基于RFID技术的库室信息化系统设计与实现

李洁玮 谭学峰

（61175 部队 江苏省南京市 210046）

目前，传统的部队库室主要依靠人工、纸质记录等方式进行管理，登统计繁琐耗时并且容易出错，管理效率取决于管理员的业务能力，库室管理水平较弱。且当管理人员岗位流动或大项工作冲击时，底数更新不够及时，易出现账实不一致的情况。同时，在硬件配套方面，缺乏人脸识别、视频监控、指纹识别、门禁报警等安全防护与监管手段，在设备存放和环境条件保障方面，库室自感调节和自动化运维能力较弱，部分高精度设备对物理环境要求较高，缺乏感知监测手段。

随着部队职能使命的调整拓展，新型专业仪器设备逐渐增多，原有库室场所设施条件及管理模式已经不能很好满足日常存储管理和应急保障要求。为满足高效管理、快速反应和精准保障功能定位要求，在库室设施建设中引入物联网管理平台，利用RFID 技术等辅助手段，实现仪器设备的精准管理、精准调用和快捷有序的智能管理。

1 RFID原理及特点

RFID(Radio Frequency Identification)技术是一种非接触式自动识别技术，指利用无线射频信号进行空间耦合，实现信息自动识别与传输的技术。基本的RFID 系统由RFID标签、读写器和天线组成，读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，当RFID 标签进入天线辐射范围内时产生感应电流，向读写器发送自身编码等信息，读写器读取RFID 标签信息并将信息传至计算机主机进行处理。

在仓库管理领域中，与传统的条码或二维码识别技术相比，RFID 技术的优势主要体现在以下几个方面：

1.1 标签可读写

RFID标签既可以通过读写器获取标签内部编码等信息，也可以利用桌面发卡器将货物信息等内容写入RFID标签中；标签内容具有可修改性，可以对已写入信息进行修改，数据更新速度快，重复使用率高。

1.2 标签抗污染性

RFID 标签将数据存储于内部芯片中，不易被水、化学药品、油性物质等污染，具有较强的抗污染性，相比较条码或二维码，RFID 标签使用寿命更长。

1.3 智能化

RFID 技术是一种非接触性的自动识别技术，当标签靠近天线时，读写器可自动获取标签内的信息，并将信息自动发送到系统中进行处理，减少了人工参与的程度，避免人为因素造成的管理疏忽或漏洞。

1.4 安全性

标签的数据存取有密码保护，安全性更高，对于部队一些密级程度较高的仪器设备可以实现保密效果，降低在应急保障任务中因RFID 标签丢失造成的失泄密风险隐患。

1.5 穿透性强

RFID 标签信号较强，能够在有遮挡的情况下对标签进行识别，穿透性更强，与条码相比，读取距离更远，环境适应性更强。同时读写器可以对多个距离较远、快速移动的标签进行批量化处理，按照每个标签仅250ms 的速度读取标签信息。在应急保障情况下，能够实现仪器设备快速出入库，有效提高库室管理效率。

1.6 标签种类丰富

RFID 标签种类较多，逐渐向多样化、小型化、便捷化发展，能够轻易嵌入或者附着在不同形状或类型的产品上，常用的标签有抗金属RFID 标签、非抗金属RFID 标签和柔性标签等，能够用于金属物资、纸箱、布包等材料表面。

2 系统组成及功能

本文基于物联网技术、RFID 技术设计并实现一套库室信息化管理系统，实现库室及仪器设备的信息化管理，该系统利用RFID 技术对各类仪器设备赋码，通过RFID 天线可自动实现库室内仪器设备的出库、入库、盘点、移库、动用/归还等日常管理，同时在应急情况下能够根据方案计划快速启动库室相关设备，智能调度仪器设备，快速请领登记和清点，迅速实现仪器设备装车并全程态势掌控，达到快速出入库管理、全程监管使用和常态运行维护的目标。

