基于RFID的危化品管理平台分析与设计
作者:范文彬 曾文华
来源:RFID世界网
日期:2009-05-19 10:23:35
摘要:本文分析了现有危化品管理平台的不足,结合RFID技术提出了危化品管理平台新的解决方案,介绍了RFID、GPRS和XML三项基本技术,设计了基于RFID的危化品管理平台的基本框架并阐述了该平台的工作流程。
1、引言
危化品(危险化学品)具有易燃、易爆、有毒、放射性等特点,在生产、运输、销售、使用和用后处理过程中容易造成人身伤亡、财产损毁或环境污染等问题。解决这些问题,需要依靠安全的危化品存储容器以及有效的管理监督手段。随着RFID技术的普及,由于其储存信息的可靠性,非接触通信方式的便利性,以及强大的后台信息系统支持.使其能够在危化品监管过程中发挥巨大作用 本文将RFID技术、GPRS技术和XML技术应用于危化品管理平台。增强了危化品管理平台的高效性、准确性和多系统之间数据的共享性。
2、关键技术
2.1 RFID技术
射频识别(Radio Frequency Identification,简称RFID)技术,又称电子标签技术,是上世纪9O年代兴起的非接触自动识别技术。RFID系统通常包含电子标签和读写器。电子标签可以存储数据,包括所标定物体的ID和其他相关属性信息。目前,标签存储容量可达数兆字节。能满足大部分应用需要。读写器对电子标签数据进行读写,并且与后台信息系统通信,从而实现对各种标定物体或设备在不同状态下的自动识别和管理。RFID识别技术,由于具有非接触、快速、安全、可同时读取多个标签等优点。因此有着广阔的应用领域和良好的应用前景。目前,对RFID技术的研究和应用均进入了一个相当繁荣的时期。文献[2]、[3]、[4]介绍了RFID技术在危险物品与压力容器监管方面的应用,文献[5]、[6]介绍了RFID技术在物流和零售方面的应用,文献[7]介绍了RFID中间件的构架和实现方法。本文主要研究RFID技术在危化品管理平台中的应用。
2.2 GPRS无线通讯技术
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称。GPRS技术提供端到端的、广域的无线IP连接,具有实时在线、按量计费、高速传输等优点旧,能满足危化品管理中实时性要求高与安全性要求高、单个数据量小且不连续的特点。
2.3 XML技术
XML是可扩展标记语言(Extensible Markup Language)的简称。它定义了一套语义标记规则,这些标记将文档分成许多部件并对这些部件加以标识。它也是元标记语言,即定义了用于定义其他与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言 。由于其自描述性和简单的语法结构.XML适合作为异构系统之间的信息通信载体.满足危化品管理平台中多系统之间数据交互的要求。
3、传统危化品管理平台存在的缺点
经过对传统危化品管理平台的调查研究,发现其有如下缺点:
(1)标识易损坏。传统危化品标识多采用铝制铭牌或条形码。这些标识均不能存放很多信息,而且容易磨损,导致后期无法识别。
(2)没有全面监管。传统危化品管理集中在仓储和运输环节,对于危化品生产和用后处理等过程缺乏有效管理。
(3)实时性差。传统危化品管理多采用人工外出作业并纸面记录,返回办公地点后才录入系统,致使数据需要一段时问才能反应在管理系统中,增加了数据不一致性的可能。
(4)信息共享不好。危化品从生产到用后处理的整个过程。涉及众多机构,这些机构之问往往不能有效的共享数据,形成众多信息孤岛。
(5)控制不严格。会出现由于人员疏忽、作弊而带来的问题。例如监管人员擅改标识、数据录入系统时遗漏或输错。基于RFID的危化品管理平台可以克服传统危化品管理平台的这些缺点。RFID标签有较大存储容量,可以记录多达上千字节的数据。同时,现有RFID标签封装技术可以实现标签的即撕即毁,避免了人员擅自篡改标签的可能。GPRS实时无线连接。使得监管现场的数据能够同步反应在系统数据库中,避免了数据不一致的可能。XML允许系统自定义标记,同时这种标记由于其自描述性,可以被外部系统识别,使得数据在系统之间最大程度共享。
4、基于RFID的危化品管理平台构架
4.1现场监管场景
