RFID技术推动民航安全高效管理

朱新宇，李宝国

(中国民用航空飞行学院 航空工程学院，四川 广汉 618300)



RFID技术推动民航安全高效管理

朱新宇，李宝国

(中国民用航空飞行学院 航空工程学院，四川 广汉 618300)

摘要：射频识别技术(RFID)是一种非接触式的识别技术，读取信息速度快，存储信息容量大，操作简单。随着民用航空业信息化水平要求越来越高，RFID技术在行包处理、资产监控、航材管理、飞机维修、航空人员资质管理等领域得到越来越广泛的应用，对民用航空安全、高效的运行提供了新的技术支撑。

关键词：RFID；行包处理；航材管理；飞机维修

近年来，随着射频识别技术(RFID)成本的降低与技术的不断完善，其在生产制造、销售流通、公共安全领域已经得到广泛的应用。航空业是RFID最有潜力的应用领域之一，可广泛应用在飞机维修、部件管理、行李包裹追踪等一系列过程中。目前，国内只有少数航空企业使用了RFID技术，大部分航企仍在使用传统的条形码技术，由于条形码技术运行效率相对较低，因此，RFID技术对改善民航安全高效运行有着积极的意义。

1RFID系统简介

1.1RFID系统简介

RFID系统来源于自动识别系统，是近些年新兴起的一种非接触式识别技术，其工作原理与IC卡非常相似。两者数据均存储在电子数据载体(应答器)中，通过磁场或者电磁场完成数据的交换，使用了无线电和雷达技术。与其它识别技术相比，RFID技术有很多优点。

1.2RFID系统组成

RFID系统通常由两部分构成：应答器(或电子标签)、阅读器。应答器用来存储物品信息，由耦合元件及芯片组成，可工作于高温、腐蚀等极端的环境中。通常，应答器没有自己的供电电源，只有在阅读器响应范围之内，通过耦合元件从阅读器那里获得能量。阅读器用来读取(或写入)应答器内部芯片信息，包含射频模块(发送器和接收器)、控制模块、耦合元件。分为手持式、固定式，可同时识别多个标签信息，操作方便快捷。许多阅读器还配有附加串口(RS232，RS485等)，可以将获取的数据传输给另外的系统[1](如个人计算机等)。

1.3RFID设备基本工作原理

RFID设备的基本工作原理是阅读器向电子标签发送射频信号，电子标签(无源标签)内部感应电流并获得能量，然后将存储在芯片中的产品信息发送给阅读器。按照工作模式的不同，RFID可分为电感耦合式与电磁耦合式[2]。

1.3.1电感耦合式

阅读器内部射频电源产生高频电流i1,通过自身电感线圈L1产生交变磁场，部分磁力线会穿过电子标签的电感线圈L2，交变的磁场在电子标签内部产生感应电流i2进而产生感应电压u2为电子标签工作提供能量。电子标签将自身存储的信息通过电压的高低变化由L2映射到L1上，阅读器通过编码就可以获得电子标签上存储的信息(见图1)。

图1　电感耦合方式电路图

1.3.2电磁耦合式

电磁耦合式RFID类似雷达技术，即电磁波遇到障碍物会被反射回来。首先由阅读器向电子标签发射电磁波，电子标签天线接收到阅读器发射来的电磁波后，会由低功耗状态转变为正常工作状态。同时，遇到电子标签天线上的电磁波又被反射到阅读器的天线上，阅读器接收到反射回来的电磁波后经过放大处理，便可以知道电子标签芯片里所存储的物品信息，如图2所示。

图2　电磁耦合方式电路图

2RFID技术在民用航空领域中的应用进展

当前，我国民航业正迅速发展。2013年航空旅客运输量3.2亿人，货邮运输量578万吨，分别比上年增长10.3%和4.7%[3]。因此，加强民航业内各部门的信息化建设，提高管理效率显得至关重要。

2.1机场行包处理

目前，航空公司都有一套基于条码的标签处理系统，但激光扫描头易受灰尘影响，行包在运输过程中条码易污损，所以传统的条码技术运行效率和准确度较低，系统精确读取率在80%-90%左右不等。McCarran国际机场是美国首家使用RFID系统进行行包管理的机场，作业流程为：工作人员先将行李信息写入电子标签，置于需要识别的行包上；当行包进入阅读器的识别范围内时，标签会自动向阅读器发送行包信息；自动分拣系统根据阅读器传送的信息对行包进行分类并装卸至相应航班上，整个过程几乎不需要人工干涉。此外，McCarran国际机场还使用了数以千计的旧手提箱、背包和行李袋对RFID系统精确读取率进行了测试，其结果为99.89%，在对3000个箱包所进行的测试中只发现了一个读取错误[4]。

