基于物聯(lián)網(wǎng)疫苗安全溯源系統(tǒng)的RFID技術(shù)應用

　　0 前言

　　據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)調(diào)查，全球流通的藥品中，有超過10%的偽藥，發(fā)展中國家更超過40%，全球偽藥的金額超過3200億美元。在全球各地，掀起了越來越多的醫(yī)療糾紛。疫苗是為了預防、控制傳染病的發(fā)生、流行，用于人體預防接種的疫苗類預防性生物制品，由于公眾的免疫觀念加強以及政府的政策導向和支持，我國已成為全球疫苗產(chǎn)品的最大的需求與供給市場。然而我國在經(jīng)歷了山西疫苗和安徽疫苗事件之后，越來越多的人希望疫苗從生產(chǎn)檢驗、配送、冷鏈運輸、倉儲、銷售、注射等各個環(huán)節(jié)都能在政府與各級疾控中心的監(jiān)營之下進行。疫苗的防偽防劣措施刻不容緩，在偽藥防治上，除了條形碼己被規(guī)范到藥品包裝外，利用RFID(射頻識別)來作為藥品生產(chǎn)履歷，也己被美國食品藥品管理局(FDA)定為打擊偽藥的方案，讓藥品的來源、流通渠道得以驗證其合法性，生產(chǎn)履歷在食品業(yè)界已有實際應用案例，要轉(zhuǎn)移到醫(yī)療產(chǎn)業(yè)難度不高。本文就是將二維標簽與RFID標簽聯(lián)合應用，實現(xiàn)疫苗整個供應鏈系統(tǒng)的追蹤和監(jiān)控。RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應用，不但能夠跟蹤復雜的、多步驟疫苗供應網(wǎng)絡中疫苗的供應情況，還可以建立高效的物流信息平臺，優(yōu)化內(nèi)部物流供應和流通流程，提高工廠的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，增強疫苗供應鏈的透明度，提高安全性，加快流通速度，降低物流成本，進而提高整個企業(yè)的核心競爭力。通過RFID技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅能對疫苗的生產(chǎn)、流通、消費等環(huán)節(jié)進行信息采集，實現(xiàn)全程監(jiān)控，建立完善的管理服務平臺，實現(xiàn)使用者對疫苗信息的追溯和查詢，還能增進消費者所獲得疫苗的安全性，有效杜絕假冒偽劣疫苗帶來的危害。

　　1 基于物聯(lián)網(wǎng)疫苗安全溯源系統(tǒng)的組成及工作流程

　　疫苗安全溯源系統(tǒng)主要按疫苗的生產(chǎn)、物流、倉儲、接種四大環(huán)節(jié)設計，基于物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計對疫苗實現(xiàn)“監(jiān)管信息化、物流智能化、查詢便捷化、源頭追溯化”，確保疫苗供應鏈的安全，其系統(tǒng)模型如圖1所示。在疫苗的生產(chǎn)、物流、倉儲、接種每個階段，分別通過前端的數(shù)據(jù)采集設備將各環(huán)節(jié)的信息循環(huán)疊加在一起，形成具體疫苗產(chǎn)品的綜合信息文檔，包括確定標簽對應的疫苗信息、用于確認交接的照片信息以及所有的溫濕度信息等。信息平臺主要包括查詢分析模塊、監(jiān)控溯源模塊、數(shù)據(jù)管理模塊以及物流跟蹤模塊，其中查詢分析模塊可提供標簽號、溫度、時間地點等信息查詢。

　　2 基于物聯(lián)網(wǎng)疫苗安全溯源系統(tǒng)中的RFID技術(shù)

　　RFID是一種通信技術(shù)，可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。它不僅可以實現(xiàn)對被識別物體的自動識別與快速讀寫，還可以同時識別多個標簽以及高速移動的標簽，操作快捷簡單，能工作于各類不同的惡劣環(huán)境中，是目前最先進的自動識別技術(shù)。RFID系統(tǒng)通常由前端的射頻終端和后臺的計算機信息管理系統(tǒng)構(gòu)成。射頻終端一般由讀寫器和標簽組成，標簽用來標識存儲物品的各種屬性信息;讀寫器用來進行信息采集，利用射頻信號對標簽進行識別并與計算機信息系統(tǒng)進行通信。

　　在疫苗生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)中，用讀寫器對疫苗的生產(chǎn)包裝箱子上貼有的電子標簽進行采集，把采集的電子標簽信息存入計算機信息系統(tǒng)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就能在任何地方跟蹤貼有RFID標簽的疫苗包裝箱。疫苗生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)中RFID的應用如圖2所示。

