RFID技术在民航行李分拣系统中的应用研究

RFID技术在民航行李分拣系统中的应用研究

李智毅

广州白云国际机场股份有限公司 广东广州 510000

摘要：在民航机场行李分拣系统中，通过识别行李上标签的操作可以极大的提高行李分拣工作效率，但是，由于普通纸质标签本身存在的局限性因素，使其在行李分拣系统中的识别率并不高。为了进一步提升民航机场行李分拣系统的正确性和实时性，开始在行李分拣系统中积极引入了射频识别技术（RFID）。随着RFID技术与行李标签相关技术的结合应用，极大的推动了民航机场中行李分拣工作的进程，机场行李管理运营的要求在得到较好满足的同时，还对行李分拣识别率和正确分拣率的提升起到了积极的促进作用。本文围绕民航机场行李分拣系统中RFID的应用展开了研究，希望可以引起各个机场行李分拣工作中对RFID技术应用的重视和积极应用。

关键词：RFID技术；民航行李分拣系统；应用

引 言

无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）又称电子标签，是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，它是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID技术为机场行李分拣系统带来了全新的技术应用，其中基于RFID技术的行李分拣系统可以实现行李的跟踪管理。

一 ATR系统及存在的问题

国内民航机场现行的行李分拣主要是条码识别方式。国际航联（IATA）的标准中定义了条码标准。旅客交运的行李上贴有带条码信息的行李牌。行李分拣系统中设有光学条码识别设备--自动读码站（Automatic Tag Reader，ATR）。ATR的光源所发出的光经光阑及聚焦后，照射到黑白相间的条形码上。通过光电转换把模拟信号转换成数字信号，再译成数字字符信息，实现扫码跟踪。在实际生产运营中，ATR系统存在着一些问题：一是条码不清晰或旅客不经意将其折叠或污损，导致读取不到；二是如果条码位于与输送面接触的一侧或者被行李筐的边缘遮挡，ATR将无法进行识读；三是输送过程中行李之间可能由于相互遮挡导致ATR不能同时识别每件行李的条码，造成分拣错误；此外，灰尘积累会影响ATR光源的透镜效率和稳定性。因此，很多机场都面临ATR系统刚投入使用时，识别率高，但是运行几年后降效的情况，对行李准确分拣造成较大影响。

二 RFID系统及其基本原理

最基本的RFID系统由三部分组成。第一部分“电子标签（TAG）”：由芯片及内置天线组成，芯片内储存有一定格式的电子数据，作为待识别货物的标识信息，是射频识别系统的数据载体，内置天线用于和射频天线间进行通信。第二部分“阅读器”：读取（或读/写）电子标签信息的部件，主要工作是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其他相关信息传输到电脑主机进行处理。第三部分“天线”：标签与阅读器之间传输数据信息的发射与接收装置。

RFID的基本工作原理：阅读器（RFID读写器）通过天线发出一定频率的射频信号，当标签进入电磁场时产生感应电流，从而获得能量，发出自身的编码信息被阅读器读取并解码后传送至控制管理系统（或应用系统）进行有关处理（见图1）。

图1：RFID原理图

三 RFID标签的主要特点

3.1 无接触式读取

射频识读器在对RFID标签进行读取的过程中，采用的是无接触式的读取方式，使得RFID标签的粘贴位置可以任意选取，无论RFID标签被粘贴到哪里，都可以被射频读码器有效读取。因此，这在很大程度上提高了RFID标签被识别的有效性。

3.2 抗恶劣环境，耐用性强

行李在输送过程中，需要从值机柜台取出然后到达航空器货仓这样一个过程，在这个过程中具有一定的距离长度，极有可能对标签造成磨损等不良影响，但是，RFID标签具有抗恶劣环境和耐用强等显著优点，这极大的缓解了行李在分拣和输送过程中受到环境和时空的影响程度，从而确保整个机场行李分拣系统的正常运转。

3.3 一次性可读取多个标签

因为多帧重复识别和小帧长的等因素的在RFID技术中的提升应用，所以，实现了一次性多个标签的读取。射频读取器在对RFID标签进行读取过程中，无论在天线覆盖场内出现多少个标签，行李分拣系统可以对这些标签首先进行依次剔除，然后再按时序进行有效读取，从而提高RFID标签读取的准确性和时效性。

3.4 价高且肉眼无法识读

因为RFID标签在实践过程中融合了对多种新技术的应用，再加上其本身所具有的耐用性，说明整个标签的材质都与普通的条码标签有所区别，因此，也客观决定了其本身的高价性，而且，肉眼无法进行识读，只能通过射频识读器来进行读取操作。

四 民航机场行李分拣系统中RFID的应用

4.1 行李RFID标签设计

在基于RFID技术的行李分拣系统设计中，行李RFID标签是最为核心的部分，因此在对行李标签进行编码的时候，我们必须严格根据一定的规范标准来进行。

（1）数据编码

我们在标签内写入数据时必须遵循一定的标准，一般情况下，ISO/IEC15962编码过程规范是我们进行数据编码时经常参考的一种规范。行李RFID标签的数据存储区也具有一定的独立性，并拥有4个独立的数据存储区，其中保留区是数据00区，而强制编码数据UII则为数据01区包含的内容，该类型编码具有独一无二性，标签识别数据TID则是数据10区涵盖的内容，用户定义数据则存储在数据10区处。而RFID标签对于数据区的使用具有唯一性，只使用数据01区，它包含了两方面的内容，即航班日期和10位的国际航空运输协会（IATA）条形码，同时我们也要确保三方面内容的一致性，即RFID标签、IATA条形码值和条形码，人眼可读取数据，三者内容要具有协调一致性。

