RFID技術推動民航安全高效管理

朱新宇，李寶國

(中國民用航空飛行學院 航空工程學院，四川 廣漢 618300)

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RFID技術推動民航安全高效管理

朱新宇，李寶國

(中國民用航空飛行學院 航空工程學院，四川 廣漢 618300)

摘要：射頻識別技術(RFID)是一種非接觸式的識別技術，讀取信息速度快，存儲信息容量大，操作簡單。隨著民用航空業信息化水平要求越來越高，RFID技術在行包處理、資產監控、航材管理、飛機維修、航空人員資質管理等領域得到越來越廣泛的應用，對民用航空安全、高效的運行提供了新的技術支撐。

關鍵詞：RFID；行包處理；航材管理；飛機維修

近年來，隨著射頻識別技術(RFID)成本的降低與技術的不斷完善，其在生產制造、銷售流通、公共安全領域已經得到廣泛的應用。航空業是RFID最有潛力的應用領域之一，可廣泛應用在飛機維修、部件管理、行李包裹追蹤等一系列過程中。目前，國內只有少數航空企業使用了RFID技術，大部分航企仍在使用傳統的條形碼技術，由于條形碼技術運行效率相對較低，因此，RFID技術對改善民航安全高效運行有著積極的意義。

1RFID系統簡介

1.1RFID系統簡介

RFID系統來源于自動識別系統，是近些年新興起的一種非接觸式識別技術，其工作原理與IC卡非常相似。兩者數據均存儲在電子數據載體(應答器)中，通過磁場或者電磁場完成數據的交換，使用了無線電和雷達技術。與其它識別技術相比，RFID技術有很多優點。

1.2RFID系統組成

RFID系統通常由兩部分構成：應答器(或電子標簽)、閱讀器。應答器用來存儲物品信息，由耦合元件及芯片組成，可工作于高溫、腐蝕等極端的環境中。通常，應答器沒有自己的供電電源，只有在閱讀器響應范圍之內，通過耦合元件從閱讀器那里獲得能量。閱讀器用來讀取(或寫入)應答器內部芯片信息，包含射頻模塊(發送器和接收器)、控制模塊、耦合元件。分為手持式、固定式，可同時識別多個標簽信息，操作方便快捷。許多閱讀器還配有附加串口(RS232，RS485等)，可以將獲取的數據傳輸給另外的系統[1](如個人計算機等)。

1.3RFID設備基本工作原理

RFID設備的基本工作原理是閱讀器向電子標簽發送射頻信號，電子標簽(無源標簽)內部感應電流并獲得能量，然后將存儲在芯片中的產品信息發送給閱讀器。按照工作模式的不同，RFID可分為電感耦合式與電磁耦合式[2]。

1.3.1電感耦合式

閱讀器內部射頻電源產生高頻電流i1,通過自身電感線圈L1產生交變磁場，部分磁力線會穿過電子標簽的電感線圈L2，交變的磁場在電子標簽內部產生感應電流i2進而產生感應電壓u2為電子標簽工作提供能量。電子標簽將自身存儲的信息通過電壓的高低變化由L2映射到L1上，閱讀器通過編碼就可以獲得電子標簽上存儲的信息(見圖1)。

圖1　電感耦合方式電路圖

1.3.2電磁耦合式

電磁耦合式RFID類似雷達技術，即電磁波遇到障礙物會被反射回來。首先由閱讀器向電子標簽發射電磁波，電子標簽天線接收到閱讀器發射來的電磁波后，會由低功耗狀態轉變為正常工作狀態。同時，遇到電子標簽天線上的電磁波又被反射到閱讀器的天線上，閱讀器接收到反射回來的電磁波后經過放大處理，便可以知道電子標簽芯片里所存儲的物品信息，如圖2所示。

圖2　電磁耦合方式電路圖

2RFID技術在民用航空領域中的應用進展

當前，我國民航業正迅速發展。2013年航空旅客運輸量3.2億人，貨郵運輸量578萬噸，分別比上年增長10.3%和4.7%[3]。因此，加強民航業內各部門的信息化建設，提高管理效率顯得至關重要。

2.1機場行包處理

目前，航空公司都有一套基于條碼的標簽處理系統，但激光掃描頭易受灰塵影響，行包在運輸過程中條碼易污損，所以傳統的條碼技術運行效率和準確度較低，系統精確讀取率在80%-90%左右不等。McCarran國際機場是美國首家使用RFID系統進行行包管理的機場，作業流程為：工作人員先將行李信息寫入電子標簽，置于需要識別的行包上；當行包進入閱讀器的識別范圍內時，標簽會自動向閱讀器發送行包信息；自動分揀系統根據閱讀器傳送的信息對行包進行分類并裝卸至相應航班上，整個過程幾乎不需要人工干涉。此外，McCarran國際機場還使用了數以千計的舊手提箱、背包和行李袋對RFID系統精確讀取率進行了測試，其結果為99.89%，在對3000個箱包所進行的測試中只發現了一個讀取錯誤[4]。

