基于RFID的地震遺址導(dǎo)覽與安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：為了設(shè)計實現(xiàn)北川地震遺址導(dǎo)覽與安全監(jiān)控系統(tǒng)，主要基于RFID技術(shù)，設(shè)計了包括智能化現(xiàn)場導(dǎo)覽管理，地震危險區(qū)域參觀人員的安全監(jiān)控，以及后臺軟件平臺管理，完成了對遺址區(qū)域內(nèi)人員的全過程動態(tài)監(jiān)管，實現(xiàn)了基于RFID技術(shù)的地震遺址參觀管理模塊的創(chuàng)新。
關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；PDA；地震遺址管理；現(xiàn)場導(dǎo)覽

0 引言
    北川廢墟作為汶川大地震的產(chǎn)物，告訴了人們過去發(fā)生的重大災(zāi)難，也警示人們?nèi)绾卧诖鬄?zāi)難面前更好地做好自我防護才能有效保護生命。由于地震遺址場所的特殊性，如何更好地實現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)參觀人員的導(dǎo)覽管理、安全監(jiān)控等，都是該智能化管理系統(tǒng)的重中之重。
    鑒于此，本文提出基于RFID(Radio Frequency Identification，無線射頻識別)技術(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)控參觀人員的行跡，并結(jié)合PDA移動應(yīng)用終端，將人員實時監(jiān)控與精確定位技術(shù)相融合，實現(xiàn)基于RFID技術(shù)的地震遺址參觀管理系統(tǒng)的創(chuàng)新。在RFID技術(shù)的應(yīng)用中，常規(guī)的方法都是通過后臺應(yīng)用系統(tǒng)或者直接在終端設(shè)備上進行操作，再將終端收集的數(shù)據(jù)上傳并進行處理。但考慮到PC機和筆記本電腦均存在著體積過大，攜帶、供電不便等諸多問題，而PDA是一種比筆記本電腦要小巧輕便的數(shù)據(jù)終端，其數(shù)據(jù)處理、信息管理和電子商務(wù)等功能完善。現(xiàn)將RFID和PDA結(jié)合應(yīng)用，不僅保持了PDA的原有功能，而且還具有了對射頻卡的讀、寫能力，可充分利用PDA具有多種高級數(shù)據(jù)采集功能以及靈活的語音和數(shù)據(jù)通訊功能，并且與無線局域網(wǎng)實現(xiàn)同步，結(jié)合對射頻卡的讀、寫能力，能實時訪問數(shù)據(jù)信息，形成具有高可靠性、低功耗、操作簡單、模塊化設(shè)計的智能掌上數(shù)據(jù)處理終端設(shè)備，同時還能提供豐富的應(yīng)用軟件資源和硬件接口等。基于PDA的RFID人員信息采集裝置可大大提高地震遺址參觀管理系統(tǒng)的工作效率，為參觀人員提供方便高效的導(dǎo)覽服務(wù)模式，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集、電子管理的發(fā)展方向，同時在PDA移動終端上亦能方便、快捷地進行二次應(yīng)用開發(fā)。