基于RFID技术的行包处理系统可以提高行包分拣效率，读写器将行包信息编码到标签中，与物联网关联后，旅客可使用手机查询行李位置和状态，实现了行包的全程跟踪，降低了行包丢失或者拿错的概率。考虑到目前低频段RFID技术还未解决金属干扰问题，所以在粘贴标签时应尽量使得标签远离行包金属端。此外还应考虑EPC标准，平台软件可升级性、办理登机系统兼容性、当前行包货运量等相关问题。只有做好充分调研，RFID技术才会为企业带来巨大利润。

2.2飞机和人员监控

飞机的看护与管理主要依靠安保人员站岗看护，当遇到大风等极端恶劣天气时，保障飞机安全有一定的困难，通过CCD与RFID技术的结合可以解决此问题[5]。如果有人进入CCD视野，会将此信息发送给上位机，上位机通过判断处理后发出报警来提醒安保人员观察监视器。此时，RFID标签信息也会送达上位机并显示，安保人员据此判定是否为工作人员，从而采取相应的措施。通过CCD与RFID技术的结合，还可改进机场机坪管理。当前，飞机喷漆部分工作是通过人工搭乘可上下左右移动的工作台来完成的。为了防止喷漆工人从工作台上坠落，波音公司于2014年7月引入了防人员坠落系统[6]。此技术使用了RFID电子标签来对喷漆工人进行实时的定位监控，当喷漆工人进入危险区作业时，向工人发出警示和阻止信息。民航监管部门将RFID 芯片嵌入飞行员执照中，将执照号码、持照人姓名、档案号等写入芯片，并为每个局方监察员配备便携读写器，在对飞行员实施现场监察时，监察员读取执照上的RFID信息，通过网络即可获取在执照管理系统中该执照持有人的定期检查、熟练检查、机长航线检查、应急生存训练记录，用于飞行执勤期管理，避免飞行员超时飞行、疲劳驾驶。对于不符合规章要求的飞行员则可以及时进行处理，安排其参加训练等[7]。

RFID技术通过电磁传播来完成信息交换，在空气中传播的信号很容易被他人截获和跟踪，造成个人或者产品信息的泄露。一旦犯罪分子通过其他技术手段获取机场、航空器制造企业工作人员及飞行人员内的执照信息，复制一张拥有同样认证信息的新卡，携带着伪造的新卡可以自由出入受限制区域，这将给整个航空领域带来了很大的安全隐患。因此，在飞机和人员监控方面应做好有关RFID的安全认证协议与隐私问题。

2.3航材管理

国内早期的航材仓储主要依靠人工记忆和手工录入的方式。比如：航材产品的出库、入库使用人工计算方式；库存统计依靠仓库保管员进行统计，不仅出错率高而且难以实现监控，主管部门不能准确监控库存信息和状态，不能及时做出准确的判断[8]。目前虽然使用了条形码技术作为仓储智能化管理方式，但是仍需要耗费大量的人力和物力。为了进一步提高航材管理效率，国外一些航空企业采用了RFID技术、网络技术、数据库等技术实现了航材的智能化管理。如OATsystems与Xerafy公司合作研制出一种专门用于飞机复合材料管理的RFID电子标签[9]。复合材料入库、存放、出库整个流程都可以通过RFID电子标签进行实时监控，并且当材料存储期限将要截止时，RFID标签会向航材管理系统中心发送报警信息。开发设计了基于RFID技术的飞机保护用品管理系统[10]，在飞机上安装安全保护用品存储器，用于存放空速管保护罩、静压孔保护罩、起落架锁定销等物品，在存储器内部装有RFID阅读器，能够在条件满足时扫描内部用品，确定是否所有的规定用品都在里面，避免人为地疏忽、差错以确保飞机安全。RFID在航材管理中的应用如图3所示。

图3　RFID在航材管理中的应用

RFID技术在航材管理应用仍然存在着技术上的不足。多标签之间的冲突便是其中之一。由于标签共享通信信道且相互之间没有通信能力，因此当多个标签同时与该读写器通信时，系统可能会产生冲突导致标签的数据包丢失无法正常通信，影响了系统的识别效率。此外，RFID读写器扫描标签速度、天线位置、标签粘贴位置等对系统的信息采集性能都有一定的影响。所以在将RFID技术应用到航材管理之前首先要对标签、读写器、天线等硬件设备的选择及标签的粘贴方式、货架的设计方案等细节问题上做好充分调研。

