RFID技术在艺术品监控管理系统中的应用

代 巍，马秀丽

(沈阳理工大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110159)

RFID技术在艺术品监控管理系统中的应用

代 巍，马秀丽

(沈阳理工大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110159)

为实现对艺术品的实时监控，杜绝恶意窃取，在被盗时能及时掌握相关信息并报警，设计了将近距离与远距离两种模式相结合的监控系统。通过近距离和远距离阅读器实时读取艺术品和人员的信息来判断艺术品是否安全，然后将信息传送给监控中心，利用监控管理软件可以完成对艺术品和人员的实时监控以及相关信息的查询。为博物馆或展览馆等场所对艺术品的监控管理提供了安全有效的方案。

艺术品监控；RFID技术；双频标签；中间件

目前国内外大部分的展馆还是使用比较传统的管理方法如视频监控、用钥匙锁住艺术品和红外线保护等[1]。这些监控方法存在明显的弱点如视频监控：监控信息量大，存储成本高，需要工作人员不间断查看监视器，而且艺术品被盗也不能及时发出报警。把艺术品锁在展柜内：偷盗者很轻松就可以将锁打开并拿走艺术品，工作人员不能及时发现。红外线保护装置：受环境影响很大，无法将训练有素的偷盗者成功阻挡在门外[2]。因此，设计更加完善的实时监控系统显得尤其重要，采用RFID技术是实现实时监控的最佳选择。本文设计了基于RFID的艺术品监控系统对展馆中的艺术品进行实时监控及定位，如有意外可以及时报警并获取相关信息。

1 系统总体设计

本监控系统主要包含硬件和软件两部分，硬件部分主要是射频监控设备，完成对艺术品监控信息的采集[3]。软件部分包括中间件和后台的应用管理系统。中间件负责对阅读器传送来的信息进行过滤、汇总和计算等，应用管理系统负责对信息管理存档，与用户交互，完成用户的实际工作需要。监控系统主要由双频电子标签、射频识读与监控设备、激励器、中间件、监控主机、计算机通信网路和监控中心应用系统组成，系统结构框图如图1所示。

图1 基于RFID的艺术品监控系统结构框图

1.1 双频电子标签

本监控系统采用工作在(125kHz+2.4GHz)的双频电子标签。它的主要功能是对艺术品和人员进行标识，电子标签中包含艺术品和人员的相关信息。在近距离监控模式中，通过近距离阅读器读取125kHz射频芯片中的ID号对艺术品进行监控。而在远距离监控模式中，125kHz的射频芯片的主要功能是接收激励器发送来的激励信号，将2.4GHz芯片激活。而2.4GHz芯片除了存储艺术品和人员的相关信息还要完成数据的远距离传输。

1.2 近距离阅读器

近距离阅读器的工作频率为125kHz。其主要有两个功能：(1)放置在出入口处，在入口处将进入展馆人员的信息写入电子标签，并将数据传送到数据库保存；在出口处将标签中的信息删除，回收标签。(2)在每件艺术品的附近放置一个近距离阅读器，用来实时监控艺术品是否离开其位置[5]。如果艺术品离开固定位置，近距离阅读器就会将相关信息发送给监控中心备案。

1.3 远距离阅读器

工作频率为2.4GHz。主要功能是对进入展馆内的人员进行实时定位跟踪和对艺术品进行定位。在展出期间，如果近距离阅读器识读到艺术品离开指定的位置，远距离阅读器就会对该艺术品进行定位跟踪，将其位置变化信息传送给监控中心。在非展出期间，远距离阅读器对艺术品进行区域定位跟踪。只要艺术品没有离开监控区域就属于正常状态。本文所设计的远距离阅读器结构框图如图2所示。

远距离阅读器主要包括控制模块、射频接收模块、I/O接口模块、电源模块和天线。控制处理模块主要实现对其余各模块数据的采集，并对采集到的数据进行分析和处理。射频模块主要包括射频发送单元和射频接收单元，主要任务是产生射频信号去激活作用范围内的电子标签，然后对发射信号进行调制并将数据发送给电子标签，最后接收并解调来自电子标签的射频信号[6-7]。I/O接口模块采用RS485方式通信。

