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RFID 技术在世博会的应用设想
作者：汤惠莉， 李林森， 盛泉
来源：RFID世界网
日期：2010-01-05 09:22:24
摘要：2010 年上海世博会是一个大型的会展，在其整体解决方案中应用RFID（射频识别）技术是非常合适的。文章介绍了RFID 的基本概念和相关技术。对RFID 在世博门票系统中的应用做了设想，提出了详细的硬件、软件部署及系统功能模块。
上海世博会将于2010 年5 月1 日开幕， 为期184 天，预测参观总人次超过7000 万，吸引200 个国家和国际组织参展。“城市，让生活更美好”，世博会门票系统也会使RFID 的发展更美好。
1 RFID 基本原理
RFID（射频识别，也称电子标签）是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递， 通过所传递的信息实现对目标进行识别的技术。它的作用距离为10 cm～10 m（依据不同的频率），识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术也可以识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
与其他识别技术相比，RFID 具有自动识别、远距离识别、多目标识别的优点。它能广泛应用于许多场景，包括企业的供应链管理、城市的交通管理、物品防伪、个人信息内容获取等。
基本的RFID 系统由射频标签、阅读器和天线三部分组成。射频标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码（EPC），附着在物体上，标识目标对象。阅读器是读取（有时也可写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。天线在标签和阅读器间传递射频信号。
RFID 技术的基本工作原理： 标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号， 凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
同为自动识别技术中的一种数据采集技术，人们更多的是将RFID 与条码技术进行比较。这两种技术都可应用于商品标识这一共同领域， 但RFID具有多目标识别和自动目标识别能力， 还具有识别距离更远和抗灰尘、抗烟雾、存储量大等特点。RFID具备的功能：a）可同时读取多个RFID 标签资料。b）RFID 标签无需光源就可以读取或更新。c）存储资料的容量大。d）电子资料可以反复被读写。e）智慧型标签可以很薄，如隐藏在包装器皿内仍可读取资料。f）RFID 标签可传递资料作为货品追踪与保全。g）RFID 标签在严酷、恶劣及肮脏的环境下仍可读取资料。h）可进行高速移动读取。
RFID 系统有低频、高频、超高频和微波四种工作频段（见表1）。根据这四种频段电磁波的特性，它们的应用领域也有所不同。低频RFID 由于波长较长，具有较强的穿透性，可以穿透水和皮肤等介质，可用于动物标识。高频RFID 受到通信距离的限制，多用于公交卡、身份证、门禁等领域。而超高频RFID则广泛应用于物流行业。
近年来，在上海举行的会展数量以每年20%的速度递增。上海市政府一直在积极探索如何应用新技术提升组会能力，更好地展示上海城市形象。RFID 在大型会展中应用已经得到验证，2005年爱知世博会的门票系统就采用了RFID 技术，做到了大批参观者的快速入场。2006 年世界杯主办方也采用了嵌入RFID 芯片的门票， 起到了防伪的作用。这引起了大型会展的主办方的关注。在2008 年的北京奥运会上，RFID 技术已得到了广泛应用。
2010 年世博会将在上海举办， 届时对主办者、参展者、参观者、志愿者等各类人群有大量的信息服务需求， 包括人流疏导、交通管理、信息查询等，RFID 系统正是满足这些需求的有效手段之一。世博会的主办者关心门票的防伪。参展者比较关心究竟有哪些参观者参观过自己的展台， 关心内容和产品是什么以及参观者的个人信息。参观者想迅速获得自己所要的信息，找到所关心的展示内容。
