基于射频技术的车速检测系统开发与设计 毕业论文.doc

i 毕业设计(论文)任务书 设计(论文)题目 基于射频技术的车速检测系统开发与设计 主 要 研 究 内 容 、 方 法 和 要 求 研究内容： 总结无线射频技术的概念及其在生活中的典型应用；重点分析、讨 论了无线射频技术在汽车领域中的应用，并开发和设计了基于射频技术 的车速检测系统。 方法与要求： （1） 全面查阅相关资料掌握扎实的理论知识。 （2） 确定好研究方向后对课题进行深入透彻的学习研究。 （3） 完成后按照要求对格式内容方面进行改善。 进 度 计 划 （1） 四月上旬之前：查阅资料，深入理解无线射频技术的相关知识。 （2） 四月中旬：研究无线射频技术的核心内容，重点思考无线射频技 术在汽车车速检测系统中的开发与设计。 （3） 五月中旬：开始撰写论文。 （4） 五月底：完成整篇毕业论文，并准备答辩。 主 要 参 考 文 献 1杨粤湘，卢文英，龚俊峰.机动车行驶速度检测系统的设计及其在高 速公路交通管理中的应用j.交通科技，2005(2)： 85-87. 2游战清，刘克胜.射频识别技术（rfid）规划与实施.北京：电子出版 社， 2005. 3张震，杨坚争.etc 与车辆电子身份证j. 物流技术与应用， 2005，15：52-53. 4宗术.公路智能交通系统发展趋势j.交通建设与管理，2006，(9)： 75-78. 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 备注：此任务书于第一学期第十六周前由各系发放给指导教师，指导教师填写 完整后于下学期第一周内交回各系，由各系进行统计并组织学生于第二周进行 选题，确定选题后，交至辅导员于第三周发放给学生。毕业设计于第四周开始 进行。 ii 摘 要 目前，rfid技术，即射频识别技术，已经被广泛地应用到道路交通运输方 面，可以收集到车辆流量、平均车速、车辆种类、车辆停止侦测及转向比等重 要信息。此外还在门禁管制、隧道监测、火车管理、交通信号优先权、乘客信 息系统、公车站管理和火车定位等方面有着广泛的应用,并且取得了良好的社会 和经济益。 为了实现机动车车速的分布式监测以及智能预警，设计了一种基于无线射 频识别(rfid)技术的速度监测传感标签和电子管理系统。系统采用车速传感器 采集机动车实际行驶速度并送人信号处理单元进行数据处理，传感标签将机动 车身份信息、实际速度发送给安装在道路沿线的读写器；各读写器通过网络与 电子管理系统进行实时信息交流。结果表明，该系统能准确采集机动车速度信 息并实时传输和处理，为高速公路机动车行驾监管提供了一种新的技术方法。 关 键 词 射频技术（rfid） 车速检测系统 速度监测 传感标签 iii abstract at present, rfid technology, namely rfid technology, has been widely applied to road transportation square surface, and can collect to vehicle flow, average speed, vehicle types, vehicle parked check detects and steering such important information than. in addition to access control, tunnel in prison measurement, the train management, traffic signal priority, passenger information system, the bus station manage and train positioning in a wide range of applications, and achieved good social and economic benefits. to realize distributed speed monitoring and intelligent early warning for motor- driven vehicles，the sensor mg and electronic management system based on radio frequency identification(rfid) technology for speed monitoring has been designedwith this system，the signal of actual speed is collected by speed sensor and sent to signal processing unit for data processing；and the identification information of the vehicles and the actual speed are sent into readers mounted along the roadthrough network，real-time information exchange between these readers and electronic management system is conducted the experiments show that the system is able to accurately collect the speed information and transmit and process the information in real time，it