系统主要由1 个集成平台、1 套数据库、5 个系统模块、4 个基础环境配套、1 套标准规范体系以及1 套运维保障体系组成，系统总体框架图如图1 所示。

图1 ：系统总体框架图

其中，1 个集成平台为库室信息化综合管理平台，该平台主要从用户层面构建统一的门户访问、用户权限管理、数据分析及系统管理等集成框架。1 套数据库为库室综合管理平台数据库，该数据库包括预案数据、基础数据、动态数据、业务数据、报表数据、接口中间数据、历史数据等，实现多元数据的存储及管理服务。5 个系统模块即库室应用服务系统，主要包括预案调度管理系统、移动库室管理系统、环境监控服务系统等5 个系统，实现库室及仪器设备的需求调度、运维管理、移动控制、环境监控服务等功能。4 个基础环境配套即库室硬件设施改造，主要包括基础设施、物联网设施、安全防护设施及办公作业设施环境改造。

2.1 系统硬件设计

基于RFID 技术的库室信息化系统硬件主要由RFID 通道门、RFID 标签、手持RFID 读写一体机、桌面发卡器、一体机、全彩灯带、RFID 背夹、加固平板电脑、环境监控硬件等组成。系统通过内部网络实现这些硬件设备之间的数据交换，完成人员和仪器设备信息的自动采集和上传，为系统识别仪器设备属性信息、实时更新库存信息、报表输出、底数盘点等功能提供硬件支撑和数据来源。

2.1.1 RFID 通道门

在库室出入口，设立读取通道，用以自动读取标签的信息及数量，对读取的信息进行数据校对、过滤与收集后，将信息传输至综合管理系统。该通道门主要由固定式四通道读写器、RFID 天线、WMS 与RFID 设备交互控制服务等组成。

2.1.2 RFID 标签

每个标签具有唯一的电子编码，根据需要附着在每一个仪器设备上进行标识。本系统根据仪器设备材质不同，选取抗金属标签、非抗金属标签和柔性标签，三种标签均为无源标签，可重复使用。

2.1.3 手持RFID 读写一体机

手持RFID 读写一体机可与库室内各类RFID 标签建立无感化连接，批量获取库室内仪器设备信息后，通过网络上传到综合管理系统中进行数据处理，从而对库室内设备器材进行人工盘点。

2.1.4 桌面发卡器

桌面发卡器用于对库室内仪器设备与其所粘贴的RFID标签建立一一对应的关系，并可设定密码，防止标签内信息被随意读取或删改。

2.1.5 一体机

安装于库室墙面上，用于库室管理系统功能操作、仪器设备出入库查询、位置查询及详细信息查询。

2.1.6 全彩灯带

全彩灯带安装于货架横梁表面，当进行仪器设备位置查询或者应急保障任务情况下，用于仪器设备位置引导功能。

2.1.7 移动库室硬件

移动库室以应急保障车辆作为基础，其硬件包括RFID背夹、加固平板电脑等，通过RFID 背夹实现移动库室中仪器设备的识别，完成出入库、盘点等功能，并将数据传输至加固平板电脑中的移动库室管理平台进行管理。

2.1.8 环境监控硬件

基于安全防护和环境监测管理需要，库室加装人脸识别一体机，对出入库人员进行身份信息认证，将匹配的身份信息进行业务逻辑控制，实现门禁系统功能。同时集成网络摄像机、指纹识别机、温湿度传感器、自动报警设备等，形成较为完善的库室安全防护设施。

2.2 系统功能设计

本系统设计库室综合管理平台、预案调度管理系统、移动库室管理系统、库室环境监管系统等，建立后台管理端、移动端和监控端一体应用，实现库室管理运维、控制监管和使用应用一体衔接。