现场监管场景构架分为三个层次:基础层、业务层和表示层。基础层主要为RFID中间件,通过驱动层和不同的读写器进行交互,对与标签交互的数据进行加工和封装,对读写器行为进行控制。业务层主要负责现场监管中流程和逻辑的实现,例如监管计划的管理、监管人员自身信息的管理等。表示层将业务层的逻辑通过图形用户界面的方式展示给操作人员,方便其操作。业务层和基础层通过GPRS模块与远程数据库服务器进行交互。通过业务层文档服务,手持端系统根据预先定制的XSL(XML样式文件)生成用于交互的XML数据。
4.2中心场景
该场景主要由数据库服务器和平台控制系统组成,负责响应现场监管场景和其它应用系统的数据获取要求,对现场监管场景获取的标签数据和监管结果进行处理,给出综合判断、预警不安全状态危化品并生成各种报表,中心场景系统构架如图3所示
其它应用场景
该场景只获取数据库服务器中的数据,不对数据进行写回操作。平台利用XML技术,通过互联网向其它系统提供自描述结构化的数据,达到跨系统数据共享的目的。例如,上级危化品监管部门可以通过外部系统数据接口(如图3所示)。获得平台提供的XML数据,进而解析出所需危化品的相关历史信息。
5、平台工作流程
平台的工作流程。最主要体现在现场监管场景中。按照流程细节的不同,分为两部分:
(1)生产过程监管子场景。监管人员手持RFID读写器。与远程数据库服务器建立GPRS连接。按照危化品类型和容器类型。通过远程数据库服务器获取检查计划.检查危化品和其盛放容器的各项指标。包括危化品名称、种类、储存条件以及容器材质、抗受性指标等。并对检查合格的危化品发放RFID电子标签。同时,读写器将必要信息写入标签。并通过GPRS无线连接,将新建标签信息和检查结果发送回远程数据库服务器存档。
(2)现场监管其他子场景。监管人员首先通过读写器获取标签中存放的危化品ID和其基本信息,并通过GPRS从远程数据库服务器获取该危化品的历史记录和本次检查计划。根据检查计划和已经获得的危化品数据,监管人员可以进一步对危化品当前安全状态进行分析并得出结论。对于检查合格的危化品,将必要检查信息写回标签和远程数据库服务器。对于不合格的产品,予以回收处理并销毁标签禁止其流通,同时将不合格信息写回远程数据库服务器。
图4为综合以上两点的现场监管流程示意图。
本文结合RFID技术、GPRS技术和XML技术,分析并设计了基于RFID的危化品管理平台。主要设计了现场监管场景和中心场景的系统构架。阐述了相应的工作流程。有别于传统的危化品管理平台,该平台具有监管面完整、实时性高、数据一致性好、流程控制相对严格等特点。并且。平台数据能被其它系统共享,大大改善了危化品监管工作。
危化品(危险化学品)具有易燃、易爆、有毒、放射性等特点,在生产、运输、销售、使用和用后处理过程中容易造成人身伤亡、财产损毁或环境污染等问题。解决这些问题,需要依靠安全的危化品存储容器以及有效的管理监督手段。随着RFID技术的普及,由于其储存信息的可靠性,非接触通信方式的便利性,以及强大的后台信息系统支持.使其能够在危化品监管过程中发挥巨大作用 本文将RFID技术、GPRS技术和XML技术应用于危化品管理平台。增强了危化品管理平台的高效性、准确性和多系统之间数据的共享性。
2、关键技术
2.1 RFID技术
射频识别(Radio Frequency Identification,简称RFID)技术,又称电子标签技术,是上世纪9O年代兴起的非接触自动识别技术。RFID系统通常包含电子标签和读写器。电子标签可以存储数据,包括所标定物体的ID和其他相关属性信息。目前,标签存储容量可达数兆字节。能满足大部分应用需要。读写器对电子标签数据进行读写,并且与后台信息系统通信,从而实现对各种标定物体或设备在不同状态下的自动识别和管理。RFID识别技术,由于具有非接触、快速、安全、可同时读取多个标签等优点。因此有着广阔的应用领域和良好的应用前景。目前,对RFID技术的研究和应用均进入了一个相当繁荣的时期。文献[2]、[3]、[4]介绍了RFID技术在危险物品与压力容器监管方面的应用,文献[5]、[6]介绍了RFID技术在物流和零售方面的应用,文献[7]介绍了RFID中间件的构架和实现方法。本文主要研究RFID技术在危化品管理平台中的应用。
2.2 GPRS无线通讯技术
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称。GPRS技术提供端到端的、广域的无线IP连接,具有实时在线、按量计费、高速传输等优点旧,能满足危化品管理中实时性要求高与安全性要求高、单个数据量小且不连续的特点。
2.3 XML技术