1 RFID系統(tǒng)工作原理
    RFID是通過讀寫器與安裝在物品上的電子標(biāo)簽的電磁耦合或電感耦合來進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)對物品自動識別，是連接物理空間中的物體和信息空間中的ID的紐帶。RFID還是惟一可以實現(xiàn)多標(biāo)簽同時識別的自動識別技術(shù)。此技術(shù)的實時數(shù)據(jù)獲取功能和對外界環(huán)境較強的適應(yīng)能力，是實現(xiàn)地震遺址此類大型參觀區(qū)域中數(shù)目眾多的人員信息快速、準(zhǔn)確、實時獲取的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)對廣范圍內(nèi)的參觀人員群體實行實時導(dǎo)覽、定位、安全監(jiān)控、危險區(qū)域預(yù)警等智能化管理的有力保障。
    典型的RFID系統(tǒng)主要由讀寫器、電子標(biāo)簽、中間件和應(yīng)用系統(tǒng)軟件組成。RFID系統(tǒng)基本工作原理如下：由讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進入有效工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量，電子標(biāo)簽被激活，使得電子標(biāo)簽將自身編碼信息通過內(nèi)置射頻天線發(fā)送出去；讀寫器的接收天線接收到從標(biāo)簽發(fā)送來的調(diào)制信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器信號處理模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后將有效信息送至后臺應(yīng)用系統(tǒng)進行相關(guān)的處理；應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算識別該標(biāo)簽的身份，針對不同的設(shè)定作出相應(yīng)的處理和控制，較終發(fā)出指令信號控制讀寫器完成相應(yīng)的讀寫操作。
    本文采用的是北京洪德智源信息技術(shù)有限公司的JX3000R手持RFID智能移動信息終端。該終端充分結(jié)合RFID，PDA，GPS，GIS等技術(shù)，為系統(tǒng)提供了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與管理功能。系統(tǒng)RFID識讀采用2．4～2．483 GHz頻段，能可靠識讀靜止或快速移動的目標(biāo)，識讀距離為50～150 m，識讀無盲區(qū)，發(fā)射功率為-16～4dBm范圍內(nèi)可調(diào)。天線采用內(nèi)置全向天線，振動沖擊符合《GJB-150-86》標(biāo)準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    本系統(tǒng)主要由3個主要單元組成：智能化現(xiàn)場導(dǎo)覽管理(下面簡稱“現(xiàn)場導(dǎo)覽單元”)，地震危險區(qū)域參觀人員的安全監(jiān)控(下面簡稱“安全監(jiān)控單元”)，以及后臺軟件平臺管理(下面簡稱“后臺管理單元”)，如圖1所示，系統(tǒng)的主要功能模塊說明如下：

    地震遺址區(qū)域內(nèi)導(dǎo)游由手持的PDA移動終端，現(xiàn)場實時采集參觀人員的RFID標(biāo)簽ID信息，并通過GPS確定導(dǎo)游自身的位置，由CDMA無線通信技術(shù)將ID信息、位置信息等傳送至后臺管理單元的數(shù)據(jù)庫中，并由GIS地理信息系統(tǒng)直觀地將位置信息顯示在后臺監(jiān)控終端上，可實現(xiàn)對導(dǎo)覽對象的全過程動態(tài)監(jiān)控。若有參觀人員闖入預(yù)先定義的危險區(qū)域時，現(xiàn)場的RFID閱讀器將該人員的RFID標(biāo)簽ID信息，由CDMA技術(shù)傳送至后臺管理單元的監(jiān)控終端，并立即觸發(fā)現(xiàn)場的報警器。
2．1 現(xiàn)場導(dǎo)覽單元
    現(xiàn)場導(dǎo)覽單元中，遺址區(qū)域內(nèi)導(dǎo)游由手持的PDA移動終端，現(xiàn)場實時采集參觀人員的RFID標(biāo)簽ID信息，并通過GPS確定導(dǎo)游的具體位置，由CDMA無線通信技術(shù)將ID信息、位置信息等傳送至后臺管理單元的數(shù)據(jù)庫中，并由GIS地理信息系統(tǒng)直觀地將位置信息顯示在后臺監(jiān)控設(shè)備上，可實現(xiàn)對導(dǎo)覽對象的全過程動態(tài)監(jiān)控。此現(xiàn)場導(dǎo)覽單元的流程圖，如圖2所示。

    本文設(shè)計的現(xiàn)場導(dǎo)覽單元中，PDA移動終端平臺集成了RFID，GPS，GIS，CDMA等技術(shù)，可實現(xiàn)文件管理、RFID數(shù)據(jù)采集、GIS地圖管理、GPS定位與CDMA無線通信等功能。如圖3所示。