图2 远距离阅读器结构框图

1.4 激励器

激励器的工作频率为125kHz，其激励范围为1～5m，其主要功能是将进入激励区域的电子标签激活，并辅助远距离阅读器对电子标签定位。激励器激活电子标签的同时也将自身的ID号和低频RSSI值写入电子标签。

1.5 RFID中间件

RFID中间件是RFID阅读器与应用系统之间的中介，并将RFID原始数据转换成能被后台应用系统识别的数据。它屏蔽了RFID设备的多样性和复杂性，还可以对阅读器传来的与标签相关的数据进行过滤、汇总、计算、分组，减少了从阅读器传往应用系统的大量数据，生成了加入语义解释的事件数据[8-9]。其工作流程：首先对系统初始化，然后监听阅读器采集到的数据并对数据的合法性进行验证，再对数据过滤去冗余，之后根据事件的类型进行相应的处理，如计算和分组等。最后将处理好的数据存储到数据库中，应用系统可从中调用。

1.6 通信网络

通信网络的作用是在上位机和下位机之间建立一个桥梁，完成数据和指令的传输[10]。本监控系统主要包括视频和RFID数据传输。视频信息的传输方式有很多种，根据应用场所的情况选择双绞线传输，其适合1km内传输，将视频监控信号通过平衡对称的方式传输。其优点是布线简易、成本低，抗共模干扰性强。RFID数据则使用RS485接口传输。RS485采用半双工的工作方式，支持多点数据通信，适合远距离数据传输。

2 系统监控模式设计

主要包括近距离和远距离两种监控模式，通过将这两种模式有效结合，以实现对展出期间和非展出期间的艺术品进行监控和保护。以展出期间为例，系统监控流程如图3所示。

本监控系统中每个双频标签都有唯一的ID号，首先要将每个艺术品用一个写有相关信息的双频标签标识，并将这些信息存入数据库中。在展出期间，将艺术品放在指定位置，同时在其周围放置近距离阅读器，它通过实时读取艺术品的信息来判断艺术品是否离开，如果艺术品离开，近距离阅读器会将此信息传送到监控中心进行判断艺术品是否被正常拿取。如果不是，监控中心将相关信息备案并产生报警，同时通过远距离阅读器对艺术品定位跟踪。如果是正常拿取，就存档相关信息并对其定位跟踪。

在入口处给参观人员发放腕表标签并写入人员信息，同时将信息存入数据库。人员佩戴的标签被入口处的激励器激活，将标签信息(激励器ID、标签ID及RSSI值)传送给远距离阅读器。再由阅读器通过RS485接口至中间件，经过中间件的过滤、计算等处理得到标准数据后传送给监控主机汇总，最后将数据传送给应用系统，来完成对室内人员的实时定位跟踪。

3 监控管理系统设计

监控管理系统是在监控管理中心计算机上运行的程序，主要完成对系统信息和艺术品信息的统一管理[11]。工作人员通过该系统可以实时了解艺术品的安全状态，随时可以查询艺术品的相关信息，实现人机合作。本文通过VC++6.0软件设计艺术品监控管理系统。操作界面如图4所示。

(1)系统管理模块：主要包括密令设置、权限设置、查看日志、打印报表、系统注册、退出系统等功能。

(2)设施管理模块：包括数据库维护、中间件管理和系统设备管理。

(3)人事管理模块：主要包括员工档案的建立、员工的调动、员工的请假和员工的离职。

图3 艺术品在展出期间系统监控流程图

图4 艺术品监控系统操作界面

(4)信息管理模块：主要包括艺术品档案建立、艺术品位置信息、参观人员基本信息、人员位置信息、监控视频信息。

(5)信息查询模块：主要包括艺术品信息查询、工作人员信息查询、参观人员信息查询、监控信息查询。

(6)监控现场模块：是艺术品监控系统的核心，以A区为例实时监控如图5所示。

监区的划分：如图5左上角，监控系统所应用的展区共有五个房间，将每个房间划分为一个区，大厅单独为一区，实现无缝监控。

艺术品监控：如图5左下角，正常情况下，用绿色的点表示艺术品，如果艺术品被合法挪动，就变成黄色的点，如果是非法拿取，则变成红色的点并且闪烁和蜂鸣报警，08号艺术品被非法移动，如图6所示。

