柔性電子標(biāo)簽（RFID）在新型安防領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

李盛 李紅俊 佘汶荻 唐玲

摘 要：柔性電子標(biāo)簽系統(tǒng)在新型安防領(lǐng)域的應(yīng)用，是對射頻電子標(biāo)簽RFID的一種功能拓展，是一種技術(shù)上的改造、創(chuàng)新。特別是在與傳統(tǒng)安防領(lǐng)域產(chǎn)品進(jìn)行對比之后發(fā)現(xiàn)，柔性電子標(biāo)簽自身有非常顯著的優(yōu)勢。利用電子標(biāo)簽天線和自身的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，不僅可以對高價值目標(biāo)進(jìn)行定位和安防監(jiān)管，同時還能實現(xiàn)電子標(biāo)簽自身的隱形化，對減小目標(biāo)物體體積、形態(tài)，提高安防效果和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值都有顯著作用。隨著科技的發(fā)展，柔性電子標(biāo)簽RFID在新型安防領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用，電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)處理能力也愈加快捷、高速，應(yīng)用前景十分廣闊。

關(guān)鍵詞：柔性電子標(biāo)簽RFID；電子標(biāo)簽天線；網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議；新型安防領(lǐng)域

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

眾所周知，電子標(biāo)簽又稱射頻識別技術(shù)RFID，是一種新型無線電通信技術(shù)，由于它可以通過發(fā)射無線電信號識別對象目標(biāo)，并在識別的同時同步完成數(shù)據(jù)的讀寫工作，而且不需要在發(fā)射端和對象端之間建立傳遞機(jī)構(gòu)和環(huán)節(jié)，因此自誕生以來在物流運(yùn)輸、圖書管理、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用。又因其體積小、重量輕、反應(yīng)迅捷和便于隱藏、裝載等特點(diǎn)，在新型安保領(lǐng)域也有著巨大的應(yīng)用價值和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 射頻識別技術(shù)RFID在安防領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前電子標(biāo)簽主要在汽車防盜、證件查驗、智能門禁、軌跡定位等領(lǐng)域有著非常成熟的運(yùn)用經(jīng)驗，隨著射頻識別技術(shù)的不斷推廣，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地擴(kuò)大和發(fā)展。這其中在安防系統(tǒng)運(yùn)用比較典型的有——重要場所安全管理系統(tǒng)等，其主要工作原理就是運(yùn)用控制軟件，將系統(tǒng)的各個功能單元模塊進(jìn)行連接，當(dāng)持證人進(jìn)入重要場所后，預(yù)制在證件中的電子標(biāo)簽RFID與現(xiàn)場入口處的電子標(biāo)簽閱讀機(jī)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)讀取，系統(tǒng)同步自動調(diào)取數(shù)據(jù)庫內(nèi)預(yù)存的入場人員信息資料，與被讀取的進(jìn)場人員信息進(jìn)行實時匹配，如果匹配成功則放行并將讀取的信息存儲起來，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)匹配不成功則要報警。該系統(tǒng)就是通過射頻識別技術(shù)RFID完成入場人員與系統(tǒng)的對照、證照查驗工作。而作為功能實現(xiàn)的核心工具——電子標(biāo)簽RFID需要提前預(yù)制在進(jìn)場人員的證件中，其利用的就是電子標(biāo)簽的輕薄和微波通聯(lián)特性。在整個工作過程中，系統(tǒng)可以同時完成一對多的實時數(shù)據(jù)讀寫，而且預(yù)制在證件中的電子標(biāo)簽可以無源工作，這就大大減少了配件的占用空間，同時還提高了系統(tǒng)的工作效率。

但是，上述安防管理系統(tǒng)多為動態(tài)標(biāo)簽與靜態(tài)標(biāo)簽讀卡器之間的匹配工作模式，而現(xiàn)實當(dāng)中有很多高價值的重要目標(biāo)往往都是靜態(tài)目標(biāo)，在不要求移動的情況下，需要保證安防對象的絕對安全。由此可見，向靜態(tài)高價值目標(biāo)提供和制定新型的安防手段和技術(shù)，特別是將電子標(biāo)簽隱藏并植入包裝物內(nèi)，或許是現(xiàn)在和未來新型安防技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)和方向。

2 柔性新型安防電子標(biāo)簽RFID的工作原理與實現(xiàn)

