基于RFID技术的高栏终端安防管理系统设计与实现

于玺 彭桦

中图分类号：TP39 文献标识码：A

摘要：以物联网技术为基础，通过采用RFID技术、传感网技术、数据处理技术等信息化手段，提出了一种基于RFID无线传感网的智能安防管理系统。为陆上终端应急启动、指挥调度、统计分析和决策支持提供集成化、可视化、智能化、的综合数据监测管理平台，实现人员和车辆的智能感知、信息追溯、自动识别、定位、追踪及智能管理等功能。

关键词：RFID技术；陆上终端；智能安防管理系统

Design and Implementation on Smart Safe-Guard

System based on RFID of Gaolan Terminal

Yu Xi1 Peng Hua2

（1 CNOOC Mdt InfoTech Ltd.， Shenzhen Guangdong 518000；2 South Institute of CATR of M.I.I.T.， Shenzhen Guangdong 518000）

Abstract：On the basis of IOT， through adoption of Informationization such as RFID technology， sensor network technology， data processing technology and so on， a smart safe-guard system based on RFID wireless sensor network is put forward. That provides an integrated data management platform for emergency， command scheduling， statistical analysis， decision support for onshore terminals， realizing vehicle and personnel intellisense， information traceability， automatic identification， location， tracking and intelligent management， etc.

Key words：RFID technology；Onshore terminals；Intelligent security management system

1.引言

射頻识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）的全称是无线射频识别技术，是当今物联网[1]技术的一个重要体现，它是一种非接触式的自动识别技术，通过电磁波或电感祸合方式传递信号，以完成对目标对象的自动识别。与条形码、磁卡、接触式IC卡[2]等其它自动识别技术相比，RFID技术具有识别过程无须人工干预、可同时识别多个目标、信息存储量大、可工作于各种恶劣环境等优点。因此，RFID技术现今被广泛地应用于固定资产管理、动物和车辆识别、生产线自动化、门禁系统、仓储、物流配送及管理领域、公路收费、商品防伪、集装箱管理等领域。

基于RFID技术的安防管理系统是运行于人员、车辆等终端的智能系统，通过RFID技术以及其他动态数据信息采集技术，实现人员、车辆与特种设施的有效监测和数据的实时交互。系统通过传感器与RFID监控设备等前端采集系统数据进行实时上报处理，有效监测并及时发现问题，为人员及车辆管理提供可靠的数据依据，实现高栏终端数字化管理，为其安全生产提供可靠保障[3-4]。

2.高栏终端安防系统概况

高栏终端是中国深海天然气开发工程荔湾3-1深水气田项目的第一个陆上终端，是亚洲最大陆上天然气处理终端，占地面积约145万km2，分为装置区、生活区、仓储及码头操作区、火炬区、码头等，因此安防系统在整个高栏终端中起着举足轻重的作用。

此次是将陆上终端安防系统与物联网技术相结合的一次全新的尝试，首次创新采用RFID技术和无线传感器网络等关键技术，实现了一种由电视监控、周界入侵报警、RFID定位、门禁四部分功能构成的智能安防管理系统。系统首次将传统安防系统中电视监控、周界入侵报警、门禁等相对独立的功能集于糅合为一体，并借助通讯网络的资源实现安防系统在陆上终端的信息化，同时对后期陆上终端安防系统的建设起示范作用。

3.系统分析与总体结构设计

3.1系统主要功能

基于RFID无线传感网的智能安防管理[5-7]系统包括数据库服务器、RFID设备、通信网络设备、监控设备等，其主要功能有：（1）运用RFID技术，以RFID标签为备件标识手段，以RFID阅读器为数据采集工具，开发接口软件，与现有备件管理系统进行数据接入，实现备件管理系统的升级，提高管理效率，提升管理水平；（2）在区域出入口、办公区、生产区、作业区、码头、生活区、安全疏散区、重要道路位置安装固定式RFID阅读器，实现人员、车辆、作业安全管理和应急指挥管理功能；（3）运用有源RFID标签，实现人员安全监测、人员位置监测、轨迹监测功能；（4）使用无源RFID标签，实现槽车出入灌装区域管理、车辆位置监测、轨迹追溯功能；（5）运用GIS技术，实现位置标示、监控、检索，使数据可视化；（6）建立监控中心，实现监控、管理、应急一体化综合信息指挥中心系统。

此外，系统提供开发接口，能够灵活地将其他系统和中心平台实现数据交换与共享服务。同时，系统提供标准化数据及业务接口，支持现有监管平台的接入，实现信息畅通和多种网络的通讯。通过共享数据与提供接口，从而实现多个单位数据共享、维护及应急单位的信息畅通，确保安全监管与管理工作上下贯通，以备相关单位及时反应和处理，最大程度减少人员伤害和损失。

