极简RFID史

奎林说 2021-03-24

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真的是极简，不全

应网友的邀请，让我扯一扯RFID的前后左右。说老实话，我是接触了一些RFID的用途和原理，但是离写出高质量的文章还有距离，不过出于我“情报学”专业出身的缘故，找一些相关资料、书籍，结合图书馆行业应用RFID的相关经验，整理出一份科普极简史还是可以的。

物联网很多人多多少少都听过，物联网的技术、设备、应用是很多的，但来来去去绕不开RFID技术。

RFID，Radio Frequency Identification，射频识别。RFID芯片，它和二维码、条形码是亲戚关系，大家都属于识别技术家族。RFID 有两大作用，识别和追踪。RFID标签，又称为电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可以利用无线射频通信实现的非接触式自动识别技术。它使得识别技术更为便捷，不需要识别系统与特定目标建立机械以及光学接触，只需要通过无线电讯号的信息反馈即可完成对于特定目标的识别以及相关数据的读写功能。这点可比条码、二维码等方便多了。

追溯历史，公元前中国先民即发现并开始利用天然磁石，并用磁石制成指南车。到了近世，越来越多的人对电、磁、光进行深入的观察及数学基础研究，其中的佼佼者是美国人本杰明.富兰克林。1846年英国科学家米歇尔.法拉弟发现了光波与电波均属于电磁能量。1864年苏格兰科学家詹姆士.克拉克.麦克斯韦尔发表了他的电磁场理论。1887年，德国科学家亨瑞士.鲁道夫.赫兹证实了麦克斯韦尔的电磁场理论并演示了电磁波以光速传播并可以被反射，具有类似光的极化特性，赫兹的实验不久也被俄国科学家亚力山大.波普重复。1896年马克尼成功地实现了横越大西洋的越洋电报，由此开创了利用电磁能量为人类服务的先河。更进一步，在1922年，诞生了雷达(Radar)。作为一种识别敌方空间飞行物(飞机)的有效兵器，雷达在第二次世界大战中发挥了重要的作用，同时雷达技术也得了极大的发展。至今，雷达技术还在不断发展，人们正在研制各种用途的高性能雷达。

RFID直接继承了雷达的概念，并由此发展出一种生机勃勃的AIDC新技术——RFID技术。1948年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。

在20世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID技术的发展可按10年期划分如下：1941～1950年。雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年奠定了RFID技术的理论基础；1951—1960年。早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究；1961—1970年。RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试；1971—1980年。RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速。出现了一些最早的RFID应用；1981～1990年。RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现；1991～2000年。RFID技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采用，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分；2001—今。标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。RFID技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正在成为现实。

详细一点说：

RFID的技术雏形早在20世纪30年代，第二次世界大战时期就已经开始作为军事“信息化武器”出现在人们的视野之中了。

20世纪50年代这一时期，是RFID的理论和应用的探索时期，其真正理论研究上的奠基应该是在1948年凭借Harry Stockman发表的题为“利用反射功率进行通信”一文，由此正式对RFID技术进行了理论支持。

从60年代开始，RFID 技术理论研究有了进一步的发展并且开始投入到简单的实践应用中去。在60年代末期到70年代初期的时候，一些公司开始推出简单的RFID系统应用在商业中，主要用于电子物品监控，主要是保证仓库、图书馆等等的物品安全和监视。这种早期用于商业监控的RFID系统结构较为简单，也比较容易进行建立和维护，但是由于数据容量的局限性较强只能用于检测被表示的目标是否在场。

70年代开始是RFID技术一个蓬勃发展的时期，在这一时期之中，各个行业中的RFID应用如v雨后春笋一般，如工业自动化、物流、车辆跟踪、仓库存储都开始了基于集成电路的RFID简单系统的应用。这时候由于RFID标签基于集成电路系统的研究，因此它具有了数据容量大、跟踪范围广泛并且可读写等特点，但是由于其缺乏相关标准的确立并且不具有固定频率的管理约束原则，因此只能作为一种专有设计并不能普遍进行推广使用。

