基于RFID技术的渔船身份识别系统模式研究

上海开创远洋渔业有限公司 周国强

长海渔港监督处 曲绍东

大连渔港监督局 郭庆祝

基于RFID技术的渔船身份识别系统模式研究

上海开创远洋渔业有限公司 周国强

长海渔港监督处 曲绍东

大连渔港监督局 郭庆祝

利用渔船RFID系统，实现船舶身份电子信息识别，结合港口和船舶的基础信息数据和管理信息数据，实现对船舶、港口、船员和主管部门管理资源的一体化管理、服务和调度，为渔业生产开辟了全新的安全监管模式。

RFID；识别；系统

一、引言

渔船是我国海洋渔业生产数量最多、效用最大的运载和作业工具。长期以来，渔船的身份管理主要通过人工核对船上船名号来进行，很难解决船舶套牌和遮挡、涂改、假冒船名号以逃避行政监管等问题。目前，我国渔业海上渔政管理、安全执法检查和港口签证管理主要是靠执法人员直接登船检查，在海况恶劣时执法检查安全风险较大，且工作效率较低。应用RFID射频技术，在渔船上固定电子标签后，就可以赋予渔船一个“电子身份证”，不仅实现了海上渔政管理、安全执法检查和渔船进出港签证的电子信息化管理，还有效解决了目前渔船数量较多、执法力量不足的现实问题，可为行政管理部门做出管理决策提供翔实、准确、及时的基础数据信息，显著提升了渔业安全监管的行政能力和管理水平。

二、RFID技术简介

RFID（Radio Frequency Identification，RFID）是20世纪80年代兴起并逐渐走向成熟的一项无线射频技术，系统由射频电子标签、读写器和数据中心平台组成。射频标签承载目标物属性信息，读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，射频标签进入读写器发射天线工作区域时产生感应电流，获取能量后被激活，将目标物属性编码等信息通过标签内的发送天线发送出去。读写器接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号后，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行调节和解码，然后送到计算机后台主系统进行相关处理，实现用户各项需求功能。

如今，RFID技术成为自动识别技术中发展最为迅速的技术之一，其优势主要表现在：识别速度快，可以同时识别多个目标或运动目标；标签体积小，置于待识别目标上的电子标签可制作成大小不一、外形各异的多种形式，且可以重复使用；数据存储容量大，电子标签中可以存储高达数兆字节的信息；识别距离远，RFID身份识别系统的识别距离可达数百米至上千米；环境适应性强，可应用于从室内到野外的各种场合，穿透性强，抗污染能力强，安全性和可靠性高，对存储在电子标签中的数据和射频通信过程中的数据进行加密，从而确保信息不被窃取和修改。

三、渔船RFID身份识别系统设计

考虑渔船海上生产的特殊性、作业环境的恶劣性和射频识别的工作特点（安置在渔船上的电子标签距离读写器比较远），渔船RFID身份识别系统应设计为在严酷环境下工作的有源（标签内部电池供给）主动式射频识别系统，以满足射频系统适应环境和抗干扰能力强、识别距离远的需求。渔船RFID系统由有源射频标签、读写器（固定式、手持式、船载式）、数据中心平台3个基本硬件部分和系统管理软件组成。系统通过安装在渔船上的RFID电子标签，读取渔船相关属性信息，自动获取进出港渔船及其持证、安全设备等基本情况，实现身份识别和进出港签证信息化管理。渔船RFID身份识别系统结构图如图1所示。

图1 渔船RFID身份识别系统结构图

（1）RFID系统电子射频标签。射频标签的数据信息模块集成在芯片上，实现与读写器的数据通信。应建立标准的电子射频标签系统（RFID）数据通信协议，实现对船舶动态数据及船舶资料文件进行管理，保证系统稳定可靠并可扩展，实现船舶进出港智能化管理系统（COS）和船舶信息终端数据进行实时操作并进行整合。芯片上的内存部分用来储存识别号码或其他数据，如渔船的基本技术数据、类型、产权登记、历次检验、安全设备配备、渔业许可、保险和船员情况等。标签要具有唯一性，一船一标签，利用（密钥种子＋随机数＋固定常数）进行SHA1运算，并将运算结果与明文数据进行异或得到密文，解密时提取随机数，再利用（密钥种子＋随机数＋固定常数）进行SHA1运算，将运算结果与密文进行异或，还原出明文。通过专有的加密技术和封装技术，标签具有不可复制性，从而保证了标签的真实性和高安全性，消除了标签被伪造的可能性。电子标签也可通过专门的防拆卸触发机构设计并在嵌入式控制软件控制下实现拆卸触发报警和报警结束后自毁，从而实现防拆卸和杜绝标签“套牌”。

（2）固定式、手持式、船载式读写器。该类读写器由发射单元、接收单元、信号处理控制单元和电源组成。读写器通过天线向电子标签发送射频调制信号（询问信号），并通过天线接收从标签返回的信息（应答信号），然后通过渔船综合管理系统（后台软件系统），全面了解存储在标签里的渔船基本属性信息。当船舶进出港口时，安装在港口的标签读写器将信息实时记录下来，从而实现船舶进出港的数字化监管；当渔船停泊在港口时，手持式电子标签读写器可移动稽查、移动办公；当渔船在海上生产作业时，船载式电子标签读写器可移动执法、现场办公。