    文件管理  其主要功能是實現(xiàn)文件的接收、發(fā)送、打開、以及保存等管理操作。其中文件中的信息主要包括，對應(yīng)導(dǎo)游帶領(lǐng)的參觀人員RFID標(biāo)簽ID號的顯示、保存，以及預(yù)先設(shè)定好的遺址區(qū)域危險區(qū)信息的顯示、保存等。
    RFID數(shù)據(jù)采集  其主要功能是實現(xiàn)參觀人員的在參觀過程中的數(shù)據(jù)信息管理，實現(xiàn)實時監(jiān)控導(dǎo)覽，監(jiān)控等功能。在導(dǎo)覽過程中，導(dǎo)游可由嵌入PDA的RFID閱讀器實時采集參觀人員的RFID信息。若有人越出預(yù)先設(shè)定的距離，在PDA上將報警并顯示出對應(yīng)的身份信息，方便導(dǎo)游實現(xiàn)人員管理。
    GIS地圖管理  其主要功能是結(jié)合嵌入式GIS組件來進行二次開發(fā)，在PDA上完成對地圖的基本操作，包括導(dǎo)游對各種尺度的地震遺址地圖進行瀏覽，并可對地圖進行平移、放大、縮小等各種操作。若后臺監(jiān)控中心指導(dǎo)區(qū)域內(nèi)導(dǎo)游變換導(dǎo)覽路線，導(dǎo)游借由PDA接收到導(dǎo)覽指示后，可由電子地圖模塊測得下一個參觀點距離本地的直線或?qū)в[路徑的距離。
    GPS定位與CDMA通信  其主要功能是利用GPS進行定位，以及與后臺服務(wù)器端的數(shù)據(jù)基于CDMA技術(shù)實時通訊，完成PDA與數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)交換，為后臺監(jiān)控中心實現(xiàn)遺址區(qū)域?qū)崟r監(jiān)控提供數(shù)據(jù)信息保障。
2．2 安全監(jiān)控單元
    本安全監(jiān)控單元的監(jiān)控形式包括兩種，主動監(jiān)控和被動監(jiān)控。主動監(jiān)控是系統(tǒng)自動識別參觀人員的安全隱患，自動報警；被動監(jiān)控是在接收到參觀人員或者導(dǎo)游的報警信息后發(fā)出報警。此安全監(jiān)控單元的工作流程圖，如圖4所示。

    主動安全監(jiān)控  北川地震遺址遺跡博物館中有一些危險區(qū)域是禁止參觀人員進入的。根據(jù)危險區(qū)域的范圍進行RFID標(biāo)簽部署和實施，形成一定的RFID識讀區(qū)域，當(dāng)參觀人員進入RFID識讀區(qū)域，RFID系統(tǒng)會識讀參觀人員的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，立即發(fā)出報警，提醒參觀人員離開該危險區(qū)域，同時在后臺管理單元的電子地圖上高亮閃爍進入危險區(qū)的參觀人員位置，并顯示該人員的ID信息等，提示并輔助管理人員安排危險狀況的排除工作。
    被動安全監(jiān)控  被動安全監(jiān)控由參觀人員或者導(dǎo)游通過PDA向后臺管理單元發(fā)送報警信息，后臺在收到報警信息后啟動報警。當(dāng)參觀人員在參觀過程中遇到不可預(yù)料的危險狀況時，參觀人員可通過PDA向后臺管理單元發(fā)送報警信息；當(dāng)在游覽過程中有參觀人員脫離了導(dǎo)游的視線或者控制范圍，導(dǎo)游無法對其安全進行保證的時候，導(dǎo)游可以用PDA向后臺管理中心發(fā)送報警信息。后臺接到報警信息后自動觸發(fā)報警器，發(fā)出報警聲，并在電子地圖上高亮閃爍進入遇到危險的參觀人員位置或者報警的導(dǎo)游的位置，顯示參觀人員的ID信息等，提示并輔助管理人員安排危險狀況排除工作。
2．3 后臺管理單元
    后臺管理單元，主要通過RFID等先進技術(shù)采集的參觀人員的信息，結(jié)合GIS技術(shù)、GPS技術(shù)、CDMA技術(shù)等，實時展示游覽軌跡，實現(xiàn)圖形、屬性互相查詢，實現(xiàn)了對導(dǎo)覽對象的全過程動態(tài)監(jiān)控管理。根據(jù)應(yīng)用需求，設(shè)計的后臺管理單元主要包括：系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、地圖管理、參觀人員統(tǒng)計、危險區(qū)劃分、軌跡追蹤和安全監(jiān)控，如圖5所示。

    系統(tǒng)管理：主要有系統(tǒng)登錄、用戶管理、系統(tǒng)幫助三個功能模塊，系統(tǒng)管理員可對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行增加、刪除和修改等操作。
    數(shù)據(jù)管理：實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)入庫和管理、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)檢索和查詢等功能。
    地圖管理：實現(xiàn)基礎(chǔ)地圖管理功能，為直觀的顯示和分析提供基礎(chǔ)地圖服務(wù)和管理。
    危險區(qū)劃分：利用GIS空間分析功能，對危險源(點／面)進行緩沖區(qū)分析，得出北川地震遺址的危險區(qū)劃分，直觀地顯示出危險點／面的位

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