雙頻RFID系統(tǒng)在南非采礦業(yè)上的應用

　　在諸多制約RFID發(fā)展和應用的因素中，RFID技術本身的局限性也是主要因素之一。RFID技術本身的局限性表現(xiàn)在諸如由于RFID頻率特性對識別對象的甄別性因此而造成的識別率不高等方面。對于RFID系統(tǒng)來講，低頻系統(tǒng)具有良好的對水、肉體等可導媒介的穿透力，而速度、距離、抗沖突性較差，而高頻系統(tǒng)則正好相反。如何充分利用各種頻率的特性，揚長避短，全球領先的RFID芯片設計公司iPico Identification公司創(chuàng)造性地將低頻和高頻兩種頻率特性集成在同一枚芯片上，使得這種雙頻系統(tǒng)同時具有了低頻可穿透性和高頻良好的距離、速度、抗沖突性。這種集成的雙頻系統(tǒng)可以廣泛地應用在FFPT(無障礙人員跟蹤)、高濕識別對象、動物識別、運動計時等方面，具有其他系統(tǒng)所不具備的優(yōu)越性。本文介紹雙頻在采礦業(yè)上的應用，這種應用對目前我國重大安全事故頻發(fā)的采礦業(yè)來講，具有很好的榜樣作用。

　　在Anglo American Platinum公司位于南非的Paardekraal礦，RFID正承擔著節(jié)約資金并挽救生命的重任。本文詳細的講述了Paardekraal礦井中RFID應用的詳細情況與方案框架，聯(lián)系到我國目前頻頻發(fā)生的煤礦安全事故，該RFID應用案例對于這一社會關注的問題通過技術手段解決有重大意義。

　　南非礦業(yè)部門指出其RFID系統(tǒng)實施在艱苦的礦井作業(yè)環(huán)境中的重要作用。與此同時，南非為礦業(yè)提供蓄電池以及各種管理服務的Willard Batteries公司，發(fā)現(xiàn)RFID技術在采礦業(yè)的巨大潛能。

　　南非最大的電子公司之一—Allied Electronics分公司，其業(yè)務現(xiàn)已從僅僅作為一個蓄電池產(chǎn)品供應商拓展到運送服務。公司所管理的礦業(yè)公司的一些設備之中，包括蓄電池供電的礦燈，安裝在礦工的頭盔上使用，會不斷的損壞。通過為礦燈配備RFID標簽，Willard可以對礦燈的使用以及維護情況進行跟蹤。該技術也能夠跟蹤使用者以及他們的進出礦井情況。

　　Willard對RFID的采用歷史同采礦本身有幾分相似之處。到最近為止，Willard公司同礦業(yè)公司的聯(lián)系僅僅限于蓄電池的供應。然而，大約5年前，Willard發(fā)現(xiàn)礦業(yè)的一個新的商業(yè)契機：提供設備管理。南非礦業(yè)公司開始對其礦燈的使用情況進行管理，包括采礦設備儲備場所，維修地點，以及分配情況等的管理。那些設備不僅包括礦燈，還包括便攜式照明設備，設備齊全的自救包，便攜式瓦斯探測設備以及急救設備。據(jù)Willard 直流電源公司管理部經(jīng)理Alan Waterston說，礦燈房大約有4000到5000礦燈以及其他設備。

　　為了實現(xiàn)對人員以及其他項目的自動化管理，公司過去曾開發(fā)了其特有的"智能燈"（Intellilamp）軟件，該軟件同條碼技術關聯(lián)使用，記錄礦工出入礦燈房的情況。Waterston介紹說，在南非礦井標識員工的傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，每一位員工都配有唯一個條碼數(shù)據(jù)所標識的ID。

　　Waterston 介紹說，"條碼將員工編號以及其他各種編碼結合起來，允許或限定對預定區(qū)域的訪問"，"條碼中所包含的詳細信息可以通過智能燈系統(tǒng)采集，并且條碼同RFID標簽上的唯一的編號密切結合在一起，RFID標簽固定到礦燈或者其它設備之上。此過程是數(shù)據(jù)庫初級設計的一部分，并且同系統(tǒng)中礦燈的分配情況相關聯(lián)。一旦完成的話，剩下僅僅是維護問題--當新的員工到來時增加新的分配或者當有員工離職去除以前的分配。"

　　將RFID系統(tǒng)應用到礦井中，事實證明這是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。Willard的管理人員對無源和有源RFID技術都進行了研究，據(jù)Waterston說。最初，公司測試采用125 KHz低頻的以及13.56 MHz高頻無源標簽。對（采礦）帽燈蓄電池箱量身定做了標簽，在設備發(fā)放室以及在礦燈房到井筒的出口處十字轉門附近安裝讀寫器（應答器）。十字轉門同時也備有條碼掃描器，用以識讀每一個礦工的ID卡，確認是否允許通過。

