RFID技术及其在安全中应用PPT课件.ppt

射频识别技术及其在安全中应用 主讲人 罗周全教授 1 射频识别技术 2 一 射频识别技术及其特点 射频识别 RadioFrequencyIdentification RFID 又称电子标签 E Tag 是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术 射频识别技术 3 RFID最早的应用可追溯到第二次世界大战中用于区分联军和纳粹飞机的 敌我辨识 系统 随着技术的进步 RFID应用领域日益扩大 并将成为未来信息社会建设的一项基础技术 射频识别技术 4 射频识别技术RFID利用射频方式进行非接触双向通信 实现人们对各类物体或设备 人员 物品 在不同状态 移动或静止 下的识别和数据交换 与同期或早期的接触式识别技术不同 RFID系统的射频识别卡和读卡器之间不用接触就可完成识别 射频识别技术 5 操作方便 工作距离长 可以实现对移动目标的识别 特点一 射频识别技术特点 6 无硬件接触 避免了因机械接触而产生的各种故障 使用寿命长 特点二 射频识别技术特点 7 射频识别卡无外露金属触点 整个卡片完全密封 具有良好的防水 防尘 防污损 防磁 防静电性能 适合恶劣环境条件 如温 湿变化大 灰尘多 难以保持卡面清洁的井下环境 下工作 特点三 射频识别技术特点 8 对无线传输数据都经过随机序列的加密 并有完善 保密的通信协议 卡内序列号是唯一的 制造商在卡出厂前已将此序号固化 安全性高 特点四 射频识别技术特点 9 卡内具有防碰撞机制 可实现同时对多个移动目标进行识别 特点五 射频识别技术特点 10 信号的穿透能力强 可穿透墙壁 路面 衣物 人等 数据传输量小 抗干扰能力强 感应灵敏 易于维护和操作 特点六 射频识别技术特点 11 1940 1950年 雷达的改进和应用催生了射频识别技术 1948年奠定了射频识别技术的理论基础 二 射频识别技术的发展 RFID发展 12 1950 1960年 早期射频识别技术的探索阶段 主要处于实验室实验研究 RFID发展 13 1960 1970年 射频识别技术的理论得到了发展 开始了一些应用尝试 RFID发展 14 1970 1980年 射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期 各种射频识别技术测试得到加速 出现了一些最早的射频识别应用 RFID发展 15 1980 1990年 射频识别技术及产品进入商业应用阶段 各种规模应用开始出现 RFID发展 16 1990 2000年 射频识别技术标准化问题日趋得到重视 射频识别产品得到广泛采用 射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分 RFID发展 17 2000年后 标准化问题日趋为人们所重视 射频识别产品种类更加丰富 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发展 18 基本的RFID系统由RFID标签 Tag RFID阅读器 Reader 及应用支撑软件等几部分组成 如下图所示 基本RFID系统构成 三 RFID系统基本构成 19 RFID标签 Tag 由芯片与天线组成 每个标签具有唯一的电子编码 标签附着在物体上以标识目标对象 RFID标签 20 RFID标签依据发送射频信号的方式不同 分为主动式 Active 和被动式 Passive 两种 主动式标签主动向读写器发送射频信号 通常由内置电池供电 又称为有源标签 被动式标签不带电池 又称为无源标签 其发射电波及内部处理器运行所需能量均来自阅读器产生的电磁波 被动式标签在接收到阅读器发出的电磁波信号后 将部分电磁能量转化为供自己工作的能量 RFID标签 21 主动式标签通常具有更远的通信距离 其价格相对较高 主要应用于贵重物品远距离检测等应用领域 被动式标签具有价格便宜的优势 但其工作距离 存储容量等受到能量来源的限制 RFID标签 22 RFID阅读器 Reader 的主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号 并接收标签的应答 对标签的对象标识信息进行解码 将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理 根据应用不同 阅读器可以是手持式或固定式 RFID阅读器 23 RFID应用支撑软件除了标签和阅读器上运行的软件外 介于阅读器与应用之间的中间件是其中的一个重要组成部分 RFID应用支撑软件 24 中间件为应用提供一系列计算功能 在电子产品编码 ElectronicProductCode EPC 规范中被称为Savant 其主要任务是对阅读器读取的标签数据进行过滤 汇集和计算 减少从阅读器传往企业应用的数据量 RFID应用支撑软件 25 Savant还提供与其他RFID支撑系统进行互操作的功能 Savant定义了阅读器和应用两个接口 用户可以根据工作距离 工作频率 工作环境要求 天线极性 