基于RFID技術(shù)的漁船身份識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　漁船作為目前海洋漁業(yè)生產(chǎn)最大的運(yùn)載作業(yè)工具, 它的管理及服務(wù)上一直存在著一些漏洞。船號(hào)就相當(dāng)于船的身份證,以往漁船的船號(hào)都是用油漆手寫的,因此,一部分捕撈漁船為了偷捕盜撈,就會(huì)將船名號(hào)故意涂掉以逃避檢查。由于相關(guān)漁業(yè)漁船證書難以現(xiàn)場獲取檢查, 漁船管理上沒有一套完整有效的數(shù)據(jù)等原因,沿海地區(qū)無證克隆漁船、相互套用證書現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,且有日漸嚴(yán)重的趨勢(shì)。這不僅擾亂了漁業(yè)生產(chǎn)秩序,還存在著漁業(yè)安全生產(chǎn)隱患。為了提高漁業(yè)安全監(jiān)管科技手段,根據(jù)目前漁業(yè)安全生產(chǎn)中存在的具體情況,依托現(xiàn)代無線射頻識(shí)別、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等技術(shù),將無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)應(yīng)用到漁業(yè)安全生產(chǎn)領(lǐng)域中, 建立漁業(yè)船舶身份識(shí)別及漁船管理系統(tǒng), 對(duì)漁船實(shí)施“實(shí)時(shí)、有效”的監(jiān)管,實(shí)現(xiàn)漁船證書電子化、現(xiàn)場檢查取證電腦化和救助信息實(shí)時(shí)反饋化已是迫在眉睫。

　　1 RFID 技術(shù)簡介

　　RFID(Radio Frequency Identification)是20 世紀(jì)80 年代興起并逐漸走向成熟的技術(shù), 射頻識(shí)別系統(tǒng)利用射頻標(biāo)簽承裁信息, 射頻標(biāo)簽和閱讀器間通過感應(yīng)無線電波或微波能量進(jìn)行非接觸雙向通信,達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的目的。RFID 標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復(fù)使用等特點(diǎn),可支持快速讀寫、非可視識(shí)別、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長期跟蹤管理。RFID 系統(tǒng)的工作原理:閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào),當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流, 射頻卡獲取能量被激活;射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)發(fā)送天線發(fā)送出去;系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號(hào), 經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器; 閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理; 主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該信息的合法性,針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制,發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。目前RFID 技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍,被物流、零售、裝配等行業(yè)推崇。特別在物資管理和空間定位與跟蹤方面應(yīng)用最為成熟。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件由三部分組成:(1)無線射頻電子標(biāo)簽;(2)手持式電子標(biāo)簽POS 機(jī);(3)身份識(shí)別計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng),如圖1。射頻識(shí)別系統(tǒng)包括兩個(gè)部分: 它們是射頻卡和讀寫器。射頻卡也稱應(yīng)答器或無線射頻電子標(biāo)簽, 它的幾個(gè)主要模塊集成到一塊芯片中, 完成與讀寫器的通信, 芯片上的內(nèi)存部分用來儲(chǔ)存識(shí)別號(hào)碼或其它數(shù)據(jù), 如漁船的基本技術(shù)數(shù)據(jù)、類型、登記產(chǎn)權(quán)、歷次檢驗(yàn)、安全設(shè)備配備、漁業(yè)許可、漁業(yè)互保、船員情況等。芯片外圍僅需要連接天線,可以作為漁船身份識(shí)別標(biāo)識(shí)卡。讀寫器也稱收發(fā)器或手持式電子標(biāo)簽POS 機(jī), 它由發(fā)射單元、接收單元、信號(hào)處理控制單元和電源等組成。它通過天線向RFID 卡發(fā)送射頻調(diào)制信號(hào)(也稱詢問信號(hào)),同時(shí)通過天線接收從RFID 卡返回的載有RFID 卡中信息的射頻調(diào)制信號(hào)(也稱應(yīng)答信號(hào)),經(jīng)處理后傳給智能控制設(shè)備。系統(tǒng)的基本工作原理是:通過漁船上固定的無線射頻電子標(biāo)簽卡,采用手持式電子標(biāo)簽POS 機(jī)來識(shí)別讀取漁船的基本信息,然后通過漁船綜合管理系統(tǒng),可以全面了解該漁船的基本技術(shù)數(shù)據(jù)、類型、登記產(chǎn)權(quán)、歷次檢驗(yàn)、安全設(shè)備配備、漁業(yè)許可、漁業(yè)互保、船員情況等情況,為漁船管理提供統(tǒng)一的綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)。射頻信號(hào)工作方式有兩種:電磁耦合和電磁傳播。電磁耦合一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識(shí)別;典型的工作頻率有125kHz(LF)和13.56MHz(HF),識(shí)別距離在1 米以內(nèi)。電磁傳播方式則一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng); 典型的工作頻率有860~915MHz(UHF)、2.45GHz(μWF)和5.8GHz(DF),識(shí)別距離最長可達(dá)十幾米。 

