摘要：為了設計實現北川地震遺址導覽與安全監控系統，主要基于RFID技術，設計了包括智能化現場導覽管理，地震危險區域參觀人員的安全監控，以及后臺軟件平臺管理，完成了對遺址區域內人員的全過程動態監管，實現了基于RFID技術的地震遺址參觀管理模塊的創新。
關鍵詞：RFID技術；PDA；地震遺址管理；現場導覽
0 引言
北川廢墟作為汶川大地震的產物，告訴了人們過去發生的重大災難，也警示人們如何在大災難面前更好地做好自我防護才能有效保護生命。由于地震遺址場所的特殊性，如何更好地實現該區域內參觀人員的導覽管理、安全監控等，都是該智能化管理系統的重中之重。
鑒于此，本文提出基于RFID(Radio Frequency Identification，無線射頻識別)技術實現實時監控參觀人員的行跡，并結合PDA移動應用終端，將人員實時監控與精確定位技術相融合，實現基于RFID技術的地震遺址參觀管理系統的創新。在RFID技術的應用中，常規的方法都是通過后臺應用系統或者直接在終端設備上進行操作，再將終端收集的數據上傳并進行處理。但考慮到PC機和筆記本電腦均存在著體積過大，攜帶、供電不便等諸多問題，而PDA是一種比筆記本電腦要小巧輕便的數據終端，其數據處理、信息管理和電子商務等功能完善。現將RFID和PDA結合應用，不僅保持了PDA的原有功能，而且還具有了對射頻卡的讀、寫能力，可充分利用PDA具有多種高級數據采集功能以及靈活的語音和數據通訊功能，并且與無線局域網實現同步，結合對射頻卡的讀、寫能力，能實時訪問數據信息，形成具有高可靠性、低功耗、操作簡單、模塊化設計的智能掌上數據處理終端設備，同時還能提供豐富的應用軟件資源和硬件接口等。基于PDA的RFID人員信息采集裝置可大大提高地震遺址參觀管理系統的工作效率，為參觀人員提供方便高效的導覽服務模式，是現代數據采集、電子管理的發展方向，同時在PDA移動終端上亦能方便、快捷地進行二次應用開發。
1 RFID系統工作原理
RFID是通過讀寫器與安裝在物品上的電子標簽的電磁耦合或電感耦合來進行數據通信，實現對物品自動識別，是連接物理空間中的物體和信息空間中的ID的紐帶。RFID還是惟一可以實現多標簽同時識別的自動識別技術。此技術的實時數據獲取功能和對外界環境較強的適應能力，是實現地震遺址此類大型參觀區域中數目眾多的人員信息快速、準確、實時獲取的基礎，是實現對廣范圍內的參觀人員群體實行實時導覽、定位、安全監控、危險區域預警等智能化管理的有力保障。
典型的RFID系統主要由讀寫器、電子標簽、中間件和應用系統軟件組成。RFID系統基本工作原理如下：由讀寫器通過發射天線發送特定頻率的射頻信號，當電子標簽進入有效工作區域時產生感應電流，從而獲得能量，電子標簽被激活，使得電子標簽將自身編碼信息通過內置射頻天線發送出去；讀寫器的接收天線接收到從標簽發送來的調制信號，經天線調節器傳送到讀寫器信號處理模塊，經解調和解碼后將有效信息送至后臺應用系統進行相關的處理；應用系統根據邏輯運算識別該標簽的身份，針對不同的設定作出相應的處理和控制，最終發出指令信號控制讀寫器完成相應的讀寫操作。
本文采用的是北京洪德智源信息技術有限公司的JX3000R手持RFID智能移動信息終端。該終端充分結合RFID，PDA，GPS，GIS等技術，為系統提供了現場數據采集與管理功能。系統RFID識讀采用2．4～2．483 GHz頻段，能可靠識讀靜止或快速移動的目標，識讀距離為50～150 m，識讀無盲區，發射功率為-16～4dBm范圍內可調。天線采用內置全向天線，振動沖擊符合《GJB-150-86》標準。