現(xiàn)在由于電子標(biāo)簽內(nèi)部基本都是采用印刷工藝制作天線，因此標(biāo)簽的綜合制造工藝成本已經(jīng)大大降低。但是能夠進(jìn)行彎曲折疊的電子標(biāo)簽（RFID），國內(nèi)也是近幾年才剛剛開始。當(dāng)電子標(biāo)簽可以實現(xiàn)柔性折疊彎曲的時候，也意味著電子標(biāo)簽的應(yīng)用范圍將在諸多領(lǐng)域得到更加廣泛地拓展。

2.1 柔性新型安防電子標(biāo)簽的工作原理

新型安防電子標(biāo)簽是利用其輕薄、形態(tài)多樣化的特點(diǎn)和應(yīng)答機(jī)理，將電子標(biāo)簽內(nèi)置于重要目標(biāo)的夾層內(nèi)，象檔案袋或包裝物，在重要目標(biāo)的保管放置區(qū)域內(nèi)同步安裝標(biāo)簽定位接收機(jī)，當(dāng)定位器和標(biāo)簽都在應(yīng)答信號的有效工作范圍內(nèi)時，系統(tǒng)在經(jīng)過數(shù)據(jù)通聯(lián)匹配后，如果通聯(lián)應(yīng)答匹配正確則默認(rèn)為安全狀態(tài)。當(dāng)檢測到安防目標(biāo)被異常移動（超出有效應(yīng)答范圍），或者應(yīng)答信號突然消失（異常中斷），或者內(nèi)置電子標(biāo)簽的包裝物被人為破壞，導(dǎo)致內(nèi)置在包裝夾層內(nèi)的電路系統(tǒng)被破壞（正常通信被異常強(qiáng)制中斷）等，系統(tǒng)檢測到通信異常后就會自動報警，同時對目標(biāo)物體進(jìn)行自動定位，并同步向管理者或者用戶發(fā)送報警和定位信息，并實時展開位置追蹤。用戶或者管理者通過手機(jī)APP或者電腦管理終端，可以隨時接收和查看安防對象的具體位置信息，以便做出后續(xù)的處理決策。如果沒有發(fā)生位置異常遷移或者通信的突然中斷，此時系統(tǒng)的主要作用就是對重要價值目標(biāo)進(jìn)行定位監(jiān)控和巡查。其工作原理如圖1所示。

這個系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是對過去的一些單純依靠增加封閉外殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、厚度、加密鎖具，來達(dá)到安防目的的被動安防設(shè)施，象保險柜（箱）等進(jìn)行變革，將重要價值目標(biāo)的外載體變?yōu)槿嵝圆牧?，使安防目?biāo)逐漸實現(xiàn)小型化，而且可以縮小安防目標(biāo)的占用空間，使目標(biāo)物體裝載形態(tài)在不喪失安全性的前提下，整體的外在形態(tài)更加靈活多樣，更加便于存儲和裝載、運(yùn)輸。并通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將安防目標(biāo)、包裝物、監(jiān)控基站與貨主、監(jiān)管人聯(lián)系起來，監(jiān)管人既可以用手機(jī)監(jiān)控端隨時查看安防目標(biāo)的實時動態(tài)，也可以對目標(biāo)定位軌跡進(jìn)行有效監(jiān)管。其基本工作流程圖如圖2所示。

通過這些方法的創(chuàng)新改進(jìn)，使重要的安防目標(biāo)的定位監(jiān)管更方便、快捷，安置安防目標(biāo)的綜合成本也大幅降低。最主要的是整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)存儲、運(yùn)輸和監(jiān)管三位一體，將原本各自獨(dú)立的系統(tǒng)通過管理軟件串接起來，使整個系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)都能做到高效、快捷。

2.2 柔性新型安防電子標(biāo)簽系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.2.1 技術(shù)分類選擇

目前電子標(biāo)簽根據(jù)工作頻率的快慢，分為以下幾種：低頻、高頻、超高頻和微波等。但對柔性新型安防系統(tǒng)而言，由于低頻（30 kHz～300 kHz）標(biāo)簽和高頻（13.56 MHz）標(biāo)簽的工作頻率相對偏低、應(yīng)答距離有限，因此其多數(shù)應(yīng)用在圖書館、醫(yī)藥、煙草等領(lǐng)域。真正能夠滿足該系統(tǒng)使用要求的工作頻率，只剩下超高頻（760 MHz～960 MHz）和微波（2.4 GHz和5.8 GHz）。這2種因其工作頻率高，應(yīng)答識別距離遠(yuǎn)，可以滿足安防系統(tǒng)對對象目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)管和數(shù)據(jù)快速分析處理的需要，當(dāng)然也成為柔性新型安防系統(tǒng)應(yīng)用的首選。

