基于RFID技术的渔船身份识别系统设计

　　渔船作为目前海洋渔业生产最大的运载作业工具, 它的管理及服务上一直存在着一些漏洞。船号就相当于船的身份证,以往渔船的船号都是用油漆手写的,因此,一部分捕捞渔船为了偷捕盗捞,就会将船名号故意涂掉以逃避检查。由于相关渔业渔船证书难以现场获取检查, 渔船管理上没有一套完整有效的数据等原因,沿海地区无证克隆渔船、相互套用证书现象时有发生,且有日渐严重的趋势。这不仅扰乱了渔业生产秩序,还存在着渔业安全生产隐患。为了提高渔业安全监管科技手段,根据目前渔业安全生产中存在的具体情况,依托现代无线射频识别、数据库应用等技术,将无线射频识别技术(RFID)应用到渔业安全生产领域中, 建立渔业船舶身份识别及渔船管理系统, 对渔船实施“实时、有效”的监管,实现渔船证书电子化、现场检查取证电脑化和救助信息实时反馈化已是迫在眉睫。

　　1 RFID 技术简介

　　RFID(Radio Frequency Identification)是20 世纪80 年代兴起并逐渐走向成熟的技术, 射频识别系统利用射频标签承裁信息, 射频标签和阅读器间通过感应无线电波或微波能量进行非接触双向通信,达到自动识别的目的。RFID 标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点,可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID 系统的工作原理:阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号,当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流, 射频卡获取能量被激活;射频卡将自身编码等信息通过卡内发送天线发送出去;系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号, 经天线调节器传送到阅读器; 阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理; 主系统根据逻辑运算判断该信息的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构动作。目前RFID 技术的应用已经很普遍,被物流、零售、装配等行业推崇。特别在物资管理和空间定位与跟踪方面应用最为成熟。

　　2 系统硬件设计

　　系统硬件由三部分组成:(1)无线射频电子标签;(2)手持式电子标签POS 机;(3)身份识别计算机管理系统,如图1。射频识别系统包括两个部分: 它们是射频卡和读写器。射频卡也称应答器或无线射频电子标签, 它的几个主要模块集成到一块芯片中, 完成与读写器的通信, 芯片上的内存部分用来储存识别号码或其它数据, 如渔船的基本技术数据、类型、登记产权、历次检验、安全设备配备、渔业许可、渔业互保、船员情况等。芯片外围仅需要连接天线,可以作为渔船身份识别标识卡。读写器也称收发器或手持式电子标签POS 机, 它由发射单元、接收单元、信号处理控制单元和电源等组成。它通过天线向RFID 卡发送射频调制信号(也称询问信号),同时通过天线接收从RFID 卡返回的载有RFID 卡中信息的射频调制信号(也称应答信号),经处理后传给智能控制设备。系统的基本工作原理是:通过渔船上固定的无线射频电子标签卡,采用手持式电子标签POS 机来识别读取渔船的基本信息,然后通过渔船综合管理系统,可以全面了解该渔船的基本技术数据、类型、登记产权、历次检验、安全设备配备、渔业许可、渔业互保、船员情况等情况,为渔船管理提供统一的综合数据平台。射频信号工作方式有两种:电磁耦合和电磁传播。电磁耦合一般适合于中、低频工作的近距离射频识别;典型的工作频率有125kHz(LF)和13.56MHz(HF),识别距离在1 米以内。电磁传播方式则一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统; 典型的工作频率有860~915MHz(UHF)、2.45GHz(μWF)和5.8GHz(DF),识别距离最长可达十几米。 

　　 (1)无线射频电子标签:无线射频电子标签的选用应能够保证稳定的无线通讯、无需外置电源、抗干扰性好。标牌要求和船舶驾舱体紧固结合,安装要具有永久性、不可拆卸等,在标牌上印有渔业船舶身份识别管理序号、中国渔政标志、电子标签序号、发证单位名称及发证日期等相关信息,标识牌底面应印有符合渔业安全管理内容的图案。存储要求:电子标签内应存储最基本的船舶信息,包括:电子标签序号、船名号。电子标签序号:为一组16 位数字。船名号: 3 位汉字+5 数字。 