　　 (1)無線射頻電子標(biāo)簽:無線射頻電子標(biāo)簽的選用應(yīng)能夠保證穩(wěn)定的無線通訊、無需外置電源、抗干擾性好。標(biāo)牌要求和船舶駕艙體緊固結(jié)合,安裝要具有永久性、不可拆卸等,在標(biāo)牌上印有漁業(yè)船舶身份識(shí)別管理序號(hào)、中國漁政標(biāo)志、電子標(biāo)簽序號(hào)、發(fā)證單位名稱及發(fā)證日期等相關(guān)信息,標(biāo)識(shí)牌底面應(yīng)印有符合漁業(yè)安全管理內(nèi)容的圖案。存儲(chǔ)要求:電子標(biāo)簽內(nèi)應(yīng)存儲(chǔ)最基本的船舶信息,包括:電子標(biāo)簽序號(hào)、船名號(hào)。電子標(biāo)簽序號(hào):為一組16 位數(shù)字。船名號(hào): 3 位漢字+5 數(shù)字。 

　　 (2)手持式電子標(biāo)簽POS 機(jī):POS 機(jī)殼體應(yīng)堅(jiān)固耐用、具有防水、防摔碰和抗海洋環(huán)境侵蝕的功能;性能上要求具有工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的可靠性、耐用性、良好的讀寫性能,POS 機(jī)具有與計(jì)算機(jī)通信功能、讀卡及顯示功能、存儲(chǔ)功能,查詢功能等。其要求如下:
    ①POS 機(jī)采用USB 接口與計(jì)算機(jī)USB 接口連接進(jìn)行通信。
    ②POS 機(jī)在讀取電子標(biāo)牌數(shù)據(jù)后,應(yīng)能即時(shí)在POS 機(jī)上顯示船舶基本信息、船名和船名號(hào)信息,與檢查時(shí)間一起自動(dòng)存儲(chǔ)。并能與POS 機(jī)內(nèi)黑名單數(shù)庫據(jù)進(jìn)行對(duì)比,如果黑名單有此船,應(yīng)顯示此船是非法捕撈船或有違法記錄的船。
    ③POS 機(jī)至少應(yīng)能存儲(chǔ)100 次稽查記錄,每次記錄內(nèi)容應(yīng)包括:稽查日期、時(shí)間、船號(hào)、船名號(hào)。
    ④POS 機(jī)至少應(yīng)能存儲(chǔ)100 條黑名單記錄。
    ⑤POS機(jī)通過按鍵操作選擇不同菜單可以查詢稽查數(shù)據(jù),并在POS 機(jī)顯示屏上顯示相應(yīng)的信息。具體操作應(yīng)包括:通過按鍵操作可以查詢稽查記錄的條數(shù)。通過按鍵操作可以按時(shí)間、船號(hào)、船名號(hào)或稽查到黑名單漁船號(hào)快速查詢稽查記錄。通過按鍵操作可以查詢POS 機(jī)資料。
    ⑥POS 機(jī)內(nèi)置永久實(shí)時(shí)時(shí)鐘,每次與計(jì)算機(jī)連接上傳或下傳數(shù)據(jù)時(shí)接受時(shí)間校時(shí)。
    ⑦POS 機(jī)應(yīng)具有自動(dòng)檢測(cè)功能。在開機(jī)時(shí)自行檢測(cè)POS 機(jī)各主要部件的工作性能,并對(duì)出現(xiàn)故障的部位或部件予以警示。
    ⑧當(dāng)POS 機(jī)失電時(shí),應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài),保持時(shí)效不少于30 天。⑨POS 機(jī)具有USB接口,有線數(shù)據(jù)傳輸功能。

