基于无线射频定位技术的智能档案管理

侯保华

(北京社会管理职业技术学院，北京100052)

1 档案管理现状

近年来，我国档案事业取得了长足的发展，档案的规模不断扩大，数量也逐日增多，档案种类日趋多样，信息量迅速膨胀.传统档案管理手段与当前档案管理需求之间的矛盾日益凸显.总结起来，在目前，档案管理的现状可以用下述几条来进行概括:

1)档案管理大多还停留在目视管理阶段;

2)普遍缺乏自动识别手段，盘点、查询工作量大，且易遗漏;

3)对于库存实体档案有无、位置等情况缺乏准确把握;

4)对于所需档案是否在馆难以准确把握，缺乏安全管理机制.

以上状况造成看似摆放整齐有序、制度严谨的档案管理，当出现缺册或错架、错层，管理人员无从知晓.在查找档案时，除了通过目视手段查找之外没有任何的信息化手段能够协助查找.

鉴于目前的档案管理现状，为进一步提高操作效率，采用现代化的技术手段提高档案的管理水平十分必要.作为新一代物料跟踪与信息识别的RFID技术的快速发展给档案管理的自动化、智能化带来了可能性，尤其在自动识别手段，档案在位监管，减少实物档案的遗失泄密等方面，具有其他方式无可比拟的优越性.当前应用的RFID智能档案管理[1－2]为通过粘贴标签在档案上，采用手持设备或固定READER作为信息采集设备，将数据信息上传给中央处理系统，完成档案管理.

而本文是以无线射频的精准地标定位技术[3]为核心，通过对档案上所粘贴的高频电子标签精确位置(1 cm范围内)判断，自动完成档案管理过程中所有作业操作，包括上架、存放、移动、借阅、盘点等.

2 RFID技术简介

2.1 RFID 技术选型

目前RFID技术分类[4]较多，其中按照RFID工作频段分可以分成低频125～134 kHz、高频13.56 MHz、超高频 915 MHz 以及微波(2.45 GHz)RFID等.

高频RFID[5]技术采用磁场互感原理，对人体安全，通讯距离属于近场，不容易射频泄密.根据ISO组织的阐述表明，高频读取时间是线性，高频磁场强度的变化是连续的，边界清晰，特征明确，磁场分布规律性强，不像超高频存在意外读取或意外漏读的情况.因此，在近场应用领域，高频RFID技术有其他技术无可替代的可靠性和优势.其工作原理如图1所示.图片中心区域的长条状物体是天线.由内向外分别表示天线周围的磁场强度.

图1 RFID合作原理示意图

从高频 RFID技术(13.56 MHz，ISO/IEC15693)发展趋势分析，高频RFID可以完美解决标签重叠读取问题，从而解决特种档案的单页级管理，读取速度可提升至700枚/s.并且随着芯片制作工艺的提高，高频标签价格将大幅度下降，因此从以上三个方面分析，高频RFID技术更符合将来档案的管理需求.

2.2 高频RFID地标定位技术原理

RFID实时定位技术[6]利用了射频信号在传播过程中，信号强度不断衰减的事实.即离信号发射源越近的地方，接收到信号的强度越高，反之，离发射源越远，信号强度就越弱.根据Friis方程，在理想环境下距离发射源d的地方接收到的信号功率为:

其中:Pt为发送端功率;Gt为发送端天线增益;Gr为接收端天线增益;λ为信号载波波长.

根据式(1)原理，只要测量出接收到的信号功率，即可求出到发送端的距离d的数值.但现实环境中，由于噪音、灰尘、光线等因素影响，尤其在室内环境中[7－8]，计算的理想结果和真实距离差距较大.为了精确定位，我们并不直接利用式(1)的位置的计算，而是在一定区域布置N个参考节点，并利用这些节点向外发送信号作为定位计算的参考值.需要定位时，根据测出的N种信号的强度，得到一个N维的特征向量，这个特征向量被称为RSS指纹[9].由于RSS在区域中的分布相对稳定，可以预先测量出区域中每一个位置的RSS特征向量，构架出RSS特征地图.将被测物体的RSS指纹在RSS特征地图中进行比对，即可定位目标.

图2 地标定位的标签布局模型

由于现实中的无线通信环境频繁变化，造成RSS特征地图需要随时动态更新.为保证实时精确的测量，人们采用一种基于信号特征的动态定位方法LANDMARC[10].它是将静态的参考节点换成一系列的RFID参考标签，再辅以少量的阅读器.这些参考标签时刻记录自己位置的RSS特征向量，一旦需要定位时，将被测标签的特征向量和参考标签的特征向量进行比对，即可得到被测标签的位置.图2是地标定位的标签布局模型.

