，位誤碼率僅為10-9。

當有源標簽未被激活正常待機時，功耗極低不大于3uA，這是其處于深度睡眠狀態。若有攜帶標簽的物體或工作人員，進入到低頻激活源的覆蓋范圍（0.5-7m）內，此時因為有源標簽內部的低頻探測芯片獲得觸發信號，所以標簽的MCU將被立刻喚醒，由睡眠狀態切換至工作狀態。然后標簽會把相關信息——標簽ID號、低頻激活源的編號、標簽電池電量信息等數據，以固定的格式通過高頻鏈路通信的方式，發送給遠距離讀寫器[6][7]。

低頻激活源的激活覆蓋范圍為0.5-7米，且高頻通信鏈路的覆蓋范圍為0-50米（最大80米），相比傳統標簽定位方式，雙頻有源標簽定位服務更加精準。

當讀寫器由高頻鏈路通道接收到信息后，會立即對獲取到的信息進行解析，讀寫器將信息解析完成之后，一方面會將數據暫存在讀寫器緩存中，另一方面會按照指定的通信協議將數據發送出去。

2.1.2 遠距離讀寫器

系統讀寫器使用遠距離讀寫器，防護等級為IP65且讀寫器本身具有抗干擾、防雷設計、抗電磁干擾等特性，滿足工業環境要求，可在惡劣的環境下工作。讀寫器供電電壓范圍從直流9V到12V，工作電流小于1000mA。讀寫器的MTBF≥70000小時具有高可靠性，工作壽命>15年。

讀寫器的工作頻率為2.4-2.5GHz，通訊距離0-100m，采用GFSK方式用于信號調制，接收靈敏度≤-93dBm（可用發命令的方式進行調整），同時自帶CRC16循環冗余校驗誤碼率僅為10-7。

2.1.3 激活源

系統激活源防護等級達到IP65，激活源本身具有抗電磁干擾等特性，滿足工業環境要求可在惡劣的環境下工作，激活源采用寬電壓供電，工作電壓可從9V到15V，工作電流小于300mA，工作壽命高達10年。激活源在微波鏈路中的通訊頻率為125kHz，通訊速率為單向4Kbit/s，通訊距離3-5m，采用曼切斯特編碼信號調制。

2.2 系統軟件架構

搶險救援車器材管理系統軟件設計主要由：本地工控機服務器系統軟件、數據導入導出系統軟件、云端服務器系統軟件、Android工業PAD端軟件、Android手機端軟件等組成。

由于系統需要進行大量的數據傳輸，且客戶端又具有快速響應和快速處理數據的特性，將系統軟件設計為如圖2所示架構。

系統軟件架構主要包括：

（1）權限管理：用戶信息變更、用戶啟用、用戶信息查詢。

（2）資產管理：器材信息登記、器材數據管理、車輛信息。

（3）配置管理：區域配置管理、告警等級配置管理、告警方式配置管理。

（4）標簽管理：標簽錄入、標簽綁定、標簽解綁、標簽出入庫管理。

（5）盤點管理：實時監控、設備及運行監控。

（6）告警管理：告警查詢、告警處理。

（7）維護保養：維護記錄、保養記錄。

（8）報表管理：救援器材在庫狀態監測報表、標簽電壓異常報表、維修報表、保養報表、器材基本信息報表。

（9）查詢統計：器材查詢、器材統計。

（10）系統管理：系統操作日志、系統運行日志。

（11）LED燈光管理：本地服務器端LED控制管理、WEB端LED燈狀態查看與控制。

系統軟件架構組成了一個緊密相連的整體，它們具有在邏輯上相對獨立，在功能上相互依賴等優點，不僅能夠處理日常數據，還可實現數據庫服務器上的數據存儲和更新等功能。

3 系統運行過程

系統讀寫器與激活源的放置：

（1）將救援器材車車廂以中線為基準，劃分為2個區域。

（2）每個區域放置1個讀卡器和1個激活源。

（3）讀卡器和激活源設備應該安裝在救援器材車區域內，路由器設備天線應放置在能夠很好的與運營商基站通信的位置。

各區域內所有裝配有源標簽的救援設備（以下簡稱：“救援設備”）每隔 5S（時間可調）發送一次設備標識信息，該區域內讀卡器實時接收該區域內的救援標簽標識信息，通過RS485/以太網轉發到路由器，其它區域有源標簽與讀卡器工作流程同步進行。

路由器設備30秒上報一次數據，平均在30秒內（以現場實測全部救援設備標識信息全部接收完成時間為準）將全部救援設備標識信息全部接收完成，組包后根據不同情況實現以下傳輸：

（1）數據集中轉發設備

在沒有連接外部平臺的情況下，可使用無線路由器，將數據傳輸到本地工控機服務器軟件上（本地工控機服務器具有240G固態存儲，具有足夠大小的存儲空間，用來實時存儲標簽數據），可通過手機、筆記本、工業PAD等實現本地查看、存儲的功能。

（2）連接GPRS/4G網絡后，通過路由器將標簽數據發送到云端服務器，實現遠程多用戶訪問功能。

器材管理系統具備權限管理、資產管理、出入庫管理等功能，系統中的數據可以自動生成報表并可以導出。

4 結束語

基于RFID的搶險救援車器材管理系統融合了RFID技術，對搶險救援器材進行數字化ID編碼，且能夠同時在大量搶險救援器材上安裝標簽，組建了具有共享性、精準性、智能性等特性的器材管理模式，大幅度減輕了相關部門的工作人員在日常器材管理中的工作量與工作時間，改善了相關機構的救援與管理效率，構建了擁有網絡化、數據化等特點的搶險救援器材管理全生命周期模式。

參考文獻：

[1]李文峰，王曉輝.云時代的應急救援裝備管理系統[J].煤礦安全，2017，48（11）：116-118.

[2]胡耀國，汪偉，李凱.搶險救援裝備保障探索[J].水利水電技術，2017，48（S1）：46-48.

[3]董坤，陳波，趙中全.基于Contiki和有源RFID的設備管理系統的實現[J].電子技術應用，2016，42（03）：57-60.

[4]肖志良.基于有源RFID技術的船舶識別與控制終端系統研究[J].艦船科學技術，2017，39（12）：15-18.

[5]邱蘭馨，黃樟欽，梁笑軒.RFID標簽位置感知技術綜述[J/OL].計算機應用研究，2018（01）：1-8.

[6]蘇彬，程玲，崔寶江.適用于低成本標簽的移動RFID認證協議[J].計算機工程與應用，2018，54（16）：68-75.

[7]曲井致，劉偉鵬，吳國瑞，等.基于半有源RFID電能表的自動化檢定流水線及智能倉儲系統[J].電測與儀表，2018，55（12）：104-107.