2.2.1 数据管理

系统的数据管理包括基础数据、动态数据、业务数据、报表数据及预案数据管理五大类。

（1）基础数据管理。基础数据管理包括库室信息管理、仪器设备分类管理、人员管理和RFID 标签管理。根据专业仪器设备、通用仪器设备、应急仪器设备等类别，分类分级对仪器设备进行数字化编码，构建库室仪器设备数据库。根据模板信息，利用Excel 表格批量将现有仪器设备信息、人员信息导入到系统中，减少手动逐条输入的工作量。在建立库室数据库后，利用RFID 桌面发卡器将系统中仪器设备信息写入到对应RFID 标签中，建立仪器设备与RFID 的关联关系，实现RFID 标签管理。

（2）动态数据管理。动态数据管理反映库室及仪器设备动态变化信息情况，包括仪器设备权属关系、状态信息、使用信息、用户操作日志、IP 地址等数据。

（3）业务数据管理。业务数据管理主要为库室业务相关专题数据管理，包括各个库室建设文档、各类仪器设备基本概况、技术指标等信息，同时整编录入仪器设备所属货位/货架信息、控制设备档案、物资维修供应商档案、相关维修资料、服务厂商等业务数据。

（4）报表数据管理。报表数据管理主要存储库室及仪器设备表单数据，包括出入库、库存等实时统计，设备状态、数量、时间等信息，货位占用率和设备出入库率等信息。

（5）预案数据管理。预案数据管理中存储了库室各专业应急保障预案数据，将多种应急保障预案按照便于计算机语言识别的要求进行结构化调整及处理，实现从预案文档到数据库结构化存储模式的转变，主要包括预案编号、预案名称、预案类型、制定时间、制定人、预案所需仪器设备等数据。

2.2.2 出入库管理

传统的仪器设备出入库管理，主要是库室管理员打开库门后，对照清单一个一个货架的查找，找到后再对照清单逐一核对，填写仪器设备出入库登记簿后，方可将仪器设备带出或带回，这一过程费时费力，当出入库需求增多时，严重影响库室运行管理效率。采用本系统可以指定人员，将其人脸照片下发到人脸识别一体机，通过库室门口人脸识别一体机进行人脸识别，系统识别后将信息传送至服务器，判断是否具有打开库室的权限，如果有则系统发出开门信号，并打开门口RFID 读写器，人员拿出仪器设备时，系统自动识别仪器设备，并做出库入库处理，操作完成后，系统自动关闭RFID 读写器并同步更新仪器设备状态，实现仪器设备的快速动用，有效提升库室运转效率。

2.2.3 盘点管理

盘点管理为库室日常管理中的重要一环，满足日常对库室内仪器设备实际底数盘点的要求。通过手持RFID 读写一体机自动、批量盘点货架上的仪器设备信息，并上传到系统中，即可获取实时库存信息，同时系统自动根据盘点信息生成盘点差异，直观反映账面信息和实际底数差异，为上级指挥决策提供数据支撑。

2.2.4 预案调度管理

在应急保障情况下，按照传统的仪器设备申领程序效率较低，不满足应急保障任务快速响应的需求。为解决这一问题，本系统提出新增预案调度管理系统，实现应急保障任务预案管理、仪器设备的自动提取、库室及货位存量分析以及仪器设备保障计划的生成。

该模块预先上传多种类型的应急保障预案，系统识别预案内容，提取预案中的人员信息、仪器设备名称、型号、技术指标及存储位置，并转换为计算机语言存储至数据库。上级主管部门根据任务要求选择对应的应急保障预案，并根据各库室仪器设备实时底数情况，生成仪器设备保障计划并下发到各库室；各库室接到应急保障指令后，自动开启库室大门，在一体机上显示需要出动的仪器设备名称、型号及货位号，同时将货位指令发送给灯带控制器，需要出动的仪器设备下方灯带亮起。人员根据灯带指引位置直接找到仪器设备，RFID 读写器识别后，能够快速完成出库，大大提升了应急情况下的仪器设备的保障效率。