provides a new technical method for supe- rvising motor- driven vehicles on highways key word rfid(radio frequency identification) speed detections system speed monitoring sensing lable(sensor tag) iv 目 录 目 录 iv 第 1 章 绪论 .1 1.1 射频技术概述 .1 1.2 射频技术发展 .2 1.2.1 射频技术发展历程 .2 1.2.2 射频技术在中国的发展现状 .3 第 2 章 射频技术原理及特点 .6 2.1 射频系统的组成 .6 2.2 射频系统工作原理 .7 2.3 射频技术特点 10 第 3 章 射频技术应用 11 3.1 射频技术在物流系统中的应用分析 11 3.1.1 应用环节 11 3.1.2 技术优点 12 3.1.3 技术缺点 13 3.2 射频技术在世博会的应用 14 3.3 射频技术在制造业中的应用 16 3.4 射频技术在车辆管理方面的应用 17 3.4.1 车辆管理在我国的现状 17 3.4.2 射频技术在车辆管理中的应用 18 第 4 章 车速检测系统开发与设计 20 4.1 系统分析 20 4.2 基于射频技术的车速检测系统 20 4.2.1 系统组成 22 4.2.2 系统硬件及软件 23 4.3 系统拓展 30 v 结论 .33 致谢 .34 参考文献 .35 论文附件 .36 一、 英文原文： 36 二、 英文翻译: .44 1 第 1 章 绪论 无线射频识别技术（rfid）已经成为一个很热门的话题。据业内人士预测， rfid 技术市场 将在未来五年内在新的产品与服务上带来 30 至 100 亿美金的商 机，随之而来的还有服务器、资料储存系统、资料库程序、商业管理软件、顾 问服务，以及其他电脑基础建设的庞大需求。或许这些预测过于乐观，但 rfid 将会成为未来的一个巨大市场是毫无疑问的。许多高科技公司正在加紧开发 rfid 专用的软件和硬件，这些公司包括 英特尔、微软 、甲骨文、sap 和 sun，而很早以前 全球最大的零售商沃尔玛的一项 “要求其前 100 家供应商在 2005 年 1 月之前向其配送中心发送货盘和包装箱时使用 rfid 技术，2006 年 1 月前在单件商品中使用这项技术的决议” ，把 rfid 再次推到了聚光灯下。因此 可以说无线射频识别技术（rfid）正在成为全球热门新科技。 本章主要介绍了 射频技术及发展现状： 1.1 射频技术概述 无线射频识别技术（radio frequency identification，简称rfid），是20世纪 90年代开始兴起的一项利用射频信号通过空间藕合（交变磁场或电磁场）实现 无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。射频识别系统通常 由电子标签、读写器和数据交换管理系统组成。其系统原理如图1.1所示： 图1.1 射频识别系统原理图 2 在 20 世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就 之一。1948 年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别 rfid 的理论基础。经过数十年的发展，如今，rfid 技术理论日趋成熟，产品 种类也越来越丰富。 从概念上来说，rfid（radio frequency identification，射频识别）技术是一 种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关的数 据信息。利用射频方式进行非接触双向通信，达到识别目的并交换数据。rfid 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便 6。 1.2 射频技术发展 rfid 的基本技术原理起源于二战时期，最初盟军利用无线电数据技术来识 别敌我双方的飞机和军舰。战后，由于较高的成本，该技术一直主要应用于军 事领域，并未很快在民用领域得到推广应用。直到上世纪八、九十年代，随着 芯片和电子技术的提高和普及，欧洲开始率先将 rfid 技术应用到公路收费等 民用领域。到二十一世纪初，rfid 迎来了一个崭新的发展时期，其在民用领域 的价值开始得到世界各国的广泛关注，特别是在西方发达国家，rfid 技术大量 应用于生产自动化、门禁、公路收费、停车场管理、身份识别、货物跟踪等民 用领域中，其新的应用范围还在不断扩展，层出不穷。 1.2.1 射频技术发展历程 从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型 （初级与次级之间的能量传递及信号传递） ，在高频段基于雷达探测目标的空间 耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机） 。 1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别技术的 理论基础。 rfid技术发展的历程表。在20世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科 学技术发展最重要的成就之一。rfid技术的发展可按10年期划分如下： 19411950 年。雷达的改进和应用催生了rfid技术，1948年奠定了rfid 技术的理论基础。 3 19511960 年。早期rfid技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 19611970 年。