基于RFID技術的行包處理系統可以提高行包分揀效率，讀寫器將行包信息編碼到標簽中，與物聯網關聯后，旅客可使用手機查詢行李位置和狀態，實現了行包的全程跟蹤，降低了行包丟失或者拿錯的概率?？紤]到目前低頻段RFID技術還未解決金屬干擾問題，所以在粘貼標簽時應盡量使得標簽遠離行包金屬端。此外還應考慮EPC標準，平臺軟件可升級性、辦理登機系統兼容性、當前行包貨運量等相關問題。只有做好充分調研，RFID技術才會為企業帶來巨大利潤。

2.2飛機和人員監控

飛機的看護與管理主要依靠安保人員站崗看護，當遇到大風等極端惡劣天氣時，保障飛機安全有一定的困難，通過CCD與RFID技術的結合可以解決此問題[5]。如果有人進入CCD視野，會將此信息發送給上位機，上位機通過判斷處理后發出報警來提醒安保人員觀察監視器。此時，RFID標簽信息也會送達上位機并顯示，安保人員據此判定是否為工作人員，從而采取相應的措施。通過CCD與RFID技術的結合，還可改進機場機坪管理。當前，飛機噴漆部分工作是通過人工搭乘可上下左右移動的工作臺來完成的。為了防止噴漆工人從工作臺上墜落，波音公司于2014年7月引入了防人員墜落系統[6]。此技術使用了RFID電子標簽來對噴漆工人進行實時的定位監控，當噴漆工人進入危險區作業時，向工人發出警示和阻止信息。民航監管部門將RFID 芯片嵌入飛行員執照中，將執照號碼、持照人姓名、檔案號等寫入芯片，并為每個局方監察員配備便攜讀寫器，在對飛行員實施現場監察時，監察員讀取執照上的RFID信息，通過網絡即可獲取在執照管理系統中該執照持有人的定期檢查、熟練檢查、機長航線檢查、應急生存訓練記錄，用于飛行執勤期管理，避免飛行員超時飛行、疲勞駕駛。對于不符合規章要求的飛行員則可以及時進行處理，安排其參加訓練等[7]。

RFID技術通過電磁傳播來完成信息交換，在空氣中傳播的信號很容易被他人截獲和跟蹤，造成個人或者產品信息的泄露。一旦犯罪分子通過其他技術手段獲取機場、航空器制造企業工作人員及飛行人員內的執照信息，復制一張擁有同樣認證信息的新卡，攜帶著偽造的新卡可以自由出入受限制區域，這將給整個航空領域帶來了很大的安全隱患。因此，在飛機和人員監控方面應做好有關RFID的安全認證協議與隱私問題。

2.3航材管理

國內早期的航材倉儲主要依靠人工記憶和手工錄入的方式。比如：航材產品的出庫、入庫使用人工計算方式；庫存統計依靠倉庫保管員進行統計，不僅出錯率高而且難以實現監控，主管部門不能準確監控庫存信息和狀態，不能及時做出準確的判斷[8]。目前雖然使用了條形碼技術作為倉儲智能化管理方式，但是仍需要耗費大量的人力和物力。為了進一步提高航材管理效率，國外一些航空企業采用了RFID技術、網絡技術、數據庫等技術實現了航材的智能化管理。如OATsystems與Xerafy公司合作研制出一種專門用于飛機復合材料管理的RFID電子標簽[9]。復合材料入庫、存放、出庫整個流程都可以通過RFID電子標簽進行實時監控，并且當材料存儲期限將要截止時，RFID標簽會向航材管理系統中心發送報警信息。開發設計了基于RFID技術的飛機保護用品管理系統[10]，在飛機上安裝安全保護用品存儲器，用于存放空速管保護罩、靜壓孔保護罩、起落架鎖定銷等物品，在存儲器內部裝有RFID閱讀器，能夠在條件滿足時掃描內部用品，確定是否所有的規定用品都在里面，避免人為地疏忽、差錯以確保飛機安全。RFID在航材管理中的應用如圖3所示。

