摘 要：本文針對(duì)工業(yè)炸藥在全生命周期內(nèi)（包括生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷售過程）存在難以實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)、難以監(jiān)控動(dòng)態(tài)流程的問題，采用無線射頻RFID及條形碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)炸藥的信息采集，并基于采集的信息對(duì)工業(yè)炸藥進(jìn)行識(shí)蹤智能管控，構(gòu)建工業(yè)炸藥實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：全生命周期；實(shí)時(shí)獲?。籖FID；識(shí)蹤；實(shí)時(shí)監(jiān)管

中圖分類號(hào)：TP391.44

民爆行業(yè)是我國工業(yè)體系中的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的重要使命[1]?！笆濉逼陂g，要不斷提高生產(chǎn)線自動(dòng)化、連續(xù)化和信息化水平，工業(yè)炸藥生產(chǎn)線要實(shí)現(xiàn)全流程監(jiān)控[2]。而民爆行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)點(diǎn)多面廣，生產(chǎn)線、專用存儲(chǔ)倉庫多建立在偏遠(yuǎn)地方，現(xiàn)場(chǎng)檢查難度大，存在監(jiān)管難度大、監(jiān)管不到位的問題。

目前，工業(yè)炸藥信息標(biāo)識(shí)主要采用一維條碼技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行登記和錄入，其存在以下的缺點(diǎn)：容量小、易污損、易丟失，導(dǎo)致紅外掃描儀將無法掃描識(shí)別出藥卷信息等。無線射頻識(shí)別RFID技術(shù)具有可以實(shí)現(xiàn)大范圍、長(zhǎng)距離、多點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)[3-6]。RFID標(biāo)簽相比傳統(tǒng)標(biāo)簽具有容量更大、反復(fù)讀寫、讀寫速度快、安全、耐用等特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)工業(yè)炸藥全生命周期動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲取信息數(shù)據(jù)和監(jiān)控，簡(jiǎn)化工作流程，提高效率，本文綜合利用RFID技術(shù)結(jié)合條形碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)總框架設(shè)計(jì)和監(jiān)控模型建立

爆破公司、專賣公司、礦山公司等具有購買炸藥資質(zhì)的企業(yè)，網(wǎng)上提交購買申請(qǐng)表和相關(guān)資料，最高級(jí)監(jiān)管部門審核通過后，系統(tǒng)隨機(jī)生成購買產(chǎn)品的審批數(shù)據(jù)，審批數(shù)據(jù)和購買申請(qǐng)一同發(fā)送至生產(chǎn)廠家；廠家系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的訂單自動(dòng)生成訂單；生產(chǎn)線自動(dòng)打印貼標(biāo)機(jī)從后臺(tái)系統(tǒng)自動(dòng)下單；在生產(chǎn)包裝環(huán)節(jié)，對(duì)單個(gè)藥卷進(jìn)行條形碼貼標(biāo)；自動(dòng)打印貼標(biāo)機(jī)實(shí)時(shí)打印電子標(biāo)簽信息和條碼信息、并對(duì)當(dāng)前的每箱炸藥進(jìn)行自動(dòng)貼標(biāo)；建立單個(gè)藥卷?xiàng)l形碼與整箱炸藥RFID標(biāo)簽之間的關(guān)聯(lián)模型；系統(tǒng)嚴(yán)格執(zhí)行系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)訂單；當(dāng)發(fā)生超量或超類型生產(chǎn)，則生產(chǎn)違規(guī)，違規(guī)記錄將自動(dòng)寫入到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心，自動(dòng)打印貼標(biāo)機(jī)停止工作，建立違規(guī)監(jiān)控表，監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)時(shí)報(bào)警，應(yīng)急方案啟動(dòng)；對(duì)符合電子訂單生產(chǎn)的產(chǎn)品，在銷售過程中同樣要進(jìn)行信息比對(duì)與監(jiān)控，杜絕出現(xiàn)銷售違規(guī)的現(xiàn)象。監(jiān)控子系統(tǒng)違規(guī)報(bào)警模塊應(yīng)與應(yīng)急方案實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)。