2.4飞机部附件修理

波音公司对飞机零件的标识大致经历了2个阶段，即挂铭牌和使用条形码。两种方法标识的零件信息都不可以更改。而零件的性能和参数会随着飞行小时数的增加发生变化，因此，每当零件参数变化时都要重新刻铭牌重新粘贴条形码，费时又费钱。为了解决这一问题，波音公司在7E7Dreamliner项目中引入了RFID电子标签，标签可存储零件序列号、生产厂家代码、原产地、安装与维修时间等信息[11]。此标签最大优点就是可以重复使用，即可动态记录零件的状态和参数，若将此标签安装在时寿件、可更换组件上对提高飞机维修效率会有很大帮助。比如，波音公司与日本航空公司联合跟踪波音777飞机上制氧器的有效期，通常情况下一个人需要花费13小时才能完成，使用了RFID技术之后，检查时间只需8.5分钟即可完成[12]。空客公司同样将RFID电子标签应用在其飞机上。如A380客机上共使用了10000个无源RFID电子标签用来协助对乘座椅、救生衣及刹车系统的维护[11]。他们将RFID电子标签应用于救生衣的例行检查，每次飞行前，工作人员只需拿着手持式阅读器在客舱过道上对着座椅扫描一遍，就可迅速确定座椅下是否放置了救生衣，极大地缩短了检查时间。另外，空客公司欲将对生产的军用A400M运输机安装类似RFID电子标签装置，以协助对飞机的维护。

在飞机部附件修理上应用RFID设备需要考虑电子标签是否会对机载电子设备产生影响，更强的射频信号可以激活更多的电子标签，在提高读取效率的同时还应确保不能影响飞机各个系统的正常工作，因此必须通过适航审定。在金属环境中使用RFID标签，一定要考虑金属环境对磁场的屏蔽作用，所以在给飞机部件挂标签时要留意标签粘贴位置。

2.5工具管理

航空器维修工具管理对保障航班安全运行至关重要。从管理方式上讲，工具分为维修工具和计量工具，计量工具要求其必须符合国家的行业标准，并按规定对其进行校验。维修工具需要进行分类编号然后列出工具清单，以便于工具管理部门对这些工具进行控制。目前，各大航空企业在工具管理上都存在着重视前期配备、轻视后期管理的现象，部分工具使用频繁，少量工具存在从未使用的情况，工具管理现状仍处在人工管理初级阶段[13]。为了解决这一问题，国外航企率先尝试使用RFID技术实现维修工具的数字化管理。如意大利NG Way公司开发了基于RFID的工具管理系统[14]，此系统不仅实现了工具的可视化管理，而且还拥有工具找回功能，通过ToolCheck 软件可以显示工具借还人员的工作地点和维修任务。当发现工具丢失时，将阅读器切换到Geiger模式可以接收到嵌入在工具里的RFID电子标签发出的信号，阅读器距离工具越近接收到的信号越强烈，从而实现工具定位。空客公司在2000年开始测试使用RFID系统识别和跟踪借给航空维修中心的工具[15]，使得工具检测时间减少25%，并能够进行自动工具校准，工具租赁服务得到很大的改善。

目前，国内基于RFID的飞机维修工具管理系统还没有大规模应用，主要受限于RFID芯片技术的发展，比如芯片尺寸、封装形式、抗干扰性、读取距离以及可靠性。同时很多维修飞机工具的尺寸太小，不可能再为其加装任何设备。对现有的工具设备加装RFID管理系统，需要投入巨大的财力，限制了RFID技术在工具管理上的发展。

3RFID技术应用中面临的问题

3.1标准化

一种技术的规模化应用需要相应的标准来规范和支持，目前公开的RFID技术标准有ISO/IEC、EPCglobal标准、日本UID标准。这些标准主要涉及读写器与标签的通信协议、接口协议及测试规范，可以满足一般的RFID需求。但是大多数航材含有金属成分或者使用在金属环境中，特别是安装在飞机上的标签还需要进行性能和适航性检验，为此还需要制定特定的标准。根据航材的特性和标签用途确定标签的存储容量、工作距离、环境适应性、封装方式、加密方式及加密区内存大小；规定航材用RFID标签内存中存储的数据内容和格式；确定RFID标签的安装要求。这方面可以借鉴波音、空客等公司的做法，它们主要把RFID标签安装在了外场可更换单元、可更换零部件、经常更换的低可靠性零部件、高价件时寿件等航材上[16]。