圖3　RFID在航材管理中的應用

RFID技術在航材管理應用仍然存在著技術上的不足。多標簽之間的沖突便是其中之一。由于標簽共享通信信道且相互之間沒有通信能力，因此當多個標簽同時與該讀寫器通信時，系統可能會產生沖突導致標簽的數據包丟失無法正常通信，影響了系統的識別效率。此外，RFID讀寫器掃描標簽速度、天線位置、標簽粘貼位置等對系統的信息采集性能都有一定的影響。所以在將RFID技術應用到航材管理之前首先要對標簽、讀寫器、天線等硬件設備的選擇及標簽的粘貼方式、貨架的設計方案等細節問題上做好充分調研。

2.4飛機部附件修理

波音公司對飛機零件的標識大致經歷了2個階段，即掛銘牌和使用條形碼。兩種方法標識的零件信息都不可以更改。而零件的性能和參數會隨著飛行小時數的增加發生變化，因此，每當零件參數變化時都要重新刻銘牌重新粘貼條形碼，費時又費錢。為了解決這一問題，波音公司在7E7Dreamliner項目中引入了RFID電子標簽，標簽可存儲零件序列號、生產廠家代碼、原產地、安裝與維修時間等信息[11]。此標簽最大優點就是可以重復使用，即可動態記錄零件的狀態和參數，若將此標簽安裝在時壽件、可更換組件上對提高飛機維修效率會有很大幫助。比如，波音公司與日本航空公司聯合跟蹤波音777飛機上制氧器的有效期，通常情況下一個人需要花費13小時才能完成，使用了RFID技術之后，檢查時間只需8.5分鐘即可完成[12]?？湛凸就瑯訉FID電子標簽應用在其飛機上。如A380客機上共使用了10000個無源RFID電子標簽用來協助對乘座椅、救生衣及剎車系統的維護[11]。他們將RFID電子標簽應用于救生衣的例行檢查，每次飛行前，工作人員只需拿著手持式閱讀器在客艙過道上對著座椅掃描一遍，就可迅速確定座椅下是否放置了救生衣，極大地縮短了檢查時間。另外，空客公司欲將對生產的軍用A400M運輸機安裝類似RFID電子標簽裝置，以協助對飛機的維護。

在飛機部附件修理上應用RFID設備需要考慮電子標簽是否會對機載電子設備產生影響，更強的射頻信號可以激活更多的電子標簽，在提高讀取效率的同時還應確保不能影響飛機各個系統的正常工作，因此必須通過適航審定。在金屬環境中使用RFID標簽，一定要考慮金屬環境對磁場的屏蔽作用，所以在給飛機部件掛標簽時要留意標簽粘貼位置。

2.5工具管理

航空器維修工具管理對保障航班安全運行至關重要。從管理方式上講，工具分為維修工具和計量工具，計量工具要求其必須符合國家的行業標準，并按規定對其進行校驗。維修工具需要進行分類編號然后列出工具清單，以便于工具管理部門對這些工具進行控制。目前，各大航空企業在工具管理上都存在著重視前期配備、輕視后期管理的現象，部分工具使用頻繁，少量工具存在從未使用的情況，工具管理現狀仍處在人工管理初級階段[13]。為了解決這一問題，國外航企率先嘗試使用RFID技術實現維修工具的數字化管理。如意大利NG Way公司開發了基于RFID的工具管理系統[14]，此系統不僅實現了工具的可視化管理，而且還擁有工具找回功能，通過ToolCheck 軟件可以顯示工具借還人員的工作地點和維修任務。當發現工具丟失時，將閱讀器切換到Geiger模式可以接收到嵌入在工具里的RFID電子標簽發出的信號，閱讀器距離工具越近接收到的信號越強烈，從而實現工具定位?？湛凸驹?000年開始測試使用RFID系統識別和跟蹤借給航空維修中心的工具[15]，使得工具檢測時間減少25%，并能夠進行自動工具校準，工具租賃服務得到很大的改善。

目前，國內基于RFID的飛機維修工具管理系統還沒有大規模應用，主要受限于RFID芯片技術的發展，比如芯片尺寸、封裝形式、抗干擾性、讀取距離以及可靠性。同時很多維修飛機工具的尺寸太小，不可能再為其加裝任何設備。對現有的工具設備加裝RFID管理系統，需要投入巨大的財力，限制了RFID技術在工具管理上的發展。

3RFID技術應用中面臨的問題

3.1標準化

一種技術的規?；瘧眯枰鄳臉藴蕘硪幏逗椭С?，目前公開的RFID技術標準有ISO/IEC、EPCglobal標準、日本UID標準。這些標準主要涉及讀寫器與標簽的通信協議、接口協議及測試規范，可以滿足一般的RFID需求。但是大多數航材含有金屬成分或者使用在金屬環境中，特別是安裝在飛機上的標簽還需要進行性能和適航性檢驗，為此還需要制定特定的標準。根據航材的特性和標簽用途確定標簽的存儲容量、工作距離、環境適應性、封裝方式、加密方式及加密區內存大??；規定航材用RFID標簽內存中存儲的數據內容和格式；確定RFID標簽的安裝要求。這方面可以借鑒波音、空客等公司的做法，它們主要把RFID標簽安裝在了外場可更換單元、可更換零部件、經常更換的低可靠性零部件、高價件時壽件等航材上[16]。

