基于RFID的昭通木刻版画甲马管理系统设计与实现的技术分析

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  【摘要】:基于RFID的管理信息系统使用先进的无线射频识别技术来帮助管理物件,在使用过程中可以最大限度的保护物件,方便用户管理使用。本文介绍RFID技术的基本原理与系统构成。还介绍了J2EE,轻量级J2EE架构是一种应用軟件系统体系结构设计解决方案,对于大型事务处理、分布式能力和集群能力要求不高的业务应用,采用轻量级J2EE架构更具有灵活性、轻便性和较好的效率与效益。是一个使用JAVA技术实现由多种技术组合而成的轻量级MVC实现框架。
  【关键词】:RFID;物品管理;MVC
  20世纪的克莱夫.贝尔是14世纪英国美学家,他说 “艺术的本质在于‘有意味的形式’ [1]。”这里所说的“形式”,从美术学科来看,是指一种相对于内容的纯粹的外部形式,它以某种特定方式由线条和色彩排列组合之后呈现出来。在美术学中,甲马属于民间木刻版画。是一种濒临绝迹的民间木刻版画艺术。从民俗学的角度看,民间木刻版画甲马是一种民俗艺术,是一种作为民俗祭品而存在的艺术。“民俗”就是民间风俗的简称[2],是一种文化在历史长河中的传承,经过沿袭、演变而保留核心本质,逐步成为一方习俗的文化现象。
  昭通甲马属于云南甲马的一部分,也是中国美术史中不可缺少的一部分,这些幸存的具有强烈的原始韵味的民间版画作品,以他生动形象的特征构成一种特殊的审美形式。昭通甲马,正是昭通民间艺术品类之一,它是承袭中原甲马艺术特质,而又融入地方的民族民间艺术形成的。在物质文明和精神文明建设中,对我们民族性格、习俗的形成,都起着较大的影响和十分重要的作用。
  近些年来,昭通地方文化的发展有目共睹,“昭通文学现象”让人们看到了地方文化发展的希望。但是,当各地非物质文化遗产正得到广泛关注甚或高度认可的时候,也有不少地方民俗文化的渐次消亡让人忧心忡忡
  无线射频识别英文缩写为RFID【2】,根据使用的具体情况,常常又被人们习惯性称为非接触卡、电子标签等。这种新兴信息技术集编码、辨识、数据信息采集与自动录入和信息高速处理等等功能于一身,以它独到特别的技术性能,被广泛地应用于各种环境之中。这种技术,对人们的工作方式产生较大的影响,各种作业管理的模式、措施等也被快速地改变着,生产效率取得了大幅度地提高。运用它来对昭通甲马进行管理,避免了缺乏管理的种种危机,克服了传统管理中的诸多弊端。这应该是一种明智的选择。
  一、RFID技术
  射频识别技术简称RFID技术,它是一种非接触式的、无线的自动识别技术。根据使用的具体情况,常常又被人们习惯性称为电子标签或者电子条码等。这种新兴信息技术集编码、辨识、数据信息采集与自动录入和信息高速处理等功能于一体。它利用射频信号或空间耦合电感[3]或电磁耦合[4]的传输特性,自动实现对各类对象的识别。RFID同其它自动识别技术(如:条码识别[5]、指纹识别[6]、虹膜识别、面部识别、声纹[7]识别等)相比,抗干扰能力强,信息量大,还具有非视觉范围读写、使用方便和寿命长等优点,被广泛应用于商品销售、物流管理、工业自动化、安全出入检查、高速公路自动收费系统、供应链管理、动物追踪和ETC不停车收费、各类门禁系统、纸质图书管理、校园一卡通和生產制造等诸多领域。如英国、美国、澳大利亚等国将这一技术应用于航空运输业的乘客物品追踪 、管理及监控之中 ,极大地提高了分配、筛选、排查等效率,还大幅度降低了错误的比例。
  随着信息技术的发展,如何结合现有的工作实际,方便合理的使用RFID技术来改进现有的不合理的业务逻辑、管理模式是本文研究的基本理念与思路。对于RFID的无线、非接触式的特性,可以在不搬动物体的情况下,快速的统计、管理甲马物品,实现高效、快速的管理。其基本构成参见图2-1