rfid技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 19711980 年。rfid 技术与产品研发处于一个大发展时期，各种rfid技 术测试得到加速。出现了一些最早的rfid应用。 19811990 年。rfid 技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出 现。 19912000 年。rfid技术标准化问题日趋得到重视，rfid 产品得到广泛 采用，rfid产品逐渐成为人们生活中的一部分。 2001今。标准化问题日趋为人们所重视，rfid产品种类更加丰富，有源 电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降 低，规模应用行业扩大。rfid技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、 多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动 物体的rfid正在成为现实。 1.2.2 射频技术在中国的发展现状 本世纪初，rfid 已经开始在中国进行试探性的应用，并很快得到政府的大 力支持，2006 年 6 月，中国发布了中国 rfid 技术政策白皮书，标志着 rfid 的发展已经提高到国家产业发展战略层面。到 2008 年底，中国参与 rfid 的相关企业达数百家，已经初步形成了从标签及设备制造到软件开发集成等一 个较为完整的 rfid 产业链。据专家估计，2008 年中国 rfid 相关产值达到 80 亿元左右，并将在未来 510 年保持快速发展。 目前，rfid 在中国的很多领域都得到实际应用，包括物流、烟草、医药、 身份证、奥运门票、宠物管理等等，但就我们日常生活感受而言，好像 rfid 还是离我们很远。除了二代身份证，我们还很难经常感受到 rfid 在我们生活 中的存在。这到底是什么原因呢？其实道理很简单，尽管 rfid 正快速在各个 领域得到实际应用，但相对于我们国家的经济规模，其应用范围还远未达到广 泛的程度，即便在 rfid 应用比较多的交通物流产业，也还处于点分布的状态， 而没能达到面的状态。往往是产业中的领导企业为保持其竞争地位而率先尝试 采用这种新技术，而更多的企业还抱着观望和犹豫的态度。还是以物流产业为 4 例，应用 rfid 技术可以大幅提高物流运作效率，如加快货物出入库时间，减 少现场操作人员，实现快速而精确的库存盘点，实现货物准确定位跟踪等，但 时至今日，在中国真正实施 rfid 技术的物流企业还屈指可数。经济危机爆发 以来，很多业内人士也开始对 rfid 产业的未来发展产生怀疑和失望，那么到 底是什么因素阻碍了这一新兴产业在我国的发展呢？ 首先，是我国企业总体信息化水平不高，阻碍了 rfid 充分发挥其作用。 rfid 作为一种信息技术手段，其基本功能是实现数据的精准快速采集。这些数 据采集后，必须经过进一步的对比分析处理，才能达到提高效率、降低总体成 本的作用。也就是说，rfid 的实施，往往需要企业信息化达到一定水平，使 rfid 系统与企业既有的 erp、crm 等信息集成在一起，才能充分发挥其作用。 其次，rfid 实施成本还比较高，使很多企业望而却步。不仅仅对中国企业， 即便对西方企业，rfid 的高成本也是一个巨大障碍。正如前文所言，rfid 的 基本技术原理在 60 几年前就产生了，但直到上世纪后期，rfid 的应用才逐步 推广到民用领域，正是高成本阻碍了 rfid 技术的实际应用。目前在国内，一 张 rfid 标签一般都在 1 元以上，etc 的车载单元要 400 多元，高成本使得 rfid 的投资回报具有很大风险，使其应用大多局限于高价值或高利润商品领域。 再次，行业标准尚未统一，贸然实施会带来不确定风险。尽管 rfid 起源 很早，但目前还没有形成全球统一的技术标准，中国在标准制定领域起步较晚， 由于关乎各国经济利益，相信标准之争还会持续一定时间。在这种情况下，贸 然投入，必然给企业经营带来很大风险。蓝光获得 dvd 标准之争的胜利，给 hd-dvd 阵营带来的巨大伤害，是处于标准之争产业里的企业不得不慎重考虑 的问题，这也是很多企业对实施 rfid 抱观望态度的原因。 最后，我国产业供应链发展还处于初级阶段，也阻碍了 rfid 的实际应用。 与西方企业相比，由于技术和管理处于劣势地位，我国大多行业都存在过度竞 争，价格成为市场竞争的主要手段，这就使得很多制造企业利润率维持在相当 低的水平，产业供应链的上下游企业之间往往博弈大于合作。而 rfid 技术只 有在整个供应链上协同实施，实现供应链信息透明和分享，才能最大程度发挥 5 出 rfid 的作用，这在目前情况下还很难做到。另外，实施 rfid 的一个主要益 处是节省人工成本，沃尔玛称 rfid 每年为其节省数十亿美元的人力成本开支， 而中国较低的工资水平也使得很多企业没有积极性去实施 rfid 技术。 尽管中国企业目前信息化程度还较低，但中国企业前进的步伐相当快。今 年中国已有 40 多家企业闯入 世界 500 强，更多本土企业正迅速成长为跨国经营 企业，日益复杂的管理要求这些企业必须迅速推进信息化建设，在这一点上中 国企业具有一定的后发优势，而企业信息化必然给 rfid 带来良好的发展机遇。 随着中国企业信息化的进程，rfid 的应用将会由点到面，逐步拓展到更广的领 域。 rfid 应用的推广和市场的扩大而逐步降低，rfid 的应用将会从目前的托 盘或整箱的货物跟踪逐步扩展到单品货物跟踪的水平。