XML是可扩展标记语言(Extensible Markup Language)的简称。它定义了一套语义标记规则,这些标记将文档分成许多部件并对这些部件加以标识。它也是元标记语言,即定义了用于定义其他与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言 。由于其自描述性和简单的语法结构.XML适合作为异构系统之间的信息通信载体.满足危化品管理平台中多系统之间数据交互的要求。
3、传统危化品管理平台存在的缺点
经过对传统危化品管理平台的调查研究,发现其有如下缺点:
(1)标识易损坏。传统危化品标识多采用铝制铭牌或条形码。这些标识均不能存放很多信息,而且容易磨损,导致后期无法识别。
(2)没有全面监管。传统危化品管理集中在仓储和运输环节,对于危化品生产和用后处理等过程缺乏有效管理。
(3)实时性差。传统危化品管理多采用人工外出作业并纸面记录,返回办公地点后才录入系统,致使数据需要一段时问才能反应在管理系统中,增加了数据不一致性的可能。
(4)信息共享不好。危化品从生产到用后处理的整个过程。涉及众多机构,这些机构之问往往不能有效的共享数据,形成众多信息孤岛。
(5)控制不严格。会出现由于人员疏忽、作弊而带来的问题。例如监管人员擅改标识、数据录入系统时遗漏或输错。基于RFID的危化品管理平台可以克服传统危化品管理平台的这些缺点。RFID标签有较大存储容量,可以记录多达上千字节的数据。同时,现有RFID标签封装技术可以实现标签的即撕即毁,避免了人员擅自篡改标签的可能。GPRS实时无线连接。使得监管现场的数据能够同步反应在系统数据库中,避免了数据不一致的可能。XML允许系统自定义标记,同时这种标记由于其自描述性,可以被外部系统识别,使得数据在系统之间最大程度共享。
4、基于RFID的危化品管理平台构架
图1基于RFID的危化品管理平台构架图
4.1现场监管场景
图2现场监管场景系统构架图
现场监管场景构架分为三个层次:基础层、业务层和表示层。基础层主要为RFID中间件,通过驱动层和不同的读写器进行交互,对与标签交互的数据进行加工和封装,对读写器行为进行控制。业务层主要负责现场监管中流程和逻辑的实现,例如监管计划的管理、监管人员自身信息的管理等。表示层将业务层的逻辑通过图形用户界面的方式展示给操作人员,方便其操作。业务层和基础层通过GPRS模块与远程数据库服务器进行交互。通过业务层文档服务,手持端系统根据预先定制的XSL(XML样式文件)生成用于交互的XML数据。
4.2中心场景
该场景主要由数据库服务器和平台控制系统组成,负责响应现场监管场景和其它应用系统的数据获取要求,对现场监管场景获取的标签数据和监管结果进行处理,给出综合判断、预警不安全状态危化品并生成各种报表,中心场景系统构架如图3所示
图3中心场景系统构架图
其它应用场景
该场景只获取数据库服务器中的数据,不对数据进行写回操作。平台利用XML技术,通过互联网向其它系统提供自描述结构化的数据,达到跨系统数据共享的目的。例如,上级危化品监管部门可以通过外部系统数据接口(如图3所示)。获得平台提供的XML数据,进而解析出所需危化品的相关历史信息。
5、平台工作流程
平台的工作流程。最主要体现在现场监管场景中。按照流程细节的不同,分为两部分:
(1)生产过程监管子场景。监管人员手持RFID读写器。与远程数据库服务器建立GPRS连接。按照危化品类型和容器类型。通过远程数据库服务器获取检查计划.检查危化品和其盛放容器的各项指标。包括危化品名称、种类、储存条件以及容器材质、抗受性指标等。并对检查合格的危化品发放RFID电子标签。同时,读写器将必要信息写入标签。并通过GPRS无线连接,将新建标签信息和检查结果发送回远程数据库服务器存档。
(2)现场监管其他子场景。监管人员首先通过读写器获取标签中存放的危化品ID和其基本信息,并通过GPRS从远程数据库服务器获取该危化品的历史记录和本次检查计划。根据检查计划和已经获得的危化品数据,监管人员可以进一步对危化品当前安全状态进行分析并得出结论。对于检查合格的危化品,将必要检查信息写回标签和远程数据库服务器。对于不合格的产品,予以回收处理并销毁标签禁止其流通,同时将不合格信息写回远程数据库服务器。
图4为综合以上两点的现场监管流程示意图。
图4现场监管流程图
本文结合RFID技术、GPRS技术和XML技术,分析并设计了基于RFID的危化品管理平台。主要设计了现场监管场景和中心场景的系统构架。阐述了相应的工作流程。有别于传统的危化品管理平台,该平台具有监管面完整、实时性高、数据一致性好、流程控制相对严格等特点。并且。平台数据能被其它系统共享,大大改善了危化品监管工作。