无线射频技术在民航行李运输方面的应用研究

詹润铨，张纯良，周琪，陈丽聪

（1.北京理工大学珠海学院，广东 珠海 519000；2.东华大学，上海 201620）

随着经济的发展，社会的进步，我国航空产业蓬勃发展，无论是客运还是货运，需求量都呈现持续增长的趋势，如图1 所示。

图1 2013-2017 年我国旅客及货邮吞吐量

为了提升行李运输的效率和质量，我们研究基于无线射频技术的行李运输方案，其中最重要的环节是利用无线射频技术来提高行李的识别分拣效率、提供行李的定位跟踪功能，减少不必要的混乱或丢失，提升行李运输的安全性和旅客的便利性。

1 RFID 工作系统

1.1 RFID 系统的优势

在当今民航行李运输产业，传统条形码技术占据着主要市场，但RFID 相对于传统条形码技术拥有诸多优点，具有较高的适用性。下面将从效率性、实用性和安全性三个角度对RFID 进行优势分析。

（1）效率性。传统条码技术每次只能识别单个标签，作业环境要求有较近的识别距离且保证没有物体遮挡，有时甚至需要人工手持扫描器进行扫描识别。而RIFD 可实现多个标签的无接触化同步自动识别，在识别行李标签的速度上得到很大提高。同时，RFID 可以穿透纸张、木料、塑料等非金属或非透明材料进行穿透性通信，也就是说，RFID 的识别在很大程度上对于物体摆放没有过多规定。

（2）实用性。RFID 在技术上对于其所使用的电子标签的尺寸和形状没有要求，也无须为了保证识别率而要求特定的印刷品质。随着技术进步，电子标签具有小型多样化的发展趋势，为以后RFID 的普及应用增加了实用性。由此可见，电子标签可以在各机场或航空公司循环使用，对于节约成本和资源有很大帮助。同时，电子标签相比传统条码拥有更大的数据记忆容量，伴随记忆载体的发展，数据容量会不断扩展，这与信息化社会的发展相匹配。综合来说，使用RFID是具有前瞻性的正确方式。

（3）安全性。传统条码技术的载体是附于行李箱或外包装纸箱上的纸张，其容易受到折损或污染进而影响标签的识别。但RFID 电子标签对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性，重要的信息数据也存储在内置芯片中，可以在一定程度上免受污损。同时，RFID 承载的是电子化信息，数据内容可利用保密措施进行保护，使其不易被伪造及变更，极大程度保证了乘客行李和私人信息的安全。由以上分析可见，RFID 在当今高速运转、高密度运行的行李运输系统中是有相当竞争力的，利用RFID 可实现快速、多量、准确的行李标签识别，进而可以达到对行李分拣和跟踪定位的目的，同时，也进一步保障了托运行李的安全。

1.2 RFID 系统的组成

RFID 是近期兴起的非接触式自动识别技术。RFID 系统与传统的磁卡，IC 卡工作原理类似，都是通过磁场将应答器中的内置芯片存储的数据传送至阅读识别器识别。一套基本的RFID 系统由三个部件组成：阅读器、天线、电子标签。阅读器是读取或读/写电子标签信息的设备，主要作用是控制射频模块向电子标签发射读取信号。天线与阅读器相连，是阅读器和电子标签之间传输数据的发射接收装置。电子标签内置芯片和天线，在系统中是真正的数据载体，内置芯片可以存储一定格式的电子数据，天线则用于与阅读器的数据传输。

1.3 RFID 系统工作机理

RFID 系统作用机理如图2 所示。

图2 RFID 系统作用机理

电子标签进入特定的磁场后，若接收到阅读器发射的通信信号，就能借助感应电流给电子标签提供的能量发送存储在内置芯片的数据信息，或电子标签主动发送特定频率的信号（有源标签）。阅读器对接收到的信号进行解码并传送至主机系统进行数据处理。按照信号在阅读器和电子标签之间的传输方式不同，可分为电感耦合和电磁反向散射耦合，可见图3。电感耦合属于变压器模型，利用空间中高频交变磁场实现耦合，主要理论依据是电磁感应定律。电磁反向散射耦合属于雷达原理模型，原理是发射出去的电磁波碰到障碍物后会反弹，同时把数据信息带回来，主要理论依据是电磁波的空间传播规律。