2.2.5 移动库室管理

应急保障任务过程中，对装车的仪器设备实行保障行动全程监管。装车时利用RFID 背夹自动扫描仪器设备信息上传至移动库室管理系统，实现自动入库；任务过程中，如需动用仪器设备，利用动用管理工具，记录动用名称、规格型号、数量、事由、动用及归还时间等信息，可在任务复盘时对动用历史数据进行追溯；利用移动库室管理系统中的应急保障行动监管功能，记录当前任务执行的节点信息，获取当前地理位置并上传至库室综合管理系统，实现应急保障任务及仪器设备的全流程管理。

2.2.6 综合态势可视化

传统的库室一般采取人工记录的方式登记库内仪器设备的底数，很容易出现登记错误或者更新不及时的现象，影响库室日常运作管理以及应急保障情况下仪器设备的调配。本系统通过综合态势可视化模块，实时展示各库室仪器设备底数情况、出入库情况及参与的应急保障任务情况，并对各库室出入库率及货位占用率情况进行统计分析，能够随时掌握仪器设备数量及使用情况，为应急情况下指定仪器设备保障计划提供支撑。除此以外，该模块还接入环境监控硬件设备，提供温湿度查询、监控查看、各库室开闭状态等环境监管功能；当库室内温湿度超出阈值或者仪器设备出库超出一定时间时，该模块能够提供预警功能，有效规避库室安全风险的发生，提升仪器设备仓储管理安全、智能化水平。

3 系统实现及使用

3.1 系统实现

本系统中移动库室管理系统基于Android 系统开发，其余功能模块均基于B/S 架构，从下至上按照软件体系设计分层，分为数据层、应用层、用户层，各层之间相互独立，形成耦合，方便用户远程操作和系统管理升级。系统的整体应用场景如图2 所示。

图2 ：应用场景图

系统实现了各功能模块主要功能，包括出入库、动用/归还、盘点、预案调度管理、移库管理、信息查询、报表导出及态势图可视化等功能，如图3 所示。

图3 ：系统功能界面图

系统各功能模块均与综合管理平台数据库相关联，数据库采用Oracle 实现多元数据的存储及管理服务。另外数据库实现定时备份功能，且备份文件能够满足恢复功能，一旦发生误操作或者软硬件故障导致数据丢失，数据库能够安全可靠的恢复到原有状态。

3.2 系统运行

通过构建一套完整的库室信息化系统，测试系统的功能及运行稳定性，评估该系统在实际运行中的工作效率，主要测试在日常管理和应急保障任务中的系统运转的速度和准确性。经过一段时间的试运行，系统在仪器设备在快速出入库时，存在误读或漏读的现象，经过现场测试排查发现，由于仪器设备进出库室时的方向存在不确定性，而RFID 天线安装位置较为聚集，导致库室门口出现扫描盲区，影响了RFID 读写器的识别。针对这一问题，对天线位置进行调整，在库室门口均匀安装四个天线，确保从不同方向可对RFID标签进行识别，系统误读漏读现象有了明显好转，试用期间，系统各功能都得到有效实现，库室内仪器设备出入库速度有了显著提高，大大减少了人工登统计操作，有序、高效的加强了对库室内仪器设备的管理，提高了部队应急保障能力。

4 结语

基于RFID 技术的库室信息化系统，实现了仪器设备的出入库、盘点及态势可视化功能，减少人工作业，避免了人为因素造成的数据错误或遗漏，提高了库室管理的效率。其次，根据库室的职能使命，系统提出了预案调度管理功能，将预案内容与人员、仪器设备相关联，实现在应急保障情况下仪器装备的快速响应。此外，本系统新增移动库室管理模块，以车辆作为移动库室，实现仪器设备入库、车载仪器设备盘点、任务保障管理及状态管理等功能，实现库室到车辆的一体化管理，具有一定的实用性和技术性，能够较好的解决目前库室存在的人工管理效率低、信息化程度低的问题。随着RFID 技术的发展，未来部队库室信息化系统将会变得更加职能化和精细化，不断为部队正规化管理提供有力支撑。