基于RFID技術(shù)的高欄終端安防管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

于璽 彭樺

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

摘要：以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過采用RFID技術(shù)、傳感網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等信息化手段，提出了一種基于RFID無線傳感網(wǎng)的智能安防管理系統(tǒng)。為陸上終端應(yīng)急啟動、指揮調(diào)度、統(tǒng)計分析和決策支持提供集成化、可視化、智能化、的綜合數(shù)據(jù)監(jiān)測管理平臺，實現(xiàn)人員和車輛的智能感知、信息追溯、自動識別、定位、追蹤及智能管理等功能。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；陸上終端；智能安防管理系統(tǒng)

Design and Implementation on Smart Safe-Guard

System based on RFID of Gaolan Terminal

Yu Xi1 Peng Hua2

（1 CNOOC Mdt InfoTech Ltd.， Shenzhen Guangdong 518000；2 South Institute of CATR of M.I.I.T.， Shenzhen Guangdong 518000）

Abstract：On the basis of IOT， through adoption of Informationization such as RFID technology， sensor network technology， data processing technology and so on， a smart safe-guard system based on RFID wireless sensor network is put forward. That provides an integrated data management platform for emergency， command scheduling， statistical analysis， decision support for onshore terminals， realizing vehicle and personnel intellisense， information traceability， automatic identification， location， tracking and intelligent management， etc.

Key words：RFID technology；Onshore terminals；Intelligent security management system

1.引言

射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）的全稱是無線射頻識別技術(shù)，是當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)[1]技術(shù)的一個重要體現(xiàn)，它是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過電磁波或電感禍合方式傳遞信號，以完成對目標(biāo)對象的自動識別。與條形碼、磁卡、接觸式IC卡[2]等其它自動識別技術(shù)相比，RFID技術(shù)具有識別過程無須人工干預(yù)、可同時識別多個目標(biāo)、信息存儲量大、可工作于各種惡劣環(huán)境等優(yōu)點。因此，RFID技術(shù)現(xiàn)今被廣泛地應(yīng)用于固定資產(chǎn)管理、動物和車輛識別、生產(chǎn)線自動化、門禁系統(tǒng)、倉儲、物流配送及管理領(lǐng)域、公路收費、商品防偽、集裝箱管理等領(lǐng)域。

基于RFID技術(shù)的安防管理系統(tǒng)是運行于人員、車輛等終端的智能系統(tǒng)，通過RFID技術(shù)以及其他動態(tài)數(shù)據(jù)信息采集技術(shù)，實現(xiàn)人員、車輛與特種設(shè)施的有效監(jiān)測和數(shù)據(jù)的實時交互。系統(tǒng)通過傳感器與RFID監(jiān)控設(shè)備等前端采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時上報處理，有效監(jiān)測并及時發(fā)現(xiàn)問題，為人員及車輛管理提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，實現(xiàn)高欄終端數(shù)字化管理，為其安全生產(chǎn)提供可靠保障[3-4]。

2.高欄終端安防系統(tǒng)概況

高欄終端是中國深海天然氣開發(fā)工程荔灣3-1深水氣田項目的第一個陸上終端，是亞洲最大陸上天然氣處理終端，占地面積約145萬km2，分為裝置區(qū)、生活區(qū)、倉儲及碼頭操作區(qū)、火炬區(qū)、碼頭等，因此安防系統(tǒng)在整個高欄終端中起著舉足輕重的作用。

此次是將陸上終端安防系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的一次全新的嘗試，首次創(chuàng)新采用RFID技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了一種由電視監(jiān)控、周界入侵報警、RFID定位、門禁四部分功能構(gòu)成的智能安防管理系統(tǒng)。系統(tǒng)首次將傳統(tǒng)安防系統(tǒng)中電視監(jiān)控、周界入侵報警、門禁等相對獨立的功能集于糅合為一體，并借助通訊網(wǎng)絡(luò)的資源實現(xiàn)安防系統(tǒng)在陸上終端的信息化，同時對后期陸上終端安防系統(tǒng)的建設(shè)起示范作用。