3.2RFID標簽成本

當前，隨著技術水平的不斷發展，RFID標簽的制造成本日益降低，應用整體投入成本也大幅降低。由于目前國內航空貨運負效益運營，針對先進航空物流信息平臺系統的設計需要額外投入，因此RFID技術能否在航空領域中廣泛應用及遠期效益期望如何，還需進一步調研和分析[17]。

3.3讀取數據

在飛機上使用RFID電子標簽，需要考慮其工作頻率是否對機載電子設備正常工作產生影響。同時還應該考慮RFID電子標簽的使用環境。OTA公司研發的一款在極端環境下使用的RFID標簽解決了高溫、高壓、強腐蝕環境下使用RFID技術的難題。在金屬環境中使用RFID電子標簽，需要注意使用頻率和安裝位置。此外，在閱讀器掃描電子標簽時可能會出現漏讀、重讀等問題。重讀可以通過編程解決，由于盲區造成的漏讀問題需要工作人員使用專門的方式來獲取標簽信息[18-20]。

4我國航空領域實施RFID技術的解決方案

4.1制定標準

中國目前還沒有建立自己的RFID標準體系，而不同的應用領域，行業要求不一，使中國RFID產業鏈上的企業無所適從。2007年4月20日信息產業部發布的《800/900MHz頻段射頻識別技術應用規定(試行)》給我國RFID產業很大的支持。尤其是在840~845MHz這個區間，國家給產業提供了一次發展的機會，民航相關產業應該抓住這個機會進行技術創新，打造適合中國民用航空領域的自主RFID產品。

4.2建立公共服務體系

RFID有兩種應用模式，一種是將所有信息存儲在RFID電子標簽上，此模式對網絡依賴程度較小。另一種是將部分少量信息存儲在RFID電子標簽上，而將大量信息存儲在后臺的數據服務器中，需要網絡的支持，此模式對于標簽的存儲容量要求低，可以降低標簽成本。但是，EPCglobal組織要求后者的網絡根服務器設在美國，在管理和技術體制上受美國制約，對我國RFID信息安全帶來挑戰。因此，我國需積極研究自主的編碼體系、公共服務網絡、信息安全標準，實現自主的面向RFID社會應用的公共服務體系[21]。

4.3培養RFID技術人才

我國航空業與RFID技術起步都較晚，因此需要同國外企業研發機構合作，引進先進的技術、設備、人才。同時我們更應該大力培養自己的RFID技術人才，人才是先進生產力的重要創造者和傳播者，是一個行業的發展的核心競爭力。重視對技術人才的培養，才能推動RFID技術的發展。

5結語

目前，我國民用航空業發展迅猛，但RFID技術的應用還處于初級階段，在安全壓力下，航空企業對無線電波信息傳遞的安全性、飛行器惡劣環境下標簽的生存能力、標簽在維修過程的完好性和讀寫能力方面的表現還在觀望。隨著RFID技術的不斷完善，這些問題不僅會被解決，而且RFID電子標簽在民航領域中的應用會更加廣泛，對民航從業人員資質、航材、工具航空設備的實時、高效管理，必將使得民航信息化更加安全、高效。

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[責任編輯、校對：梁春燕]

RFID Technology Promoting the Safe and Efficient Management of Civil Aviation

ZHUXin-yu,LIBao-guo

(Aviation Engineering Institute, Civil Aviation Flight University of China, Guanghan 618300, China)

Abstract：RFID is the abbreviation of Radio Frequency Identification technology featuring high information reading speed,high information storage capacity,and simple operation.Due to the high requirements of informatization level of the civil aviation industry,RFID finds the wider and wider applications in fields such as luggage management,asset monitoring,supply chain management,aircraft maintenance,qualification management,and offers the new technical support for the safe and efficient operation of civil aviation.

Key words：RFID;luggage management;asset monitoring;aircraft maintenance

中圖分類號：TP393

文獻標識碼：A

文章編號：1008-9233(2016)01-0055-05

作者簡介：朱新宇(1969-)，男，河北滄州人，教授，從事飛行器故障診斷與預測、飛機電源系統的設計與優化、適航管理研究。

基金項目：2015年度學?？蒲谢饘W生科技活動基金項目(X2015-14)

收稿日期：2015-11-24