图3 RFID 信号传输原理模型

RFID 系统中阅读器的识别距离是一个十分重要的指标，识别距离越大作用效果越佳。根据作用距离的不同，可将RFID 系统分为三类：密耦合系统、遥耦合系统和远距离系统。前两者都属于电感耦合，后者属于电磁反向散射耦合。密耦合系统作用距离范围一般在0 ～1cm；遥耦合系统可细分为近耦合和疏耦合，最大作用距离分别为15cm 和1m；远距离系统作用距离一般在1 ～10m，个别系统也可达到更远的作用距离。

由此可见，若要把RFID 结合到行李运输系统中并发挥作用，必须依据现实工作情况选择合适的RFID 系统，并且后续还需要搭配相应作用系统，如识别分拣系统、跟踪定位系统等。这样后台主机系统接受到从阅读器发送过来的经解码过的数据信息后，可以根据算法的逻辑性判断标签是否合法，进而发射不同的控制信号。

2 RFID 系统对行李的识别分拣

近年来，在经济和科技的发展带动下，我国旅客对于民航运输的需求量每年逐步升高。对此，2017 年重庆江北机场T3A 航站楼率先使用国内首个RFID 行李分拣系统。该系统包括全国首例行李自动分拣通道识别系统和滑槽识别验证系统，采用RFID 芯片识别，大大提高了识别的准确率。目前大多数机场依旧使用条码识别技术实现行李分拣，但因其技术自身弊端，时常导致行李滞留，作业效率低下的问题。经调查统计发现，传统条码识别技术综合识别率只能达到90%～95%，但RFID 系统的识别率等达到99%以上。RFID 在行李分拣系统中主要体现两个作用，分别是将数据信息写入电子标签和对电子标签的数据信息进行识别读取。图4 展示了基于RFID 系统的行李分拣流程。

图4 基于RFID 系统的行李分拣作业布局

阅读器多数布置在值机柜台、安检装置、分流装置和分拣装置之前。旅客办理行李托运时，地勤人员利用阅读器将信息写入标签并人工固定在特定位置。托运的行李需要先经过安检，此前阅读器会对标签进行读取，将数据信息传递给安检工作人员以便在安检作业中发现问题时能够做出及时的处理。在复杂的行李运输系统中，难免会有弯曲轨道和交错口，内置芯片的数据被读取后通过算法甄别分流到正确的轨道上。当行李运输到指定航班的轨道出口，阅读器读取到的数据会与行李系统的信息进行再确认，通过后运输行李的滑槽会侧翻，将行李送到行李集中处，最终完成行李分拣工作。在识别分拣系统中，布置的多组阅读器相互协同作业，各自发挥着重要作用。

3 RFID 系统对行李的跟踪定位

RFID 在行李运输方面除了具有分拣功能，还具备跟踪定位功能。2019 年1 月28 日，东方航空启用国内首个RFID行李全程跟踪系统，乘坐上海虹桥-武汉航班的旅客可以通过手机微信小程序扫描或者输入行李牌号码，便可轻松实时地了解行李托运的进程。RFID 在室内的定位方法可大致分为五类。有利用阅读器与电子标签之间的信号强度变化情况计算的信号强度法（RSS），如图5 所示。有根据通讯信号在阅读器与标签之间的传递时间计算的收信时间法（TOA）。有通过同一标签到达不同阅读器之间的时间差计算的收信时间差法（TDOA）,如图6 所示。有凭借信号与阅读器之间的角度计算的收信角度法（AOA），如图7 所示。有基于阅读器接收通讯信号的相位定位的到达相位法（POA）。目前，RFID 定位系统机理多数是围绕某种定位方法为主，综合其他算法而构成。

RFID 在托运行李跟踪定位的方式可概述为在柜台、传送带、行李分拣处、装车处、行李提取处等位置布置阅读器。每当托运行李经过一个节点，电子标签内的数据就会自动被收集到后台数据库，系统通过算法对其信息进行剖析，确认托运行李的位置，同时航空公司和机场可通过软件将物流信息传递给旅客，以便旅客随时查看和知晓。

图5 RSS 信号强度法示意图 图6 TDOA 收信时间差法示意图

4 结语

近年来，物联网概念迅速发展，RFID 作为实现物联网的核心技术，在大势之下得到了极大的发展。若RFID 能正确应用到民航运输业，充分实现分拣识别、跟踪定位等功能，同时航空公司与机场等航空企业互联，实现数据安全共享，优化航空供应链，相信会大幅提高航空货邮运输效率，为旅客提供便捷省心的服务体验，亦为社会节省大量资源。

图7 AOA 收信角度法示意图