摘 要：射頻識別技術RFID 是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關信息。RFID 識別無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。近年來，RFID 技術已經(jīng)成功地引入到礦山安全管理領域，并展現(xiàn)出了良好的應用前景。介紹了RFID 系統(tǒng)的基本構成、工作原理及其在礦山安全管理中的應用情況，旨在推動我國礦山安全管理技術的變革。

　　關鍵詞：射頻識別；礦山；安全管理

　　0 引 言

　　射頻識別（ Radio Frequency Identification，RFID）又稱電子標簽（E - Tag），是一種利用射頻信號自動識別目標對象并獲取相關信息的技術。RFID 最早的應用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)中用于區(qū)分聯(lián)軍和納粹飛機的“ 敵我辨識”系統(tǒng)［1］。隨著技術的進步，RFID 應用領域日益擴大［2，3］，并將成為未來信息社會建設的一項基礎技術。RFID 利用射頻方式進行非接觸雙向通信，實現(xiàn)人們對各類物體或設備（ 人員、物品）在不同狀態(tài)（移動或靜止）下的識別和數(shù)據(jù)交換。與同期或早期的接觸式識別技術不同，RFID 系統(tǒng)的射頻識別卡和閱讀器之間不用接觸就可完成識別。它具有以下特點：

　　（1）操作方便，工作距離長，可以實現(xiàn)對移動目標的識別；

　?。?）無硬件接觸，避免了因機械接觸而產(chǎn)生的各種故障，使用壽命長；

　?。?）射頻識別卡無外露金屬觸點，整個卡片完全密封，具有良好的防水、防塵、防污損、防磁、防靜電性能，適合惡劣環(huán)境條件下（ 如溫、濕度變化大，灰塵多，難以保持卡面清潔的井下環(huán)境）工作；

　?。?）對無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都經(jīng)過隨機序列的加密，并有完善、保密的通信協(xié)議，卡內(nèi)序列號是唯一的，制造商在卡出廠前已將此序號固化，安全性高；

　?。?）卡內(nèi)具有防碰撞機制，可實現(xiàn)同時對多個移動目標進行識別；

　　（6）信號的穿透能力強（ 可穿透墻壁、路面、衣物、人等），數(shù)據(jù)傳輸量小，抗干擾能力強，感應靈敏，易于維護和操作。

　　近年來，RFID 技術已經(jīng)成功地引入到礦山安全管理領域］，并展現(xiàn)出了良好的應用前景。

　　1 RFID 系統(tǒng)構成

　　基本的RFID 系統(tǒng)由RFID 標簽（Tag）、RFID 閱讀器（Reader）及其應用支撐軟件等幾部分組成。RFID 標簽（Tag）由芯片與天線（Antenna）組成，每個標簽具有唯一的電子編碼。標簽附著在物體上以標識目標對象。RFID 標簽依據(jù)發(fā)送射頻信號的方式不同，分為主動式（Active）和被動式（ Passive）兩種。主動式標簽主動向讀寫器發(fā)送射頻信號，通常由內(nèi)置電池供電，又稱為有源標簽；被動式標簽不帶電池，又稱為無源標簽，其發(fā)射電波及內(nèi)部處理器運行所需能量均來自閱讀器產(chǎn)生的電磁波。被動式標簽在接收到閱讀器發(fā)出的電磁波信號后，將部分電磁能量轉化為供自己工作的能量。主動式標簽通常具有更遠的通信距離，其價格相對較高，主要應用于貴重物品遠距離檢測等應用領域。被動式標簽具有價格便宜的優(yōu)勢，但其工作距離、存儲容量等受到能量來源的限制。

　　RFID 標簽根據(jù)應用場合、形狀、工作頻率和工作距離等因素的不同采用不同類型的天線。一個RFID 標簽通常包含一個或多個天線。RFID 標簽和閱讀器工作時所使用的頻率稱為RFID 工作頻率。目前RFID 使用的頻率跨越低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）、微波等多個頻段。 RFID 頻率的選擇影響信號傳輸?shù)木嚯x、速度等，同時還受到各國法律法規(guī)的限制。RFID 閱讀器（Reader）的主要任務是控制射頻模塊向標簽發(fā)射讀取信號，并接收標簽的應答，對標簽的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶標簽上其它相關信息傳輸?shù)街鳈C以供處理。根據(jù)應用不同，閱讀器可以是手持式或固定式。RFID 應用支撐軟件除了標簽和閱讀器上運行的軟件外，介于閱讀器與應用之間的中間件是其中的一個重要組成部分。該中間件為應用提供一系列計算功能，在電子產(chǎn)品編碼（ Electronic ProductCode，EPC）規(guī)范中被稱為Savant。其主要任務是對閱讀器讀取的標簽數(shù)據(jù)進行過濾、匯集和計算，減少從閱讀器傳往企業(yè)應用的數(shù)據(jù)量。同時Savant 還提供與其他RFID 支撐系統(tǒng)進行互操作的功能。Savant定義了閱讀器和應用兩個接口。用戶可以根據(jù)工作距離、工作頻率、工作環(huán)境要求、天線極性、壽命周期、大小及形狀、抗干擾能力、安全性和價格等因素選擇適合自己應用的RFID 系統(tǒng)。

　　2 RFID 技術基本原理

　　在實際應用中，RFID 電子標簽附著在待識別物體的表面，電子標簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。

　　閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產(chǎn)生感應電流從而獲得能量，發(fā)送出自身編碼等信息，被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機進行有關處理。在電磁場系統(tǒng)中，閱讀器（Reader）發(fā)出一個電磁（EM）波，電磁波以一個球形波向前傳播，電子標簽淹沒在這樣傳播的電磁波中并從電磁波中收集一些能量。在任何一個點上，可用的能量的大小與該點距發(fā)射機的距離有關。由上可知，閱讀器必須在可閱讀的距離范圍內(nèi)產(chǎn)生一個合適的能量場以激勵電子標簽。

　　3 RFID 在礦山安全管理中的應用

　　無線及移動通信設備的應用帶動了人們對位置感知服務的需求，人們需要確定物品的3 維坐標并跟蹤其變化?，F(xiàn)有的定位服務系統(tǒng)主要包括基于衛(wèi)星定位的GPS 系統(tǒng)、基于紅外線或超聲波的定位系統(tǒng)以及基于移動網(wǎng)絡的定位系統(tǒng)。RFID 為人與物體的空間定位與跟蹤服務提供了一種新的解決方案。RFID 定位與跟蹤系統(tǒng)主要利用標簽對物體的唯一標識特性，依據(jù)閱讀器與安裝在物體上的標簽之間射頻通信的信號強度來測定物品的空間位置，應用于GPS 系統(tǒng)難以應用的室內(nèi)定位。目前，RFID系統(tǒng)在礦山安全管理中的應用主要是實現(xiàn)人與設備的定位及跟蹤來實現(xiàn)安全管理的目的。