基于RFID技术的智能档案实体安全管理系统研究

姚恒 杜克强

（1.西南大学档案馆信息技术部 重庆市 400715 2.昆山信德佳电气科技有限公司 江苏省昆山市 215300）

2021年6月中办国办印发的《“十四五”全国档案事业发展规划》中强调要让新一代信息技术在档案工作中的应用更为广泛，档案管理的智能化水平得到提升，要推动档案馆（室）实现精细化管理[1]。而现阶段国内档案馆虽然在不断推进数字档案馆建设，但重数字资源管理轻档案实体管理仍是普遍现象，档案实体的盘点、出入库利用等日常管理环节很大程度上仍然依赖于人工登记或统计，耗费了大量的人力和时间，且难以满足国家对档案馆（室）的精细化管理要求。同时，在档案实体出现未按时入库、异常出馆、损坏丢失等情况时，难以及时发现并通过追踪档案实体的出入库轨迹开展有效排查，给档案安全带来了隐患。

RFID 技术，也被称为无线射频识别技术，是物联网技术中的核心技术之一，近年来越来越受到人们的关注并逐渐运用于交通、物流、食品溯源、图书档案等多个领域。针对RFID 技术的适用性和当前档案实体安全管理中面临的问题，本文提出一种基于RFID技术的智能档案实体安全管理系统，解决档案实体在盘点、出入库利用等环节的安全监管问题，降低人力成本和安全风险，提升档案实体的精细化、智能化管理程度。

1 智能档案实体安全管理系统的需求分析与技术选型

1.1 智能档案实体安全管理系统的需求分析

智能档案实体安全管理系统涉及的业务需求主要包括以下两方面：

（1）档案实体定期盘点核查：对存放于库房中架体上的已标识化档案的在架、错位、离位等信息自动识别、判断并记录和提示，实现标识化档案实体的数量、状态、异常信息的统计、分析和上报。

（2）档案实体的日常安全管理，实现档案实体在利用过程中对其轨迹能够进行自动跟踪记录、可视化查询和异常提醒等。

1.2 系统技术选型

RFID 技术能通过无线电磁波信号非接触式识别特定目标并读写相关的数据信息[2]，与传统识别方式相比，其具有安全、抗污染能力好、可重复使用、穿透阅读、读取距离远、一次读取多个目标等优点[3]，在实现智能档案实体安全管理上效果较好。考虑到系统对档案实体上粘贴的电子标签批量快速识别和米级距离识别要求，本系统选用无源超高频RFID 技术。

无源超高频RFID 技术工作频率在840MHz-960MHz 之间，主要依赖于超高频RFID 阅读器、超高频电子标签（无源）、中间件和应用系统四部分。其中应用系统是实现某一应用场景下人机交互的软件程序，中间件通过标准程序接口和协议向应用系统和阅读器提供通用服务，超高频RFID 阅读器通过自身天线，根据时序关系，实现与超高频电子标签的能量传递和数据交换，超高频电子标签则安装在被识别对象上，存储被识别对象的相关信息[4]。

2 基于RFID技术的智能档案实体安全管理系统架构设计

2.1 系统总体架构设计

本系统基于物联网架构设计，自下而上分为感知层、网络层、数据处理层和应用层[5]。如图1所示。系统各层都有相应的硬件设备支撑和配套软件实现相关功能。

图1：系统总体框架图

2.1.1 感知层

感知层由含超高频RFID 标签的档案实体、超高频RFID 阅读器及识别通道、智能密集架和超高频RFID 手持机组成。RFID 标签存储档案唯一标识信息，阅读器作为数据采集设备，通过识别通道识别经过其识别区域的档案实体的标识信息；智能密集架用于存放档案实体，架体每层粘贴有含唯一位置标识信息的RFID 标签；超高频RFID 手持机作为移动式操作终端，通过集成的RFID 阅读器获取档案实体信息。

2.1.2 网络层

网络层由有线网络交换机、POE 交换机和无线AP 组成。超高频RFID 阅读器通过网线与有线网络交换机相连，将获取到档案标识信息传输给数据处理层的应用系统；POE 交换机和无线AP 则用于超高频RFID 手持机在Wi-Fi 环境下与数据处理层的数据交互。

2.1.3 数据处理层

数据处理层主要由应用服务器、数据库服务器和备份设备组成。应用服务器接收各种感知层设备采集到的档案实体标识数据、识别通道标识数据等，通过应用系统对获取数据进行分析、计算与展示等处理后将其存储于数据库服务器的数据库中。备份设备则主要用于提升核心数据的安全性和可靠性，实现数据库出现异常后的数据恢复。

2.1.4 应用层

应用层由超高频RFID 手持机、台式电脑和展示大屏组成。RFID 手持机用于档案实体信息查询、盘点等，便于档案管理人员及时跟踪档案实体情况。台式电脑用于档案利用者进行档案实体信息查询和利用申请，同时也用于档案管理人员开展档案实体利用审核与登记、利用工单生成等。展示大屏则可以实时显示利用工单办理状态、各库房档案出入库情况等。

2.2 系统工作流程

整个系统从感知层的标识化档案实体发起，当识别通道识别到档案实体标识信息后，通过RFID 阅读器进行数据采集和处理，依托网络层网络设备传输到数据处理层的应用服务器上，经过数据处理后存储于数据库服务器上，并根据终端应用设备发送的管理请求进行相应的数据返回或更新等操作，同时将展示数据推送给展示用终端应用设备上。

