CN103473575B - 基于物联网远场识别技术的机场助航灯感知系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于物联网远场识别技术的机场助航灯感知系统，其特征在于：包括设于机场每个助航灯上的RFID电子标签，在该RFID电子标签中至少存储与其对应的助航灯的识别号及该助航灯的维护信息，RFID电子标签通过设定频率与RFID手持式读写设备建立无线数据交互通道，所有RFID手持式读写设备或者通过无线网络或者通过数据线与后台服务器进行数据交互，机场工作人员通过PC接入后台服务器进行操作。本发明还提供了一种方法。本发明可大大提高跑道助航灯设备感知管理的效率，减少维护时间，降低营运成本。同时，填补了国内外机场助航灯设备信息化感知管理的空白。

Description

基于物联网远场识别技术的机场助航灯感知系统和方法

技术领域

本发明涉及一种基于物联网技术对机场助航灯进行管理的系统及方法，属于物联网技术领域。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。

物联网的提出为国家智慧城市建设奠定了基础，实现智慧城市的互联互通协同共享，中国物联网校企联盟将物联网定义为当下几乎所有技术与计算机、互联网技术的结合，实现物体与物体之间：环境以及状态信息实时的实时共享以及智能化的收集、传递、处理、执行。广义上说，当下涉及到信息技术的应用，都可以纳入物联网的范畴。

国际电信联盟（ITU）对物联网做了如下定义：通过条码识读设备、射频识别（RFID）设备、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

RFID（英文全称为RadioFrequencyIdentification），即射频识别，俗称电子标签，是物联网核心技术之一。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个对象，操作快捷方便。

RFID按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW）等，相对应的代表性频率分别有：低频125KHz、高频13.56MHz、超高频（433MHz，915MHz）、微波（2.4G、5.8G）等。

RFID按应用距离的不同可分为近距离识别技术即NFC近场通信（NearFieldCommunication），主要采用的是RFID高频段的识别技术，识别距离在10cm以内；远距离识别技术即RFID远场通信技术，主要采用的是RFID超高频及以上波段，识别距离在10cm以上。

RFID按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。

机场行业属于资金密集型交通基建行业，在未来的三十到五十年，中国会面临机场的快速发展，大型机场会增设越来越多的跑道。在跑道上均会铺设助航灯来向飞行员提供引导飞机起飞及降落的信息。助航灯一般分为两类。一类助航灯排列在跑道的两侧，其主要作用是形成跑道的边界。另一类助航灯则为嵌入式助航灯，该类助航灯埋设于地面下，其表面基本与跑道的表面平齐，该嵌入式助航灯的作用是在飞机起降时进行跑道的指引导航。机场每日都有许多航班在跑道上昼夜不息地起降，飞机降落时，其巨大冲击力将作用于嵌入式助航灯的表面，该冲击力能瞬间使灯具侧面产生微小的形变，这个冲击力通过助航灯周边的专用胶水缓冲释放到水泥跑道上。嵌入式助航灯在这种巨大冲击力的长期作用下，非常容易损坏，而且每个灯管也有自己的使用寿命，一旦嵌入式助航灯受损没有及时更换，会向飞行员给出错误的引导信息，导致非常严重的空难事故。因此，机场的维护人员每隔一个固定时间段就会对所有的嵌入式助航灯进行一次巡检。

目前为止，工作人员在巡检时没有任何的辅助设备，均采用人工观察及记录，要将每条跑道上的所有嵌入式助航灯巡检一遍，其工作量可想而知是非常巨大的，而且容易出错，也不利于机场整体的数字化管理。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是将物联网技术与机场的灯光维护管理相结合，提高维护效率，使得当前机场航运管理更加现代化。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种基于物联网远场识别技术的机场助航灯感知系统，其特征在于：包括设于机场每个助航灯上的RFID电子标签，在该RFID电子标签中至少存储与其对应的助航灯的识别号及该助航灯的维护信息，RFID电子标签通过设定频率与RFID手持式读写设备建立无线数据交互通道，所有RFID手持式读写设备或者通过无线网络或者通过数据线与后台服务器进行数据交互，机场工作人员通过PC接入后台服务器进行操作。