80年代初期，设计更加完善的RFID全面投入使用之中。这一时期，各种封闭系统竞相出现，并且第一个第一个RFID商业应用系统——商业电子防盗系统出现。

从90年代开始，多个区域开始注意到系统之间的操作的相互性，由此就会考虑到频率和通信协议的标准化，因为只有标准化才能使RFID得到更为广泛的使用。90年代的时候，道路电子收费系统在意大利、法国、西班牙、葡萄牙、挪威、美国这些地方得到普遍化推行，所以RFID技术进一步趋于完善。这些系统由于集成支付功能，所以提供了更完善的访问控制特征，同时也成为综合性的集成RFID应用的开始。除此之外，RFID卡钥匙由于其内部集成电路具有较为优良的数据储存和较强的数据数据处理能力，因此对于访问可控性和物理安全性有得天独厚的优势，进一步扩大了RFID市场使用率。

进入21世纪初，RFID标准已经初步形成。有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展。电子标签成本不断降低，应用规模和行业不断扩大。无源电子标签的远距离、高速移动物体的识别成为需要并且不断成为现实。2003年11月4日，世界零售业巨头沃尔玛公司宣布，它将采用RFID技术追踪其供应链系统中的商品，并要求其前100大供应商从2005年一月起将所有发运到沃尔玛的货盘和外包装箱贴上射频标签。沃尔玛这一巨大的举动揭开了RFID在开放系统中运用的序幕。

RFID无论是在市场需求上还是中间软件技术上，以及硬件设备上都有飞速且长足的发展。但是RFID的标准化是目前行业内亟待解决的重要问题，主要原因是没有全球化的统一标准即是意味着RFID技术并不能实现国际统一化进程。RFID标准包含着多方面的内容，其中涉及标识编码的规范化、操作协议统一化、应用系统接口规范等多项内容。从国际上来看，目前很多国家都在积极参与到RFID标准化的制定之中。其中包括美国ISO18000标准、EPC 规范，日本的UID标准以及韩国通信研究院ETRI提出的NID标准化。

虽说没有一统天下的“书同文，车同轨”。但各行业还是有一些标准的，比如图书馆应用RFID就有如下几个标准：

RFID基本组成：（一套典型的RFID系统由电子标签（Tag）、读写器(Reader)和Middleware & A.P.中介和应用系统）

RFID电子标签是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。

依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签(Active tag)、无源电子标签(Passive tag)和半无源电子标签(Semi—passive tag)。有源电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池，半无源电子标签(Semi—passive tag)部分依靠电池工作。电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。

近年来，我国也在大力发展RFID电子标签事业。2005年10月成立了电子标签组，下设的工作组包括总体组、标签与读写器组、频率与通信组、数据格式组、应用组、信息安全组、知识产权组等7个组，目前依旧处于研究阶段。同时，在北京、上海、深圳等地在RFID系统、芯片、封装多方面的技术也取得了长足的进步，但是目前RFID技术一直处于起步阶段，未来国内还有一段很长的路需要走。

物流管理：自改革开放以来，我们国家从最初的重工业时代到轻工业时代，从实体工业化时代一步步走入了互联网的信息化时代，国民经济不断攀升的同时人们的生活也有了天翻地覆的改变。进入二十一世纪，是信息化时代的到来，RFID无线射频技术可以广泛应用于我们物流管理中，比如对于食品、酒类厂家信息的追溯，一方面大大简化了生产流程另一方面便于查找和各个供货商之间关于货品的协调。

防伪技术的应用：RFID由于其芯片具有全球唯一的ID编码，UID在制作芯片的时候写进ROM之中，无法进行仿造修改涂抹。基于此种特性，可以将RFID用于烟草、酒类、医药等关乎人们切身利益的商品中，一是防止假冒伪劣产品危机人们身体健康以及财产安全，另一方面也可以帮助国家进一步增强打假力度，积极响应政府号召，构建社会主义和谐社会。

交通管理：RFID本身具有对高速运动物体的识别作用，这样的功能作用在交通管理体系中十分可以十分准确的定位车辆在各个路段的通行位置，方便交管系统的跟踪定位以及道路安全的信息通报。不仅为人们的生命安全提供了保证，而且方便我们的生活。初次以外，作为乘坐公交地铁必不可少的IC卡，RFID的出现简化了人们整钱换零的步骤，仅仅通过一张IC卡便可以畅通无阻的穿梭于城市之间。