而志愿者需要了解全局，去帮助需要帮助的人。这些需求通过RFID 技术能够轻而易举的实现。参观者凭借嵌入RFID 标签的门票入场，并且随身携带。每个展台附近都部署有RFID 读取器， 这样对参展者来说，参观者在展会中走过哪些地方，在哪里驻足时间较长，参观者的基本信息是什么等就了然于胸了，当参观者走近时，可以更精确地提供服务。同时，主办者可以在会展上部署带有RFID 读取器的多媒体查询终端， 参观者可以通过终端知道自己当前的位置及所在展区的信息， 还能通过查询终端追踪到走失的同伴信息。
3 系统关键技术
在世博会门票中植入RFID 标签，运用RFID 技术，使整套系统发挥最大的效率，需要解决以下几个关键问题。
1）防冲撞技术
在非接触电子标签的使用过程中， 经常会出现一个读写器必须同时处理多个标签的情况， 即有多个标签在读写器的感应范围之内， 它们将几乎同时响应读写器的指令而发送信号， 这样就会产生信道争用的问题，多个标签发送数据之间将产生干扰。读写器不能正确接收数据，也就无法正确识别标签，产生了冲突。此时必须采取快速的防冲撞措施来保证通信的可靠性和正确性。在人流量大时，世博会门票尤其要有效解决这个问题，保证参观者轻松入场。
2）安全加密技术
数据的安全包括数据存储的安全以及数据传输过程中的安全等。世博会系统应保证信息存储的安全性。同时，信息要使用特定的密码算法技术，确保数据在传输过程中的安全性， 外界无法对数据进行篡改或窃取， 从而实现了RFID 门票的防伪造和防变造。
3）多角度信息处理能力
世博门票采用RFID 技术后可以为参观者提供多种类型的服务，如多种特性的票种。RFID 读取器采集到参观者的信息后， 将其汇聚到世博会系统后台，进行数据处理和分析。
4 世博会RFID 系统的实现
4.1 硬件设计
世博会是一个大型的国际性盛会。保证系统的有效性和灵活性十分重要， 系统的稳定性则更加重要，对于关键应用所处的服务器需要双机备份。具体结构图如1 所示。
硬件系统整体部署：
1）展馆和迎宾显示
在世博园区和展馆入口部署RFID 读写器，参观者在进入园区时，其用户信息就被读取进入系统。如果后台系统分析出入场者是VIP， 则在显示屏上用该VIP 对应国家的语言显示“欢迎***”的字样。
2）展台签到信息采集
在各个展台设置手持RFID 读写器， 当参观者参观时，其用户信息被读取并传到后台系统。系统会将信息归并分析后分发给各个参展者， 参展者就能获知其参展效果。
3）自助查询终端
在世博会园区的各个休息点安置自助查询终端，安置RFID 读写器。参观者在进行查询时，系统根据用户信息调出其参观路径， 后台系统为其设计最佳路线，并在自助终端中显示。
4）后台数据中心和信息管理系统
这是整套系统的核心， 通过RFID 读写器获得的用户信息都汇聚到这里。这里的服务器都需要双机备份。系统管理员可通过各种条件对信息进行统计、分析和管理。
4.2 软件设计
世博RFID 系统软件结构如图2 所示。
本系统的中间件基本功能包括：a）采集数据。采用即插即用的架构和可扩展的驱动框架， 可以使各种RFID 设备方便地与系统连接。同时能对设备状态进行检测。
b）过滤数据。负责过滤一些不需要的数据，并且支持对一个设备或多个设备实施过滤策略。
c）分发数据。允许用多种方式（包括Webservices、HTTP、事件流等）与后台应用系统进行通信，从而将读卡器获得的数据进行准确分发。
RFID 读取设备读取了电子标签的信息后，将原始数据传送至RFID 中间件； 中间件对接收到的数据进行处理后生成XML 文件，由专门的XML 转换进程将数据写入本系统的数据库服务器中，供Web服务器进行调用处理；用户通过客户端软件与Web服务器交互，进行相应操作。
4.3 功能模块
根据世博会对RFID 自动识别系统的应用需求以及RFID 技术本身的特性， 我们设想的系统功能模块包括信息采集模块、信息处理模块、系统管理模块、统计报表模块和接口模块（见图3）。
系统通过对采集的数据进行处理， 分析参观者的行为， 并提供场馆和活动信息查询以及志愿者导航等功能。系统管理模块提供对数据进行维护的功能，包括角色管理、标签管理、系统管理等功能。接口模块提供各类接口的接入方式，如Webservice、HTTP 重定向、socket 及数据库远程连接等。统计报表模块提供种类多样、内容丰富的报表，及时为主办者、参展者提供参观者的各项信息和统计数据， 为工作人员决策提供依据。