优选地，所述RFID电子标签与所述RFID手持式读写设备基于915MHz频率的RFID远距离无源识别技术实现。

优选地，所述RFID电子标签采用发射频率为956-960MHz的RFID芯片，该RFID芯片与天线通过黑胶粘连，天线采用陶瓷天线，RFID芯片亦采用陶瓷封装，从而在陶瓷天线的表面形成凸点，在陶瓷天线形成有凸点的一侧面及其相对面上分别贴有软性材料层，位于一侧的软性材料层固定在助航灯的灯座与浇注入的助航灯专用硬质胶水相结合部分的侧面上。

本发明的另一个技术方案是提供一种基于物联网远场识别技术的机场助航灯维护方法，其特征在于，步骤为：

步骤1、制作发射频率为956-960MHz的RFID电子标签，该RFID电子标签由陶瓷进行封装，在封装好的RFID电子标签的两侧分别贴上软性材料层，得到减震RFID电子标签；

步骤2、在助航灯嵌入机场的跑道前或者将跑道上已有的助航灯拆卸下来后，在其顶部与浇注入的助航灯专用硬质胶水相结合部分的侧面上贴上减震RFID电子标签，在每个RFID电子标签内至少存储与其对应的助航灯的识别号及该助航灯的维护信息；

步骤3、为每个维护人员分配一个RFID手持式读写设备，当手持该设备的维护人员进入有效通讯距离后，由RFID手持式读写设备读取RFID电子标签的信息，若需要更新当前助航灯的维护信息，则由维护人员将信息更新后，再写入RFID电子标签内，更新后的信息同时存储在RFID手持式读写设备内，否则进入步骤4；

步骤4、维护人员在远离跑道的区域通过无线网络或通过数据线将存储在RFID手持式读写设备内的信息上传至后台服务器，由后台对信息进行统一处理后存储，机场工作人员通过PC接入后台服务器对存储在服务器内的数据进行操作。

本发明使用基于物联网技术的机场跑道助航灯设备感知管理信息系统是当前机场航运管理现代化的一个重要辅助手段。它不仅可以使检查工作变得轻松而高效，同时还可以大大提高机场整体设备感知运维管理的体系。从经济的角度上讲，还可以减少维修时间，增加航运班次，降低营运成本等。

本发明在深入分析当今机场助航灯维护管理的现状及机场特殊复杂的应用环境之上，研究智能化设备感知管理系统的应用和解决方案，主要解决了机场飞行区助航灯远场运维管理系统的可行性实施方案，包括系统的整体架构、读写设备的合理运用，电子标签在面临助航灯高温、灯座金属材质和固定硬质胶水介质以及跑道水泥介质、造成的能量损耗、机场飞机起落造成的跑道对于灯座的冲击力、静压力以及需要长期使用等恶劣复杂环境下的诸多问题，本系统所采用的技术路线先进、管理方式新颖、信息化智能化程度较高，同时，该发明为我国建设“智慧交通”等物联网工程的技术研究和应用开发开辟了思路、奠定了基础、起到了很好的示范效应，填补了国内外机场助航灯设备感知技术的空白，使我国在该技术领域内达到国际领先水平。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于物联网远场识别技术的机场助航灯感知系统的框图；

图2为本发明中所使用的RFID电子标签示意图；

图3为改进后的RFID电子标签示意图；

图4为改进后的RFID电子标签安装后示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本发明提供的一种基于物联网远场识别技术的机场助航灯感知系统，包括多个RFID电子标签，每个RFID电子标签对应一个助航灯，在RFID电子标签中至少存储与其对应的助航灯的识别号及该助航灯的维护信息。

RFID电子标签基于915MHz频率的RFID远距离无源识别技术实现，结合图2，RFID电子标签采用发射频率为956-960MHz的RFID芯片。将RFID芯片的发射频率调制在956-960MHz是基于以下考虑：

RFID电子标签需要贴在助航灯的侧边，由于助航灯金属材质的封闭性强，电磁波无法透过，会对信号造成严重的衰减，再加上机场跑道的水泥地基对信号的影响，若将RFID芯片的发射频率调制在915MHz上，标签读取的成功率很低。为了克服这些衰减的影响，发明人首先进行了理论计算，框定了一个频率范围，然后在改频率范围内，制作多个RFID电子标签进行试验，试验后的结果如下表所示：

