RFID在危險品管理中的運用

1、RFID在危險品管理中的應(yīng)用 技術(shù)解決方案Dangerous Cargo Manage in RFID Technology Application Technical Solution二六年九月十六日本技術(shù)方案適用于所有的氣瓶、鋼瓶以及包裝的實時、動態(tài)和全過程自動化管理，尤其對監(jiān)控工業(yè)用瓶以及其他重要物資的流通狀態(tài)，是一個非常有效的技術(shù)方案。本方案是以危險品的管理及運輸監(jiān)控為例來說明，適合相關(guān)單位或企業(yè)的技術(shù)或工程人員閱讀。1 危險品管理現(xiàn)狀本方案中的危險品是指具有燃燒、爆炸、毒害、感染、腐蝕、放射性等危險性的物品和物質(zhì)，這類物品在運輸、生產(chǎn)、經(jīng)營、使用和處理中容易造成人身傷亡、財產(chǎn)損壞或環(huán)

2、境污染，因此需要特別防護(hù)和管理。我國是僅次于美國的世界危險化學(xué)品生產(chǎn)大國。近幾年來，危險化學(xué)品的泄露、爆炸等事故時有發(fā)生，給人民生命財產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅，對于危險品的管理問題，一直困擾著政府部門和很多企業(yè)。近幾年政府出臺了一系列行政措施，不但要求對危險化學(xué)品的生產(chǎn)、運輸、保管和使用進(jìn)行嚴(yán)格管理，而且要求對盛裝的容器進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)管。但是，這種管理大部分是人工管理，缺乏可靠的技術(shù)手段，有以下幾點不便：1. 對于流通容器的制造、檢驗、使用等存在的安全隱患問題，無法及時加以判斷和追溯；2. 容器的使用極為分散，沒有一種便利和快捷的檢查方法，政府的許多行政監(jiān)督工作都難以有效地實施；3. 不便于對危險品容器狀態(tài)

3、監(jiān)控，如易燃、易爆的危險品要實時監(jiān)控容器的溫度；4. 不便于對危險品容器動態(tài)跟蹤，以及動態(tài)的數(shù)據(jù)分析和信息掌控；5. 不便于容器的回收管理；6. 對危險性極高、輻射強的危險品，不能遠(yuǎn)距離管理；7. 人工管理存在人員交接班的問題，容易發(fā)生漏檢、錯檢現(xiàn)象；早在2002年國家質(zhì)檢總局就組織在上海進(jìn)行了電子標(biāo)簽在氣瓶安全監(jiān)管應(yīng)用中的研究，去年，國家質(zhì)檢總局、國家安檢總局、國家環(huán)保總局在加強我國危險品氣瓶監(jiān)管的聯(lián)合發(fā)文中、提倡采用電子標(biāo)簽等新技術(shù)，今年上海市政府要求在100萬個氣瓶上使用這種技術(shù)，在今后2至3年中，上海全市400萬個氣瓶都將安裝電子標(biāo)簽。2 危險品管理系統(tǒng)概述這個危險品鋼瓶管理系統(tǒng)采用先

4、進(jìn)的RFID識別技術(shù)，通常我們稱為的電子標(biāo)簽，可以解決對危險化學(xué)品容器，即氣瓶的動態(tài)跟蹤。首先我們在每個氣瓶上安裝一個電子標(biāo)簽，以此作為氣瓶的唯一標(biāo)識，就像每個人有一個身份證號碼一樣，通過電子標(biāo)簽可對這個氣瓶“身份”作出準(zhǔn)確確認(rèn)。此外，氣瓶的檢驗、沖氣、配送等動態(tài)信息，可在電子標(biāo)簽內(nèi)進(jìn)行記錄和更新，同時保存在數(shù)據(jù)中心的計算機(jī)內(nèi)，隨時提供給企業(yè)和政府監(jiān)管部門查詢。對于高危險性化學(xué)品容器的運輸，則通過電子標(biāo)簽與車載讀卡器或車載GPS終端的數(shù)據(jù)通訊，對這輛車裝載的危險化學(xué)品氣瓶、車輛所處位置與狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)管人員通過氣瓶上電子標(biāo)簽及其建立起的計算機(jī)安全監(jiān)督平臺，對不符合安全規(guī)定的氣瓶、運輸過程中溫