生產(chǎn)線讀寫器實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前的下線量、藥卷信息；中轉(zhuǎn)庫讀寫器，可對(duì)裝車的炸藥信息進(jìn)行監(jiān)視；存儲(chǔ)倉庫門口讀寫器通過讀取電子標(biāo)簽，保存至系統(tǒng)中；炸藥在運(yùn)輸過程中，車輛處于完全監(jiān)控的狀態(tài)，包括對(duì)其運(yùn)輸路線、車輛速度、車門是否打開、車內(nèi)溫度等進(jìn)行監(jiān)控；購買企業(yè)在產(chǎn)品入庫時(shí)，讀寫器讀取當(dāng)前車輛運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品，與數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行比對(duì)，并同時(shí)更新數(shù)據(jù)庫記錄。該過程中，RFID電子標(biāo)簽在工業(yè)炸藥產(chǎn)品的全流程建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集依據(jù)，杜絕人為主觀錯(cuò)誤。

系統(tǒng)采用Client/Server（客戶端/服務(wù)器）與Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器）[7]混合的多層信息交互模式，基于SQL Server進(jìn)行數(shù)據(jù)庫開發(fā)，將炸藥生產(chǎn)過程各關(guān)鍵控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)保存到生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫?？蛻艚K端可通過網(wǎng)絡(luò)或客戶端與讀寫器相連，在采集終端與服務(wù)器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并建立各關(guān)鍵控制點(diǎn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 RFID標(biāo)簽的編碼標(biāo)準(zhǔn)

目前，RFID市場(chǎng)呈現(xiàn)為多種標(biāo)準(zhǔn)并存的局面，國際上存在三個(gè)主要的RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系組織：EPC Global、ISO/IEC、UIC。其標(biāo)準(zhǔn)包括讀寫器與計(jì)算機(jī)之的數(shù)據(jù)交換協(xié)議、電子標(biāo)簽與讀寫器之間的空中接口（如ISO/IEC 18000-6）、以及RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標(biāo)、RFID標(biāo)簽與讀寫器的性能和一致性測(cè)試規(guī)范等。本文參照EPC Global標(biāo)準(zhǔn)，為制定適用于工業(yè)炸藥產(chǎn)品全流程監(jiān)控的RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標(biāo)準(zhǔn)，選擇Class 0和Class 1兩個(gè)等級(jí)，RFID電子標(biāo)簽的信息包含以下內(nèi)容：產(chǎn)品EPC編碼、生產(chǎn)廠家編碼、產(chǎn)品號(hào)代碼、產(chǎn)品規(guī)格、生產(chǎn)日期、流水號(hào)等。

2.2 RFID條形碼技術(shù)的炸藥信息標(biāo)識(shí)

要實(shí)現(xiàn)工業(yè)炸藥的全流程監(jiān)控，其信息的采集是基礎(chǔ)，而信息的采集則需要有標(biāo)簽的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)。單純采用條形碼或者RFID電子標(biāo)簽存在以下問題：RFID標(biāo)識(shí)信息量大，讀取方便，一次可讀取多個(gè)，但費(fèi)用較高；一維條形碼信息標(biāo)識(shí)簡(jiǎn)單，且存在讀取不易的問題；二維條形碼雖然讀取不易，但是具有信息量大的優(yōu)點(diǎn)。因此考慮把條形碼和RFID相結(jié)合來標(biāo)識(shí)炸藥產(chǎn)品：RFID電子標(biāo)簽根據(jù)當(dāng)前條形碼的編碼規(guī)則，更大范圍的存儲(chǔ)該炸藥的信息，并用來成批量讀取產(chǎn)品；條形碼則可以保持當(dāng)前的編碼規(guī)則，用于抽樣檢查等讀取個(gè)別產(chǎn)品信息。

2.3 多標(biāo)簽讀寫防碰撞算法

多標(biāo)簽沖突是RFID系統(tǒng)最容易出現(xiàn)也是必須解決的難題。ISO/IEC 18000-6 Type A、B分別采用ALOHA算法和二進(jìn)制樹形算法，而ISO/IEC 18000-6C中采用的是基于隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器的隨機(jī)時(shí)隙算法[8]。

目前常用的防碰撞算法主要有：基于二進(jìn)制樹搜索（Binary-Tree，BT）算法和基于時(shí)隙隨機(jī)分配的ALOHA算法和標(biāo)簽估計(jì)算法（Tag Estimation Method，TEM）等。本文綜合兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，在二進(jìn)制樹搜索樹（Binary-Tree，BT）算法[9]基礎(chǔ)上，采用一種改進(jìn)二進(jìn)制樹搜索樹算法。其基本原理如下：根據(jù)發(fā)生碰撞的RFID電子標(biāo)簽信息，構(gòu)造最佳搜索矩陣，再使用二進(jìn)制樹搜索算法，并根據(jù)當(dāng)前的時(shí)隙狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整搜索路徑，從而有效減少碰撞和空閑時(shí)隙數(shù)以及傳輸?shù)谋忍亓浚行p少識(shí)別時(shí)間，提高搜索效率。