根据上表，发明人将频率最终锁定在956-960MHz，在该频率下，完成RFID电子标签的安装后，RFID手持式读写设备能够正确读取信息。

该RFID芯片与天线通过黑胶粘连。机场助航灯灯具是铸铝结构，工作时内部温度非常高，普通材质的标签根本无法在如此高温的环境下进行稳定工作，RFID电子标签必须采用耐高温材质，为此，天线采用陶瓷天线，RFID芯片亦采用陶瓷封装，从而在陶瓷天线的表面形成凸点1，使得整个RFID电子标签的耐受温度达到250摄氏度。

通过上述描述得到的RFID电子标签并不能直接贴在助航灯的表面，因为，RFID电子标签放在助航灯的侧面，如果没有任何的保护措施，受到飞机降落的冲击后，脆弱的天线及RFID芯片极易损坏。又由于在全室外的环境下，水泥跑道及专用胶水会发生热胀冷缩现象，会对固定于助航灯侧面的RFID电子标签形成静压力，使RFID电子标签受损，影响标签的正常工作。为了克服上述困难，如图3所示，在陶瓷天线形成有凸点1的一侧面及其相对面上分别贴有软性材料层2，位于一侧的软性材料层2固定在助航灯的灯座5与浇注入的助航灯专用硬质胶水相结合部分的侧面上。基于软性材料的伸缩性，紧贴于RFID电子标签两侧的软性材料可通过改变自身厚度来吸收飞机起降的冲击力，并把这部分力传导到硬质胶水上，并由其传导到水泥跑道中，保护了RFID芯片及天线，使其减少受到的冲击力，待冲击力过后，由于软性材料自身的记忆性，又恢复了原来的形状。此外，由于环境的影响，水泥跑道与硬质胶水存在热胀冷缩的现象，也会存在对RFID芯片产生一股持续的静压力，这个静压力也能被软性材料的伸缩特性所吸收，由此保护了RFID电子标签。

基于915MHz频率的RFID远距离无源识别技术的RFID手持式读写设备通过设定频率与RFID电子标签建立无线数据交互通道。

本发明采用的915MRFID远场无源识别技术，其与其它技术相比具有如下优势特点：

第一、与LF、HF等近场识别技术相比，它的识别距离更远，最新的基于13.56M频率、ISO15693协议的近场识别技术最远距离只能达到1M，并且每次只能识别一个，若采用该技术，维护人员依旧需要逐个读取每个助航灯上的RFID电子标签，其效率并没有多大提高。而915MRFID远场无源识别技术的识别距离至少为5M，同时，一次可以识别几十个RFID电子标签，大大提高了工作效率。

第二、采用433M、2.4G等远场识别技术的RFID电子标签为有源技术，每个RFID电子标签都需要独立的电池供电，若采用该技术每1~2年就需要对所有标签进行更换电池，而助航灯是埋设在地面下的，更换电池时需将其挖出再更换，大大增加了维护人员的工作量。而915MRFID远场无源识别技术则采用无源技术，无需电池供电，RFID电子标签的寿命可长达10年，满足了机场助航灯系统一次建设，长久使用的需要。

第三、5.8G等长距离识别技术需要电源支持，这样就需要在机场跑道上布线，机场每日起降航班非常多，如需要联网供电，布线供电等措施涉及土建工程，需要开挖埋管埋线等工程施工，工程浩大，能耗较高,，工期较长且费用巨大，会严重影响机场的运营管理。同时，5.8G等长距离识别技术中的每个RFID电子标签源源不断的电波辐射又势必会增大飞机上众多电子仪器设备受到电子干扰的安全事故隐患。采用915MRFID远场无源识别技术后，免去了大规模组网布线及供电等工程建设和实施，同时可达到节能减排的目的，且消除了电磁辐射对飞机精密电子仪器设备干扰的可能隐患。