3.系統(tǒng)分析與總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1系統(tǒng)主要功能

基于RFID無線傳感網(wǎng)的智能安防管理[5-7]系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、RFID設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等，其主要功能有：（1）運用RFID技術(shù)，以RFID標(biāo)簽為備件標(biāo)識手段，以RFID閱讀器為數(shù)據(jù)采集工具，開發(fā)接口軟件，與現(xiàn)有備件管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，實現(xiàn)備件管理系統(tǒng)的升級，提高管理效率，提升管理水平；（2）在區(qū)域出入口、辦公區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、作業(yè)區(qū)、碼頭、生活區(qū)、安全疏散區(qū)、重要道路位置安裝固定式RFID閱讀器，實現(xiàn)人員、車輛、作業(yè)安全管理和應(yīng)急指揮管理功能；（3）運用有源RFID標(biāo)簽，實現(xiàn)人員安全監(jiān)測、人員位置監(jiān)測、軌跡監(jiān)測功能；（4）使用無源RFID標(biāo)簽，實現(xiàn)槽車出入灌裝區(qū)域管理、車輛位置監(jiān)測、軌跡追溯功能；（5）運用GIS技術(shù)，實現(xiàn)位置標(biāo)示、監(jiān)控、檢索，使數(shù)據(jù)可視化；（6）建立監(jiān)控中心，實現(xiàn)監(jiān)控、管理、應(yīng)急一體化綜合信息指揮中心系統(tǒng)。

此外，系統(tǒng)提供開發(fā)接口，能夠靈活地將其他系統(tǒng)和中心平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與共享服務(wù)。同時，系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)接口，支持現(xiàn)有監(jiān)管平臺的接入，實現(xiàn)信息暢通和多種網(wǎng)絡(luò)的通訊。通過共享數(shù)據(jù)與提供接口，從而實現(xiàn)多個單位數(shù)據(jù)共享、維護(hù)及應(yīng)急單位的信息暢通，確保安全監(jiān)管與管理工作上下貫通，以備相關(guān)單位及時反應(yīng)和處理，最大程度減少人員傷害和損失。

3.2系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)的整體設(shè)計架構(gòu)主要包括管理與訪問平臺、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)采集平臺以及各類接口。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

①管理與訪問平臺是人機交互界面平臺，提供數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、管理決策、RFID和傳感器以及通訊系統(tǒng)等數(shù)據(jù)上報設(shè)備的管理和控制、不同用戶或終端的數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)報表呈現(xiàn)，并提供二次開發(fā)和與其它系統(tǒng)接入的數(shù)據(jù)共享接口，不同用戶以不同方式從系統(tǒng)獲得所需的服務(wù)。

②數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部分，是各類數(shù)據(jù)分類處理、分發(fā)、統(tǒng)計分析、權(quán)限控制、訪問控制、數(shù)據(jù)集成控制的智能分析平臺，所有上報的數(shù)據(jù)和用戶的指令，都在此進(jìn)行運算處理。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用模塊式的架構(gòu)，各模塊獨立完成處理任務(wù)，同時與其它模塊通過接口和數(shù)據(jù)共享模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，由管理與控制系統(tǒng)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合處理。

③數(shù)據(jù)中心是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)提供部分，內(nèi)部存儲了各類被管理對象、技術(shù)處理相關(guān)的數(shù)據(jù)臺帳，具備數(shù)據(jù)調(diào)取、數(shù)據(jù)提交、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)修正等各類功能。

④數(shù)據(jù)采集平臺是一個構(gòu)建良好的軟件平臺，RFID、傳感器、通訊網(wǎng)關(guān)等設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)由此平臺提供的各類接口進(jìn)行上報，并執(zhí)行管理與訪問平臺下發(fā)的控制指令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上報與設(shè)備的控制。