5、度報警的氣瓶和違章運輸行為，可進(jìn)行及時干預(yù)和糾正。對于企業(yè)來說，電子標(biāo)簽里面存儲氣瓶的標(biāo)識號、出廠日期、報廢日期與維修記錄等信息。每當(dāng)這個氣瓶生產(chǎn)或檢測完成開始出庫時，庫存記錄中可以顯示卷標(biāo)數(shù)據(jù)（例如，標(biāo)識號、重量、測試日期及其它前筆使用狀況數(shù)據(jù)），然后讀寫通過并合格后該瓶可以出庫使用。而后，每次使用以及維修都可以進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注。這樣，煤氣罐的安全與否、使用壽命是否到期等問題就可以一目了然。利用手持式讀寫器和電子標(biāo)簽具有的數(shù)據(jù)自動采集功能，然后再通過傳輸?shù)接嬎銠C(jī)數(shù)據(jù)管理中心，可以簡化氣瓶檢驗、充裝、配送等環(huán)節(jié)的操作，提高企業(yè)的工作效率。3 技術(shù)方案我們結(jié)合自身的技術(shù)特點，充分發(fā)揮RFID的技術(shù)

6、優(yōu)勢，形成RFID在危險品管理中的應(yīng)用技術(shù)方案，系統(tǒng)是通過遠(yuǎn)距離、非接觸采集射頻卡的信息，實現(xiàn)對氣瓶在靜止或移動狀態(tài)下的自動識別，從而實現(xiàn)對氣瓶的自動化管理，也就等同于對危險化學(xué)物質(zhì)的監(jiān)控和管理。該系統(tǒng)產(chǎn)品集計算機(jī)軟硬件、無線通訊、信息采集處理、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)通訊、傳感器等技術(shù)綜合應(yīng)用為一體，屬于先進(jìn)的危險品信息采集和安全性管理的智能識別系統(tǒng)，是對危險品有效監(jiān)管的重要技術(shù)手段。3.1 技術(shù)原理系統(tǒng)產(chǎn)品中的識讀器Reader將載波信號和指令信號經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)送，標(biāo)簽Tag進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)域內(nèi)，Reader天線接收到帶有目標(biāo)識別碼的高頻加密載波信號，經(jīng)Reader接收處理后，提取出目標(biāo)信息和

7、目標(biāo)識別碼送到監(jiān)察主機(jī)，主機(jī)對信息處理、分析、存儲，然后可對Reader發(fā)射指令信號，完成預(yù)設(shè)的系統(tǒng)管理功能，從而實現(xiàn)目標(biāo)的自動化管理。系統(tǒng)技術(shù)方案綜合原理圖如下：方案圖補充說明：l 系統(tǒng)中的氣瓶是統(tǒng)稱，也包括盛裝危險液體化學(xué)品的鋼瓶及其他危險品的包裝；l 系統(tǒng)也適合單獨對車裝載的危險化學(xué)品鋼瓶或其他危險品包裝進(jìn)行監(jiān)控和管理，系統(tǒng)根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求可重組，具有很強的靈活性；l 標(biāo)簽上可接溫濕度傳感器，實現(xiàn)對危險液體或氣體溫度、重要包裝溫濕度的監(jiān)察；l 標(biāo)簽上可接LED燈和超聲波發(fā)生器，實現(xiàn)對氣瓶或包裝的“精確實時定位”，定位精度可達(dá)空間三維5厘米內(nèi)。系統(tǒng)工作流程描述：每個氣瓶擁有唯一識別號，由氣

8、瓶收發(fā)部門把外部送來的鋼瓶送到檢驗部門進(jìn)行檢驗，合格后把電子標(biāo)簽不可逆性粘貼在氣瓶上，并通過移動終端對氣瓶標(biāo)簽信息進(jìn)行識別和數(shù)據(jù)寫入，然后通過計算機(jī)USB口把數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫管理中心；對于新采購的鋼瓶，則由檢驗部門直接粘貼電子標(biāo)簽，從而通過手持式閱讀器上傳數(shù)據(jù)；即接收和檢驗氣瓶環(huán)節(jié)。政府或企業(yè)為了能清晰的了解每個鋼瓶的情況，便于有效的管理，在氣瓶充裝前進(jìn)行再次檢驗掃描閱讀輸入數(shù)據(jù)庫核查，既管理氣瓶環(huán)節(jié)。當(dāng)氣瓶進(jìn)行充裝氣體（液體）后，將充裝信息包括充裝介質(zhì)、重量、有效期等通過READER上傳到中央數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，既充氣(液)環(huán)節(jié)。在充裝結(jié)束后由入庫，發(fā)貨時由物流人員掃描標(biāo)簽并寫入此氣瓶要送達(dá)的客