所有RFID手持式读写设备或者通过无线网络或者通过数据线与后台服务器进行数据交互，机场工作人员通过PC接入后台服务器进行操作。

本发明将适用于飞行区的抗高压、耐高温、抗金属、抗不平整表面、长寿命的特种电子标签粘贴于助航灯表面，巡检人员可通过手持式读写设备非接触式读取标签信息并进行录入编辑，读取的信息数据既可以通过数据线导入服务器进行后续操作，亦可在巡检过程中通过手持式读写设备的GPRS模块将数据传送到后台服务器并通过后台服务器管理软件进行操作管理。

本发明还提供了一种基于物联网远场识别技术的机场助航灯维护方法，其步骤为：

步骤1、制作发射频率为956-960MHz的RFID电子标签，该RFID电子标签由陶瓷进行封装，在封装好的RFID电子标签的两侧分别贴上软性材料层2，得到减震RFID电子标签；

步骤2、在助航灯嵌入机场的跑道4前或者将跑道4上已有的助航灯拆卸下来后，在其顶部与浇注入的助航灯专用硬质胶水相结合部分的侧面上贴上减震RFID电子标签，在每个RFID电子标签内至少存储与其对应的助航灯的识别号及该助航灯的维护信息；

步骤3、为每个维护人员分配一个RFID手持式读写设备，当手持该设备的维护人员进入有效通讯距离后，由RFID手持式读写设备读取RFID电子标签的信息，若需要更新当前助航灯的维护信息，则由维护人员将信息更新后，再写入RFID电子标签内，更新后的信息同时存储在RFID手持式读写设备内，否则进入步骤4；

步骤4、维护人员在远离跑道4的区域通过无线网络或通过数据线将存储在RFID手持式读写设备内的信息上传至后台服务器，由后台对信息进行统一处理后存储，机场工作人员通过PC接入后台服务器对存储在服务器内的数据进行操作。

Claims (3)

1.一种基于物联网远场识别技术的机场助航灯感知系统，其特征在于：包括设于机场每个助航灯上的RFID电子标签，在该RFID电子标签中至少存储与其对应的助航灯的识别号及该助航灯的维护信息，RFID电子标签通过设定频率与RFID手持式读写设备建立无线数据交互通道，所有RFID手持式读写设备或者通过无线网络或者通过数据线与后台服务器进行数据交互，机场工作人员通过PC接入后台服务器进行操作；

所述RFID电子标签采用发射频率为956-960MHz的RFID芯片，该RFID芯片与天线通过黑胶粘连，天线采用陶瓷天线，RFID芯片亦采用陶瓷封装，从而在陶瓷天线的表面形成凸点（1），在陶瓷天线形成有凸点（1）的一侧面及其相对面上分别贴有软性材料层（2），位于一侧的软性材料层（2）固定在助航灯的灯座（5）与浇注入的助航灯专用硬质胶水相结合部分的侧面上。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网远场识别技术的机场助航灯感知系统，其特征在于：所述RFID电子标签与所述RFID手持式读写设备基于915MHz频率的RFID远距离无源识别技术实现。

3.一种基于物联网远场识别技术的机场助航灯维护方法，其特征在于，步骤为：

步骤1、制作发射频率为956-960MHz的RFID电子标签，该RFID电子标签由陶瓷进行封装，在封装好的RFID电子标签的两侧分别贴上软性材料层（2），得到减震RFID电子标签；

步骤2、在助航灯嵌入机场的跑道（4）前或者将跑道（4）上已有的助航灯拆卸下来后，在其顶部与浇注入的助航灯专用硬质胶水相结合部分的侧面上贴上减震RFID电子标签，在每个RFID电子标签内至少存储与其对应的助航灯的识别号及该助航灯的维护信息；

步骤3、为每个维护人员分配一个RFID手持式读写设备，当手持该设备的维护人员进入有效通讯距离后，由RFID手持式读写设备读取RFID电子标签的信息，若需要更新当前助航灯的维护信息，则由维护人员将信息更新后，再写入RFID电子标签内，更新后的信息同时存储在RFID手持式读写设备内，否则进入步骤4；

步骤4、维护人员在远离跑道（4）的区域通过无线网络或通过数据线将存储在RFID手持式读写设备内的信息上传至后台服务器，由后台对信息进行统一处理后存储，机场工作人员通过PC接入后台服务器对存储在服务器内的数据进行操作。