　　 (2)手持式电子标签POS 机:POS 机壳体应坚固耐用、具有防水、防摔碰和抗海洋环境侵蚀的功能;性能上要求具有工业级标准的可靠性、耐用性、良好的读写性能,POS 机具有与计算机通信功能、读卡及显示功能、存储功能,查询功能等。其要求如下:
    ①POS 机采用USB 接口与计算机USB 接口连接进行通信。
    ②POS 机在读取电子标牌数据后,应能即时在POS 机上显示船舶基本信息、船名和船名号信息,与检查时间一起自动存储。并能与POS 机内黑名单数库据进行对比,如果黑名单有此船,应显示此船是非法捕捞船或有违法记录的船。
    ③POS 机至少应能存储100 次稽查记录,每次记录内容应包括:稽查日期、时间、船号、船名号。
    ④POS 机至少应能存储100 条黑名单记录。
    ⑤POS机通过按键操作选择不同菜单可以查询稽查数据,并在POS 机显示屏上显示相应的信息。具体操作应包括:通过按键操作可以查询稽查记录的条数。通过按键操作可以按时间、船号、船名号或稽查到黑名单渔船号快速查询稽查记录。通过按键操作可以查询POS 机资料。
    ⑥POS 机内置永久实时时钟,每次与计算机连接上传或下传数据时接受时间校时。
    ⑦POS 机应具有自动检测功能。在开机时自行检测POS 机各主要部件的工作性能,并对出现故障的部位或部件予以警示。
    ⑧当POS 机失电时,应能自动进入保护状态,保持时效不少于30 天。⑨POS 机具有USB接口,有线数据传输功能。

　　(3)身份识别计算机管理系统:系统对硬件方面的要求较低,一般配置的PC 及笔记本电脑就能满足系统的要求, 如CPU 主频为1G 以上、内存为128M 等。软件应能满足现有的计算机接口传输要求,如USB2.0 等。身份识别计算机管理系统主要功能是通过RFID 电子标签、渔船身份识别POS 机采集的数据进行录入,并分类保存以备随时检索使用,同时对原始数据进行统计汇总,最终通过此系统传递给用户进行操作和管理。该管理系统能够完整的、全面的反应渔业船舶管理情况。

　　3 系统软件设计

　　渔船身份识别管理系统软件逻辑框架如图2, 渔船身份识别管理系统软件是整个系统的最终用户界面,以WIN2000 或者XP 为开发平台,其选择的后台数据库软件应是当前成熟的数据库软件, 并能和WINDOWS 软件开发语言有良好的融合性。通过RFID 电子标签、渔船身份识别POS 机采集的数据最终通过此软件传递给用户进行操作和管理。这套软件是能够完整的、全面的反应渔业船舶管理情况的软件, 包含的信息数据要求完备,从船舶的基本信息、持证情况、船舶安全设备配置情况、船上基本人员信息、船舶违规记录情况、到港签证情况等一应俱全。软件还应具有黑名单功能、船舶保险状态查询等功能,对查询到的列入黑名单的数据进行提示报警,以加强对违规船舶、三无船舶、高危渔船的管理。软件的数据通过异步数据更新和数据包加载,定期更新采集数据到网络服务器上,客户端只要定期下载更新,即可实现软件的数据同步;并通过对服务器上的数据进行定期更新、备份以保证数据的可靠和安全。同时针对不同的用户,设置不同的权限,在相应的管理权限内管理操作更新数据,保持数据的安全可靠性。软件设计要求简约,操作方便、人性化,并能根据客户的要求及时进行调整等。要求软件具有良好的稳定性、兼容性和扩展性,便于以后升级开发。软件应充分考虑数据的更新。一方面,客户端与下载的服务器数据比较后,应能更新当前数据库;另一方面,能把上传的数据与服务器数据比较,提醒后更新服务器数据。安全性原则:渔船身份识别系统软件应具备良好的安全性,软件加密应具备在受到24 小时连续攻击下不被解码。

图2 RFID 渔船身份识别系统管理软件逻辑框架

4 结束语

　　随着社会经济和科技的发展, 射频卡技术会越来越广泛的应用于各行各业,特别是无线通信,身份识别,金融交易,公用交通等领域。RFID 渔船身份识别系统能使执法人员只要手持渔船身份识别POS 机,通过读取安装在渔船上的渔船识别模块(电子标签),就能在POS 机上、电脑上反映出相关渔船信息和船员的基本信息。这不仅可以加强渔船的管理,迅速发现“克隆”船、“冒用船号”渔船,而且一旦发生海上救助事件,通过查询电脑上相关渔船资料,就能反映出渔船配备安全设备、船况、船员的基本情况,及时做出应急措施。RFID 射频识别技术是一个新兴的技术, 它应用于海洋渔业方面, 有利于提高安全管理与执法的效率、有利于打击冒用(克隆)渔船。所以它将成为渔船管理领域新的发展趋势,该项目具有巨大经济效益。

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    作者简介:赵树平(1960-),男(汉族),辽宁省大连市人,大连水产学院信息工程学院副教授,硕士,主要从事RFID 技术应用的研究。