  二、电子标签
  电子标签由天线(或线圈)和芯片两大部分组成。RFID射频标签附着在可管理 、跟踪的物品上,是产品电子代码的物理载体,可全球流通并对其进行相应的识别和读写操作。每个标签的电子编码都是唯一的,标签上存储着被识别物体的相关信息。根据RFID 的特性,其电子标签通常分为有源式[8]、无源式[9]和半有源三种类型。按标签的可读写性不同,分为只读、读写等。按无线数据的调制方式不同,又分为被动式、主动式和半主动式。
  RFID使用射频电磁波进行通信,主要工作在4个频段上,分别是低频频段、高频频段、超高频频段和微波频段[10]。针对高频频段,1999 年已经制定了相应的国际标准对RFID技术进行规范。标准规定13.56兆赫兹为RFID频段,而且已经得到了全世界范围的认可。RFID 的标准规范主要作用是规定,用于物品管理用途的频率下的RFID 系统物理层抗碰撞系统结构和系统的协议参数。标准同时定义了RFID 芯片和读写器之间信息交换的合理工作范围。
  本系统使用被动式RFID标签,这种标签由标签芯片和标签天线或线圈组成,它可以实现与标签读写器之间的通信 。存储在标签中的电子编码是唯一的,通常为64bit或96bit或更高,它的地址空间远远高出条形码所能够提供的空间。电子标签的基本结构参见图2-2。
  三、RFID读写器原理特点
  RFID系统包括读写器和电子标签两个基本部分,它依靠天线连接,实现数据传输,由图2-1可知。读写器是一种利用RFID技术来读入或擦写数据的读写终端设备,是射频识别系统中不可或缺的基础组成。其内部有信号发送与信号接收电路、信号处理电路、数据存储电路、信号调制与解调电路等。此外,读写器还提供与其他系统(如无线传感器节点或计算机系统等)的相关数据接口。当RFID系统工作时,先由读写器进行询问,当电子标签感应到这个问询信号后,就会给出含有电子标签所携带的数据信息的应答。读写器接收并处理应答信号后返回到外部主机,继而进行后续的流程与相关操作。
  读写器这一设备主要包括数字信号处理单元和射频模块两部分。在RFID系统中,它是最重要的基础设施。一方面,返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器,其中的射频模块负责把电磁信号转换为数字信号,然后,经由读写器的数字信号处理单元负责对转换的数字信号进行必要的加工校正 ,最后解调信息进行反馈,从而完成射频标签的辨识或读取及擦写的操作;另一方面,读写器与上层中间件和应用软件进行交互,可实现操作指令的执行或数据汇总上传。其基本原理参见图2-3。   四、天线传输技术特点
  天线是读写器最前端的装置,作为是读写器的组成部分重要,它起到很重要的作用。电子标签作用距离的长短和感应强度的大小,取决于读写器天线发射的电磁场强度和电磁场方向;读写器的阻抗和带宽等电参数,会影响讀写器与天线的匹配程度。故读写器天线对RFID系统有着重要的影响。
  1、天线的类型
  读写器天线的类型取决于读写器的工作频率和天线的电磁参数。与电子标签天线不同,读写器天线一般没有尺寸要求,可以选择的种类较多。读写器天线的主要类型有对称阵子天线、微带帖片天线、线圈天线、阵列天线、螺旋天线等,部分天线尺寸较大,需要在读写器之外独立安装。
  2、天线的参数
  读写器天线的参数主要有方向系统、方向图、半功率波瓣宽度、增益、极化、带宽和输入阻抗等[11]。读写器天线的方向性根据设计可强可弱,增益一般在几到几十分贝之间,极化采用线极化或圓极化方式,带宽覆盖整个工作频段,输入阻抗常选择50Ω或75Ω,尺寸在几厘米到几米之间。
  五、J2EE架构