9、戶、目的地以及發(fā)貨時間等信息，上傳至數(shù)據(jù)庫中心，即入庫和出庫環(huán)節(jié)。在配送的過程中，隨車人員通過移動終端可了解氣瓶的狀態(tài)參數(shù)，返回后可把移動終端存儲的數(shù)據(jù)上傳中央數(shù)據(jù)庫，另外，監(jiān)控中心通過GPRS也可實時了解氣瓶的所在位置、狀態(tài)等情況，即物流運輸環(huán)節(jié)。3.2 技術(shù)系統(tǒng)組成3.2.1 硬件組成硬件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控管理部分三部分。系統(tǒng)包括以下設(shè)備：l RFID硬件系統(tǒng)（包括固定式讀寫器READER、移動式READER、標(biāo)簽TAG、天線、支架）；l 溫度或濕度傳感器；l 車載GPRS終端；l 報警器；l 不間斷電源；3.2.2 軟件組成危險品管理系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理計算機(jī)、

10、移動計算機(jī)組成的具備數(shù)據(jù)檢測及采集、溫度檢查與采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、信息檢索等多功能的綜合計算機(jī)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)監(jiān)察，數(shù)據(jù)統(tǒng)計、存儲， 標(biāo)簽TAG管理，數(shù)據(jù)查詢，系統(tǒng)維護(hù)，系統(tǒng)退出等模塊組成。危險品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)察數(shù)據(jù)統(tǒng)計、存儲標(biāo)簽TAG管理數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)維護(hù)系統(tǒng)退出數(shù)據(jù)監(jiān)察模塊主要是對采集上來的的數(shù)據(jù)與合法數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如氣瓶到報廢日期，氣瓶到檢測周期，容器里物品錯裝，危險品的溫度超標(biāo)，運輸路線錯誤等，以便對不合法的數(shù)據(jù)予以及時記錄和控制。數(shù)據(jù)統(tǒng)計、存儲模塊主要是對氣瓶標(biāo)識號、出廠日期、報廢日期、維修記錄、內(nèi)裝物品屬性、客戶信息、物流信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計匯總和存儲，并按照指定格式報表。標(biāo)簽

11、TAG管理模塊是管理整個系統(tǒng)中的各個TAG的發(fā)行、回收和維護(hù)工作。管理項目包括：TAG的信息瀏覽；TAG的定位管理；TAG發(fā)行管理；TAG回收管理；TAG黑名單管理；數(shù)據(jù)查詢模塊主要是完成通過各種條件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和匯總的功能。如檢索指定標(biāo)簽識別碼所對應(yīng)的各種信息。系統(tǒng)退出模塊是完成退出后再次對人員的身份校驗以及準(zhǔn)備退出前各種數(shù)據(jù)庫的關(guān)閉及未保存數(shù)據(jù)的保存工作。3.2.3 系統(tǒng)安裝及使用1. 把標(biāo)簽粘貼在檢驗后的氣瓶或包裝上；2. 將帶有溫度傳感器的電纜與電子標(biāo)簽進(jìn)行連接，構(gòu)成一個整體（簡稱“溫度無線傳感標(biāo)簽”），并粘貼在需要檢測溫度的氣瓶上； 3. 主機(jī)上安裝管理信息系統(tǒng)；4. 在需要的

12、業(yè)務(wù)過程通道口布置固定式識別器（Reader），并與主機(jī)通過RS232串口聯(lián)機(jī)。操作人員手持移動式識別器；5. 將移動式識別器（Reader）與車載GPRS建立數(shù)據(jù)通訊；6. 當(dāng)監(jiān)測人員接近標(biāo)簽點（3-10米范圍內(nèi)）時，手持終端接收到電子標(biāo)簽發(fā)出的信號，自動記錄下電子標(biāo)簽的ID、當(dāng)前時間、溫度數(shù)據(jù)。手持終端內(nèi)總共可以保存3000條數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)記錄可以保存10年以上不丟失。監(jiān)測人員也可查詢指定標(biāo)簽的信息。7. 在上位計算機(jī)系統(tǒng)中安裝并運行巡更管理軟件，手持終端中的標(biāo)簽ID、數(shù)據(jù)采集地點，采集時間，溫度數(shù)據(jù)等信息。可通過無線數(shù)據(jù)接收機(jī)或USB接口直接寫到主機(jī)數(shù)據(jù)庫中。8. 監(jiān)測人員可根據(jù)采集到的