2.4 RFID數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)安全問題

RFID系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)閱讀錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)重復(fù)，提出采用可擴(kuò)展的傳感器數(shù)據(jù)流處理（ESP）[10]，主要特點(diǎn)是流水線數(shù)據(jù)清理框架結(jié)構(gòu)以支持普適環(huán)境應(yīng)用。數(shù)據(jù)清理過程包含如下五步：對(duì)讀取的單個(gè)值進(jìn)行過濾的點(diǎn)處理；糾正閱讀丟失和點(diǎn)處理時(shí)的無效值的平滑處理；糾正閱讀丟失的不相關(guān)量的合并處理；處理不用粒子之間重復(fù)閱讀等的判決處理；基于時(shí)間戳等屬性，為不同類型傳感器進(jìn)一步數(shù)據(jù)清理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)閱讀量的虛化處理。它根據(jù)閱讀器所獲得的數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上具有相關(guān)性對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

由于工業(yè)炸藥行業(yè)監(jiān)控的獨(dú)特性，RFID標(biāo)簽必須克服其易受到非法訪問、跟蹤、竊聽、偽造等攻擊等缺點(diǎn)。為解決上述安全與隱私問題，目前已經(jīng)提出了多種方案，包括主動(dòng)干擾、Kill標(biāo)簽、阻止標(biāo)簽、Hash鎖和智能標(biāo)簽等方法。Hash鎖無法解決位置隱私和中間人攻擊問題，其本質(zhì)原因是通過簡(jiǎn)單的Hash函數(shù)，增加閉鎖和開鎖狀態(tài)，對(duì)標(biāo)簽和讀寫器之間的通信進(jìn)行訪問。因此本文采用一種改進(jìn)的隨機(jī)讀取控制Hash鎖方法[11]。

3 結(jié)論

本文針對(duì)工業(yè)炸藥全生命周期實(shí)時(shí)監(jiān)控的需要，對(duì)工業(yè)炸藥提出基于RFID及條形碼這種技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行全流程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。通過對(duì)系統(tǒng)總框架設(shè)計(jì)和監(jiān)控模型的建立，對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)-編碼標(biāo)準(zhǔn)、信息標(biāo)識(shí)、防碰撞以及數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)安全進(jìn)行分析。通過該監(jiān)控模型，有效地實(shí)時(shí)獲取炸藥產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并有力的掌控了炸藥的流向，推動(dòng)該行業(yè)的智能化、信息化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]工信部規(guī)劃司.民用爆炸物品行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃[R].2011，11，30.

[2]工信部安全生產(chǎn)司.關(guān)于提升工業(yè)炸藥生產(chǎn)線本質(zhì)安全生產(chǎn)水平的指導(dǎo)意見[R].2012，07，03.

[3]游戰(zhàn)清，李蘇劍.無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）理論與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004：3-7.

[4]劉洪武.RFID防碰撞算法研究[D].南昌：南昌航空大學(xué)，2012.

[5]陳錦.基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

[6]何偉，魏書楷，趙晝辰，張曉華.一種離散制造生產(chǎn)線RFID接口控制器[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010，20（6）：192-195.

[7]蔣瀚洋，李月軍，龐婭娟.SQLServer2005數(shù)據(jù)庫管理與開發(fā)教程[M].北京：人民郵電出版社，2009：190.

[8]馬倩，時(shí)良平，周立宏.ISO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)的防碰撞算法研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2008-12（28）.

[9]單承贛，王聰聰，余春梅.多時(shí)隙的二進(jìn)制搜索防沖突算法[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32（1）：66-100.

[10]蔣邵崗，譚杰.RFID中間件數(shù)據(jù)處理與過濾方法的研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2008，28（10）：2613-2615.

[11]許亮，朱鎮(zhèn)明，黃志平，肖開文.基于RFID的工業(yè)炸藥實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2010，8：71-72.

作者簡(jiǎn)介：李波（1980-），男，助理工程師，研究方向：機(jī)電自動(dòng)化、信息化管理，現(xiàn)主要從事民爆行業(yè)設(shè)備自動(dòng)化、系統(tǒng)智能化、信息化方面的研究。

作者單位：廣東振聲科技股份有限公司，廣東梅州 514700