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基于物聯網疫苗安全溯源系統的RFID技術應用

時間:2018-08-29  來源:RFID世界網

  據世界衛生組織(WHO)調查,全球流通的藥品中,有超過10%的偽藥,發展中國家更超過40%,全球偽藥的金額超過3200億美元。在全球各地,掀起了越來越多的醫療糾紛。疫苗是為了預防、控制傳染病的發生、流行,用于人體預防接種的疫苗類預防性生物制品,由于公眾的免疫觀念加強以及政府的政策導向和支持,我國已成為全球疫苗產品的最大的需求與供給市場。然而我國在經歷了山西疫苗和安徽疫苗事件之后,越來越多的人希望疫苗從生產檢驗、配送、冷鏈運輸、倉儲、銷售、注射等各個環節都能在政府與各級疾控中心的監營之下進行。疫苗的防偽防劣措施刻不容緩,在偽藥防治上,除了條形碼己被規范到藥品包裝外,利用RFID(射頻識別)來作為藥品生產履歷,也己被美國食品藥品管理局(FDA)定為打擊偽藥的方案,讓藥品的來源、流通渠道得以驗證其合法性,生產履歷在食品業界已有實際應用案例,要轉移到醫療產業難度不高。本文就是將二維標簽與RFID標簽聯合應用,實現疫苗整個供應鏈系統的追蹤和監控。RFID技術在物聯網中的應用,不但能夠跟蹤復雜的、多步驟疫苗供應網絡中疫苗的供應情況,還可以建立高效的物流信息平臺,優化內部物流供應和流通流程,提高工廠的生產效率和產品質量,增強疫苗供應鏈的透明度,提高安全性,加快流通速度,降低物流成本,進而提高整個企業的核心競爭力。通過RFID技術和物聯網技術,不僅能對疫苗的生產、流通、消費等環節進行信息采集,實現全程監控,建立完善的管理服務平臺,實現使用者對疫苗信息的追溯和查詢,還能增進消費者所獲得疫苗的安全性,有效杜絕假冒偽劣疫苗帶來的危害。

  1 基于物聯網疫苗安全溯源系統的組成及工作流程

  疫苗安全溯源系統主要按疫苗的生產、物流、倉儲、接種四大環節設計,基于物聯網三層架構的結構設計對疫苗實現“監管信息化、物流智能化、查詢便捷化、源頭追溯化”,確保疫苗供應鏈的安全,其系統模型如圖1所示。在疫苗的生產、物流、倉儲、接種每個階段,分別通過前端的數據采集設備將各環節的信息循環疊加在一起,形成具體疫苗產品的綜合信息文檔,包括確定標簽對應的疫苗信息、用于確認交接的照片信息以及所有的溫濕度信息等。信息平臺主要包括查詢分析模塊、監控溯源模塊、數據管理模塊以及物流跟蹤模塊,其中查詢分析模塊可提供標簽號、溫度、時間地點等信息查詢。

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  2 基于物聯網疫苗安全溯源系統中的RFID技術

  RFID是一種通信技術,可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數據,而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。它不僅可以實現對被識別物體的自動識別與快速讀寫,還可以同時識別多個標簽以及高速移動的標簽,操作快捷簡單,能工作于各類不同的惡劣環境中,是目前最先進的自動識別技術。RFID系統通常由前端的射頻終端和后臺的計算機信息管理系統構成。射頻終端一般由讀寫器和標簽組成,標簽用來標識存儲物品的各種屬性信息;讀寫器用來進行信息采集,利用射頻信號對標簽進行識別并與計算機信息系統進行通信。

  在疫苗生產信息管理系統中,用讀寫器對疫苗的生產包裝箱子上貼有的電子標簽進行采集,把采集的電子標簽信息存入計算機信息系統,通過物聯網技術,就能在任何地方跟蹤貼有RFID標簽的疫苗包裝箱。疫苗生產信息管理系統中RFID的應用如圖2所示。