　　然而，RFID系統(tǒng)沒能達到最小讀取距離為600mm（2英尺）的要求，因為有三個區(qū)域礦工必須通過十字轉門。Waterston解釋說，如果系統(tǒng)的讀取范圍小于2英尺，可能會出現(xiàn)讀取錯誤的情況。公司對有源標簽也進行了研究，如果采用有源標簽，就可以滿足跟蹤物品時RFID系統(tǒng)可以有更大的讀取距離，但是由于同無源標簽相比，有源標簽成本過高，這個方案也是不可行的。

　　另一個選擇——900 MHz超高頻無源標簽和讀寫器——由于水和金屬所導致的RF干擾，不能夠實現(xiàn)較高的讀取率。礦工所使用的所有工具是由不同的材料人工制成。因為燈是由塑料制成，對900MHz超高頻標簽的讀取沒有影響，帽燈的標簽比較容易處理。設備齊全的自救包卻被不銹鋼容器所包圍，對900MHz超高頻標簽的讀取產(chǎn)生干擾。瓦斯探測設備也由不銹鋼所包裹，干擾了標簽和讀寫器的工作頻率。

　　Willard在RFID解決方案的道路上不斷的探索著，并和集成商I-Chain及RFID專業(yè)公司iPico Holdings進行了這一領域的合作。集成商I-Chain曾經(jīng)同iPico合作開發(fā)過RFID系統(tǒng)在許多方面的應用。

　　RFID系統(tǒng)幫助Willard及其礦業(yè)客戶遵循南非政府

　　2003年10月，Willard就開始對iPico的新的無源雙頻RFID標簽和讀寫器進行測試，作為Anglo American Platinum公司位于南非西北省的Paardekraal礦測試計劃的一部分，該測試計劃為期四周。雙頻RFID技術集合了低頻（125 kHz 到135 kHz）的發(fā)射和高頻(6.8 MHz)RFID的高速數(shù)據(jù)傳輸能力的優(yōu)點。RFID讀寫器傳輸?shù)皖l信號給標簽提供能量，標簽使用高頻頻譜傳輸信號給讀寫器。

　　iPico的雙頻RFID系統(tǒng)可以實現(xiàn)對多個標簽的成功讀取，即使在眾多礦工聚集、下井的人員不斷減少的時候也可以成功讀取。該系統(tǒng)在連續(xù)的基礎上每分鐘可以讀取平均7200個標簽，讀取范圍0.6m～2m。公司方宣稱該系統(tǒng)可以透過液體，甚至某些金屬運行，性能上優(yōu)于13.56 MHz和860-960 MHz的 RFID系統(tǒng)。

　　雙頻RFID系統(tǒng)在測試計劃中運行良好，2004年春季，i-Chain為Willard在一個礦燈房配置了18個雙頻讀寫器和5000個標簽。安裝工作包括搭建局域網(wǎng)（LAN）用以連接讀寫器。IPico幫助Willard確定礦燈房讀寫器的配置，從而使系統(tǒng)最優(yōu)化運行。

　　據(jù)Waterston說，正如所預料的，雙頻系統(tǒng)得到了廣泛的應用。"達到高度的精確性"需要跟蹤礦工進出礦燈房的移動情況。"實質上，礦工是沿著預定好的裝備有讀寫器的路線移動，從而可以收集到礦工和帽燈的數(shù)據(jù)，因為帽燈已經(jīng)通過了這些預定點。"他介紹說，"作為Willard系統(tǒng)的一部分，讀寫器并沒有安裝到地面以下，但是如果需要的話，安裝工作可能會拓展到一些特殊的工作區(qū)域。這些安裝的成本收益將由客戶來評估。" Willard目前正在其他的兩個場所安裝RFID系統(tǒng)，共計4000個礦燈。

　　一個恰當?shù)墓芾響密浖猈illard同南非軟件開發(fā)商聯(lián)合設計——對RFID讀寫器網(wǎng)絡和礦業(yè)企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)進行了結合。管理應用軟件從礦業(yè)ERP系統(tǒng)的人力資源模塊獲取時間以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)。時間和現(xiàn)場數(shù)據(jù)是同礦燈房的物品發(fā)布信息整合在一起的，而礦燈房的物品發(fā)布信息從RFID讀寫器收集的。這些整合在一起的數(shù)據(jù)，過去通常是對Willard有關礦燈房和設備使用的服務和管理信息等制定賬單而使用。使用智能燈系統(tǒng)，Willard能夠給出所有單元的清單，以方便帳單制定。

　　自從測試安裝了第一個系統(tǒng)以來，據(jù)說Willard讀取成功率是100%，系統(tǒng)能夠在連續(xù)的基礎上跟蹤設備和礦工的移動情況。RFID在Paardekraal礦安裝試運轉的前兩周，當系統(tǒng)發(fā)送警報給管理人員有員工沒有按時進入礦燈房時，Willard所獲得的礦井中人員的移動信息的價值是無法進行衡量的。