2.2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)方法

電子標(biāo)簽RFID系統(tǒng)專業(yè)溯源程序可以使用計算機(jī)軟件（Visual Studio 2010）進(jìn)行開發(fā)調(diào)試，由于該系統(tǒng)寫入程序的界面友好，便于技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計工作，并滿足功能使用需求?，F(xiàn)在很多電子標(biāo)簽天線，象DS-TX10天線使用的是RS-232串口讀卡器，直接可以用筆記本電腦寫入程序，載波頻率可以達(dá)到2.4 GHz，采用QPSK（四相相移鍵控）調(diào)制方式，通信使用串口協(xié)議，整體通用適應(yīng)性更高。而且對于非專業(yè)技術(shù)人員而言，具有上手快，簡單易學(xué)的優(yōu)點(diǎn)。在項目實施過程中，新型讀卡器程序易于編寫、傳輸，同時設(shè)備良好的適應(yīng)和通用性也在實施過程中得到充分印證。借用現(xiàn)代編程軟件和技術(shù)可以實現(xiàn)在未來相當(dāng)一段時間內(nèi)，靈活多用的設(shè)置要求，使射頻標(biāo)簽?zāi)軌蛟诎踩疤嵯碌玫酵茝V應(yīng)用。

2.2.3 功能靈活實現(xiàn)

電子標(biāo)簽的幅面寬度相對固態(tài)包裝物而言，其寬窄主要受打印機(jī)幅面寬度的影響，這也就意味著只要打印機(jī)可工作的區(qū)域足夠大，那么打印的電子標(biāo)簽就可以滿足相應(yīng)的幅面寬度的使用需求。這樣就可以使電子標(biāo)簽根據(jù)使用需求靈活調(diào)整印刷標(biāo)簽大小，由此看見，柔性電子標(biāo)簽在新型安防領(lǐng)域的應(yīng)用價值遠(yuǎn)超其他產(chǎn)品。而且，隨著現(xiàn)在無線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的普及，電子標(biāo)簽在安防領(lǐng)域可以和手機(jī)APP相結(jié)合，這也就意味著，對安防目標(biāo)的監(jiān)管也可以脫離人工操作，實現(xiàn)遠(yuǎn)程無人監(jiān)管。借助手機(jī)APP功能，實現(xiàn)對目標(biāo)現(xiàn)場的動態(tài)實施信息進(jìn)行查看、監(jiān)管，這是過去電子標(biāo)簽發(fā)展過程中沒有過的，在安防領(lǐng)域也是一次創(chuàng)新。如果再配以其他負(fù)載，象無線遠(yuǎn)程遙控攝像頭等，可以使安防實現(xiàn)同步、實時、無線和遠(yuǎn)程。過去的安防手段由于受到技術(shù)手段的束縛，都是以被動的人工看護(hù)為主，現(xiàn)在由于科學(xué)技術(shù)的飛速變革，在監(jiān)管模式上由被動看護(hù)變?yōu)橹鲃宇A(yù)警，而且對現(xiàn)場目標(biāo)甄別的準(zhǔn)確性相比過去已有了很大提升。一些涉密的文件，小型貴金屬，一些價值巨大的目標(biāo)物體，如果依托保險柜（箱），不但保險柜（箱）對存儲目標(biāo)物體的大小有限制，而且對存儲空間的使用環(huán)境也有諸多限制，因此很多高價值目標(biāo)沒法采用傳統(tǒng)措施滿足安防要求。如果采用柔性新型安防系統(tǒng)，不但成本低廉，而且在安防效果上可以實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。只要目標(biāo)的通信被中斷或者位置發(fā)生變化，監(jiān)管者都會及時收到最新的預(yù)警信息。在沒有發(fā)生警報的情況下，監(jiān)管者可以隨時調(diào)閱目標(biāo)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行察看。最重要的是，這種系統(tǒng)便于隱藏，不易覺察，平時可以充當(dāng)一般包裝物使用，有異常時又可以進(jìn)行預(yù)警，一物多用，技術(shù)實現(xiàn)起來也非常簡單。