基于物聯網疫苗安全溯源系統的RFID技術應用

  在RFID技術中,電子標簽由耦合元件與芯片組成,含有微處理器、E2PROM及收發電路,儲存著產品的詳細信息。每一個產品的電子標簽都是唯一的,含有加密邏輯,無法修改和仿造。RFID讀寫器通過天線發射出一定頻率的射頻信號,當電子標簽進入讀寫器的工作范圍內,由于電磁感應,其天線會產生感應電流,使得電子標簽獲得能量被激活,從而向讀寫器發送自身儲存的編碼信息。讀寫器將收到的信息進行解碼送至后臺計算機信息管理系統,計算機根據邏輯運算判斷標簽的合法性,針對不同的設定做出相應的處理與控制。計算機信息管理系統通過Internet與各個監控點進行聯網,搭起信息平臺,通過信息平臺能夠監管和查詢產品的流向。

  3 RFID的設計及應用

  目前,RFID技術還未出臺全球的統一標準,每個國家的標準都不一樣,導致全球多種標準并存的局面。但隨著RFID在全球物流行業的大規模應用,ISO制定的一些RFID國際標準已經得到全球各個業界的廣泛認可。本文使用無源的RFID電子標簽,支持ISOI8000—6C(EPC GEN2)國際標準協議,工作頻率在860~960MHz之間,不同的工作頻率需設計不同的天線,下面主要介紹RFID的天線設計及其應用。

  3.1 RFID的天線設計

  RFID技術中最難的部分是天線的設計,天線面積越大并不代表其感應強度越大,為了獲得最佳的測量效果,必須知道設備的大小,然后才能確定天線的大小。天線是一敏感的物體,制作天線采用的電阻、電容、電感等元件必須具有較高的精度,否則天線制作就可能失敗。天線的等效電路如圖3所示。

基于物聯網疫苗安全溯源系統的RFID技術應用

  天線的性能主要與Rant和Lant的大小有關,當計算天線的品質因數Q和天線調諧時線圈的電容Cant可以忽略。天線的幾個重要參數估算公式如下:

基于物聯網疫苗安全溯源系統的RFID技術應用

  其中:L1為一圈(匝)導線環的長度;D1為線圈的直徑或導體的寬度;N1為線圈的匝數;

  K為天線的系數(環形為1.07,方形為1.47)。

  天線電容Cant的大小與制作出來天線的線圈的大小有關,可以用儀器直接測量。

  品質因數:

基于物聯網疫苗安全溯源系統的RFID技術應用

  (一般建議Q=35左右比較合適),其中:ωR=2π·fR,fR為RFID工作頻率,由于本系統RFID可以工作在860~960MHz頻率之間,與國內手機GSM900應用會有沖突,所以使用時只采用860~870MHz作為RFID工作頻率范圍。

  根據上述Q與ωR的兩個公式,就可以直接計算出Rant電阻的阻值。

基于物聯網疫苗安全溯源系統的RFID技術應用

  3.2 RFTD的應用

  以我國目前醫藥物流的發展現狀來說,每支疫苗都使用RFID標簽進行標識,實現疫苗的追蹤,還是不太可能。現在大多是將二維條碼與RFID標簽聯合使用,用二維條碼來記錄疫苗信息,做到每支疫苗都有唯一標識的零售包裝,再應用RFID電子標簽標識疫苗的生產物流包裝,記錄包裝箱內疫苗的信息,實現疫苗的供應鏈追蹤以及問題疫苗的追溯功能。

  RFID標簽的應用,使得疫苗生產企業能夠在每個包裝箱建立唯一的EPC編碼,它被認為是識別所有物件唯一有效方式,EPC編碼雖只能記錄有限的識別信息,但它有對應的后臺數據庫作為支持,能夠迅速查詢疫苗的各個包裝信息。當疫苗出庫時,貼有RFID電子標簽的就會被跟蹤,保證疫苗在分銷過程中的物流、倉儲、接種環節都能得到監控。RFID將遏制假冒偽劣疫苗的出現,防止出現疫苗流失,加快疫苗庫存的周轉,提高疫苗的召回速度。在物流環節中使用RFID技術,能對疫苗冷鏈運輸過程中的存儲溫度、運輸車輛、車輛位置及運輸時間等信息進行記錄,將記錄的信息通過GPRS無線通信或車載有線網絡與物流公司的本地數據庫進行通信,就能使疫苗的生產、物流、倉儲、接種四大環節環環相扣,每一個環節出現問題都能及時找出源頭。