13、標(biāo)簽ID在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中查詢到對應(yīng)氣瓶的一切信息和狀態(tài)。3.3 技術(shù)方案特點及比較表 4-4 技術(shù)方案能力比較表序號項目人工檢測與管理RFID自動檢測備注1.設(shè)備初期投入低高2.檢測管理工作復(fù)雜簡單3.循檢一遍花費時間極長短4.檢測操作成本極高低5.操作穩(wěn)定性極不穩(wěn)定穩(wěn)定6.實時溫度等參數(shù)檢測很難實現(xiàn)非常方便特別是緊急狀態(tài)7.檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較低高8.擴(kuò)展性無非常高系統(tǒng)規(guī)模變化9.數(shù)據(jù)保密性低極高10.氣瓶檢測數(shù)量限制有無11.故障自檢能力無有技術(shù)方案顯著特點：無線傳輸，解決了極為分散使用的氣瓶不便于檢測的問題，特別適應(yīng)組網(wǎng)需求；在氣瓶在流通過程中的安全隱患問題，可及時加以判斷和追溯；使用計算

14、機(jī)進(jìn)行自動化管理，檢測歷史數(shù)據(jù)安全存儲，便于后期管理；解決了由于人工檢測存在的漏檢和錯檢的現(xiàn)象；維護(hù)成本低，不易損壞，為企業(yè)節(jié)約開支；維修簡單，可以在系統(tǒng)運行條件下更換部分配件，不受環(huán)境限制。4 應(yīng)用難點及解決本方案中所涉及的安裝電子標(biāo)簽的對象物品，氣瓶、化學(xué)物品運輸罐都是金屬材料，一般來說，金屬類材料上很難使用電子標(biāo)簽，由于閱讀器與應(yīng)答器（電子標(biāo)簽）間產(chǎn)生的磁通量會在金屬表面感應(yīng)渦流，而渦流對閱讀器的磁場起反作用（楞次定律），致使金屬表面上的磁場進(jìn)行強烈的衰減，所以金屬材料對電波具有屏蔽作用，貼在金屬品上的電子標(biāo)簽很難接受讀寫器發(fā)來的電波，影響RFID的正常工作。針對這種情況一般采用下面幾點

15、解決：1. 采用有源主動高頻電子標(biāo)簽，能夠主動全向發(fā)射電波，與被貼材料性質(zhì)無關(guān)，且發(fā)射功率較大。2. 普通電子標(biāo)簽與金屬表面間插入一種高磁導(dǎo)率的磁性材料，通常的做法是把磁性材料與電子標(biāo)簽做成一體，從而形成防金屬電子標(biāo)簽。防金屬電子標(biāo)簽的應(yīng)用系統(tǒng)一般采用被動式RFID射頻識別技術(shù)（即防金屬電子標(biāo)簽是無源的），當(dāng)閱讀器遇見 RFID電子標(biāo)簽時、發(fā)出電磁波、周圍形成電磁場，RFID標(biāo)簽從電磁場中獲得能量激活標(biāo)簽中的微芯片電路、芯片轉(zhuǎn)換電磁波、然后發(fā)送給閱讀器，閱讀器把它轉(zhuǎn)換成相關(guān)數(shù)據(jù)，上位機(jī)采集到這些數(shù)據(jù)就可以處理這些數(shù)據(jù)從而進(jìn)行管理控制。如圖： 防金屬電子標(biāo)簽3. 改變電子標(biāo)簽的天線設(shè)計技術(shù)。一般的電子標(biāo)簽放在金屬表面上時，穿過標(biāo)簽上的天線的磁力線是與金屬表面垂直的，穿過金屬的磁力線在金屬上產(chǎn)生渦流，因此損耗了大量能量，導(dǎo)致金屬對電波產(chǎn)生了屏蔽作用。我們把改變金屬上使用的電子標(biāo)簽上天線，設(shè)置方向使得磁力線的方向平行于金屬表面。如圖： 5 技術(shù)特點及比較我們的RFID和短程無線通訊設(shè)備就選擇了波段，采用2.4835 GHz的ISM頻段具有充分法律保證，而在我國沒有制定短程無線通訊的相關(guān)頻段規(guī)范的現(xiàn)實情況下，采用頻段沒有政策風(fēng)險。表 5.1 技術(shù)參數(shù)表序號特性名稱特性說明備注1.識別距離遠(yuǎn)距離（2 80米 ）可調(diào)2.識別能力同時識別200個目標(biāo)3.識別速度200公里 / 小時以內(nèi)