2 系統總體結構
本系統主要由3個主要單元組成：智能化現場導覽管理(下面簡稱“現場導覽單元”)，地震危險區域參觀人員的安全監控(下面簡稱“安全監控單元”)，以及后臺軟件平臺管理(下面簡稱“后臺管理單元”)，如圖1所示，系統的主要功能模塊說明如下：
地震遺址區域內導游由手持的PDA移動終端，現場實時采集參觀人員的RFID標簽ID信息，并通過GPS確定導游自身的位置，由CDMA無線通信技術將ID信息、位置信息等傳送至后臺管理單元的數據庫中，并由GIS地理信息系統直觀地將位置信息顯示在后臺監控終端上，可實現對導覽對象的全過程動態監控。若有參觀人員闖入預先定義的危險區域時，現場的RFID閱讀器將該人員的RFID標簽ID信息，由CDMA技術傳送至后臺管理單元的監控終端，并立即觸發現場的報警器。
2．1 現場導覽單元
現場導覽單元中，遺址區域內導游由手持的PDA移動終端，現場實時采集參觀人員的RFID標簽ID信息，并通過GPS確定導游的具體位置，由CDMA無線通信技術將ID信息、位置信息等傳送至后臺管理單元的數據庫中，并由GIS地理信息系統直觀地將位置信息顯示在后臺監控設備上，可實現對導覽對象的全過程動態監控。此現場導覽單元的流程圖，如圖2所示。
本文設計的現場導覽單元中，PDA移動終端平臺集成了RFID，GPS，GIS，CDMA等技術，可實現文件管理、RFID數據采集、GIS地圖管理、GPS定位與CDMA無線通信等功能。如圖3所示。
文件管理 其主要功能是實現文件的接收、發送、打開、以及保存等管理操作。其中文件中的信息主要包括，對應導游帶領的參觀人員RFID標簽ID號的顯示、保存，以及預先設定好的遺址區域危險區信息的顯示、保存等。
RFID數據采集 其主要功能是實現參觀人員的在參觀過程中的數據信息管理，實現實時監控導覽，監控等功能。在導覽過程中，導游可由嵌入PDA的RFID閱讀器實時采集參觀人員的RFID信息。若有人越出預先設定的距離，在PDA上將報警并顯示出對應的身份信息，方便導游實現人員管理。
GIS地圖管理 其主要功能是結合嵌入式GIS組件來進行二次開發，在PDA上完成對地圖的基本操作，包括導游對各種尺度的地震遺址地圖進行瀏覽，并可對地圖進行平移、放大、縮小等各種操作。若后臺監控中心指導區域內導游變換導覽路線，導游借由PDA接收到導覽指示后，可由電子地圖模塊測得下一個參觀點距離本地的直線或導覽路徑的距離。
GPS定位與CDMA通信 其主要功能是利用GPS進行定位，以及與后臺服務器端的數據基于CDMA技術實時通訊，完成PDA與數據處理中心的數據交換，為后臺監控中心實現遺址區域實時監控提供數據信息保障。
2．2 安全監控單元
本安全監控單元的監控形式包括兩種，主動監控和被動監控。主動監控是系統自動識別參觀人員的安全隱患，自動報警；被動監控是在接收到參觀人員或者導游的報警信息后發出報警。此安全監控單元的工作流程圖，如圖4所示。
主動安全監控 北川地震遺址遺跡博物館中有一些危險區域是禁止參觀人員進入的。根據危險區域的范圍進行RFID標簽部署和實施，形成一定的RFID識讀區域，當參觀人員進入RFID識讀區域，RFID系統會識讀參觀人員的標簽數據，立即發出報警，提醒參觀人員離開該危險區域，同時在后臺管理單元的電子地圖上高亮閃爍進入危險區的參觀人員位置，并顯示該人員的ID信息等，提示并輔助管理人員安排危險狀況的排除工作。