最后，从产业供应链角 度看，国家目前提倡的产业升级，就是要使中国企业多生产高技术、高附加值、 高利润产品，而这些领域，正是 rfid 用武之地。产业升级将带动中国企业提 升市场竞争能力，逐步由单体企业竞争上升为产业供应链的竞争。今后几年， 一批国产 rfid 企业，如：创羿科技、远望谷、上海华虹、维深集团等迅速发 展壮大。在未来几年，我们会看到，rfid 的实施将摆脱仅仅由单个企业实施的 窘境，而展现为企业所在整个供应链的协同实施，rfid 的益处将会得到最大程 度的发挥。凡此种种，我们还会怀疑 rfid 在中国的发展吗？ 6 第 2 章 射频技术原理及特点 上一章我们介绍了射频技术，了解了射频技术及其发展。其实 rfid 技术在 实际生活中的应用非常普遍，特别是数字化的今天。同时 rfid 也是一门应用 性很强的技术，有着非常明显的技术特点。这一章我们重点介绍射频技术的工 作原理及技术特征。介绍 rfid 工作原理之前，我们首先来了解下射频技术的 系统组成： 2.1 射频系统的组成 rfid，其核心技术包括无线电射频、计算机软件硬件、编码学和芯片加工 技术等多种现代高新科学技术，是多种跨门类科学技术的综合体，被广泛应用 于身份识别、物流、自动化生产过程、安全系统和交通系统，比如我国第二代 身份证、家居的门禁系统、部分自动收费停车场、城市公交车的刷卡等。 射频识别系统至少应包括以下两个部分，一是读写器，二是电子标签（或 称射频卡、应答器等，本文统称为电子标签）。另外还应包括天线，主机等。 rfid 系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成 会有所不同，但从 rfid 系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信 号接收机、编程器、接收天线几部分组成 6。下面分别加以说明： (1) 信号发射机 在 rfid 系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存 在，典型的形式是标签（tag）。标签相当于条码技术中的条码符号，用来 存储需要识别传输的信息。另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在 外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。 (2) 信号接收机 在 rfid 系统中，信号接收机一般叫做阅读器。根据支持的标签类型不 同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器基本的功能 就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号 状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外， 还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息 7 按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。阅读器通过接收 到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达阅读器的信息被正确的接收和 译解后，阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次， 或者知道发射器停止发信号，这就是“命令响应协议”。使用这种协议，即 便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止“欺骗问题” 的产生。 (3) 编程器 只有可读可写标签系统才需要编程器。编程器是向标签写入数据的装置。 编程器写入数据一般来说是离线（off-line）完成的，也就是预先在标签中 写入数据，等到开始应用时直接把标签黏附在被标识项目上。也有一些 rfid 应用系统，写数据是在线 （on-line）完成的，尤其是在生产环境中 作为交互式便携数据文件来处理时。 (4) 天线 天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中， 除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收，需要专 业人员对系统的天线进行设计、安装。 2.2 射频系统工作原理 电子标签又称为射频标签、阅读器、数据载体；阅读器又称为读出装置， 扫描器、通讯器、读写器（取决于电子标签是否可以无线改写数据）。电子标 签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合、在耦合通 道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。发生在阅读器和电子标 签之间的射频信号的耦合类型有两种。 (1)电感耦合。变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电 磁感应定律，如图 2.1 所示： 8 图 2.1 电感耦合 (2) 电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反 射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律电感耦合方式一般 适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有： 125khz、225khz 和 13.56mhz。