　　我們來看一下智能燈系統(tǒng)的一個真實場景：根據(jù)對標簽單元的移動信息收集，發(fā)現(xiàn)一個礦燈沒有通過預定點送還。此信息連同對礦燈房的實際核查一起證實了礦工尚未回來。一組人員送入礦井，他們在不久前預定好的一個爆破作業(yè)地點找到了那名礦工。

　　據(jù)Waterston說，采用RFID以及系統(tǒng)整合而成的Willard智能燈系統(tǒng)，主要好處在于能夠跟蹤礦工通過十字轉門情況，能夠標明工人從地面上到地下的路徑。
“南非的礦井采用了一個輪班檢查（shift-clearance）系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)爆破以前的工作地點是非常明確的。” Waterston介紹說，“RFID跟蹤（系統(tǒng)）的實施，能夠提供給礦井第二階段安全檢查?！毕到y(tǒng)所產(chǎn)生的信息“允許任何礦工在其輪班以后尚沒有返回到礦燈房時，快速確認，以確定其所在場所?！彼忉屨f。

　　RFID系統(tǒng)幫助Willard及其礦業(yè)客戶遵從南非政府的有關礦業(yè)以及工人安全的管理制制度，通過跟蹤和記錄每天作業(yè)的輪班數(shù)，每次輪班地下作業(yè)的員工數(shù)以及安全裝置的維護情況等信息。對所有的設備以及以前曾經(jīng)由人工管理的程序而言，完整的維修歷史的記錄是非常必需的。經(jīng)由維修或者維護的設備，通過RFID系統(tǒng)記錄到修理平臺中?！耙粋€礦燈，配備有唯一的標識碼，然后就可以繼續(xù)使用” Waterston說，“所有的維修和替換的零件都可以通過其特有的礦燈編號進行采集，從而構建了一個完整的服務日志。該智能燈系統(tǒng)保管備用物品、組件以及他們各自的價格的一個完整的清單，這樣就有可能實現(xiàn)跟蹤成本花費、備用物品以及組件的使用情況?！彼f，“一些必需的報表的生成電子化，減少了這方面對勞動力的需求。此外，也減少了人為所產(chǎn)生的錯誤。”

　　該RFID系統(tǒng)整合了智能燈應用軟件，也考慮到了十字轉門通過點的安全核查。只有當?shù)V工具有一個分配好的礦燈、設備齊全的自救包和便攜式瓦斯探測設備時，才允許通過十字轉門出入井筒。Waterston說，通過RFID系統(tǒng)收集的信息，可以防止對標識卡的假冒使用行為。它能夠阻止其他人員進出礦井，因為只有有資格的礦工才具有條碼ID標簽。礦工的條碼編號以及其設備RFID標簽編碼，都必須同其進入以前Willard智能數(shù)據(jù)庫所分配的編碼相匹配。

　　“對礦井工作人員進行跟蹤，許多締約的流動工作人員則是[礦業(yè)公司]所面臨的一個主要挑?！彼f，“礦燈房是所有地下作業(yè)人員的必經(jīng)之處，帶有RFID標簽的唯一標識設備分配給個人，允許對所有必要的個人信息進行采集?！?BR>
　　Waterston說，從讀寫器（應答器）獲取的RFID數(shù)據(jù)根據(jù)每個礦業(yè)地點的需求轉化為各種報告，“本質上是定位人員的移動、設備的丟失，以及跟蹤拿去維修或交換的設備?！?
Waterston提到，在此系統(tǒng)投入運行以前，每月某特定地點的礦燈的丟失率高達25%。因為沒有任何機制對設備進行識別，并且沒有將他們與特定的個人相聯(lián)系，不可能指明說是誰丟失或者損壞了。現(xiàn)在卻大不相同了。

　　“l(fā)amp for life的理念的采用，使得責任分擔到個人，這樣礦燈持有人就作為礦燈的物主身份?！?nbsp;Waterston說。礦工的ID編碼同礦燈標簽的ID編碼的連接，就能使得所分配的設備所有人將對設備的丟失或損壞負有責任。

　　同任何重要技術的初始階段一樣，對員工的培訓是RFID配置成功的重要因素?！耙坏┱_的技術確定下來，對人員的培訓使其接受[采用]該系統(tǒng)，過去是，現(xiàn)在還是礦燈房管理的一個重要挑戰(zhàn)?！?nbsp;Waterston說。盡管一些礦工對新系統(tǒng)持有懷疑態(tài)度，將它看作是對他們的一種考核機制，Waterston指出，RFID系統(tǒng)所帶來的利益，礦井所有人是非常清楚的。改良了礦井作業(yè)人員的安全機制，設備維護管理的成本效益更優(yōu)化，更為重要的是控制了設備丟失并且更精確地管理設備的使用情況。