基于RFID技術(shù)的智能檔案實體安全管理系統(tǒng)研究

姚恒 杜克強

（1.西南大學(xué)檔案館信息技術(shù)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(fā)的《“十四五”全國檔案事業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中強調(diào)要讓新一代信息技術(shù)在檔案工作中的應(yīng)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(xiàn)精細(xì)化管理[1]。而現(xiàn)階段國內(nèi)檔案館雖然在不斷推進數(shù)字檔案館建設(shè)，但重數(shù)字資源管理輕檔案實體管理仍是普遍現(xiàn)象，檔案實體的盤點、出入庫利用等日常管理環(huán)節(jié)很大程度上仍然依賴于人工登記或統(tǒng)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(xì)化管理要求。同時，在檔案實體出現(xiàn)未按時入庫、異常出館、損壞丟失等情況時，難以及時發(fā)現(xiàn)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(shù)，也被稱為無線射頻識別技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的核心技術(shù)之一，近年來越來越受到人們的關(guān)注并逐漸運用于交通、物流、食品溯源、圖書檔案等多個領(lǐng)域。針對RFID 技術(shù)的適用性和當(dāng)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(shù)的智能檔案實體安全管理系統(tǒng)，解決檔案實體在盤點、出入庫利用等環(huán)節(jié)的安全監(jiān)管問題，降低人力成本和安全風(fēng)險，提升檔案實體的精細(xì)化、智能化管理程度。

1 智能檔案實體安全管理系統(tǒng)的需求分析與技術(shù)選型

1.1 智能檔案實體安全管理系統(tǒng)的需求分析

智能檔案實體安全管理系統(tǒng)涉及的業(yè)務(wù)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(biāo)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(xiàn)標(biāo)識化檔案實體的數(shù)量、狀態(tài)、異常信息的統(tǒng)計、分析和上報。

（2）檔案實體的日常安全管理，實現(xiàn)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(tǒng)技術(shù)選型

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

無源超高頻RFID 技術(shù)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(biāo)簽（無源）、中間件和應(yīng)用系統(tǒng)四部分。其中應(yīng)用系統(tǒng)是實現(xiàn)某一應(yīng)用場景下人機交互的軟件程序，中間件通過標(biāo)準(zhǔn)程序接口和協(xié)議向應(yīng)用系統(tǒng)和閱讀器提供通用服務(wù)，超高頻RFID 閱讀器通過自身天線，根據(jù)時序關(guān)系，實現(xiàn)與超高頻電子標(biāo)簽的能量傳遞和數(shù)據(jù)交換，超高頻電子標(biāo)簽則安裝在被識別對象上，存儲被識別對象的相關(guān)信息[4]。

2 基于RFID技術(shù)的智能檔案實體安全管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計，自下而上分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層[5]。如圖1所示。系統(tǒng)各層都有相應(yīng)的硬件設(shè)備支撐和配套軟件實現(xiàn)相關(guān)功能。

圖1：系統(tǒng)總體框架圖

2.1.1 感知層

感知層由含超高頻RFID 標(biāo)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(biāo)簽存儲檔案唯一標(biāo)識信息，閱讀器作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過識別通道識別經(jīng)過其識別區(qū)域的檔案實體的標(biāo)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(biāo)識信息的RFID 標(biāo)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(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層由有線網(wǎng)絡(luò)交換機、POE 交換機和無線AP 組成。超高頻RFID 閱讀器通過網(wǎng)線與有線網(wǎng)絡(luò)交換機相連，將獲取到檔案標(biāo)識信息傳輸給數(shù)據(jù)處理層的應(yīng)用系統(tǒng)；POE 交換機和無線AP 則用于超高頻RFID 手持機在Wi-Fi 環(huán)境下與數(shù)據(jù)處理層的數(shù)據(jù)交互。

2.1.3 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層主要由應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和備份設(shè)備組成。應(yīng)用服務(wù)器接收各種感知層設(shè)備采集到的檔案實體標(biāo)識數(shù)據(jù)、識別通道標(biāo)識數(shù)據(jù)等，通過應(yīng)用系統(tǒng)對獲取數(shù)據(jù)進行分析、計算與展示等處理后將其存儲于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。備份設(shè)備則主要用于提升核心數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)異常后的數(shù)據(jù)恢復(fù)。

2.1.4 應(yīng)用層

應(yīng)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(tài)、各庫房檔案出入庫情況等。

2.2 系統(tǒng)工作流程

整個系統(tǒng)從感知層的標(biāo)識化檔案實體發(fā)起，當(dāng)識別通道識別到檔案實體標(biāo)識信息后，通過RFID 閱讀器進行數(shù)據(jù)采集和處理，依托網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理層的應(yīng)用服務(wù)器上，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后存儲于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，并根據(jù)終端應(yīng)用設(shè)備發(fā)送的管理請求進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)返回或更新等操作，同時將展示數(shù)據(jù)推送給展示用終端應(yīng)用設(shè)備上。