识别作用距离小于 1m，典型作用距离为 1020cra 。 电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。 典型的工作频率有：433mhz，915mhz，2.45ghz ，5.8ghz 。识别作用距离大 于 1m，典型作用距离为 3l0m。其原理图如图 2.2 所示： 图 2.2 反向散射耦合原理图 rfid 工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应 电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（passive tag，无源标签或 被动标签） ，或者主动发送某一频率的信号（active tag，有源标签或主动标签） ； 解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。 rfid 的工作原理是：标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频 信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（即 passive tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（即 9 active tag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息 系统进行有关数据处理。 rfid 技术由 auto-id 中心开发，其应用形式为标记（tag）、卡和标签 （label）设备。标记设备由 rfid 芯片和天线组成，标记类型分为三种：自动 式，半被动式和被动式。现在市场上开发的基本上是被动式 rfid 标记，因为 这类设备造价较低，且易于配置。被动标记设备运用无线电波进行操作和通信， 信号必须在识别器允许的范围内，通常是 10 英尺（约 3 米）。这类标记适合于 短距离信息识别，如一次性剃须刀或可移动刀片包装盒这类小商品。 rfid 芯 片可以是只读的，也可是读/写方式，依据应用需求决定。被动式标记设备采用 e2prom（电擦写可编程只读存储器），便于运用特定电子处理设备往上面写 数据。一般标记设备在出厂时都设定为只读方式。auto-id 规范中还包含有死 锁命令，以在适当情形下阻止跟踪进程。 auto-id 中心开发的电子产品代码（epc）规范能识别目标，以及所有与目 标相关的数据。epc 系统运用正确的数据库链接到 epc 码，厂商和零售商能依 据权限进行查询、管理和变更操作。一旦标记贴到产品或设备上，rfid 识别器 便能读取存储于标记中的数据。auto-id 计划将 epc 系统发展成为全球标准， 该标准主要包括：识别目标的特定代码（epc）；定义数据的所有者(epc 管理 器)；定义代码及标记的其余信息；定义货物参数，如库存单元号；将 epc 代 码转换为 internet 地址（目标命名服务 ons）；对目标进行描述（物理置标语 言 pml）；聚集和处理 rfid 数据（专家软件）；分配给每类目标的特定号码 （串行号）；用于互操作性的规范最小集（标记及识别规范），采用 rfid 技 术最大的好处是可以对企业的供应链进行透明管理，有效地降低成本。 简而言之，在工作时，rfid 读写器通过天线持续发送出一定频率的信号， 当 rfid 标签进入磁场时，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的 产品信息（passive tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信 号（active tag，有源标签或主动标签）；随后读写器读取信息并解码后，将数 据传输到中央信息系统进行有关的数据处理。 10 2.3 射频技术特点 射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、 尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况 下不到 100 毫秒。有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。可用于流 程跟踪和维修跟踪等交互式业务。 除此之外，rfid 系统特点主要还有以下几 点： (1) 读取方便快捷：数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行。有 效识别距离更大，采用自带电池的主动标签时，有效识别距离可达到 30 米 以上； (2) 识别速度快：标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，而 且能够同时处理多个标签，实现批量识别； (3) 数据容量大：数据容量最大的二维条形码（pdf417） ，最多也只能存储 2725 个数字；若包含字母，存储量则会更少；rfid 标签则可以根据用户的 需要扩充到数十 k； (4) 使用寿命长，应用范围广：其无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、 油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过 印刷的条形码； (5) 标签数据可动态更改：利用编程器可以向写入数据，从而赋予 rfid 标 签交互式便携数据文件的功能，而且写入时间相比打印条形码更少； (6) 更好的安全性：不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且 可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性； (7) 动态实时通信：标签以与每秒 50100 次的频率与解读器进行通信，所 以只要 rfid 标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对 其位置进行动态的追踪和监控。 