定位过程如下(假设有n个读写器，m个参考点):

1)定位标签接收读写器发出的射频信号并测得信号强度，得到RSS特征向量:

S=(S1，S2，…，Si，…，Sn);其中 Si为第 i个阅读器信号对应的强度.

2)测量参考点j的RSS特征向量:

θ =(θ1，θ2，…，θj，…，θn);其中 θj为第 j个参考标签的信号强度.

3)计算定位标签和参考点j之间的信号强度欧几里德距离为:

如果有m个参考点，得到m个E值，E1，E2，…，Em

4)将m个参考点加权平均，计算定位标签的坐标:

该地标定位方法精度高，能够探测2 mm的距离差别.

智能档案管理正是基于地标定位技术，结合RFID和信息处理技术，通过中央信息管理系统，实现档案精确位置检测，以及各种现场作业管控，最终达到档案管理智能化、安全保管、自由存放的目标.

3 智能档案管理方案架构

智能档案管理系统采用先进的RFID自动识别技术、定位技术和计算机软件技术，以RFID电子标签作为信息存储媒介并粘贴在档案袋或档案盒上，利用非接触式的智能馆员工作站、智能档案架等RFID读写设备，与后台数据库管理系统相配合，可以实现档案的借阅、归还、查找、盘点等工作过程的信息化管理.同时系统在档案室出入口处安装智能安全门，通过远距离RFID认证，可以实现自动防盗与档案出入库确认功能.

3.1 系统架构

智能档案管理解决方案基于图3所示的系统架构.

图3 智能档案管理系统架构

3.2 拓扑结构

智能档案管理系统基于图4所示的拓扑结构.

图4 拓扑结构图

3.3 档案存放智能设备

智能存储密集架:基于无线射频定位技术原理设计的存放档案的设备原型.在密集架每层柜的顶部部署天线，通过定位算法和预埋地标RFID确定位置网格坐标，实现档案上张贴标签的精确位置定位.

技术参数为:实现档案袋层级监控;袋级档案粘贴标签在档案袋正面相关位置;每层柜包括5个智能天线4个区间，天线间距约15 cm;天线含指示灯，上层软件可控;标签间距:需＞2 mm间距;最多支持标签:250个/层;更新速度:＜10 s/层;读取成功率:＞99%

4 智能档案管理流程

4.1 贴标

每一个新的档案袋或档案盒在入库时都会被粘贴一个RFID标签，标签与系统中相应信息绑定，以后每当扫描到一个标签时系统会自动搜索出该文档所有的相关信息.

1)档案袋(盒)贴标

系统初始化档案袋(盒)编号，内容等信息，根据以上内容使用射频打印机打印标签，写入标签内容，取下标签，粘贴在档案袋(盒)的规定位置，将粘贴标签的档案袋(盒)放置馆员工作站射频读写器天线上，进行复核.

2)对应设备

① 档案袋(盒)标签(支持 ISO18000－3/ISO15693，支持2 mm间距堆叠读取，读取距离10～100 cm).② 射频标签打印机③ 馆员工作站射频读写器(支持 ISO18000－3/ISO15693，射频功率:1 W)

4.2 上架

档案的上架目前常用手动模式，即档案入库时，首先扫描档案的标签，根据标签的编号等信息，找到档案原有的存放位置，然后将档案放置在目标位置，完成本册档案的上架，这种上架模式完全根据标签初始化时的档案分配位置确定，后期不再改变.

智能档案管理采用自动模式，将待上架档案放置于目标档案架空余位置处，智能档案架天线处于不停的扫描模式，当扫描到该档案时，将位置信息与档案信息绑定，反馈至系统中，该档案的信息自动进行刷新.这种模式充分体现了定位技术的特长，可以管理乱序上架档案.

1)自动模式操作流程:

①将要上架的档案置于移动式工作台/小推车之上;②推小推车至目标智能密集架或档案柜旁，将档案上架;③柜中的读写器会不停的进行扫描，监控档案情况;④ 操作软件，会显示变化的档案情况，确定上架

2)对应设备

①智能密集架/档案柜;② 普通小推车(由小推车，UPS后备电源，一体机电脑，中距离读写器，手持天线组成，2层档案放置层，中距离读写器及天线，支持 ISO18000－3/ISO1569，射频功率:1 W).

4.3 借阅

当档案需要借阅时，在馆员工作站处读取标签UID和借阅人的身份证信息，完成对档案的借阅操作.中央信息处理系统通过判断标签状态，确定待借阅档案能否外借，如禁止带出，当通过门禁时，系统会报警.