5 结束语
世博会将于2010 年5 月1 日至10 月31 日在上海召开。届时使用嵌入RFID 技术的门票，将有效提高整个世博会的举办水平， 提高世博会的信息化水平。当然也要处理好RFID 的关键技术，以保证整套系统的有序和稳定工作。
预祝2010 年世博会圆满成功！
1 RFID 基本原理
RFID（射频识别，也称电子标签）是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递， 通过所传递的信息实现对目标进行识别的技术。它的作用距离为10 cm～10 m（依据不同的频率），识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术也可以识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
与其他识别技术相比，RFID 具有自动识别、远距离识别、多目标识别的优点。它能广泛应用于许多场景，包括企业的供应链管理、城市的交通管理、物品防伪、个人信息内容获取等。
基本的RFID 系统由射频标签、阅读器和天线三部分组成。射频标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码（EPC），附着在物体上，标识目标对象。阅读器是读取（有时也可写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。天线在标签和阅读器间传递射频信号。
RFID 技术的基本工作原理： 标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号， 凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
同为自动识别技术中的一种数据采集技术，人们更多的是将RFID 与条码技术进行比较。这两种技术都可应用于商品标识这一共同领域， 但RFID具有多目标识别和自动目标识别能力， 还具有识别距离更远和抗灰尘、抗烟雾、存储量大等特点。RFID具备的功能：a）可同时读取多个RFID 标签资料。b）RFID 标签无需光源就可以读取或更新。c）存储资料的容量大。d）电子资料可以反复被读写。e）智慧型标签可以很薄，如隐藏在包装器皿内仍可读取资料。f）RFID 标签可传递资料作为货品追踪与保全。g）RFID 标签在严酷、恶劣及肮脏的环境下仍可读取资料。h）可进行高速移动读取。
RFID 系统有低频、高频、超高频和微波四种工作频段（见表1）。根据这四种频段电磁波的特性，它们的应用领域也有所不同。低频RFID 由于波长较长，具有较强的穿透性，可以穿透水和皮肤等介质，可用于动物标识。高频RFID 受到通信距离的限制，多用于公交卡、身份证、门禁等领域。而超高频RFID则广泛应用于物流行业。
近年来，在上海举行的会展数量以每年20%的速度递增。上海市政府一直在积极探索如何应用新技术提升组会能力，更好地展示上海城市形象。RFID 在大型会展中应用已经得到验证，2005年爱知世博会的门票系统就采用了RFID 技术，做到了大批参观者的快速入场。2006 年世界杯主办方也采用了嵌入RFID 芯片的门票， 起到了防伪的作用。这引起了大型会展的主办方的关注。在2008 年的北京奥运会上，RFID 技术已得到了广泛应用。
2010 年世博会将在上海举办， 届时对主办者、参展者、参观者、志愿者等各类人群有大量的信息服务需求， 包括人流疏导、交通管理、信息查询等，RFID 系统正是满足这些需求的有效手段之一。世博会的主办者关心门票的防伪。参展者比较关心究竟有哪些参观者参观过自己的展台， 关心内容和产品是什么以及参观者的个人信息。参观者想迅速获得自己所要的信息，找到所关心的展示内容。
而志愿者需要了解全局，去帮助需要帮助的人。这些需求通过RFID 技术能够轻而易举的实现。参观者凭借嵌入RFID 标签的门票入场，并且随身携带。每个展台附近都部署有RFID 读取器， 这样对参展者来说，参观者在展会中走过哪些地方，在哪里驻足时间较长，参观者的基本信息是什么等就了然于胸了，当参观者走近时，可以更精确地提供服务。同时，主办者可以在会展上部署带有RFID 读取器的多媒体查询终端， 参观者可以通过终端知道自己当前的位置及所在展区的信息， 还能通过查询终端追踪到走失的同伴信息。
