基于RFID技術的智能檔案實體安全管理系統研究

姚恒 杜克強

（1.西南大學檔案館信息技術部 重慶市 400715 2.昆山信德佳電氣科技有限公司 江蘇省昆山市 215300）

2021年6月中辦國辦印發的《“十四五”全國檔案事業發展規劃》中強調要讓新一代信息技術在檔案工作中的應用更為廣泛，檔案管理的智能化水平得到提升，要推動檔案館（室）實現精細化管理[1]。而現階段國內檔案館雖然在不斷推進數字檔案館建設，但重數字資源管理輕檔案實體管理仍是普遍現象，檔案實體的盤點、出入庫利用等日常管理環節很大程度上仍然依賴于人工登記或統計，耗費了大量的人力和時間，且難以滿足國家對檔案館（室）的精細化管理要求。同時，在檔案實體出現未按時入庫、異常出館、損壞丟失等情況時，難以及時發現并通過追蹤檔案實體的出入庫軌跡開展有效排查，給檔案安全帶來了隱患。

RFID 技術，也被稱為無線射頻識別技術，是物聯網技術中的核心技術之一，近年來越來越受到人們的關注并逐漸運用于交通、物流、食品溯源、圖書檔案等多個領域。針對RFID 技術的適用性和當前檔案實體安全管理中面臨的問題，本文提出一種基于RFID技術的智能檔案實體安全管理系統，解決檔案實體在盤點、出入庫利用等環節的安全監管問題，降低人力成本和安全風險，提升檔案實體的精細化、智能化管理程度。

1 智能檔案實體安全管理系統的需求分析與技術選型

1.1 智能檔案實體安全管理系統的需求分析

智能檔案實體安全管理系統涉及的業務需求主要包括以下兩方面：

（1）檔案實體定期盤點核查：對存放于庫房中架體上的已標識化檔案的在架、錯位、離位等信息自動識別、判斷并記錄和提示，實現標識化檔案實體的數量、狀態、異常信息的統計、分析和上報。

（2）檔案實體的日常安全管理，實現檔案實體在利用過程中對其軌跡能夠進行自動跟蹤記錄、可視化查詢和異常提醒等。

1.2 系統技術選型

RFID 技術能通過無線電磁波信號非接觸式識別特定目標并讀寫相關的數據信息[2]，與傳統識別方式相比，其具有安全、抗污染能力好、可重復使用、穿透閱讀、讀取距離遠、一次讀取多個目標等優點[3]，在實現智能檔案實體安全管理上效果較好?？紤]到系統對檔案實體上粘貼的電子標簽批量快速識別和米級距離識別要求，本系統選用無源超高頻RFID 技術。

無源超高頻RFID 技術工作頻率在840MHz-960MHz 之間，主要依賴于超高頻RFID 閱讀器、超高頻電子標簽（無源）、中間件和應用系統四部分。其中應用系統是實現某一應用場景下人機交互的軟件程序，中間件通過標準程序接口和協議向應用系統和閱讀器提供通用服務，超高頻RFID 閱讀器通過自身天線，根據時序關系，實現與超高頻電子標簽的能量傳遞和數據交換，超高頻電子標簽則安裝在被識別對象上，存儲被識別對象的相關信息[4]。

2 基于RFID技術的智能檔案實體安全管理系統架構設計

2.1 系統總體架構設計

本系統基于物聯網架構設計，自下而上分為感知層、網絡層、數據處理層和應用層[5]。如圖1所示。系統各層都有相應的硬件設備支撐和配套軟件實現相關功能。

圖1：系統總體框架圖

2.1.1 感知層

感知層由含超高頻RFID 標簽的檔案實體、超高頻RFID 閱讀器及識別通道、智能密集架和超高頻RFID 手持機組成。RFID 標簽存儲檔案唯一標識信息，閱讀器作為數據采集設備，通過識別通道識別經過其識別區域的檔案實體的標識信息；智能密集架用于存放檔案實體，架體每層粘貼有含唯一位置標識信息的RFID 標簽；超高頻RFID 手持機作為移動式操作終端，通過集成的RFID 閱讀器獲取檔案實體信息。

2.1.2 網絡層

網絡層由有線網絡交換機、POE 交換機和無線AP 組成。超高頻RFID 閱讀器通過網線與有線網絡交換機相連，將獲取到檔案標識信息傳輸給數據處理層的應用系統；POE 交換機和無線AP 則用于超高頻RFID 手持機在Wi-Fi 環境下與數據處理層的數據交互。

2.1.3 數據處理層

數據處理層主要由應用服務器、數據庫服務器和備份設備組成。應用服務器接收各種感知層設備采集到的檔案實體標識數據、識別通道標識數據等，通過應用系統對獲取數據進行分析、計算與展示等處理后將其存儲于數據庫服務器的數據庫中。備份設備則主要用于提升核心數據的安全性和可靠性，實現數據庫出現異常后的數據恢復。

2.1.4 應用層

應用層由超高頻RFID 手持機、臺式電腦和展示大屏組成。RFID 手持機用于檔案實體信息查詢、盤點等，便于檔案管理人員及時跟蹤檔案實體情況。臺式電腦用于檔案利用者進行檔案實體信息查詢和利用申請，同時也用于檔案管理人員開展檔案實體利用審核與登記、利用工單生成等。展示大屏則可以實時顯示利用工單辦理狀態、各庫房檔案出入庫情況等。

2.2 系統工作流程

整個系統從感知層的標識化檔案實體發起，當識別通道識別到檔案實體標識信息后，通過RFID 閱讀器進行數據采集和處理，依托網絡層網絡設備傳輸到數據處理層的應用服務器上，經過數據處理后存儲于數據庫服務器上，并根據終端應用設備發送的管理請求進行相應的數據返回或更新等操作，同時將展示數據推送給展示用終端應用設備上。

