RFID在未来工地的应用场景研究

杜昊洋 周肖杉 周畅

摘要： RFID技术的日趋成熟引起相关领域研究者的重视，其在辅助建筑工程管理者掌握工地关键信息方面具有时效性、准确性和便捷性。本文对RFID技术在建筑工地中的物料追踪和人员管理两方面之优势与创新提出构想，旨在系统地阐述其工作原理和应用模式，进而更容易被建筑工地从业者所理解，使其更好地融入未来工地，提升管理效率。

Abstract： The increasing matured RFID technology has attracted the attention of researchers in related fields. It has the timeliness， accuracy and convenience in assisting construction engineering managers to grasp key information on the construction site. This article proposes the advantages and innovations of RFID technology in material tracking and personnel management in construction sites， aiming to systematically explain its working principles and application modes， so that it is easier for construction site practitioners to understand and make it better， and making it better application in the future site and enhancing management efficiency.

关键词： RFID；建筑工地；物料追踪；人员管理

Key words： RFID；construction site；material tracking；personnel management

中图分类号：P237 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）19-0217-02

1 RFID简介

RFID技术是一项应用电磁波而对物体进行非接触的识别系统。一个典型的RFID系统由电子标签（RFID Tag）、读取器（RFID Reader）和天线（Antenna）组成。电子标签有两种类型：主动标签和被动标签。主动标签有自己的能量来源用于反射读取器的电波，而被动标签通过RFID读取器自身来激活。因此，主动标签通常要比被动标签拥有更大的读取范围（0.1～10m）。

2 RFID在工程材料追踪中的应用

当前在我国的建筑工地中，对建筑材料的管理比较落后，采用的仍然是传统的人工观察方法，即建筑工程师和工地人员要时不时的去施工现场巡查，以评估建筑材料的当前使用状态。这需要耗费大量人力和精力且过程极容易出错。

由此，我们提出了一项在规模较大的建筑工程中监控建筑材料的集成系统。这个系统包括两个主要技术：RFID和Zig Bee[1]。RFID电子标签附着在各种建筑材料表面（或者为嵌入式），用来识别建筑材料的多样性，Zig Bee负责传播这些信息。在一个建筑施工场地，RFID电子标签识别一系列的建筑材料，之后电子标签里的信息在Zig Bee网络中进行多次反射，最终Zig Bee用无线将这些信息传输给工程管理人员。（图1）

RFID和Zig Bee网络系统的结构有三层：首先是原始数据层，该层呈现RFID电子标签中的建筑材料信息，因为被动标签都贴附在建筑材料上，所以RFID读取器能够记录电子标签所依附的材料的类型；其次是数据读取和感应层，该层是读取RFID电子标签的实际发生地，RFID读取器通过天线传输和接收电波信号；最后是数据传输层，该层是Zig Bee感应节点传输RFID电子标签信息的地方，感应节点用序列接口直接与RFID读取器连接。传感器节点之间可以相互连接，因此所获取的信息能够传达给与主电脑相连的任何一个传感器节点或汇点（终端使用者）。当一个传感器节点所发出的信号没有到达汇点时，其他传感器节点就会获取这个信号并将它继续传输到汇点，这就形成了一个传感器网络。

RFID和Zig Bee集成系统有较强的稳定性和传播效力，尤其是对于提高大型复杂建筑工地的建筑材料追踪能力上有巨大开发价值，它能够准确对建筑材料进行追踪，节省大量人力资源，提高管理效率。

3 建筑工人的智能化管理

我们可以设想：施工现场采用实名制刷卡入场，每位工人配备带身份识别的RFID卡片，并要求工人随时携带。阅读器组网运用三角形加权质心算法[2]，移动标签节点和所有参与定位的固定标签节点的坐标信息点围成几何多边形，计算多边形的质心坐标作为自己的估计位置，形成建筑工人3维定位系统，可测得工人在工地上的3维坐标。（图2）

将计算得到的每个卡片的坐标位置存人服务器数据库中，各管理和施工人员可以通过登录查询自己权限下的信息。采用Visual FoxPro进行坐标等信息的显示[3]，程序初始化时读入图纸信息、施工人数、人员编号、人员对于施工区域、限制区域等信息，然后依次对各点进行处理，读入点坐标后，在图纸上定位，判断是否违法本项目所规定的动作，如进入限制其进入的区域、离开工作岗位等，判断是在地面工作还是在高空作业，对于不同状态的工作人员以不同颜色显示其信息，方便管理与施工人员能够清晰快速的获取现场信息，并在程序中预留报警接口。这里分两种情况：一是对于违反施工要求和组织管理要求等，如施工人员擅自离开工作岗位，在禁止进入的危险区域逗留等情况，在程序中可以指定各施工人员的坐标区域，划定危险区域的坐标范围等进行相应的预设置；二是可探测到的施工人员事故信号，根据坐标可确定的是高空坠落，具体表现为目标的z坐标急剧减小。程序设置立刻通知到相关管理人员并将信息直接反应至最近的医疗点，可实现等待救援时间的最短化，将安全事故的损失降至最小。该定位方法还可以应用于施工安全帽、作业服等安全裝备的使用状态监督。

4 结语

应用RFID所构建的对物料和人员的智能网络管理系统，可彻底实现对建筑材料的实时监督和对人员作业状态的实时把握，管理与施工人员可以使用计算机、手持无线设备方便快捷地获取现场信息，实现对建筑工地的全面智能化管理，大幅提升管理效率[4]。在国内，材料乃至整体建筑资源的管理还有很大不足。现在的建筑工程项目中RFID还是一项新兴技术，但这项技术在我国乃至世界建筑领域都具有很大的发展前景，也很可能改变今后建筑工程管理领域的发展格局。因此我们要积极引鉴国内外的先进成果，不断完善建筑领域的追踪管理系统，使得我国在未来建筑工地管理的技术和理念领先世界。

参考文献：

[1]毛云川，宋铁成.基于RFID和ZigBee技术的物联网实验系统硬件设计与实现[J].信息化研究，2012，38（1）：13-16.

[2]王鹏，赵晴，杨凯文.改进的RSSI质心定位算法[J].软件，2014（1）：55-57.

[3]孟庆黎.基于RFID和图像处理的身份识别软件系统设计与实现[D].郎郭：河北工程大学，2011.

[4]纪震，李慧慧.电子标签原理与应用[M].西安电子科技大学出版社，2006.