1)借阅操作流程

①借阅人到档案管理员工作站处借阅，刷借阅卡;②管理员查阅相关档案位置，软件中点亮相关档案架的指示灯;③ 管理员到相应位置取走档案;④ 在馆员工作站履行借阅手续，读写标签，借阅人取走;⑤当采用档案柜模式，取走前要先指定取走内容，否则系统自动报警.

2)对应设备

①员工卡;②馆员工作站射频读写器

4.4 防盗

所有馆藏档案均处于实时智能档案架的读取范围中.当档案被取出时，由智能档案架捕捉档案信息，并与出库指令信息进行核对，如果档案是未经档案管理信息系统发出出库指令而异常离开库位，监控模块会激活警报模块发出异常情况警报.?另外，当有人非法从档案室带离档案时，放于档案室门口的智能安全门可对档案拿出权限进行安全检测.

1)防盗流程

①档案在档案室内处于非借出模式;②一旦办理借阅，置相关EAS/AFI位;③ 档案借出必须办理手续，否则报警(针对档案盒级);④人员携带员工卡(ISO15693标准)进出可以读取员工的卡号，判断相关权限确定是否可以进出，否则报警.

2)对应设备

防盗门(支持ISO18000－3/ISO15693，射频功率:5W，支持EAS/AFI/UID读取，支持以太网通讯/RS232)

4.5 归还

归还档案时，要对档案防盗标识复位，并放回原处.

①借阅人到档案管理员处履行归还手续，读写标签，刷个人员工卡;②管理员查阅相关档案归档位置，软件中点亮相关档案架的指示灯;③管理员到相应位置放置档案;④当采用档案柜模式，指定归还必须归还到位，档案柜及系统自动报警提示，直到相关档案到位.对应设备①员工卡② 馆员工作站射频读写器

4.6 盘点

智能档案管理盘点采用自动盘点模式，即利用智能密集架或智能档案柜中的自动盘点天线，在密集架闭合或档案柜门闭合时即可进行自动扫描盘点，并将盘点数据信息实时上传至数据库.

1)自动模式

①智能密集架，可进行档案盒自动盘点②智能档案柜，可进行档案盒自动盘点，档案袋自动盘点③发现异常丢失报警④发现多出标签提示2)对应设备智能档案柜

4.7 销毁

档案的价值具有时间效应，对于失去存档价值的档案需要进行销毁处理，以减轻对档案管理资源的占用.当档案在入馆时，将保管期限写入RFID标签并存储于中心数据库中.在保管过程中，当有档案达到保管期限时，销毁管理子系统将自动跳出档案失效提示，由管理员做出销毁或继续保管处理.同时，管理人员也可以通过档案销毁管理子系统发出无线指令，由各档案袋上的RFID标签反馈回保管期限信息，实现对档案的有效期管理.

1)销毁流程

①系统操作销毁流程;② 取下档案，系统注销;③物理销毁;

2)对应设备

馆员工作站射频读写器

5 结语

应用高频RFID地标定位技术，可以实现自动精准定位档案位置、状态.档案管理作业流程中无需人为操作，脱离手持数据采集设备，系统自动完成作业数据的产生、核对、检索，极大提高工作效率，改变档案管理的工作模式.并且对档案非法的移动，破坏都能够实时监测，极大的提高了绝密档案的安全性能.

[1] 张 锋，蒋欣材，李凯亮.RFID智能档案管理系统的设计与实现[J].物联网技术，2013(10):23－25，28.

[2] 魏风梅.基于RFID技术的档案管理系统[J].中国档案，2013(4):66－67.

[3] 陈聪传，程良伦.区域细化的RFID室内定位算法[J].计算机应用与软件，2011，28(1):50－52.

[4] 祁 超.RFID射频识别技术及其频率划分[J].电信快报，2010(3):18－20.

[5] 董嘉维.高频和超高频RFID技术在图书馆的应用分析[J].现代情报，2012，32(8):162－164.

[6] 刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社，2010:71－75.

[7] 王远哲，毛陆虹，刘 辉，等.基于参考标签的射频识别定位算法研究与应用[J].通信学报，2010，31(2):92－98.

[8] 曹世华.室内定位技术和系统的研究进展[J].计算机系统应用，2013，22(9):1－5.

[9] 王 顶，马 娟，赵颐轩.基于RSS空时处理的指纹定位算法[J].计算机应用研究，2012，29(12):4726－4728.

[10] 邹学玉，韩付伟.基于LANDMARC的最近邻居改进算法[J].武汉大学学报:理学版，2013，59(3):255－259.