3 系统关键技术
在世博会门票中植入RFID 标签，运用RFID 技术，使整套系统发挥最大的效率，需要解决以下几个关键问题。
1）防冲撞技术
在非接触电子标签的使用过程中， 经常会出现一个读写器必须同时处理多个标签的情况， 即有多个标签在读写器的感应范围之内， 它们将几乎同时响应读写器的指令而发送信号， 这样就会产生信道争用的问题，多个标签发送数据之间将产生干扰。读写器不能正确接收数据，也就无法正确识别标签，产生了冲突。此时必须采取快速的防冲撞措施来保证通信的可靠性和正确性。在人流量大时，世博会门票尤其要有效解决这个问题，保证参观者轻松入场。
2）安全加密技术
数据的安全包括数据存储的安全以及数据传输过程中的安全等。世博会系统应保证信息存储的安全性。同时，信息要使用特定的密码算法技术，确保数据在传输过程中的安全性， 外界无法对数据进行篡改或窃取， 从而实现了RFID 门票的防伪造和防变造。
3）多角度信息处理能力
世博门票采用RFID 技术后可以为参观者提供多种类型的服务，如多种特性的票种。RFID 读取器采集到参观者的信息后， 将其汇聚到世博会系统后台，进行数据处理和分析。
4 世博会RFID 系统的实现
4.1 硬件设计
世博会是一个大型的国际性盛会。保证系统的有效性和灵活性十分重要， 系统的稳定性则更加重要，对于关键应用所处的服务器需要双机备份。具体结构图如1 所示。
硬件系统整体部署：
1）展馆和迎宾显示
在世博园区和展馆入口部署RFID 读写器，参观者在进入园区时，其用户信息就被读取进入系统。如果后台系统分析出入场者是VIP， 则在显示屏上用该VIP 对应国家的语言显示“欢迎***”的字样。
2）展台签到信息采集
在各个展台设置手持RFID 读写器， 当参观者参观时，其用户信息被读取并传到后台系统。系统会将信息归并分析后分发给各个参展者， 参展者就能获知其参展效果。
3）自助查询终端
在世博会园区的各个休息点安置自助查询终端，安置RFID 读写器。参观者在进行查询时，系统根据用户信息调出其参观路径， 后台系统为其设计最佳路线，并在自助终端中显示。
4）后台数据中心和信息管理系统
这是整套系统的核心， 通过RFID 读写器获得的用户信息都汇聚到这里。这里的服务器都需要双机备份。系统管理员可通过各种条件对信息进行统计、分析和管理。
4.2 软件设计
世博RFID 系统软件结构如图2 所示。
本系统的中间件基本功能包括：a）采集数据。采用即插即用的架构和可扩展的驱动框架， 可以使各种RFID 设备方便地与系统连接。同时能对设备状态进行检测。
b）过滤数据。负责过滤一些不需要的数据，并且支持对一个设备或多个设备实施过滤策略。
c）分发数据。允许用多种方式（包括Webservices、HTTP、事件流等）与后台应用系统进行通信，从而将读卡器获得的数据进行准确分发。
RFID 读取设备读取了电子标签的信息后，将原始数据传送至RFID 中间件； 中间件对接收到的数据进行处理后生成XML 文件，由专门的XML 转换进程将数据写入本系统的数据库服务器中，供Web服务器进行调用处理；用户通过客户端软件与Web服务器交互，进行相应操作。
4.3 功能模块
根据世博会对RFID 自动识别系统的应用需求以及RFID 技术本身的特性， 我们设想的系统功能模块包括信息采集模块、信息处理模块、系统管理模块、统计报表模块和接口模块（见图3）。
系统通过对采集的数据进行处理， 分析参观者的行为， 并提供场馆和活动信息查询以及志愿者导航等功能。系统管理模块提供对数据进行维护的功能，包括角色管理、标签管理、系统管理等功能。接口模块提供各类接口的接入方式，如Webservice、HTTP 重定向、socket 及数据库远程连接等。统计报表模块提供种类多样、内容丰富的报表，及时为主办者、参展者提供参观者的各项信息和统计数据， 为工作人员决策提供依据。
5 结束语
世博会将于2010 年5 月1 日至10 月31 日在上海召开。届时使用嵌入RFID 技术的门票，将有效提高整个世博会的举办水平， 提高世博会的信息化水平。当然也要处理好RFID 的关键技术，以保证整套系统的有序和稳定工作。
预祝2010 年世博会圆满成功！
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