军事作战：RFID技术在形成之初就是源自于对于在军事上敌我军双方的识别作用而产生的。因此随着雷达技术的进一步提高，RFID技术的不断革新，可以补充我国的军事力量。进一步加强军事国防力量，保证国家的军事作战中、军事后勤的可视化管理。

其他方面：RFID技术在当今这个信息化时代有着举足轻重的重要意义，我们纵观身边的衣食住行都与RFID技术息息相关，休戚与共。我们作为在校大学生，平时经常出入的图书馆借书系统。食堂的打卡器无不是利用了RFID技术。如果没有RFID技术，我们的图书管理系统不仅会因为流通人口数量大造成数据庞杂，同时也不利用图书系统的管理和记录。食堂的打卡系统，因为有了RFID技术不仅对于食堂的卫生环境给予了保证，也是对在校师生的身体健康负责。

图书馆RFID应用以及图客机器人的故事

RFID在图书馆的应用也比较久了。此类知识在百度文库或CNKI数据库里面有很多，很多文章大同小异，这里我也落一下俗套，简单复述一下，也贴一下那个经典的场景图。这部分我想着重说下，RFID催生的图书馆智能定位盘点机器人中的技术。

关于国外图书馆RFID的应用，也可以搜到一些文献，其实国外图书馆并没有大批量部署RFID。可以下载我的一篇文章大概瞅瞅，虽然早了些，但还是能获得一些信息。

国内图书馆应用是从2006年深圳图书馆开始的，用的是高频RFID芯片，总体来说，公共图书馆应用RFID的普及度远高于高校图书馆。高校图书馆多采用超高频RFID。据悉军校图书馆有规定，都要上超高频RFID芯片来管理图书。

国内图书馆RFID的应用场景明确，解决方案也挺齐全。

随着时代的不断前进，咨询文化的愈加发达，知识经济现象也日益显著，图书馆已成为咨询服务的要地。而中大型的图书馆一方面由于进出人数众多，以及大量的馆藏图书，经常遇到诸如图书失窃、长时间排队借还书、无法快速准确的盘点图书等问题。

一般来说，我们经常能看到如下文字：

读者自助借、还书；快速盘点作业；防盗门禁系统。

RFID技术不只是简单的条码代用品，它的系统化运用将给图书馆的整个工作流程、传统服务和管理模式带来革命性影响，进而引发新的业务流程重组，使图书馆自动化得到推进发展，服务功能进一步增强。相比传统的条码加磁条方式，其优势主要表现在以下四个方面：

一是提高了图书借还效率。传统的条码和磁条技术在借、还书时，仍然需要工作人员打开图书扉页找到条码后，再进行扫描和消磁，借还效率比较低。采用RFID技术后，RFID智能标签读码器以非接触式读取信息，并且借助RFID技术的防碰撞功能，可以同时对多本图书进行读取和识别，从而提高了借还效率和读者接待能力。

二是提高了服务水平。通过配备的自助借还书外围设备，读者可以在网络系统查找到图书所在架号，快速准确地找到所需图书，自行办理图书借阅、归还手续，给读者带来便利。图书馆可以重新调整节省下来的人力资源，使更多的馆员可以从传统的管理工作转向为读者服务或者进行其他增值服务。

三是强化了馆藏管理工作。在开架书库，作为图书管理工作人员，通常需要花费很大的精力寻找乱架、错架的书刊，并进行分类归位，工作量和工作强度比较大。通过将图书的架位信息录入RFID系统，工作人员在日常巡架整架过程中就可以借助手持式阅读器及时发现乱架的图书信息，由此使排架、整架工作变得相当轻松。此外，利用RFID技术还可以简化图书管理人员的图书盘点工作。

四是加强了防盗监控能力。传统的磁条防盗系统常会出现诸如虚幻误报警、消磁不干净误报警等许多非真实被盗情况。而RFID门禁系统可以通过集成的阅读器来判断被检查图书是否为违规夹带或借阅记录遗漏图书，进而判断是否做出报警动作，降低了漏报率和误报率。