目前，制约射频识别系统发展的主要问题是不兼容的标准。射频识别系统 的主要厂商提供的都是专用系统，导致不同的应用和不同的行业采用不同厂商 的频率和协议标准，这种混乱和割据的状况已经制约了整个射频识别行业的增 长。许多欧美组织正在着手解决这个问题，并已经取得了一些成绩。标准化必 将刺激射频识别技术的大幅度发展和广泛应用。 11 第 3 章 射频技术应用 3.1 射频技术在物流系统中的应用分析 物流仓储是rfid最有潜力的应用领域之一，ups，dhl，fedex 等国际物流 巨头都在积极试验rfid技术，以期在将来大规模应用提升其物流能力。可应用 的过程包括：物流过程中的货物追踪，信息自动采集，仓储管理应用，港口应 用，邮政包裹，快递等。 3.1.1 应用环节 由于rfid 标签具有可读写能力，对于需要频繁改变数据内容的场合尤为适 用，它发挥的作用是数据采集和系统指令的传达，广泛应用于物流系统中的仓 库管理、运输管理、物料跟踪、运载工具和货架识别等场合 10。其具体应用价 值，主要体现在以下几个环节： (1) 零售环节。rfid 可以改进零售商的库存管理，实现适时补货，有效跟 踪运输与库存，提高效率，减少出错。同时，智能标签能对某些时效性强 的商品的有效期限进行监控；商店还能利用rfid 系统在付款台实现自动扫 描和计费，从而取代人工收款。 (2) 存储环节。在仓库里，射频技术最广泛的使用是存取货物与库存盘点， 它能用来实现自动化的存货和取货等操作。在整个仓库管理中，将物流计 划系统制定的收货计划、取货计划、装运计划等与射频识别技术相结合， 能够高效地完成各种业务操作，如指定堆放区域、上架取货和与补货等。 这样，增强了作业的准确性和快捷性，提高了服务质量，降低了成本，节 省了劳动力和库存空间，同时减少了整个物流过程中由于商品误置、送错、 偷窃、损害和库存、出货错误等造成的损耗。 (3) 运输环节。在运输管理中，在长途运输的货物和车辆贴上rfid 标签， 运输线的一些检查点上安装上rfid 接收转发装置。接收装置收到rfid 标 签信息后，连同接收地的位置信息上传至通信卫星，再由卫星传送给运输 调度中心，送入数据库中。有关货物及车辆的必要信息即被记录在数据库 12 中，有利于物流计划中心对车辆和货物的适时控制，并且有利于客户即时 的查询货物信息。 (4) 配送分销环节。在配送环节，采用射频识别技术能大大加快配送的速 度和提高拣选与分发过程的效率与准确率，并能减少人工费用，降低配送 成本。 (5) 生产环节。在生产制造环节应用rfid 技术，可以完成自动化生产线运 作，实现在整个生产线上对原材料、零部件、半成品和成品的识别与跟踪， 减少人工识别成本和出错率，提高效率和效益。特别是在采用jit（just-in- time）准时制生产方式的流水线上，原材料与零部件必须准时送达到工位 上。采用了rfid 技术之后，就能通过识别电子标签来快速从品类繁多的库 存中准确地找出工位所需的原材料和零部件。rfid 技术还能帮助管理人员 及时根据生产进度发出补货信息，实现流水线均衡、稳步生产，同时也加 强了对质量的控制与追踪。 除此，还有食品质量控制环节。近年来涌现出的大量食品安全问题主要集 中在肉类及肉类食品上。由于牲畜的流行病时有发生，如疯牛病、口蹄疫以及 禽流感等，如果防控不当，将给人们的健康带来危害。采用了rfid 系统之后， 可提供食品链中的肉类食品与其动物来源之间的可靠联系，从销售环节就能够 追查到它们的历史与来源，并能一直追踪到具体的养殖场和动物个体。 3.1.2 技术优点 由于rfid 标签可以唯一的标识商品，通过计算机技术、网络技术、数据库 等技术的结合，可在物流的各个环节上跟踪货物，实时的掌握商品在物流节点 中所处的位置。应用该技术，可以实现如下目标，获取预期的经济效益： (1) 缩短作业流程。对于配送中心，出入库在平时作业中占很大的比例，将 托盘上和包装箱上贴上rfid 标签，在配送中心出入库口处安放阅读器，这 样出入库时，利用叉车将货物送入（出），在出入口处无需停止即可进行 扫描，在流程中捕获数据，阅读器可以远距离的动态的一次性识别多个标 签，计算机根据所阅读到的信息，对数据库进行访问，并进行相应的数据 记录，大大节省了出入库的作业时间。 13 (2) 改善盘点作业质量。由于每个包装箱和托盘上都贴有rfid 标签，进行 盘点作业时，只需要利用手持式rfid 阅读器经过所有货架，阅读器就自动 获取所有标签上的信息，利用pc 机进行盘点记录。利用rfid 技术将大大 减少传统盘点作业中出现和遗漏等差错，增强了信息的准确发生、可靠性。 (3) 增大配送中心的吞吐量。当配送中心的主要作业出入库作业效率提高以 后，配送中心对货物的处理能力将大大提高，这样就可以增加配送中心每 日的货物吞吐量，为配送中心获得更大的经济效益。 (4) 降低运转费用。由于rfid 技术可以动态的同时识别多个数据且识别距 离较大。在出入库作业过程中，验收和出入库几乎是同时完成，无需再先 将货物堆放在收货区等待和扫描，而直接可以接货后验货入库、拣货后验 货出库。这样大大减少了货物在配送中心内的流转次数，降低了搬运所带 来的设备费用和人工费用。 (5) 物流跟踪。