被動安全監控 被動安全監控由參觀人員或者導游通過PDA向后臺管理單元發送報警信息，后臺在收到報警信息后啟動報警。當參觀人員在參觀過程中遇到不可預料的危險狀況時，參觀人員可通過PDA向后臺管理單元發送報警信息；當在游覽過程中有參觀人員脫離了導游的視線或者控制范圍，導游無法對其安全進行保證的時候，導游可以用PDA向后臺管理中心發送報警信息。后臺接到報警信息后自動觸發報警器，發出報警聲，并在電子地圖上高亮閃爍進入遇到危險的參觀人員位置或者報警的導游的位置，顯示參觀人員的ID信息等，提示并輔助管理人員安排危險狀況排除工作。
2．3 后臺管理單元
后臺管理單元，主要通過RFID等先進技術采集的參觀人員的信息，結合GIS技術、GPS技術、CDMA技術等，實時展示游覽軌跡，實現圖形、屬性互相查詢，實現了對導覽對象的全過程動態監控管理。根據應用需求，設計的后臺管理單元主要包括：系統管理、數據管理、地圖管理、參觀人員統計、危險區劃分、軌跡追蹤和安全監控，如圖5所示。
系統管理：主要有系統登錄、用戶管理、系統幫助三個功能模塊，系統管理員可對數據庫中的數據進行增加、刪除和修改等操作。
數據管理：實現數據獲取、數據入庫和管理、數據更新、數據檢索和查詢等功能。
地圖管理：實現基礎地圖管理功能，為直觀的顯示和分析提供基礎地圖服務和管理。
危險區劃分：利用GIS空間分析功能，對危險源(點／面)進行緩沖區分析，得出北川地震遺址的危險區劃分，直觀地顯示出危險點／面的位置和危險影響范圍。
人員統計：實現對人員歷史數據進行按記錄、時、天、周、月、季節、年等時段和周期進行統計，以報表的形式顯示統計結果并可以打印輸出。
軌跡追蹤：根據導游手持的PDA獲取參觀人員的定位數據等相關信息，由CDMA無線技術將此信息傳送至后臺管理中心服務器中，由電子地圖實時在后臺管理中心展示出軌跡和人員分布情況，為參觀人員提供引導服務。
安全監控：通過獲取PDA實時采集的各項信息，對參觀人員進行安全監控。
3 結論
本地震遺址導覽與安全監控系統實現了人員實時定位，導航等功能，并能實現危險區域的人員監控等，相比于一般的景點管理系統，有以下一些特點：
(1)參觀人員攜帶的RFID電子標簽作為一種特殊的門票，解決了紙質門票對資源的浪費和環境的污染，同時在PDA中嵌入RFID讀寫模塊來進行RFID手持閱讀器的開發，使RFID標簽兼備身份鑒別、安全監控、實時定位等功能，更有效地保證了參觀人員的生命安全，一舉多得。
(2)系統將RFID識讀模塊移植到PDA中，實現移動式的RFID信息采集，為系統實時定位監控、導覽提供了數據保證。
(3)系統將PDA與高精度GPS定位技術相結合用于GIS地理信息管理模塊中，使在PDA上進行的地圖操作變得非常簡單，使導覽系統更加智能化，提高了系統運作的性能。
本地震遺址管理系統，以RFID技術為核心，基于具備良好的可移動性和軟硬件可擴充性的PDA應用平臺，并充分融合GPS(全球定位系統)、GIS(地理信息系統)、CDMA(碼分多址無線通信技術)等多項網絡定位、通信領域的先進技術，使RFID技術進一步在地震遺址智能化管理系統中做出突出的貢獻，實現了信息化、科學化、低碳的遺址參觀管理模式，更為今后的人文教育、地震災害、地震次生災害、建筑結構抗震的研究以及地震知識的科普教育提供了豐富、翔實的現場實例。