　　(3)身份識(shí)別計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng):系統(tǒng)對(duì)硬件方面的要求較低,一般配置的PC 及筆記本電腦就能滿足系統(tǒng)的要求, 如CPU 主頻為1G 以上、內(nèi)存為128M 等。軟件應(yīng)能滿足現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)接口傳輸要求,如USB2.0 等。身份識(shí)別計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)主要功能是通過RFID 電子標(biāo)簽、漁船身份識(shí)別POS 機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入,并分類保存以備隨時(shí)檢索使用,同時(shí)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總,最終通過此系統(tǒng)傳遞給用戶進(jìn)行操作和管理。該管理系統(tǒng)能夠完整的、全面的反應(yīng)漁業(yè)船舶管理情況。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　漁船身份識(shí)別管理系統(tǒng)軟件邏輯框架如圖2, 漁船身份識(shí)別管理系統(tǒng)軟件是整個(gè)系統(tǒng)的最終用戶界面,以WIN2000 或者XP 為開發(fā)平臺(tái),其選擇的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫軟件應(yīng)是當(dāng)前成熟的數(shù)據(jù)庫軟件, 并能和WINDOWS 軟件開發(fā)語言有良好的融合性。通過RFID 電子標(biāo)簽、漁船身份識(shí)別POS 機(jī)采集的數(shù)據(jù)最終通過此軟件傳遞給用戶進(jìn)行操作和管理。這套軟件是能夠完整的、全面的反應(yīng)漁業(yè)船舶管理情況的軟件, 包含的信息數(shù)據(jù)要求完備,從船舶的基本信息、持證情況、船舶安全設(shè)備配置情況、船上基本人員信息、船舶違規(guī)記錄情況、到港簽證情況等一應(yīng)俱全。軟件還應(yīng)具有黑名單功能、船舶保險(xiǎn)狀態(tài)查詢等功能,對(duì)查詢到的列入黑名單的數(shù)據(jù)進(jìn)行提示報(bào)警,以加強(qiáng)對(duì)違規(guī)船舶、三無船舶、高危漁船的管理。軟件的數(shù)據(jù)通過異步數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)包加載,定期更新采集數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上,客戶端只要定期下載更新,即可實(shí)現(xiàn)軟件的數(shù)據(jù)同步;并通過對(duì)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行定期更新、備份以保證數(shù)據(jù)的可靠和安全。同時(shí)針對(duì)不同的用戶,設(shè)置不同的權(quán)限,在相應(yīng)的管理權(quán)限內(nèi)管理操作更新數(shù)據(jù),保持?jǐn)?shù)據(jù)的安全可靠性。軟件設(shè)計(jì)要求簡約,操作方便、人性化,并能根據(jù)客戶的要求及時(shí)進(jìn)行調(diào)整等。要求軟件具有良好的穩(wěn)定性、兼容性和擴(kuò)展性,便于以后升級(jí)開發(fā)。軟件應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)的更新。一方面,客戶端與下載的服務(wù)器數(shù)據(jù)比較后,應(yīng)能更新當(dāng)前數(shù)據(jù)庫;另一方面,能把上傳的數(shù)據(jù)與服務(wù)器數(shù)據(jù)比較,提醒后更新服務(wù)器數(shù)據(jù)。安全性原則:漁船身份識(shí)別系統(tǒng)軟件應(yīng)具備良好的安全性,軟件加密應(yīng)具備在受到24 小時(shí)連續(xù)攻擊下不被解碼。

圖2 RFID 漁船身份識(shí)別系統(tǒng)管理軟件邏輯框架

　　4 結(jié)束語

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展, 射頻卡技術(shù)會(huì)越來越廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè),特別是無線通信,身份識(shí)別,金融交易,公用交通等領(lǐng)域。RFID 漁船身份識(shí)別系統(tǒng)能使執(zhí)法人員只要手持漁船身份識(shí)別POS 機(jī),通過讀取安裝在漁船上的漁船識(shí)別模塊(電子標(biāo)簽),就能在POS 機(jī)上、電腦上反映出相關(guān)漁船信息和船員的基本信息。這不僅可以加強(qiáng)漁船的管理,迅速發(fā)現(xiàn)“克隆”船、“冒用船號(hào)”漁船,而且一旦發(fā)生海上救助事件,通過查詢電腦上相關(guān)漁船資料,就能反映出漁船配備安全設(shè)備、船況、船員的基本情況,及時(shí)做出應(yīng)急措施。RFID 射頻識(shí)別技術(shù)是一個(gè)新興的技術(shù), 它應(yīng)用于海洋漁業(yè)方面, 有利于提高安全管理與執(zhí)法的效率、有利于打擊冒用(克隆)漁船。所以它將成為漁船管理領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢(shì),該項(xiàng)目具有巨大經(jīng)濟(jì)效益。

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    作者簡介:趙樹平(1960-),男(漢族),遼寧省大連市人,大連水產(chǎn)學(xué)院信息工程學(xué)院副教授,碩士,主要從事RFID 技術(shù)應(yīng)用的研究。