3.2系統总体架构

系统的整体设计架构主要包括管理与访问平台、数据处理系统、数据中心、数据采集平台以及各类接口。

图1 系统总体架构

①管理与访问平台是人机交互界面平台，提供数据呈现、管理决策、RFID和传感器以及通讯系统等数据上报设备的管理和控制、不同用户或终端的数据访问、数据导出、数据报表呈现，并提供二次开发和与其它系统接入的数据共享接口，不同用户以不同方式从系统获得所需的服务。

②数据处理系统是整个系统的核心部分，是各类数据分类处理、分发、统计分析、权限控制、访问控制、数据集成控制的智能分析平台，所有上报的数据和用户的指令，都在此进行运算处理。数据处理系统采用模块式的架构，各模块独立完成处理任务，同时与其它模块通过接口和数据共享模块实现数据交换，由管理与控制系统平台实现数据的综合处理。

③数据中心是整个系统的数据存储与数据提供部分，内部存储了各类被管理对象、技术处理相关的数据台帐，具备数据调取、数据提交、数据查询、数据修正等各类功能。

④数据采集平台是一个构建良好的软件平台，RFID、传感器、通讯网关等设备采集到的数据由此平台提供的各类接口进行上报，并执行管理与访问平台下发的控制指令，实现数据的上报与设备的控制。

基于应用支撑平台建设的设计框架统一集成大量应用与服务，按照模块化、组件化、平台化的设计为逐步接入更多的业务功能创造了条件，为接入模块留出了扩展的余地，保障整个系统具有良好的扩展性和适应性，无需因要升级单个或多个服务而重写整个系统应用。这种按模块化添加新服务或更新现有服务的方式解决了新业务的需求，不仅可以选择多个途径提供服务，不会影响原有系统，还为各部门现有软硬件资产投资带来了更好的重用性，能够在新建的和现有的应用之上创建应用，免于受到因服务实现的改变而带来的影响。

3.3系统拓扑结构

系统以物联网技术为基础架构，将RFID技术、网络通信、I/O控制、数据存储、GIS技术等有机融合，形成具备实时监测、数据处理、轨迹追溯、系统检测与决策、指挥调度等综合性监测管理平台，实现终端数字化管理。

图2 系统拓扑结构

标识层主要由RFID标签组成，用于标识人员、车辆。人员和车辆标签采用MW2.45GHz&LF125KHz有源双频RFID标签，与有源双频RFID阅读器配合使用，可实现快速识别、群体识别、位置识别、轨迹识别功能，用于办公区、生产区、生活区、疏散区，可有效实现区域人员及车辆管理。

感知层由RFID阅读器组成，主要用于采集RFID标签数据，实现数据的读取、原始处理。固定式有源RFID标签阅读器可以安装在出入口位置、安全区域、办公区域、生产区、生活区、道路上，可以与有源RFID标签配套应用，可与门禁、摄像系统联合使用，实现区域人员、车辆监测及活动轨迹监测、门禁功能和应急时的人员位置查询等功能。

通讯层根据现场条件的实际情况，采用光纤通讯模块。

系统采用RS485接口低频RFID读写装置，由读写装置通过发射天线发送125KHz特定频率的射频信号，当附着电子标签的目标对象进入发射天线工作区域时产生感应电流，使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；读写装置的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，传送到读写装置信号采集模块，经解调和解码后将有效信息送至数据处理模块进行相关处理；数据处理模块根据逻辑运算识别该标签的身份做出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写装置完成不同的读写操作，并将标签的身份数据存储在存储模块中。本读写装置的体积小，成本低，功耗低，读写速度快，传输距离远，实现多个无源标签射频标签的非接触式读写与存储及输出，抗干扰能力强，保密性能好。

4.安防管理系统的实现

4.1系统运行环境基本要求

①本系统需要2台主服务器，其软硬件基本配置要求如下：

CPU：Intel 1.6GHz 4核；

内存：8GHz DDR3；

硬盘：1TB SATA2 10000RPM；

网口：RJ45 10MB/100MB/1000MB 双网口；

显卡：无特殊要求。

②网络环境：

10MB/100MB/1000MB或光纤网络；

③Web服务

IIS7 +JAVA或Apache +Tomcat +JAVA；

④操作系统

Windows Server 2008企业版或Linux4.0企业网络版；

⑤数据库

Microsoft SQL Server 2008或Orcale 10g。

4.2系统在高栏终端的应用

①区域监控。通过GIS系统将各区域在地图上直观的显现，实现查询、分析以及对历史数据的拓扑正确性关系进行检查等多项功能。例如，可以对办公区域、生产区域、采油区域、码头、生活区域、灌装区域、装卸区域、安全疏散区域、事故区域等上传数据进行分析，查询人员及车辆的位置、轨迹，并将这些对象以图形界面标识在地图上。