（2）数据01区内容

数据01区内容主要包括两方面，它们分别为行李标签对象和航班日期对象，例如1015961121是行李标签对象ID，而1015961122是航班日期对象ID。在需要对行李标签进行存储时，需要使用到行李标签对象ID，该标签的使用不仅需要遵循一定的原则，同时还具有固定的长度，IATA740号决议相关内容是使用行李标签对象ID时需要遵循的原则，而10位数字则为其固定的长度。当需要对航班日期进行存储时，我们会调用航班日期对象ID，而航班日期对象ID在数据元素上的存放上具有一定的条件性，数据标签不能重复编码，并且数据编码格式必须以“儒略日”格式来进行操作。

4.2 读写器天线发射功率控制

旅客出于自己的习惯，可能将RFID标签贴于行李箱上任何一处，此时对信号传播过程所产生损耗进行理论分析十分困难。为简化分析，本文假设机场通过有效宣传手段，使旅客统一将RFID标签贴于行李箱朝向天线一面，使标签内天线所处平面为水平面，由此得出的结果仅供初步估计发射功率用。

图2给出了旅客行李箱的表面所贴标签刚进入读写器天线辐射场范围的情形。为了使标签能对读写器所发指令产生正确响应，标签所接收的信号功率必须达到其接收灵敏度所要求最低值P_rmin以上。按照图2，此时读写器发射天线与标签之间的距离为

式中：h₁为行李高度。对于视距传播，路径损耗为

式中:L是功率损耗（单位dB）；F是RFID系统所采用的工作频率（单位MHz）；d是传播距离（单位m）。因此，读写器所发射的功率应不低于

式中：G_t是发射天线增益；G_r是接收天线增益。

图2 读写器天线辐射场覆盖范围

由于实际环境中电磁波会发生反射，增大信号功率虽然有益于正确识别标签，但也会导致因为电磁波反射使覆盖范围变大，使得对被识别行李的定位变得模糊，并最终导致行李分拣错误。因此，本文

中所设计读写器天线的实际发射功率取为KP_tmin，K为一个略大于1的数，其值通过实际测试予以确定。

4.3 采用小帧长

基于ISO/IEC18000-6C空中接口协议可知，对标签进行识别的过程也具有一定的规律性，主要是以逐帧识别的形式进行的。当需要对每帧包含的时隙数进行调整时，我们可以通过调整QUERY指令中的Q参数来实现，为了使RFID标签可以立即对接收到的QUERY指令进行响应，将Q参数设置为0即可达到最佳效果，但这只是理论上的推算，如果真正加以实践，会出现不同标签之间发生矛盾冲突的结果。为了更好的解决这个问题，我们可以采用小帧长，使用1或者2这种很小的正整数来表达Q参数，从而在解决该问题的同时还可以满足相应的识别RFID标签的需求。

4.4 多帧重复识别

根据规定的行李间距标准，一般情况下，只能有一个标签进入到读写器天线的直接辐射场内，但民航机场具有复杂的电磁环境，因此，电磁波反射和折射的情况也是经常性发生的，这使得读写器天线的辐射场很可能涵盖到别的标签，从而打乱了正常的标签识别顺序，影响行李分拣工作的操作，增大了错误分拣的概率，因此，在行李分拣系统中应用RFID技术时对多帧重复识别进行了相应的设计和应用，从而有效提升了机场行李分拣系统工作的时效性和正确性。RFID芯片识别，极大地提高了行李识别的准确率。

五 RFID技术应用于行李分拣系统的特点及待解决的问题

5.1 RFID技术应用于行李分拣系统的特点

与传统的条形码相比，RFID标签具有数据的远距离读写、数据存储量大、抗污性强、可回收、安全度高等明显优势。在行李分拣系统中，RFID标签的应用可加速行李分拣效率并提高准确性，同时实现对行李位置状态的实时监控跟踪，有效降低行李丢失率，具体如下：

（1）抗恶劣环境、耐用。由于行李从值机柜台到航空器货舱的输送线路较长，RFID标签可保证行李在分拣和运输过程中不受环境和时空的影响，并能被正确识读。

（2）一次读取多个标签。若多件行李在同一个视窗内通过RFID标签探测器时，无论行李的标签是否处于可视范围，所有标签均能一次性读取，行李系统因此可迅速剔除“多行李”，提高分拣准确率。

（3）无接触式读取。RFID系统的应用可以提高工作人员的检查效率。

（4）通过RFID标签的读取，可对其所附着的行李进行追踪定位，增加行李的可见性。

5.2 RFID技术在机场应用需要关注的问题：

（1）信息安全。由于RFID标签附着在旅客行李上，个人信息存在外泄的可能性，机场需要高度重视信息安全；

（2）标准问题。电子标签在推广中需要遵循统一的标准，以实现国内机场、国内和国际机场、国际机场之间的信息互通性；

（3）成本问题。从整体成本而言，尤其是系统建立的初期RFID成本依然偏高，一定程度上制约了RFID技术的普及。

（4）兼容问题。由于部分机场和航空公司尚未启用RFID技术，为保证旅客行李信息的提取，RFID标签需保留现时使用的条形码。

结束语

从当前民航机场行李分拣系统实践情况来看，仅仅依靠现有的光学条码识别技术显然不能满足机场行李分拣工作日益增长的新需求，而射频识别技术（RFID）的引入显然为行李分拣系统工作水平的进一步提升提供了很好的发展契机。但是，民航机场在电磁环境上较为复杂多变，而且客流量也十分密集，因此，我们要对行李RFID标签进行科学合理设计，并综合应用读写器天线发射功率控制、积极采用小帧长并做好多帧重复识别技术工作，从而更好的推动RFID技术在民航机场行李分拣系统中的应用，提高行李分拣工作的效率和质量，从而为民航服务品质的提升带来促进作用。

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