图5 实时监控

图6 艺术品被非法移动

由图6可以看出，08号艺术品被非法移动，监控人员可以看到08号灯变红并闪烁，同时听到蜂鸣报警。监控人员点击08号按钮就可以查看艺术品的位置变化信息，如图7所示。

图7 非法移动的艺术品位置变化信息

由图7可以清楚地看到艺术品的位置变化信息，监控人员可以很快定位到艺术品，追回丢失的艺术品。

人员监控：如图5右下角，该部分主要对展区内的所有人员进行定位跟踪，通过激励器号，阅读器号就可以判读人员的位置。

视频监控：如图5右上角，监控该区所有艺术品和人员。

4 结论

艺术品的失窃将导致国家经济和文化的双重损失，所以本文针对艺术品存放的安全性，以及各大博物馆或展览馆监管系统的漏洞，设计了一种基于RFID技术的艺术品监控系统，不仅通过近距离阅读器监控展出期间艺术品是否离开指定位置，还通过激励器激活展馆内的人员标签，帮助远距离阅读器完成对人员定位跟踪。与传统的管理方式相比，本监控系统可以实时了解艺术品的信息和人员的动态，艺术品被非法移动时可以及时报警并掌握其位置信息。有效防止艺术品被盗，一旦被盗可以马上对其进行定位。实现信息化管理，提高监管效率。

[1]邓一文.基于RFID技术的核心物品实时监控管理系统[J].电子科技，2011,(9):29-30.

[2]马秀丽，王秀莲.基于RFID的贵重物品监控管理系统设计[J].中国自动识别技术，2009,(1):21-24.

[3]葛建新．RFID技术在贵重物品监控中的应用[J]．科技资讯，2009,(9):8-10.

[4]周晓光，王晓华.射频识别(RFID)技术原理与应用实例[M].北京:人民邮电出版社，2006.

[5]魏利波．射频识别技术在枪支等贵重物品监控管理中的应用[D]．沈阳：沈阳理工大学，2008.

[6]曹阳．基于RFID网络的室内定位的设计与研究[D]．上海：上海交通大学，2012.

[7]孟祥忠.基于RFID技术的矿井运输车辆定位跟踪系统研究[J].中国煤炭，2012,(4):61-64.

[8]董丽峰.RFID中间件技术在物联网中的应用及研究[J].黑龙江科技信息，2010,(10):73-74.

[9]邓海生.RFID中间件研究与设计[J].计算机技术与发展，2008,18(11):55-57.

[10]时曼娜.集中养老院管理系统的设计与实现[D].西安：电子科技大学，2010.

[11]刘佳.基于RFID技术的监狱管理系统设计与实现[D].长沙：国防科技大学，2008.

(责任编辑：马金发)

Study of Art Monitoring System Based on RFID

DAI Wei,MA Xiuli

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

In order to realize the real-time monitoring of works of art,prevent malicious theft and unfortunate stolen,people can acquire the related information in time and alarm,designing a monitoring system which combines the mode of close and distance.The method is to read the information of arts and people by close and long distant readers to judge whether arts are safe,then the information is transmitted to the monitoring center,can realize the real-time monitoring of the arts and people and query the related information by monitoring management software,and provides a safe and effective art monitoring system for the places such as museums or galleries.

art monitoring;RFID technology;double-frequency tag;middleware

2014-06-30

代巍(1989—)，女，硕士研究生;通信作者：马秀丽(1966—)，女，教授，研究方向：射频识别技术与应用.

1003-1251(2015)03-0016-05

TP227

A