rfid 技术的核心是标签上的 epc（产品电子代码）提供对 物理对象的唯一标识，利用eoc 可以实现货物在整个物流系统中被跟踪及 对物流系统的自动化管理，增加物流管理的透明化程度。 (6) 信息的传送更加迅速、准确。由于远距离、动态的自动识别、一次识别 多个标签等优势，rfid 技术将使信息的传递更迅速、准确，大大减少了错 误和遗漏的发生。特别是盘点作业，遗漏和错误的产生一直是盘点作业的 一大难题。 3.1.3 技术缺点 (1) 在实施的过程中，如何保证每一个标签都能够读到是一个有待解决的问 题目前，rfid 的应用主要在托盘和集装箱上，而如果涉及到很多数目的物 品，这就成为一个重要的问题。在动态的情况下，以什么样的视角才能达 到最好的读取效果，这些都有待进一步的测试。 (2) 在应用rfid 前，需要一个测试的过程这个过程一般来说比较漫长，如 何在保证原有生产的情况下，实施向rfid 系统的平滑过渡，这对企业来说 是一个很大的挑战。目前不管是rfid 的实施还是测试，都是一个花费很大 14 的工程。 (3) rfid 的应用过程中，需求、成本和标准是影响rfid 技术应用的主要 因素需求上，大部分的企业对rfid 仍然采用观望的态度。因为rfid 的优 势是建立在信息的采集以及信息共享上，提升信息共享链条是重中之重。 从成本看，标签目前的成本仍然是偏高的，特别是用在制造行业中，什么 材料什么工序采用rfid 系统也是一个重要的问题。应用过程中，肯定需要 rfid 标准，但是目前并没有一个统一的标准。 (4) rfid 技术上尚未完全成熟特别是应用于某些特殊的产品，如液体或金 属罐等时，大量rfid 标签无法正常起作用，同时标签的可靠性也是个大问 题。就目前看来，现在普遍使用的134khz和13.56khz 因传输距离太短， 限制了阅读器和rfid 标签间的传输距离，使若干标签不能有效地被读取， 标签失效率很高。此外，rfid 标签与读取机有方向性，射频识别讯号易被 物体阻断，也是rfid 技术发展一大挑战。即使贴上双重标签，仍有 3%的 标签无法识别。 (5) rfid 的应用涉及人员失业、隐私保护以及安全问题企业采用射频识别 系统后，物流系统过程中原来由手工完成的工作将有很多被该系统取代， 其衍生而来的问题就是将有许多劳工面临失去工作的危机。同时rfid 的大 规模应用还会涉及到隐私保护以及安全问题，当前的无源rfid 系统没有读 写能力，所以无法使用密钥验证方法来进行身份验证，如果标签是有源的， 并且会收到不断变化的验证密钥，那将会大大提高其安全性，不过这又会 增加其成本。正因为如此，目前的rfid 技术要想在对信息有保密要求的领 域展开应用还存在着障碍。 3.2 射频技术在世博会的应用 rfid 在世博会的应用主要体现在未来商店、食品监管、车辆交通等方 面： (1) 未来商店。于 2009 年投入运营至今的世博未来商店以全国独有的基于 rfid 的商业模式取胜：顾客登记信息领取 ic 卡和掌上电脑后进入商店选 购商品，如需购买任何一款世博会特许商品，只要将掌上电脑对准扫描商 15 品便可获知商品的介绍及价格等各类信息，顾客可以借此了解商品，如果 满意可进行订购。在结账时，顾客也无需排队，只需要在结账时刷一下身 份卡，就知道哪张账单该你付。整个流程都贯穿了 rfid， rfid 技术的应 用推广正需要这样创新的商业模式设计及流程运作来推动。世博未来商店 目前在大众中的知名度不断攀升，世博特许商品火热出售，销售额持续上 涨。在 2008 年购买奥运会特许商品的顾客不妨再去上海体验一下购买世博 特许商品的“大不同”。 (2) 食品监管。上海市食药监管部门表示，在世博食品供应链中将全面运用 rfid 电子标签技术，实现食品的安全信息全程溯源。进入园区的蔬菜、水 果、水产品、蛋等初级产品及配送的餐饮半成品等，包装袋上都将戴上 rfid 标签，这个标签会储存种植养殖企业或生产单位、品名、产地、生产 日期、保质期等信息，在专供世博食品的物流货车上也配备相应的 rfid 设 备，对装载冷藏、冷冻食品的车辆配备 rfid 等温度连续监控设备。在食品 进入园区时，工作人员通过手持式 rfid 读取器，就能在现场快速追溯食品 和原料的来源。 (3) 车辆交通。在车辆交通安全方面，世博会主办方将采用 rfid 技术的驾 车安全管理系统，这套系统具有车辆和驾驶员电子证件双卡配对、过车自 动检测、图像触发抓拍、车牌图像智能识别、自动放行、黑名单布控及即 时报警等功能，为世博会区域车驾安全提供坚实保障。 此外，rfid 技术还广泛应用于世博会的物流配送、证件管理、导游机、机 器人、rfid 手环和自助图书馆等诸多方面（详情可参看 rfid 技术保驾上海世 博会专题）。笔者认为 rfid 在世博会上带来的妙处唯有亲临其中方能有更深 刻的体会，一个个精彩的、活生生的 rfid 解决方案、应用案例、实施项目和 创新成果届时都将现场直播，rfid 业界的同仁如果有机会去看世博会，或将有 意外的收获，触发创新灵感，科技无处不在、创意无处不在。 上海市科委总工程师陈杰对上海世博会中的科技盛宴这样表示：包括 rfid 在内的很多科技成果通过世博会的展示将进一步走向市场。市场化和产业化是 业界一直以来对 rfid 发展进程的一个期待。毋庸置疑，每年的重大活动都为 rfid 的应用创造了商机，这成为了一个相对固定的 rfid 应用市场，此次世博 16 会的筹备过程中，已经有若干厂商基于政府层面的拉动和企业自身实力接受挑 战，取得了 rfid 的投资回报，特别是上海和以上海为中心的长三角地区在为 世博会做出贡献的同时也赢了自身 rfid 产业的发展 2。 在物联网广受关注的时代，上海幸运的借世博会赢得了一个很大的推力， rfid在世博会中的实践经验对全国着手布局、积极推动rfid产业的发展的城市 来说是一个很好的借鉴。