调研各个图书馆RFID系统的应用情况，发现在图书盘点和图书定位这一块，很多馆是没有进行这项业务的，因为手持盘点仪、盘点小推车等这些盘点设备，是非常累人的，并且准确率不高。

高频RFID由于它的自身信号特性，盘点仪必须靠得很近，一本一本去扫，漏读率还挺高，这不是解放人，这是束缚人。

超高频能读的距离比较远，可以达到10米，很多盘点仪会把其他架子上的图书读进来，造成数据混乱。

所以一直有图书馆高频和超高频之争，为什么？软件技术没有突破的情况下，人们总是用设备自身的特性来达到目标。比如怕读远了，就用高频RFID芯片。

在做图书馆盘点机器人之前，陈力军、刘佳老师团队一直在致力于物联网领域的研究，在RFID方面做了很多基础性研究，积累了很多的技术和应用经验。一次机缘巧合，我们和陈老师团队讨论了超高频RFID在图书馆应用的场景，经过调研，发现在图书盘点和图书定位这方面是个没有解决的刚需和痛点，这方面大有可为。

随即我们就在杜厦图书馆四楼外文图书区开始了实验，外文阅览室相对独立，是个实验和研发的好场所。盘点机器人目前开发到五代了，这是一个稳定的产品了，不管是软件还是硬件。

关于盘点机器人的知识，可以看这个推文：智慧图书馆建设之图书定位盘点机器人。

这里想说的是另外的故事。

我国有个奇怪的现象，各个单位重硬件，轻软件，好像有个破东西放在那里就是个资产，其实软件的研发那是投入了更大的人财物！

现代科学的发展，是一个立体架构，包含着三方面：1. 基础研究。2. 应用研究。3. 面向市场的开发研究。一个国家的综合科技实力，也是由这三个方面所决定的。但凡有一项存在短板，那么它的科技实力就是偏颇的。基础研究决定了它在原创科学研究领域的发展水平，决定了它能诞生多少原始创新，当“原始创新”不断滚雪球壮大，后面的应用和开发研究也会随之壮大。而中国的短板，恰恰就在于对基础研究和基础学科缺乏正确的认识。

如果说起一件产品的价格，人们总会把硬件堆起来算钱，太搞笑了。壳子多少钱、读卡器多少钱、摄像头多少钱、升降臂多少钱、行走装置多少钱...然后加起来！难道里面软件的价值给吃了么？

举个例子，iPhone发布的时候，不少人总会拿硬件堆叠起来的价格说事，好，可以，我把这些硬件给你，你能用不？人家牛逼的是IOS系统啊。

盘点机器人在最初研发的时候，刘佳老师和团队的博士、硕士一直在努力做软件算法。盘点机器人的核心竞争力就在于它的识别精确度上，能准确定位每一本书是它的追求。最初的时候，识别率老是上不去，有一次刘佳老师在国外参加学术会议，在回来的飞机上，他突然想到了两种解决办法，一下飞机就回去赶紧实验，其中一种算法真的成功了，识别率大幅度增长。在每代机器人的迭代过程中，外形是一方面，更重要的是里面的软件持续不断的优化。

图客盘点机器人更擅长与超高频RFID的信号处理，不怕读取的书多，利用软件算法就可以排除不相关的书籍。

图客盘点机器人在高频RFID读取识别的过程中遇到的困难不少，高频自身的缺陷所致，只能从别的方面想办法，你不可能让图书馆把现有的高频换成超高频。幸好陈老师团队有几个博士做视觉识别的，也是一帮大神级人物。视觉识别，简单来说，就是机器人在盘点过程中，随时拍摄书架上图书的照片，然后进行一系列识别处理，图像的区别、文字的OCR，配合高频RFID的读取，二者结合能达到很高的识别率。

后来我想，都拍照片了，那应该还可以做更多的事情了，结合OPAC，能做更多的事情。

RFID的科学和技术内容很庞杂，不容易。我翻到过题名中有RFID的图书，至少有10种了，但很多我读起来很枯燥、很难，都放弃了，有那么两三本还是可以看看的。

图客图书馆智能定位盘点机器人，是RFID在物联网方面落地做得很成功的一个案例，所以也获得过不少重量级奖项。

如果你要了解这方面的知识，那就扫扫下面这个二维码吧。

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