基于應(yīng)用支撐平臺建設(shè)的設(shè)計框架統(tǒng)一集成大量應(yīng)用與服務(wù)，按照模塊化、組件化、平臺化的設(shè)計為逐步接入更多的業(yè)務(wù)功能創(chuàng)造了條件，為接入模塊留出了擴展的余地，保障整個系統(tǒng)具有良好的擴展性和適應(yīng)性，無需因要升級單個或多個服務(wù)而重寫整個系統(tǒng)應(yīng)用。這種按模塊化添加新服務(wù)或更新現(xiàn)有服務(wù)的方式解決了新業(yè)務(wù)的需求，不僅可以選擇多個途徑提供服務(wù)，不會影響原有系統(tǒng)，還為各部門現(xiàn)有軟硬件資產(chǎn)投資帶來了更好的重用性，能夠在新建的和現(xiàn)有的應(yīng)用之上創(chuàng)建應(yīng)用，免于受到因服務(wù)實現(xiàn)的改變而帶來的影響。

3.3系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)架構(gòu)，將RFID技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信、I/O控制、數(shù)據(jù)存儲、GIS技術(shù)等有機融合，形成具備實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、軌跡追溯、系統(tǒng)檢測與決策、指揮調(diào)度等綜合性監(jiān)測管理平臺，實現(xiàn)終端數(shù)字化管理。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

標(biāo)識層主要由RFID標(biāo)簽組成，用于標(biāo)識人員、車輛。人員和車輛標(biāo)簽采用MW2.45GHz&LF125KHz有源雙頻RFID標(biāo)簽，與有源雙頻RFID閱讀器配合使用，可實現(xiàn)快速識別、群體識別、位置識別、軌跡識別功能，用于辦公區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)、疏散區(qū)，可有效實現(xiàn)區(qū)域人員及車輛管理。

感知層由RFID閱讀器組成，主要用于采集RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、原始處理。固定式有源RFID標(biāo)簽閱讀器可以安裝在出入口位置、安全區(qū)域、辦公區(qū)域、生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)、道路上，可以與有源RFID標(biāo)簽配套應(yīng)用，可與門禁、攝像系統(tǒng)聯(lián)合使用，實現(xiàn)區(qū)域人員、車輛監(jiān)測及活動軌跡監(jiān)測、門禁功能和應(yīng)急時的人員位置查詢等功能。

通訊層根據(jù)現(xiàn)場條件的實際情況，采用光纖通訊模塊。

系統(tǒng)采用RS485接口低頻RFID讀寫裝置，由讀寫裝置通過發(fā)射天線發(fā)送125KHz特定頻率的射頻信號，當(dāng)附著電子標(biāo)簽的目標(biāo)對象進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，使得電子標(biāo)簽將自身編碼信息通過內(nèi)置射頻天線發(fā)送出去；讀寫裝置的接收天線接收到從標(biāo)簽發(fā)送來的調(diào)制信號，傳送到讀寫裝置信號采集模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后將有效信息送至數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行相關(guān)處理；數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)邏輯運算識別該標(biāo)簽的身份做出相應(yīng)的處理和控制，最終發(fā)出指令信號控制讀寫裝置完成不同的讀寫操作，并將標(biāo)簽的身份數(shù)據(jù)存儲在存儲模塊中。本讀寫裝置的體積小，成本低，功耗低，讀寫速度快，傳輸距離遠(yuǎn)，實現(xiàn)多個無源標(biāo)簽射頻標(biāo)簽的非接觸式讀寫與存儲及輸出，抗干擾能力強，保密性能好。

