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第三章 WSN 與 RFID 應用範例情境說明

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第三章 WSN 與 RFID 應用範例情境說明

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  1. 第三章 WSN與RFID應用範例情境說明

  2. 章節大綱 • 3.1 環境監控應用 • 3.2 醫療監控應用 • 3.3 保全與人身安全應用 • 3.4 智慧生活空間應用

  3. 前言 • RFID主要應用分類示意圖:

  4. 前言 • RFID廣泛地應用在門禁管制、物流管理、防盜系統等等各種領域,而應用大致可分為三大類: • 取代條碼的RFID • 使用記憶體的RFID • 與其他設備一起使用 圖片來源:www.freedomfiles.org/ 圖片來源:http://farm4.static.flickr.com

  5. 前言 • 應用概念: 智慧標籤 讀碼機 資料主機 wireless 資料感應讀取 USB 或 藍牙傳輸 序號編碼 網路傳輸 產品資料顯示 產品 (藥、酒、衣、鞋、皮包…)

  6. 前言 • RFID應用實例列舉如下: • 物流管理: 航空運輸的行李識別,存貨、物流運輸管理 • 自動控制: 汽車、家電、電子業之分類、組裝、品管、生產 • 醫療應用: 醫院的病歷系統、危險或管制之生化物品管理 • 門禁管制: 人員出入門禁監控、管制及上下班人事管理 • 動物監控: 畜牧動物管理、寵物識別、野生動物生態的追蹤 • 物料管控: 工廠的物料盤點、物料控制系統 • 品質追蹤: 成品品質追蹤、回饋 • 資源回收: 棧板、可回收容器等管理 • 防盜應用: 超市的防盜、圖書館或書店的防盜管理 • 廢物處理: 垃圾回收處理、廢棄物管控系統 • 交通運輸: 高速公路的收費系統、捷運悠遊卡 • 聯合票證: 聯合多種用途的智慧型儲值卡、紅利積點卡

  7. 前言 • 國內之應用: • 從應用的產業領域來看,台灣RFID產值分佈在主要應用的產業,依序為政府部門(專案)、農業相關應用、物流業與醫療照護等;相較於2008年,在物流業的佔比與收入皆呈現衰退的情況。展望2014年,台灣RFID最具發展潛力的領域將在於醫療照護、其次為農業相關應用與航空國防等。 在醫療照護領域,年複合成長率更可望達到25.5%。對於已經投入的業者,其認為未來二年重點發展的產業,看好醫療照護、物流業及農業相關應用;分別約有3成以上的業者,看好未來2年RFID在這些產業的應用發展。 (資料來源:2009資策會RFID產業調查)

  8. 3.1 環境監控應用 • 3.1.1 生鮮物流 • 3.1.2 遊客追蹤 • 3.1.3 火災監控 • 3.1.4 贓證物管理 • 3.1.5魚種觀測 • 3.1.6 動物疾病防治 • 3.1.7 農產品規畫管理 • 3.1.8 天氣觀測 • 3.1.9 空氣汙染監測 • 3.1.10 結論

  9. 3.1.1 生鮮物流 • 生鮮菇類運銷物流 • 概念驗證內容 • 利用RFID結合GPRS助於精確掌握產銷數量、提升出貨與物流效率。 • 利用溫感RFID標籤確認冷藏設備溫控穩定度,確認冷藏設備密閉性。 • 關鍵驗證項目 • 生鮮菇類運送時,需全程低溫保鮮(約5度),標籤進出冷房時,表面會產生水分凝結。測試水份凝結對整體讀取效能之影響。

  10. 3.1.1 生鮮物流 • 物流應用情境

  11. 3.1.1 生鮮物流 • 預期效益

  12. 3.1.2 遊客追蹤 • 山林遊客追蹤與加值應用 • 概念驗證內容 • 遊客攜帶型RFIDtag之選用。 • 無線數據傳送方式驗證。 • 野外固定式RFID Reader與PC之整合。 • 遊客追蹤與環境監測管理系統雛型。 • RFID驗證範圍 • 透過遊客攜帶RFIDtag上山,感應野外環境資訊,再憑藉戶外固定式RFIDReader,定期透過無線數據傳送器發送資料至後端伺服器;後端伺服器定期透過無線數據傳送器發佈資訊,給各山區電子佈告欄作為旅客觀光資訊。