图3 某实工区区域地图

区域人员、车辆密度监控：根据RFID基站信息，实时统计当前区域人员和车辆数量、位置及其信息，并可现实在GIS图中。

周界防范：根据多个RFID基站坐标，划定允许/禁止区域。当人员到达某个限定区域边界或闯入禁止区域时，系统会产生警报，供监控人员处理。

②人员管理。主要实现人员安全管理，以出入监测、办公区域、生产区域、生活区域和安全疏散区域监测为管理范围，运用RFID系统为数据标识和采集系统，实现人员的快速点名、轨迹追踪、位置查询、区域存在监测等，为人员的安全提供数据保障和指挥依据，可实现紧急状态时人员疏散监控和滞留人员位置检索等功能。

人员定位：

当佩带RFID标签的人员进入某一区域单个RFID基站或多个RFID基站覆盖范围时，根据RFID基站位置、RSSI值、时间参数等RFID基站基本信息、RFID标签ID信息，可计算出当前区域位置、人员信息、停留时间等信息，同时可在平面GIS图上标示出当前人员位置。同时可实时查询人员当前位置、历史位置等信息，并可形成人员位置报表。关于定位的精度由RFID基站安装数据射频辐射距离及接收距离所确定，最大可实现2m范围精确定位。

图4 园区人员定位图

人员轨迹：主要包括人员轨迹动态追踪和历史活动轨迹查询两方面。

人员轨迹动态追踪方面，是根据多个RFID基站位置信息和射频覆盖信息、以时间参数为轴、以RSSI值变化为参数、RFID标签信息、RFID标签出现消失为参数等多个参数的综合计算，实现人员轨迹的实时动态追踪，在GIS上标示出人员轨迹。

图5 园区人员轨迹图

历史活动轨迹查询方面，通过多个基站记录在数据库中的人员位置信息实现历史轨迹查询，并可在GIS上直观的显示人员活动的历史轨迹。

紧急快速点名：紧急集合点名是依据RFID基站坐标，利用RFID基站多标签数据防碰撞功能实现区域快速点名，以辅助应急指挥疏导工作。当系统发出紧急集合操作时，系统会将焦点集中在规定的安全集合区域，并实时轮询集合区域增加和减少的人员，实时统计当前区域人数及人员信息，并结合定位功能分析统计未进入安全集合区域的人员。

③车辆管理

车辆管理系统可以实现自车辆进入至离开的全程监控功能。系统采用RFID系统作为数据标识与采集前端，通过通讯技术与数据中心平台进行数据交互。实现车辆区域出入监控、位置监控、轨迹监控以及区域界定监控等功能。

图6 车辆管理系统框架

车辆区域出入管理：车辆进入指定区域时，区域出入口位置RFID阅读器读取车辆信息，数据中心可根据车辆是否有权进入区域返回处理结果；

位置监控：车辆位置监控原理与人员监控原理相同，因车辆行进速度高于人员行进速度，车辆标签的距离值尤为重要，系统软件根据进入区域的标签种类信息，可实现车辆当前位置查询、从哪里进入、应该从哪里离开等信息；

运行轨迹监控：车辆运行轨迹追踪与人员轨迹追踪原理相同，亦可实现车辆实时轨迹、历史轨迹查询功能。

区域监控：实现车辆活动区域划定、周界防范。

5.结束语

生产管理与安全作业是陆上终端的重点，高栏终端安防管理系统的建立，为陆上油气终端多系统信息共享，智能搜索，应急事件模拟分析，数字化应急预案编制，应急事件协调指挥，模拟应急事件处理，安全疏散演习和决策支持提供了可视化、智能化的信息平台，打造以信息技术为支撑的智能數字化陆上油气终端模型。提高生产管理者驾驭陆上终端复杂信息系统的能力，更有效的服务于终端的生产管理。

软件平台的建立可实现车辆出入管理和调度管理、人员出入与安全管理、监测设备管控等功能，是提升管理效率、加强安全生产管理的有效信息化工具，从而节约管理成本、提高效益。

参考文献

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作者简介：于玺（1987-），男，（汉族），河北省涿州市人，硕士，工程师，主要从事石油自控工程、海油信息、仪器仪表管理的方面的工作。