3 柔性新型安防電子標(biāo)簽RFID的應(yīng)用前景

3.1 應(yīng)用市場前景

隨著柔性電子標(biāo)簽在技術(shù)方面的日益成熟，加之人們在新型安防領(lǐng)域的需求不斷提升。未來電子標(biāo)簽將更加趨向輕薄化和使用的多元化，而且在同人工智能等前沿技術(shù)相結(jié)合后，甚至可以應(yīng)用于新生兒看護(hù)等重要領(lǐng)域，據(jù)中國安防展覽網(wǎng)公布的前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2018-2023年中國安防行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2017年我國安防行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到6 200億，同比增速為14.8 %，是2013年以來的最高增速，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計僅2018年，我國安防行業(yè)總產(chǎn)值仍然會有一個較快速的增長。在安防行業(yè)總產(chǎn)值中，安防工程產(chǎn)值規(guī)模為3 782億元，占比61 %；安防產(chǎn)品產(chǎn)值規(guī)模為1 984億元，占比32 %；運(yùn)維與其他產(chǎn)值規(guī)模為434億元，占比7 %。由此看見，當(dāng)前的安防領(lǐng)域市場巨大，其中新型安防產(chǎn)品對射頻電子標(biāo)簽的需求和使用意愿強(qiáng)烈，勢不可擋。

3.2 技術(shù)發(fā)展前景

電子標(biāo)簽RFID作為現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要一環(huán)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)使安防領(lǐng)域整體技術(shù)環(huán)境有了很大地發(fā)展和改變，同時產(chǎn)生的效益也非常可觀。柔性標(biāo)簽的采用同樣使安防產(chǎn)品更加貼合產(chǎn)品本體，縮小空間占用，而且使配屬的安防零部件趨于隱形化，安防的效果相比過去將更加優(yōu)異。由此可見，柔性新型安防電子標(biāo)簽，產(chǎn)品雖小但是未來產(chǎn)生的影響將更加巨大，這是其他現(xiàn)有產(chǎn)品所無法比擬的。柔性還表現(xiàn)在另一個方面，就是安防形態(tài)的多元化，因其柔軟特性，既可以裝在織物內(nèi)部，也可以放到包裝物的夾層，工作形態(tài)可以多種多樣。隨著新技術(shù)的發(fā)展，電子標(biāo)簽今后將更加輕薄化，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率也會更高，成為互聯(lián)網(wǎng)+模式下的物聯(lián)網(wǎng)寵兒。而且隨著柔性電子標(biāo)簽材質(zhì)的變革，射頻標(biāo)簽可以隱身于包裝物的夾層，而且還可以保持通信應(yīng)答，可以彎曲又可以折疊，材質(zhì)傾向于透明化，工作形態(tài)可以根據(jù)需求變化。柔性的另一個方面就是靈活搭配，按需使用。可以實現(xiàn)安防系統(tǒng)從單純位置監(jiān)管變?yōu)檐壽E、完好程度監(jiān)管等一系列方式，形態(tài)多言、通信實時，工作效率顯著提高。同時，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，射頻電子標(biāo)簽應(yīng)答的頻率將更加迅捷，傳輸速率和帶寬將得到提升和完善，可以達(dá)到更好的安防效果。對很多生產(chǎn)廠家而言，市場、技術(shù)和銷路都可以得到拓展。

4 結(jié)語

柔性電子標(biāo)簽在新型安防領(lǐng)域應(yīng)用的重點(diǎn)就在材質(zhì)、形態(tài)和工作模式上，當(dāng)柔性電子標(biāo)簽實現(xiàn)材質(zhì)的柔性化、多元化，形態(tài)實現(xiàn)隱身化，意味著柔性電子標(biāo)簽在互聯(lián)網(wǎng)+模式下又擁有了新的活力和發(fā)展前景，也暗示著安防系統(tǒng)在技術(shù)層面上有了更廣闊的拓展空間。同時，對于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)角度而言，則意味著柔性電子標(biāo)簽在安防系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是新型安防市場領(lǐng)域的應(yīng)用價值更加巨大，它為社會所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價值在未來是極為可觀和不可限量的。我們探索柔性電子標(biāo)簽RFID在新型安防領(lǐng)域的應(yīng)用，也是對電子標(biāo)簽功能的一種拓展嘗試，電子標(biāo)簽除去傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域外，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的升級改造和提高，通聯(lián)手段更加多元化、工作形式更加隱蔽化，綜合成本更加優(yōu)化。這種新型安防模式直接顛覆了過去傳統(tǒng)安防的領(lǐng)域思維模式，使工作模式向遠(yuǎn)程化、智能化、集成化方向發(fā)展。更重要的是在安防領(lǐng)域的綜合成本被大幅度降低，預(yù)警的靈敏度和實時性都隨著互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的發(fā)展而呈現(xiàn)多樣業(yè)態(tài)。

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