（3）数据信息管理平台。渔船身份识别数据信息管理系统软件是整个系统的最终用户界面，应用Visual C++6.0，SQL Server2000等软件设计电子标签的内部编码格式和串口通信协议，开发射频识别中间件，在应用程序设计时无须考虑读写器与电子标签的硬件复杂性，便于应用程序功能的实现和维护，并为以后采用不同的射频识别硬件保留接口。RFID电子标签、读写器采集的数据最终通过此软件传递给用户进行操作和管理。软件包含的数据信息要求完备，包括船舶的基本信息、持证情况、船舶安全设备配置情况、船上人员信息、船舶违章记录情况、到港签证情况等。软件的数据信息通过异步数据更新和数据包加载，定期更新采集数据到网络服务器上，客户端只要定期下载更新，即可实现软件的数据同步，并通过对服务器上的数据进行定期备份来保证数据的可靠和安全。

四、RFID身份识别系统构成

射频电子标签。船载电子标签根据管理需求由厂家定制，并设计唯一的ID号，该ID号可以通过RFID船载电子标签管理系统与船舶参数信息绑定。使用时，船载电子标签应安装在船舶指定位置，标签ID号就是船舶身份证。

RFID读写器。读写器作为船载电子标签的数据采集设备，主要用于采集过往船舶的ID信息，并通过有线或无线数据通信方式上传数据至数据采集服务器。船载电子标签与RFID读头通信采用国家无线电管理委员会批准的2.4G频段。

数据采集服务器控制系统。读写器通过VPN/VPDN接入数据采集服务器，数据采集服务器控制系统负责接收多个读写器的数据，并把服务器接收到的数据进行预处理、数据库存储和数据发布，最后提供给相关系统应用。

读写器管理系统。读写器管理系统主要负责港口读写器基本信息和信息部署管理，确保所有读头能正常在线，对不在线的系统会提示报警，及时发现和诊断港口读写器的设备故障。

电子标签管理系统。电子标签管理系统主要负责船载电子标签的发卡、回收、挂失、注销、采购、分配、调配、接收等管理，严格RFID标签卡的管理工作。

五、RFID身份识别系统功能实现

渔船RFID系统充分利用现有的船舶基础信息数据库，保证系统信息的一致性和统一性。系统主要功能包括：

1.船舶进出港自动记录统计

采用港口双固定式读头方案或多读头方案，每当作业船舶进入港口和离开港口时都可以获得船只数据信息，这些数据信息将传输到身份识别系统已开发的进出港监管系统中心平台，使平台可以立刻获取并记录船只状态，供今后统计和查询。

2.船舶在港情况统计

系统可快速准确地统计出当前船舶在港情况，包括各港口船舶的分布情况。船舶在港情况统计能让渔业行政主管部门迅速获取目前在港船舶的信息、水上作业船舶的信息，在出现灾害性天气时，渔业主管部门能把工作重点放在未进港的船舶上，并有效地调配管理资源和执法力量，加强行政监管工作的针对性和有效性。

3.跟踪“隐患”船舶

当违章、年检过期、证书过期、未办理进出港等“隐患”船舶进出港口时，港航主管部门通过系统可马上获得信息，并采取有效措施促其整改，直至解决问题，及时消除安全隐患。

4.流量统计

系统能有效、精确地检测到经过读头附近的船舶数量，以每天、每月或每年的形式统计船舶的流量情况。船舶流量统计能让港航管理部门了解船舶进出港和锚泊信息，掌握航道是否拥挤，并且能根据流量统计信息，在船舶流量大的时候加强对船舶的管理，防止由于船舶流量过大造成违法船舶蒙混出海、航道内船舶碰撞等情况发生。

5.远程辅助执法

在执法船上安装船载读写器，执法船可在海上巡逻时远程读取、识别有效范围内的一条或多条船舶身份标识信息。通过数据链路在执法船舶和中心平台之间实现相互通信，将执法船捕获到的船舶身份标识信息发送到中心平台，中心平台负责船舶信息的判断，将结果（船舶是否在安全管理黑名单内，船舶捕捞许可证信息、船舶作业类型、船舶准许作业场所、船舶作业时限是否合法等）反馈给执法船舶，执法船舶以反馈结果为依据，采取相应的执法手段。

渔船RFID系统还可扩展，将现有的船舶证书管理系统、黑名单管理系统、船员管理系统、渔用柴油补贴管理系统、船舶图文档案管理系统、签证收费管理系统有机地结合起来，实现数据资源共享。

六、总结与展望

RFID技术在国际上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领域，在我国，由于这方面技术起步较晚，大规模的生产应用也刚刚起步。RFID技术在渔船安全管理上的应用也只是做了一些有益的探索，对船舶自动识别起到了很好的效果。RFID技术在船舶管理中的不断深入应用其意义重大，也必将在提升船舶管理效益和管理水平方面起到积极作用，尤其在实现船舶信息采集、船舶自动化监管、不停航检查、不停船收费、船舶证书防伪等方面应用前景广阔。