4.安防管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

4.1系統(tǒng)運行環(huán)境基本要求

①本系統(tǒng)需要2臺主服務(wù)器，其軟硬件基本配置要求如下：

CPU：Intel 1.6GHz 4核；

內(nèi)存：8GHz DDR3；

硬盤：1TB SATA2 10000RPM；

網(wǎng)口：RJ45 10MB/100MB/1000MB 雙網(wǎng)口；

顯卡：無特殊要求。

②網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：

10MB/100MB/1000MB或光纖網(wǎng)絡(luò)；

③Web服務(wù)

IIS7 +JAVA或Apache +Tomcat +JAVA；

④操作系統(tǒng)

Windows Server 2008企業(yè)版或Linux4.0企業(yè)網(wǎng)絡(luò)版；

⑤數(shù)據(jù)庫

Microsoft SQL Server 2008或Orcale 10g。

4.2系統(tǒng)在高欄終端的應(yīng)用

①區(qū)域監(jiān)控。通過GIS系統(tǒng)將各區(qū)域在地圖上直觀的顯現(xiàn)，實現(xiàn)查詢、分析以及對歷史數(shù)據(jù)的拓?fù)湔_性關(guān)系進(jìn)行檢查等多項功能。例如，可以對辦公區(qū)域、生產(chǎn)區(qū)域、采油區(qū)域、碼頭、生活區(qū)域、灌裝區(qū)域、裝卸區(qū)域、安全疏散區(qū)域、事故區(qū)域等上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，查詢?nèi)藛T及車輛的位置、軌跡，并將這些對象以圖形界面標(biāo)識在地圖上。

圖3 某實工區(qū)區(qū)域地圖

區(qū)域人員、車輛密度監(jiān)控：根據(jù)RFID基站信息，實時統(tǒng)計當(dāng)前區(qū)域人員和車輛數(shù)量、位置及其信息，并可現(xiàn)實在GIS圖中。

周界防范：根據(jù)多個RFID基站坐標(biāo)，劃定允許/禁止區(qū)域。當(dāng)人員到達(dá)某個限定區(qū)域邊界或闖入禁止區(qū)域時，系統(tǒng)會產(chǎn)生警報，供監(jiān)控人員處理。

②人員管理。主要實現(xiàn)人員安全管理，以出入監(jiān)測、辦公區(qū)域、生產(chǎn)區(qū)域、生活區(qū)域和安全疏散區(qū)域監(jiān)測為管理范圍，運用RFID系統(tǒng)為數(shù)據(jù)標(biāo)識和采集系統(tǒng)，實現(xiàn)人員的快速點名、軌跡追蹤、位置查詢、區(qū)域存在監(jiān)測等，為人員的安全提供數(shù)據(jù)保障和指揮依據(jù)，可實現(xiàn)緊急狀態(tài)時人員疏散監(jiān)控和滯留人員位置檢索等功能。

人員定位：

當(dāng)佩帶RFID標(biāo)簽的人員進(jìn)入某一區(qū)域單個RFID基站或多個RFID基站覆蓋范圍時，根據(jù)RFID基站位置、RSSI值、時間參數(shù)等RFID基站基本信息、RFID標(biāo)簽ID信息，可計算出當(dāng)前區(qū)域位置、人員信息、停留時間等信息，同時可在平面GIS圖上標(biāo)示出當(dāng)前人員位置。同時可實時查詢?nèi)藛T當(dāng)前位置、歷史位置等信息，并可形成人員位置報表。關(guān)于定位的精度由RFID基站安裝數(shù)據(jù)射頻輻射距離及接收距離所確定，最大可實現(xiàn)2m范圍精確定位。

圖4 園區(qū)人員定位圖

人員軌跡：主要包括人員軌跡動態(tài)追蹤和歷史活動軌跡查詢兩方面。

人員軌跡動態(tài)追蹤方面，是根據(jù)多個RFID基站位置信息和射頻覆蓋信息、以時間參數(shù)為軸、以RSSI值變化為參數(shù)、RFID標(biāo)簽信息、RFID標(biāo)簽出現(xiàn)消失為參數(shù)等多個參數(shù)的綜合計算，實現(xiàn)人員軌跡的實時動態(tài)追蹤，在GIS上標(biāo)示出人員軌跡。