　　在RFID技術(shù)中，電子標簽由耦合元件與芯片組成，含有微處理器、E2PROM及收發(fā)電路，儲存著產(chǎn)品的詳細信息。每一個產(chǎn)品的電子標簽都是唯一的，含有加密邏輯，無法修改和仿造。RFID讀寫器通過天線發(fā)射出一定頻率的射頻信號，當電子標簽進入讀寫器的工作范圍內(nèi)，由于電磁感應，其天線會產(chǎn)生感應電流，使得電子標簽獲得能量被激活，從而向讀寫器發(fā)送自身儲存的編碼信息。讀寫器將收到的信息進行解碼送至后臺計算機信息管理系統(tǒng)，計算機根據(jù)邏輯運算判斷標簽的合法性，針對不同的設定做出相應的處理與控制。計算機信息管理系統(tǒng)通過Internet與各個監(jiān)控點進行聯(lián)網(wǎng)，搭起信息平臺，通過信息平臺能夠監(jiān)管和查詢產(chǎn)品的流向。

　　3 RFID的設計及應用

　　目前，RFID技術(shù)還未出臺全球的統(tǒng)一標準，每個國家的標準都不一樣，導致全球多種標準并存的局面。但隨著RFID在全球物流行業(yè)的大規(guī)模應用，ISO制定的一些RFID國際標準已經(jīng)得到全球各個業(yè)界的廣泛認可。本文使用無源的RFID電子標簽，支持ISOI8000—6C(EPC GEN2)國際標準協(xié)議，工作頻率在860～960MHz之間，不同的工作頻率需設計不同的天線，下面主要介紹RFID的天線設計及其應用。

　　3.1 RFID的天線設計

　　RFID技術(shù)中最難的部分是天線的設計，天線面積越大并不代表其感應強度越大，為了獲得最佳的測量效果，必須知道設備的大小，然后才能確定天線的大小。天線是一敏感的物體，制作天線采用的電阻、電容、電感等元件必須具有較高的精度，否則天線制作就可能失敗。天線的等效電路如圖3所示。

　　天線的性能主要與Rant和Lant的大小有關(guān)，當計算天線的品質(zhì)因數(shù)Q和天線調(diào)諧時線圈的電容Cant可以忽略。天線的幾個重要參數(shù)估算公式如下：

　　其中：L1為一圈(匝)導線環(huán)的長度;D1為線圈的直徑或?qū)w的寬度;N1為線圈的匝數(shù);

　　K為天線的系數(shù)(環(huán)形為1.07，方形為1.47)。

　　天線電容Cant的大小與制作出來天線的線圈的大小有關(guān)，可以用儀器直接測量。

　　品質(zhì)因數(shù)：

　　(一般建議Q=35左右比較合適)，其中：ωR=2π·fR，fR為RFID工作頻率，由于本系統(tǒng)RFID可以工作在860～960MHz頻率之間，與國內(nèi)手機GSM900應用會有沖突，所以使用時只采用860～870MHz作為RFID工作頻率范圍。

　　根據(jù)上述Q與ωR的兩個公式，就可以直接計算出Rant電阻的阻值。

　　3.2 RFTD的應用

　　以我國目前醫(yī)藥物流的發(fā)展現(xiàn)狀來說，每支疫苗都使用RFID標簽進行標識，實現(xiàn)疫苗的追蹤，還是不太可能?，F(xiàn)在大多是將二維條碼與RFID標簽聯(lián)合使用，用二維條碼來記錄疫苗信息，做到每支疫苗都有唯一標識的零售包裝，再應用RFID電子標簽標識疫苗的生產(chǎn)物流包裝，記錄包裝箱內(nèi)疫苗的信息，實現(xiàn)疫苗的供應鏈追蹤以及問題疫苗的追溯功能。

　　RFID標簽的應用，使得疫苗生產(chǎn)企業(yè)能夠在每個包裝箱建立唯一的EPC編碼，它被認為是識別所有物件唯一有效方式，EPC編碼雖只能記錄有限的識別信息，但它有對應的后臺數(shù)據(jù)庫作為支持，能夠迅速查詢疫苗的各個包裝信息。當疫苗出庫時，貼有RFID電子標簽的就會被跟蹤，保證疫苗在分銷過程中的物流、倉儲、接種環(huán)節(jié)都能得到監(jiān)控。RFID將遏制假冒偽劣疫苗的出現(xiàn)，防止出現(xiàn)疫苗流失，加快疫苗庫存的周轉(zhuǎn)，提高疫苗的召回速度。在物流環(huán)節(jié)中使用RFID技術(shù)，能對疫苗冷鏈運輸過程中的存儲溫度、運輸車輛、車輛位置及運輸時間等信息進行記錄，將記錄的信息通過GPRS無線通信或車載有線網(wǎng)絡與物流公司的本地數(shù)據(jù)庫進行通信，就能使疫苗的生產(chǎn)、物流、倉儲、接種四大環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，每一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都能及時找出源頭。