3 基于RFID技术的智能档案实体安全管理系统的实现

3.1 系统硬件部分实现

3.1.1 超高频RFID 阅读器选型与部署

当前市面上应用比较广泛的超高频阅读器芯片主要是英频杰公司的R2000 以及奥地利微电子公司的AS3992 芯片[3]。通过对其接收灵敏度、协处理器协议完整度和抗干扰性能等分析，最终选择英频杰公司的R2000，综合性价比采用4 通道R2000 阅读器。

考虑到部署的灵活性、增益范围等因素，超高频阅读器天线采用分体式圆极化天线，频率范围在902MHz-927MHz 之间，最大输出功率为30dbm。根据管理需要，阅读器天线部署划分库房区域、过道区域、服务区域和边界区域进行布置，不同区域天线的辐射范围不能交叉覆盖。库房区域入口内侧部署1 套天线，用于自动检测档案实体的在库状态，过道区域结合实际部署天线，用于档案实体出入库过程中的轨迹跟踪，服务区域部署1 套天线，用于监控档案是否在规定地点进行利用，边界区域的出入口部署天线，用于监控档案是否异常出馆。

3.1.2 超高频电子标签选型与部署

超高频电子标签作为整个系统中档案实体自动识别的载体，其运动状态的识别性能是整个系统应用效果的关键因素之一。考虑到档案实体的长期保存特性和电子标签的使用寿命等问题，用于档案实体的超高频电子标签选择粘贴于档案实体装具的脊背内侧，结合档案实体装具规格以及厂家技术人员的推荐，筛选出适用的四款细长条湿式超高频电子标签：分别是Impinj Monza 4 芯片的9907 超高频电子标签、Alien H3 芯片的9654 超高频电子标签、Alien H3芯片的9640 超高频电子标签和U code 8 芯片的L95 超高频电子标签。

考虑到档案管理实际应用场景的复杂因素影响，通过使用芬兰标签性能综合测试仪对实际粘贴到档案实体装具中的四款标签的激活灵敏度进行了实测，最终确定选用其中两款标签，针对脊背宽度为在2cm 内的档案实体装具采用9640 电子标签，其余采用9654 电子标签。

3.2 系统软件部分实现

系统软件部分在整体技术架构上，采用浏览器端/服务器端（B/S）和客户端/服务器端（C/S）混合架构，共用数据处理层的服务器端软件系统。混合架构下，在相对固定的工位上，档案管理人员或利用人员可以直接通过局域网电脑中的浏览器直接开展管理或查询利用工作，而基于系统安全考虑，通过在超高频RFID 手持机上部署客户端软件系统来实现管理人员通过无线网络在库房中进行档案盘点和移动过程中的管理操作。因此，系统软件部分主要涉及服务器端软件功能实现和手持机客户端软件功能实现。

3.2.1 服务器端软件功能实现

智能档案实体安全管理系统的数据分析、存储、计算、展示等核心功能均依赖于服务器端的软件系统，根据档案实体的安全管理需求，主要实现了展示与服务、档案实体管理、统计与记录、系统设置四个模块，详见图2所示。

图2：智能档案实体安全管理系统功能结构

3.2.2 手持机客户端软件功能实现

手持机智能档案安全管理终端软件用于档案管理人员对档案实体的盘点和日常档案电子标签管理，其功能主要包括利用工单管理、档案实体检索、RFID 电子标签读写、档案实体盘点、系统设置等。档案实体盘点功能是通过手持机集成的RFID 阅读器读取档案密集架上的每层的位置标签后，依次读取该层的所有档案实体电子标签并将档案在架、错位等状态反馈至服务器端软件系统。而RFID 电子标签读写功能则实现档案实体标签读写和存址标签读写，用于维护档案实体的标识信息和存址标识信息。

3.3 系统运行效果

本系统的主要作用是实现档案实体的日常管理，跟踪记录档案实体的运动轨迹，自动向档案管理人员反馈异常情况。经对30 盒馆藏会计档案一次性出入库利用进行测试，在单天线和双天线的情况下，档案实体与天线距离在90cm（过道宽度的一半距离）自动识别率分别在89.2%和99.2%，档案管理人员在整个利用环节提升效率37.5%，同时档案出入库等记录还可以检索并可视化查看。

4 结语

本系统针对档案馆（室）对档案实体的过程化监管存在工作复杂度高、实现难度大，难以对档案实体进行过程化、精细化监管等问题进行研发。系统可自动读取出入库档案实体的标签信息并记录馆区内的运动轨迹和运动方向并进行可视化展示，这在很大程度上减轻了档案管理人员对档案实体日常管理的工作量，同时也能真实反映档案实体利用情况。

本系统还存在一些不足之处，如仍然存在个别档案实体在经过阅读器天线时出现漏读的情况，导致档案实体的可视化展示还不够完美，下一步将考虑引入RSSI 无线定位算法[6]等来解决档案实体轨迹点位缺失的补全问题，使得系统数据展示更加精准，档案实体监管更加智能。

以上实验数据和分析结果由张琰若、陈云凤、刘宏民提供。