寿命周期 大小及形状 抗干扰能力 安全性和价格等因素选择适合自己应用的RFID系统 RFID应用支撑软件 26 RFID系统在实际应用中 电子标签附着在待识别物体的表面 电子标签中保存有约定格式的电子数据 阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据 从而达到自动识别物体的目的 四 RFID基本工作原理 27 阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号 当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量 发送出自身编码等信息 被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理 RFID工作原理 28 在电磁场系统中 阅读器发出一个电磁波 电磁波以一个球形波向前传播 电子标签位于电磁场中 淹没在这样传播的电磁波中并从电磁波中收集一些能量 在任何一个点上 可用的能量的大小与该点距发射机的距离有关 RFID感应基本原理图 RFID工作原理 29 五 RFID技术应用 射频识别技术在国外发展非常迅速 在北美 欧洲 大洋洲等地 被广泛应用于工业自动化 商业自动化 交通运输控制管理等众多领域 汽车 火车等交通监控 高速公路自动收费系统 停车场管理系统 物品管理 流水线生产自动化 安全出入检查 仓储管理 动物管理 车辆防盗等 30 车辆自动识别方面 早在1995年北美铁路系统就采用了射频识别技术的车号自动识别标准 在北美150万辆货车 1400个地点安装了射频识别装置 近年来 澳大利亚开发了用于矿山车辆的识别和管理的射频识别系统 RFID应用 31 在高速公路收费及智能交通方面 香港 驾易通 采用的就是射频识别技术 装有射频标签的汽车能被自动识别 无须停车缴费 大大提高了行车速度和效率 利用射频识别技术的不停车高速公路自动收费系统是将来的发展方向 人工收费包括IC卡的停车收费方式也终将被淘汰 RFID应用 32 在货物的跟踪 管理及监控方面 澳大利亚和英国的西思罗机场将射频识别技术应用于旅客行李管理中 大大提高了分拣效率 降低了出错率 欧共体就要求从1997年开始生产的新车型必须具有基于射频识别技术的防盗系统 我国铁路行包自动追踪管理系统在计划推广之中 真正应用还要假以时日 RFID应用 33 在射频卡应用方面 1996年韩国就在汉城的600辆公共汽车上安装射频识别系统用于电子月票 实现了非现金结算 而德国汉莎航空公司则开始试用射频卡作为飞机票 改变了传统的机票购销方式 简化了机场人关的手续 在我国 射频卡主要应用于公共交通 地铁 校园 社会保障等方面 上海 深圳 北京等地陆续采用了射频公交卡 RFID应用 34 在生产线的自动化及过程控制方面 德国BMW公司为保证汽车在流水线各位置准确的完成装配任务 将射频识别系统应用在汽车装配线上 而Motoro1a公司则采用了射频识别技术的自动识别工序控制系统 满足了半导体生产对于环境的特殊要求 同时提高了生产效率 RFID应用 35 在动物的跟踪及管理方面 许多发达国家采用射频识别技术 通过对牲畜个别识别 保证牲畜大规模疾病爆发期间对感染者的有效跟踪及对未感染者进行隔离控制 RFID应用 36 射频识别技术在安全中应用实例 37 无线及移动通信设备的应用带动了人们对位置感知服务的需求 人们需要确定物品的三维坐标并跟踪其变化 现有的定位服务系统主要包括基于卫星定位的GPS系统 基于红外线或超声波的定位系统以及基于移动网络的定位系统 RFID为人与物体的空间定位与跟踪服务提供了一种新的解决方案 38 RFID定位与跟踪系统主要利用标签对物体的唯一标识特性 依据阅读器与安装在物体上的标签之间射频通信的信号强度来测量物品的空间位置 主要应用于GPS系统难以应用的室内定位 39 一 矿山井下人员跟踪定位 矿井危险性事故时有发生 井下复杂的环境给人员撤离和事故抢救带来极大困难 若能及早确定井下人员所处的位置 会给营救工作带来极大方便 将人员损失减少到最小 40 现有的识别技术 无论是IC卡 手纹识别技术还是红外线编码识别技术只能实现简单的人员考勤 无法很好解决对多个移动的物体和人员进行快速识别和跟踪 采用RFID自动识别技术 对井下人员 设备进行跟踪定位在一定程度上能够保障人员生命安全 减少财产的损失 井下人员跟踪定位 41 将阅读器安装在井下一些重要的峒室 危险区等需要监控的地方 分布区域的大小可视井下具体环境而定 射频识别卡可以内嵌在安全帽中 无需附加携带装备 在井下 员工只要穿过感应区域 读卡器就将接收到的数据经传输电缆传送到地面中心站 处理后保存到数据库服务器中 井下人员跟踪定位 42 井下人员跟踪定位原理 人员监测定位系统的主要工作原理是应用射频识别技术及现代计算机通讯技术 在地面控制室设置计算机监控中心 在井下需要进行人员跟踪的区域和巷道中根据现场具体需要放置一定数量的无线读卡器 地面 井下之间通过CANBus总线相连接 井下人员携带射频识别标签 RFID 当人员经过某读卡器时 