　　4 使用RFID技術(shù)需解決的問題

　　RFID技術(shù)的使用對疫苗安全溯源系統(tǒng)帶來許多好處，但由于一些內(nèi)在的原因整個系統(tǒng)仍然存在一些問題。

　　4.1 成本問題

　　RFID的價格是影響其技術(shù)被大規(guī)模應用的一個重要原因。RFID標簽價格相對較貴，如果像目前二維碼那樣普及使用，那成本勢必高漲。鑒于這個原因，本系統(tǒng)利用RFID能夠被追蹤定位的優(yōu)點，只是在疫苗包裝箱及運輸車輛上使用。所以想把RFID技術(shù)推廣到各個領域，只有等其成本進一步降低，才能真正實現(xiàn)其技術(shù)的優(yōu)勢。

　　4.2 電磁干擾問題

　　眾所周知，手機會干擾很多電子設備的工作，比如醫(yī)療設備、飛機的雷達等。RFID使用的頻率范圍是860～960MHz，與手機的使用頻率是有沖突的，所以也會對電子設備產(chǎn)生電磁干擾。本系統(tǒng)采用860～870MHz作為工作頻率，據(jù)《美國醫(yī)學協(xié)會雜志》(JAMA)公布的一項科學研究表明，RFID會對醫(yī)療設備產(chǎn)生較嚴重的電磁干擾，此項研究是由荷蘭阿姆斯特丹大學學術(shù)醫(yī)療中心的研究人員對868MHz的無源標簽對41件醫(yī)療器械進行測試，在123次測試(平均每件測試3次)中，一共記錄到34次電磁干擾，造成部分醫(yī)療器械停止工作。這說明RFID技術(shù)對電子設備會產(chǎn)生與手機一樣的輻射，是一個潛在的問題，雖不至于禁止RFID技術(shù)應用到醫(yī)療界中，但應引起重視。

　　4.3 標準制定和推行問題

　　RFID標準大致分為四大類：技術(shù)標準(如符號、射頻識別技術(shù)、IC卡標準等)、數(shù)據(jù)內(nèi)容標準(如編碼格式、語法標準等)、一致性標準(如印刷質(zhì)量、測試規(guī)范等)和應用標準(如航運標簽、產(chǎn)品包裝標準等)。目前RFID技術(shù)使用的頻率難以統(tǒng)一，射頻識別讀寫器與標簽技術(shù)無法做到一體適用，尚未形成全世界都能接受的國際標準，所以無法普及推行。疫苗安全溯源系統(tǒng)的RFID技術(shù)要用到生產(chǎn)、物流、倉儲、接種四大環(huán)節(jié)中，只有四個環(huán)節(jié)中使用相同的頻率，RFID的硬件設備和軟件系統(tǒng)才能統(tǒng)一，整個系統(tǒng)才會緊密聯(lián)系起來，形成一條完整安全的疫苗產(chǎn)業(yè)鏈，才有利于推廣使用。

　　4.4 信息安全和隱私權(quán)的問題

　　RFID電子標簽的采用數(shù)據(jù)庫信息共享模式，在數(shù)據(jù)庫中信息讀寫、傳輸過程和接入互聯(lián)網(wǎng)時可能會感染病毒，都有可能產(chǎn)生標簽信息的非法讀取及改動的安全隱患，還有RFID不需接觸就能對數(shù)據(jù)進行讀取，也會有侵犯個人隱私權(quán)爭議的存在。信息安全和隱私權(quán)問題都需要政府來協(xié)助解決，政府在RFID技術(shù)的研究和生產(chǎn)上，應加強人才、政策和資金上的投入，解決RFID信息安全性的技術(shù)難題，還有可以通過立法加大對用戶隱私權(quán)的保護力度，逐步解決信息安全和隱私權(quán)問題。

　　5 結(jié)語

　　本文介紹的RFID技術(shù)在疫苗安全溯源系統(tǒng)中的應用，整條供應鏈采用相同的頻段范圍，形成相同的標準體系。每個疫苗包裝箱都有唯一的EPC編碼，進一步加強疫苗的防偽措施，使用RFID技術(shù)在各個環(huán)節(jié)上進行信息采集，實時掌握產(chǎn)品的流向信息，還能實現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量追溯，對打擊假冒偽劣疫苗、保障人民身體健康具有重要意義，也為今后在醫(yī)藥行業(yè)進一步應用，甚至在食品、煙酒等快速消費品行業(yè)的全面推廣打下基礎。