3 基于RFID技術(shù)的智能檔案實體安全管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件部分實現(xiàn)

3.1.1 超高頻RFID 閱讀器選型與部署

當(dāng)前市面上應(yīng)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(xié)處理器協(xié)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(jù)管理需要，閱讀器天線部署劃分庫房區(qū)域、過道區(qū)域、服務(wù)區(qū)域和邊界區(qū)域進行布置，不同區(qū)域天線的輻射范圍不能交叉覆蓋。庫房區(qū)域入口內(nèi)側(cè)部署1 套天線，用于自動檢測檔案實體的在庫狀態(tài)，過道區(qū)域結(jié)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(wù)區(qū)域部署1 套天線，用于監(jiān)控檔案是否在規(guī)定地點進行利用，邊界區(qū)域的出入口部署天線，用于監(jiān)控檔案是否異常出館。

3.1.2 超高頻電子標(biāo)簽選型與部署

超高頻電子標(biāo)簽作為整個系統(tǒng)中檔案實體自動識別的載體，其運動狀態(tài)的識別性能是整個系統(tǒng)應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素之一?？紤]到檔案實體的長期保存特性和電子標(biāo)簽的使用壽命等問題，用于檔案實體的超高頻電子標(biāo)簽選擇粘貼于檔案實體裝具的脊背內(nèi)側(cè)，結(jié)合檔案實體裝具規(guī)格以及廠家技術(shù)人員的推薦，篩選出適用的四款細(xì)長條濕式超高頻電子標(biāo)簽：分別是Impinj Monza 4 芯片的9907 超高頻電子標(biāo)簽、Alien H3 芯片的9654 超高頻電子標(biāo)簽、Alien H3芯片的9640 超高頻電子標(biāo)簽和U code 8 芯片的L95 超高頻電子標(biāo)簽。

考慮到檔案管理實際應(yīng)用場景的復(fù)雜因素影響，通過使用芬蘭標(biāo)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(biāo)簽的激活靈敏度進行了實測，最終確定選用其中兩款標(biāo)簽，針對脊背寬度為在2cm 內(nèi)的檔案實體裝具采用9640 電子標(biāo)簽，其余采用9654 電子標(biāo)簽。

3.2 系統(tǒng)軟件部分實現(xiàn)

系統(tǒng)軟件部分在整體技術(shù)架構(gòu)上，采用瀏覽器端/服務(wù)器端（B/S）和客戶端/服務(wù)器端（C/S）混合架構(gòu)，共用數(shù)據(jù)處理層的服務(wù)器端軟件系統(tǒng)?；旌霞軜?gòu)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(wǎng)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(tǒng)安全考慮，通過在超高頻RFID 手持機上部署客戶端軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)管理人員通過無線網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)軟件部分主要涉及服務(wù)器端軟件功能實現(xiàn)和手持機客戶端軟件功能實現(xiàn)。

3.2.1 服務(wù)器端軟件功能實現(xiàn)

智能檔案實體安全管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析、存儲、計算、展示等核心功能均依賴于服務(wù)器端的軟件系統(tǒng)，根據(jù)檔案實體的安全管理需求，主要實現(xiàn)了展示與服務(wù)、檔案實體管理、統(tǒng)計與記錄、系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

3.2.2 手持機客戶端軟件功能實現(xiàn)

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(biāo)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(biāo)簽讀寫、檔案實體盤點、系統(tǒng)設(shè)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(biāo)簽后，依次讀取該層的所有檔案實體電子標(biāo)簽并將檔案在架、錯位等狀態(tài)反饋至服務(wù)器端軟件系統(tǒng)。而RFID 電子標(biāo)簽讀寫功能則實現(xiàn)檔案實體標(biāo)簽讀寫和存址標(biāo)簽讀寫，用于維護檔案實體的標(biāo)識信息和存址標(biāo)識信息。

3.3 系統(tǒng)運行效果

本系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)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(jīng)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(huán)節(jié)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(jié)語

本系統(tǒng)針對檔案館（室）對檔案實體的過程化監(jiān)管存在工作復(fù)雜度高、實現(xiàn)難度大，難以對檔案實體進行過程化、精細(xì)化監(jiān)管等問題進行研發(fā)。系統(tǒng)可自動讀取出入庫檔案實體的標(biāo)簽信息并記錄館區(qū)內(nèi)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(tǒng)還存在一些不足之處，如仍然存在個別檔案實體在經(jīng)過閱讀器天線時出現(xiàn)漏讀的情況，導(dǎo)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(tǒng)數(shù)據(jù)展示更加精準(zhǔn)，檔案實體監(jiān)管更加智能。

以上實驗數(shù)據(jù)和分析結(jié)果由張琰若、陳云鳳、劉宏民提供。