  轻量级J2EE架构是一种应用软件系统体系结构设计解决方案,具有简化的编程模型和更具响应能力的容器,对于大型事务处理、分布式能力和集群能力要求不高的业务应用,采用轻量级J2EE架构更具有灵活性、轻便性和较好的效率与效益。
  J2EE是一个由多种技术组合而成的轻量级MVC实现框架,该框架使用JAVA技术实现。JAVA技术的特征是一次编写,任意使用。对于基于RFID的昭通甲马管理系统,采用轻量化级的SSH框架,该框架由Struts2+Spring3+Hibernate三种技术无缝集成,从而实现系统的模型、视图和控制器的业务分工。Struts2是把WebWork[12]优秀的设计思想作为核心,吸纳了Struts1的一些优点,建立了一个MVC框架,它可以做到对WebWork和Struts1的兼容。Struts2以拦截器为核心模块,通过拦截器来处理各种业务请求。Struts2框架按照以下进程处理业务:
  (1)通过浏览器发送用户业务请求:例如请求/xxx.action、/xxx.pdf等。请求页被挂起之后,等待进入下步处理。
  (2)核心控制器根据业务请求调用适合的业务代理。
  (3)Struts2拦截器链自动对业务请求进行过滤,在执行业务代理前,执行预先处理的代码再回到拦截器。随后应用validation或文件上传等通用功能。
  (4)回调业务需求的执行方法。即由控制器调用逻辑组件来处理请求。这一环节中,实现方法是先提取用户请求各种参数,然后执行某种与数据库关联的保存数据、检索信息等操作。
  (5)业务请求执行之后,通过浏览器可以看到处理结果。这个结果呈现为多种类型,可以是HTM页面、图像,还可以是pdf文档或其他文档。此时,可以支持的视图技术很多,既支持JSP,也可以支持Velocity、FreeMarker等模板技术。
  Struts2的高层体系结构模型,视图和控制器参见图2-4。
  Hibernate是一个开源的对象关系映射框架,它是对JDBC进行轻量级的对象(也称类)封装,便于帮助Java程序员运用面向对象编程思想来操作数据库。可以在使用JDBC的场合、 Java客户端程序及Servlet/JSP的Web应用中使用,具有突出价值的是它实现了数据信息的长久化,取代了容器管理。Hibernate所完成的工作就是实现关系数据库到面向对象关系的转换,通过ORM的转换,可以使程序编写人员方便的使用面向对象的编程思想实现数据的持久化。
  Spring也是一个开源的MVC轻量化框架,其核心思想是IOC和AOP[13]。目前的发展是IOC和AOP的融合,强项在于AOP。Spring侧重点主要是业务层框架,其框架是一个分层架构。对于本系统,使用Struts2框架来实现页面的展现,即视图层;使用Hibernate来实现数据的持久化,实现数据的增删改查等操作;使用Spring来实现各个业务模块之间的业务逻辑,输入输出控制等操作。即使用Spring来实现系统的模型层和控制层的操作,Hibernate处于Spring的业务层控制下,用来管理数据的持久化。
  昭通甲马是云南甲马的一部分,属于民间版画作品,他们带有强烈的原始韵味,是中国美术史中不可缺少的一部分。作为一种特殊的审美形式,它为昭通地方经济水平、民间绘画雕刻及民族性格习俗发展、演变等方面的研究,提供了丰富生动的重要材料。
  当前,昭通甲马基本上处于不规范的纸质档案管理的传统模式。昭通甲马所涉及到的制作者或传承人、出产地、名称、尺寸等基本资料缺失很多,对甲马的整理、研究更是寥寥无几。对昭通甲马的现代化管理势在必行,现代电脑软件技术的开发与推广运用更显得任重而道远。
  参考文献:
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