3.2RFID标签成本

当前，随着技术水平的不断发展，RFID标签的制造成本日益降低，应用整体投入成本也大幅降低。由于目前国内航空货运负效益运营，针对先进航空物流信息平台系统的设计需要额外投入，因此RFID技术能否在航空领域中广泛应用及远期效益期望如何，还需进一步调研和分析[17]。

3.3读取数据

在飞机上使用RFID电子标签，需要考虑其工作频率是否对机载电子设备正常工作产生影响。同时还应该考虑RFID电子标签的使用环境。OTA公司研发的一款在极端环境下使用的RFID标签解决了高温、高压、强腐蚀环境下使用RFID技术的难题。在金属环境中使用RFID电子标签，需要注意使用频率和安装位置。此外，在阅读器扫描电子标签时可能会出现漏读、重读等问题。重读可以通过编程解决，由于盲区造成的漏读问题需要工作人员使用专门的方式来获取标签信息[18-20]。

4我国航空领域实施RFID技术的解决方案

4.1制定标准

中国目前还没有建立自己的RFID标准体系，而不同的应用领域，行业要求不一，使中国RFID产业链上的企业无所适从。2007年4月20日信息产业部发布的《800/900MHz频段射频识别技术应用规定(试行)》给我国RFID产业很大的支持。尤其是在840~845MHz这个区间，国家给产业提供了一次发展的机会，民航相关产业应该抓住这个机会进行技术创新，打造适合中国民用航空领域的自主RFID产品。

4.2建立公共服务体系

RFID有两种应用模式，一种是将所有信息存储在RFID电子标签上，此模式对网络依赖程度较小。另一种是将部分少量信息存储在RFID电子标签上，而将大量信息存储在后台的数据服务器中，需要网络的支持，此模式对于标签的存储容量要求低，可以降低标签成本。但是，EPCglobal组织要求后者的网络根服务器设在美国，在管理和技术体制上受美国制约，对我国RFID信息安全带来挑战。因此，我国需积极研究自主的编码体系、公共服务网络、信息安全标准，实现自主的面向RFID社会应用的公共服务体系[21]。

4.3培养RFID技术人才

我国航空业与RFID技术起步都较晚，因此需要同国外企业研发机构合作，引进先进的技术、设备、人才。同时我们更应该大力培养自己的RFID技术人才，人才是先进生产力的重要创造者和传播者，是一个行业的发展的核心竞争力。重视对技术人才的培养，才能推动RFID技术的发展。

5结语

目前，我国民用航空业发展迅猛，但RFID技术的应用还处于初级阶段，在安全压力下，航空企业对无线电波信息传递的安全性、飞行器恶劣环境下标签的生存能力、标签在维修过程的完好性和读写能力方面的表现还在观望。随着RFID技术的不断完善，这些问题不仅会被解决，而且RFID电子标签在民航领域中的应用会更加广泛，对民航从业人员资质、航材、工具航空设备的实时、高效管理，必将使得民航信息化更加安全、高效。

参考文献

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[责任编辑、校对：梁春燕]

RFID Technology Promoting the Safe and Efficient Management of Civil Aviation

ZHUXin-yu,LIBao-guo

(Aviation Engineering Institute, Civil Aviation Flight University of China, Guanghan 618300, China)

Abstract：RFID is the abbreviation of Radio Frequency Identification technology featuring high information reading speed,high information storage capacity,and simple operation.Due to the high requirements of informatization level of the civil aviation industry,RFID finds the wider and wider applications in fields such as luggage management,asset monitoring,supply chain management,aircraft maintenance,qualification management,and offers the new technical support for the safe and efficient operation of civil aviation.

Key words：RFID;luggage management;asset monitoring;aircraft maintenance

中图分类号：TP393

文献标识码：A

文章编号：1008-9233(2016)01-0055-05

作者简介：朱新宇(1969-)，男，河北沧州人，教授，从事飞行器故障诊断与预测、飞机电源系统的设计与优化、适航管理研究。

基金项目：2015年度学校科研基金学生科技活动基金项目(X2015-14)

收稿日期：2015-11-24