  4 使用RFID技術需解決的問題

  RFID技術的使用對疫苗安全溯源系統帶來許多好處,但由于一些內在的原因整個系統仍然存在一些問題。

  4.1 成本問題

  RFID的價格是影響其技術被大規模應用的一個重要原因。RFID標簽價格相對較貴,如果像目前二維碼那樣普及使用,那成本勢必高漲。鑒于這個原因,本系統利用RFID能夠被追蹤定位的優點,只是在疫苗包裝箱及運輸車輛上使用。所以想把RFID技術推廣到各個領域,只有等其成本進一步降低,才能真正實現其技術的優勢。

  4.2 電磁干擾問題

  眾所周知,手機會干擾很多電子設備的工作,比如醫療設備、飛機的雷達等。RFID使用的頻率范圍是860~960MHz,與手機的使用頻率是有沖突的,所以也會對電子設備產生電磁干擾。本系統采用860~870MHz作為工作頻率,據《美國醫學協會雜志》(JAMA)公布的一項科學研究表明,RFID會對醫療設備產生較嚴重的電磁干擾,此項研究是由荷蘭阿姆斯特丹大學學術醫療中心的研究人員對868MHz的無源標簽對41件醫療器械進行測試,在123次測試(平均每件測試3次)中,一共記錄到34次電磁干擾,造成部分醫療器械停止工作。這說明RFID技術對電子設備會產生與手機一樣的輻射,是一個潛在的問題,雖不至于禁止RFID技術應用到醫療界中,但應引起重視。

  4.3 標準制定和推行問題

  RFID標準大致分為四大類:技術標準(如符號、射頻識別技術、IC卡標準等)、數據內容標準(如編碼格式、語法標準等)、一致性標準(如印刷質量、測試規范等)和應用標準(如航運標簽、產品包裝標準等)。目前RFID技術使用的頻率難以統一,射頻識別讀寫器與標簽技術無法做到一體適用,尚未形成全世界都能接受的國際標準,所以無法普及推行。疫苗安全溯源系統的RFID技術要用到生產、物流、倉儲、接種四大環節中,只有四個環節中使用相同的頻率,RFID的硬件設備和軟件系統才能統一,整個系統才會緊密聯系起來,形成一條完整安全的疫苗產業鏈,才有利于推廣使用。

  4.4 信息安全和隱私權的問題

  RFID電子標簽的采用數據庫信息共享模式,在數據庫中信息讀寫、傳輸過程和接入互聯網時可能會感染病毒,都有可能產生標簽信息的非法讀取及改動的安全隱患,還有RFID不需接觸就能對數據進行讀取,也會有侵犯個人隱私權爭議的存在。信息安全和隱私權問題都需要政府來協助解決,政府在RFID技術的研究和生產上,應加強人才、政策和資金上的投入,解決RFID信息安全性的技術難題,還有可以通過立法加大對用戶隱私權的保護力度,逐步解決信息安全和隱私權問題。

  5 結語

  本文介紹的RFID技術在疫苗安全溯源系統中的應用,整條供應鏈采用相同的頻段范圍,形成相同的標準體系。每個疫苗包裝箱都有唯一的EPC編碼,進一步加強疫苗的防偽措施,使用RFID技術在各個環節上進行信息采集,實時掌握產品的流向信息,還能實現產品的質量追溯,對打擊假冒偽劣疫苗、保障人民身體健康具有重要意義,也為今后在醫藥行業進一步應用,甚至在食品、煙酒等快速消費品行業的全面推廣打下基礎。

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信息來源:中國金卡網  

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