正所谓“随风潜入夜，润物细无声”，rfid随着物联 网的春风潜移默化的融入到规模宏大的世博会应用之中，在参与、呈现、融合 与体验中引领着多城市、多行业和多企业之中rfid的成长，孕育着预期之内与 预期之外的rfid的普及，为发展民族的甚至世界的rfid力量摸索新的道路。 3.3 射频技术在制造业中的应用 rfid在制造业中的应用主要体现在生产过程的生产数据实时监控，质量追 踪，自动化生产，个性化生产等。在贵重及精密的货品生产领域应用更为迫切。 例如在汽车生产中的应用： 汽车的生产制造技术复杂，涉及范围广且制造流程多，涵盖了铸造、锻造、 冲压、机械加工及热处理、整车装配等多种工序。整车装配过程也包括零件冲 压、焊接、喷漆、部件或总成组装等诸多环节。利用rfid技术可为零件制造和 整车装配提供多种有效的管理方案。其整车装配的系统流程图如图3.1所示： 图3.1 汽车整车装配的系统流程图 4 以ford汽车公司墨西哥工厂为例，该工厂采用jit制度，库存与自动化生产 线上物料供给必须配合车辆装配进度，人工追踪生产进度的基本手段是采用条 形码或纸制识别卡，而它们又非常容易被毁坏、调换或遗失。因此，经常会造 成生产作业出现错误操作，如物料不能及时配送到正确位置等，致使生产过程 不断出现生产管理、物料管理和品质管理等方面的问题。 17 ford汽车公司墨西哥工厂2002年开始采用rfid技术解决此类问题。首先在 组装车辆的托架下面安装rfid 标签,，然后为每台组装车辆编制相应序号, 并 用读写器此序号写人rfid标签中，标签随着装配输送带一同前行。其次，将读 写器安装在生产线地板下面，根据需要分别在车体焊接部门、喷漆部门、组装 部门放置适量的读写器。当托架通过读写器时，读写器就可以自动获取标签中 的数据并经网络传送到中央电脑作业系统中，该系统对这些实时数据进行一系 列分析，使工作人员及时了解物料配送、制造成本、产品质量以及生产技术等 多方面的现场运作情况。对异常情况，该系统还可立即通过分析提出相应解决 方案,，这就有效避免了由人工处理易产生错误的弊端需要指出，rfid 标签与 读写器之间传输的信号易受金属阻隔或反射，因此标签不能安装在正组装的车 辆上，ford公司墨西哥工厂用特殊材料制成托架，使安装在这种托架上的 rfid 标签能与读写器进行有效的数据传输。 因此，在汽车整车装配环节应用rfid技术有如下效益： (1) rfid标签代替了条形码或纸制识别卡，使工厂基本实现了无纸化操 作；工作人员更新整车装配进度、确认每一工序基本步骤是否正确完成以 及落实物料供应情况更加高效；rfid标签的重复使用还可节省大量成本。 (2) rfid技术远距离非接触式自动获取数据以及可承受恶劣工作环境 （如脏污、油渍、高温与完全覆盖的油漆等），使工厂能准确获取相关数 据并送至应用系统对数据进行实时在线分析和处理，实现了对车辆装配进 度的自动实时追踪与有效监控。 3.4 射频技术在车辆管理方面的应用 车辆是道路交通安全中的基本要素之一，也是造成道路交通事故的重要因 素之一，在现代社会中，车辆成为大家不可缺少的交通工具，当然车辆的管理 也是必不可少，以免造成不必要的财产损失和人员伤亡。 3.4.1 车辆管理在我国的现状 现在我国车辆每年都在以20%的速度增加，国内车辆目前已经超过6000万辆， 驾驶员超1亿，对车辆的精准管理有着巨大而迫切地需求。正是在这种巨大的客 18 观需求的环境下，2007年三月十四日国家发改委618号文关于组织开展信息化 试点工作的通知，明确鼓励公安基于无线射频技术实现对车辆的精准管理， 重点解决车辆自动识别、动态监测、车牌套用与防伪等方面的问题。经过多次 遴选和十一月的专家评审，目前正处在最后的评定阶段。基于rfid技术实现对 车辆服务和管理的建设模式和运营模式将有别于现在已建成的一些闭环式的 rfid技术系统,会成为一个带动rfid应用的标志性工程。发改委近日发布的首 批信息化试点rfid单位名单中,南京市公安局以基于rfid和视频识别的特种车 辆治安防控体系建设项目位列其中。一旦明后年发改委的示范应用试点项目成 功，车辆精准管理一定会形成一个巨大的rfid应用市场。 3.4.2 射频技术在车辆管理中的应用 rfid的应用分为低频、高频和超高频。lf频段目前主要应用于id 卡考勤等 方面。hf频段应用于交通卡，二代身份证等，产业较为成熟，成本较低，课存 储容量大。uhf 频段由于其具有可远距离识别和在可高速移动状态下识别的特 点，应用于车辆管理有巨大的潜力。但目前hf频段的读写器与标签成本都比较 低，而uhf频段的读写器和大容量标签成本相对较高。 在这中情况下，rfid技术能否大规模应用于车辆治安管理呢？ 一个关键问题就是rfid的技术进步和成本降低。目前，rfid发展有着许多 优良的条件： 从政府层面，国家发改委618号文件提出的多个试点工程中，首次将“无线 射频技术（rfid）应用，带动我国自主知识产权的无线射频技术与产品的产业 化”，列为其中的一项重要内容。发改委的这种推动，对于带动整个rfid应用 的发展，我认为有着极其重要的作用。另外，国家金卡工程15周年纪念活动 第六届中国（北京）rfid国际峰会的召开，参与了众多的部委、行业和企业， 这一事件对于推动我国rfid产业的发展也非常有意义。 从应用创新方面：rfid技术在防伪制证领域得到了快速发展。rfid在两会、 奥运会证件管理中的应用，极大地带动了全国电子票证的应用。公安部三所又 在全力推动世博会施工期间车辆证件管理上uhf频段的 rfid的应用。 在技术创新层面随着。年月无委会正式发布频段射频识别技术应用规定 19 规划了频段rfid技术的具体使用频率。今年国内