圖5 園區(qū)人員軌跡圖

歷史活動軌跡查詢方面，通過多個基站記錄在數(shù)據(jù)庫中的人員位置信息實現(xiàn)歷史軌跡查詢，并可在GIS上直觀的顯示人員活動的歷史軌跡。

緊急快速點名：緊急集合點名是依據(jù)RFID基站坐標(biāo)，利用RFID基站多標(biāo)簽數(shù)據(jù)防碰撞功能實現(xiàn)區(qū)域快速點名，以輔助應(yīng)急指揮疏導(dǎo)工作。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出緊急集合操作時，系統(tǒng)會將焦點集中在規(guī)定的安全集合區(qū)域，并實時輪詢集合區(qū)域增加和減少的人員，實時統(tǒng)計當(dāng)前區(qū)域人數(shù)及人員信息，并結(jié)合定位功能分析統(tǒng)計未進(jìn)入安全集合區(qū)域的人員。

③車輛管理

車輛管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)自車輛進(jìn)入至離開的全程監(jiān)控功能。系統(tǒng)采用RFID系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)標(biāo)識與采集前端，通過通訊技術(shù)與數(shù)據(jù)中心平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。實現(xiàn)車輛區(qū)域出入監(jiān)控、位置監(jiān)控、軌跡監(jiān)控以及區(qū)域界定監(jiān)控等功能。

圖6 車輛管理系統(tǒng)框架

車輛區(qū)域出入管理：車輛進(jìn)入指定區(qū)域時，區(qū)域出入口位置RFID閱讀器讀取車輛信息，數(shù)據(jù)中心可根據(jù)車輛是否有權(quán)進(jìn)入?yún)^(qū)域返回處理結(jié)果；

位置監(jiān)控：車輛位置監(jiān)控原理與人員監(jiān)控原理相同，因車輛行進(jìn)速度高于人員行進(jìn)速度，車輛標(biāo)簽的距離值尤為重要，系統(tǒng)軟件根據(jù)進(jìn)入?yún)^(qū)域的標(biāo)簽種類信息，可實現(xiàn)車輛當(dāng)前位置查詢、從哪里進(jìn)入、應(yīng)該從哪里離開等信息；

運行軌跡監(jiān)控：車輛運行軌跡追蹤與人員軌跡追蹤原理相同，亦可實現(xiàn)車輛實時軌跡、歷史軌跡查詢功能。

區(qū)域監(jiān)控：實現(xiàn)車輛活動區(qū)域劃定、周界防范。

5.結(jié)束語

生產(chǎn)管理與安全作業(yè)是陸上終端的重點，高欄終端安防管理系統(tǒng)的建立，為陸上油氣終端多系統(tǒng)信息共享，智能搜索，應(yīng)急事件模擬分析，數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案編制，應(yīng)急事件協(xié)調(diào)指揮，模擬應(yīng)急事件處理，安全疏散演習(xí)和決策支持提供了可視化、智能化的信息平臺，打造以信息技術(shù)為支撐的智能數(shù)字化陸上油氣終端模型。提高生產(chǎn)管理者駕馭陸上終端復(fù)雜信息系統(tǒng)的能力，更有效的服務(wù)于終端的生產(chǎn)管理。

軟件平臺的建立可實現(xiàn)車輛出入管理和調(diào)度管理、人員出入與安全管理、監(jiān)測設(shè)備管控等功能，是提升管理效率、加強安全生產(chǎn)管理的有效信息化工具，從而節(jié)約管理成本、提高效益。

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作者簡介：于璽（1987-），男，（漢族），河北省涿州市人，碩士，工程師，主要從事石油自控工程、海油信息、儀器儀表管理的方面的工作。