该读卡器将接收到识别卡发送出的ID码 并将此ID码随同读卡器自身的地址码一起经由CAN总线传送给监控机 系统通过读卡器与射频识别标签之间的无线通讯 实现对被识别对象的目标定位 43 井下人员跟踪定位原理 系统原理如图 每个监测点由一个网桥 两个读卡器 以及电源和三通组成 安装于连通井下两个相邻区域的通道上 44 井下人员携带识别卡从区域1经过通道走到区域2 他必然先后经过读卡器1和读卡器2 当读卡器1和读卡器2先后检测到识别卡发出的信息之后 从监测点局部CAN总线发送给网桥3 网桥3分析读卡器1和读卡器2发来的信息及先后次序等因素之后 得出某人员 识别卡 从区域1移动到区域2 于是 把这一结果经由全局CAN网发送给监控机 监控机接收到网桥3发来的结果后 从区域1的人员 识别卡 信息数据库中 删除有关该人员 识别卡 的记录 而在区域2的人员 识别卡 信息数据库中增加有关该人员 识别卡 的记录 同理也可分析 当有人从区域2走到区域1时的情况 井下人员跟踪定位原理 45 井下人员跟踪定位系统功能 1 图像显示功能 监控主机显示器能显示井下各工作区域的图形以及各工作区之间的通道图形 能够显示各监测点 读卡器的分布情况以及各设备的运行状态 如图所示 46 2 实时动态显示功能 实时动态显示读卡器 人员的相对位置 从图可以看出 绿色的圆点表示读卡器的位置 红色的标记为在巷道里活动的人员 井下人员跟踪定位系统功能 读卡器 人员 47 3 人员轨迹查询 可查找某个人在某个时间段内所经历的路径 并在图中画出线路轨迹 如图所示的某人员的活动对话框 从中可以看出该员工的不同时间的段所经过的位置 井下人员跟踪定位系统功能 48 4 丰富的下井考勤能力 可对出入井人员进行统计 实现下井人员考勤 建立人员出入井信息表 如图为某部门的出勤人员的月统计表 井下人员跟踪定位系统功能 49 井下人员跟踪定位系统功能 5 系统具有定时 或手动 自检功能 如读卡器 通信网桥发生故障 系统将立即以图标形式指示发生故障的设备 50 井下人员跟踪定位系统功能 6 信息查询功能 管理人员可通过监控中心随时查阅下井人员的总人数以及各自的姓名 工号 年龄 职务或工种以及下井时间等信息 也可随时查阅 冻结当时井下某工作区域的人数以及姓名 年龄等信息 如图所示 51 井下人员跟踪定位系统功能 7 丰富的地图功能 具有放大 缩小 移动 标尺测距 视野控制 中心移动 打印等功能 52 井下人员跟踪定位系统功能 8 点击读卡器图标弹出含有最近经过此读卡器的人员 或车辆 及经过时刻的数据表格 53 井下人员跟踪定位系统功能 9 矿井目标定位 跟踪 可以显示被跟踪的设备在井下的分布 位置 可以对指定人员 设备进行定位和跟踪 可以查询特定人员 车辆在井下的位置 下图为指定人员在井下位置的显示图 上面一栏显示的是查询人员的基本信息 黄原点代表人员所在的位置 人员 54 井下人员跟踪定位系统功能 10 对某些下井工作的关键人员进行突出跟踪监测显示 可查找某个人在某个时间段内所经历的路径 并在图中画出线路轨迹 11 禁区报警功能 对于指定的禁区 如果有人员进入 实时声音报警 并显示进入禁区的人员 12 系统设有备份监控机 当系统主控机出现故障 备用机将立即启动 使系统继续正常运行 13 系统报警与自检功能 由于通信网桥 读卡器故障 识别卡电池电量耗尽等也会引起报警 14 本系统能显示全部报警或分类报警 所有报警均按时间顺序保存在数据库里 每个报警记录内容包括 发生报警的时间和日期 报警位置 类型等 55 井下人员跟踪定位系统功能 15 紧急事件处理 一旦发生各类事故 上位机立即能显示出事故地点的人员数量 人员信息 人员位置等信息 16 识别卡在监测区域内停留的时间超过设定值 可以启动声光报警 17 人员误导进入设定的特殊区域或者盲道也可以触发报警 并启动干预措施 18 安全监测管理 跟踪安全监测人员在井下的运动轨迹 记录他们在各区域及各监测点的停留时间 从而保证安全检测工作的严格执行 56 对于重要机关 大型厂矿企业或其他要害部门或设施可以运用RFID系统进行人员出入自动识别管理 可以有效防止非法人员进出给本单位的管理带来干扰和破坏 实现人员管理的智能化 科学化和自动化 有效控制无关人员的进出 提高管理效率 二 人员进出自动识别管理 门禁管理 57 系统阅读器将低频的加密数据载波信号 132 3KHz 经发射天线向外发送 射频卡进入低频的发射天线工作区域后被激活 同时将加密的载有目标识别码的高频加密载波信号 315MHz 经卡内高频发射模块发射出去 接收天线接收到射频卡发来的载波信号 经阅读器接收处理后 提取出目标识别码送至计算机 完成预设的系统功能和自动识别 实现目标的自动化管理 系统基本原理 58 系统基本功能 远距离识别 1m 10m 免刷卡操作 方便用户 富人性化管理 自动记录人员进出的时间 地点信息 同时允许多人同行 功能一 59 人员进出可实现图像对比 有效控制无关人员进出 系统可实现未授权卡 失效卡 报失卡 黑名单卡 通过提供报警信号 功能二 系统基本功能 60 对射频卡设置相应权限 控制有关人员可出入的地点