3 基于RFID技術的智能檔案實體安全管理系統的實現

3.1 系統硬件部分實現

3.1.1 超高頻RFID 閱讀器選型與部署

當前市面上應用比較廣泛的超高頻閱讀器芯片主要是英頻杰公司的R2000 以及奧地利微電子公司的AS3992 芯片[3]。通過對其接收靈敏度、協處理器協議完整度和抗干擾性能等分析，最終選擇英頻杰公司的R2000，綜合性價比采用4 通道R2000 閱讀器。

考慮到部署的靈活性、增益范圍等因素，超高頻閱讀器天線采用分體式圓極化天線，頻率范圍在902MHz-927MHz 之間，最大輸出功率為30dbm。根據管理需要，閱讀器天線部署劃分庫房區域、過道區域、服務區域和邊界區域進行布置，不同區域天線的輻射范圍不能交叉覆蓋。庫房區域入口內側部署1 套天線，用于自動檢測檔案實體的在庫狀態，過道區域結合實際部署天線，用于檔案實體出入庫過程中的軌跡跟蹤，服務區域部署1 套天線，用于監控檔案是否在規定地點進行利用，邊界區域的出入口部署天線，用于監控檔案是否異常出館。

3.1.2 超高頻電子標簽選型與部署

超高頻電子標簽作為整個系統中檔案實體自動識別的載體，其運動狀態的識別性能是整個系統應用效果的關鍵因素之一。考慮到檔案實體的長期保存特性和電子標簽的使用壽命等問題，用于檔案實體的超高頻電子標簽選擇粘貼于檔案實體裝具的脊背內側，結合檔案實體裝具規格以及廠家技術人員的推薦，篩選出適用的四款細長條濕式超高頻電子標簽：分別是Impinj Monza 4 芯片的9907 超高頻電子標簽、Alien H3 芯片的9654 超高頻電子標簽、Alien H3芯片的9640 超高頻電子標簽和U code 8 芯片的L95 超高頻電子標簽。

考慮到檔案管理實際應用場景的復雜因素影響，通過使用芬蘭標簽性能綜合測試儀對實際粘貼到檔案實體裝具中的四款標簽的激活靈敏度進行了實測，最終確定選用其中兩款標簽，針對脊背寬度為在2cm 內的檔案實體裝具采用9640 電子標簽，其余采用9654 電子標簽。

3.2 系統軟件部分實現

系統軟件部分在整體技術架構上，采用瀏覽器端/服務器端（B/S）和客戶端/服務器端（C/S）混合架構，共用數據處理層的服務器端軟件系統。混合架構下，在相對固定的工位上，檔案管理人員或利用人員可以直接通過局域網電腦中的瀏覽器直接開展管理或查詢利用工作，而基于系統安全考慮，通過在超高頻RFID 手持機上部署客戶端軟件系統來實現管理人員通過無線網絡在庫房中進行檔案盤點和移動過程中的管理操作。因此，系統軟件部分主要涉及服務器端軟件功能實現和手持機客戶端軟件功能實現。

3.2.1 服務器端軟件功能實現

智能檔案實體安全管理系統的數據分析、存儲、計算、展示等核心功能均依賴于服務器端的軟件系統，根據檔案實體的安全管理需求，主要實現了展示與服務、檔案實體管理、統計與記錄、系統設置四個模塊，詳見圖2所示。

圖2：智能檔案實體安全管理系統功能結構

3.2.2 手持機客戶端軟件功能實現

手持機智能檔案安全管理終端軟件用于檔案管理人員對檔案實體的盤點和日常檔案電子標簽管理，其功能主要包括利用工單管理、檔案實體檢索、RFID 電子標簽讀寫、檔案實體盤點、系統設置等。檔案實體盤點功能是通過手持機集成的RFID 閱讀器讀取檔案密集架上的每層的位置標簽后，依次讀取該層的所有檔案實體電子標簽并將檔案在架、錯位等狀態反饋至服務器端軟件系統。而RFID 電子標簽讀寫功能則實現檔案實體標簽讀寫和存址標簽讀寫，用于維護檔案實體的標識信息和存址標識信息。

3.3 系統運行效果

本系統的主要作用是實現檔案實體的日常管理，跟蹤記錄檔案實體的運動軌跡，自動向檔案管理人員反饋異常情況。經對30 盒館藏會計檔案一次性出入庫利用進行測試，在單天線和雙天線的情況下，檔案實體與天線距離在90cm（過道寬度的一半距離）自動識別率分別在89.2%和99.2%，檔案管理人員在整個利用環節提升效率37.5%，同時檔案出入庫等記錄還可以檢索并可視化查看。

4 結語

本系統針對檔案館（室）對檔案實體的過程化監管存在工作復雜度高、實現難度大，難以對檔案實體進行過程化、精細化監管等問題進行研發。系統可自動讀取出入庫檔案實體的標簽信息并記錄館區內的運動軌跡和運動方向并進行可視化展示，這在很大程度上減輕了檔案管理人員對檔案實體日常管理的工作量，同時也能真實反映檔案實體利用情況。

本系統還存在一些不足之處，如仍然存在個別檔案實體在經過閱讀器天線時出現漏讀的情況，導致檔案實體的可視化展示還不夠完美，下一步將考慮引入RSSI 無線定位算法[6]等來解決檔案實體軌跡點位缺失的補全問題，使得系統數據展示更加精準，檔案實體監管更加智能。

以上實驗數據和分析結果由張琰若、陳云鳳、劉宏民提供。