  13. 3.1.2 遊客追蹤 • 應用情境

  14. 3.1.2 遊客追蹤 • 預期效益

  15. 3.1.3 火災監控 • RFID應用於火災監控 • RFID應用於環境監控,特別是在戶外地區,技術上需做到: • 標籤要有溫度感應功能,同時也要能對溫度做量測與異常回報。 • 標籤被放置在某容器中,該容器可以承受戶外特殊的溫度變化。 • 韓國環境監控用標籤可在雪天運作圖:

  16. 3.1.3 火災監控 • 監控火災的目的,主要是減少火災萬一發生時所帶來的災害損失,因此即時得到災害大小與所在,是輔助消防隊派員與即時救火的關鍵,這樣應用衍伸出幾項需求: • 微處理器(microcontroller)上要附有溫度感測 • 警示訊號送出時要能同時送出GPRS等地理資訊 • 若在森林地區,由於有樹木、叢阻隔,主動式標籤用以傳遞微處理器到GPRS Modem為佳 • 可能需要一些micro code與電力來傳送讀取器所取得資料與判斷是否溫度過高?是否須傳送警訊?

  17. 3.1.3 火災監控 • 韓國佛國寺後的林區應用 • 被聯合國指定為世界文化遺產的佛國寺,曾因倭亂焚毀後以鉅資復建,韓國政府為保護這處遺跡,在寺廟後的林區安置了RFID系統做火災監控。 • 如圖所示,這個讀取器能感測與讀取到溫度資料,特殊設計的讀取器可旋轉鏡頭,用以感測週遭環境,而不用在林區中架滿感測器,否則,可能有礙遺蹟觀瞻。

  18. 3.1.3 火災監控 • 由讀取器所取得的資料則被放置在一平台上,寺方得定時做溫度監視,一旦火災意外發生,則透過系統發生警示,寺方得就個別讀取器定位,知道火災發生地點。 • 而維護這個感測器,如圖所示,維護人員需定期更換支援該讀取器的電池,並檢查感測器容器,以免戶外飛禽等或有損及。

  19. 3.1.3 火災監控 • 不過,該案例應用屬於比較小區域的監控,面對大範圍區域應用,尚需面對: • 設備的效能(Performance)再提升 • 安置的設計應更安全 • 維護與運作上的管理應更方便 • 電池的使用年限再加長 • 投資花費的降低

  20. 3.1.3 火災監控 • 澳洲的路旁起火監控 • 在澳洲每年因火災導致的經濟損失都以千萬計,甚至上億,地點包括教堂、民宅、森林..等,2003年坎培拉﹙Canberra﹚一場叢林大火就有約 3 億元的損失,因此,對於火災監控需求與應用情境就更多元。

  21. 3.1.3 火災監控 • 澳洲消防當局希望透過新科技的應用可以更清楚火災何時與何處發生,藉以達到以下目標: • 縮短回應時間 • 降低火災造成的損失 • 強化消防隊員與社區安全 • 拯救生命 • 降低因救火所耗成本

  22. 3.1.3 火災監控 • 其中,路旁起火在每年就有2500-3500起火災事件發生,當局分析起因包括有電線短路、電擊、香菸蒂、由汽車扔出的易燃物、日益嚴重的縱火狂…等,澳洲Telepathx公司因此開發的軟體FireSight也就備受關注。 • Telepathx在澳洲的部分州別(包括Victoria、New South Wales等)以道路路徑與電線建構出地理位置圖(Coverage Map),由於上述路旁起火的初徵皆有火光,其FireSight設計乃透過固定架設的路旁監測器TPX-GSM-100FR,連結著無線通訊網路與地理位置圖,藉以判斷火災發生的路段。

  23. 3.1.3 火災監控 • 特別是這項警訊通知管道被設計的便利與多元,藉以即時告知相關消防隊員火災警訊。警訊還可同時發送群組到多位消防員手機裡,如圖所示。 • 而且,只要電腦中有安置廠商提供的SMS PC Card,消防員也由個人電腦可收到email的告知。

  24. 3.1.4 贓證物管理 • 法務部贓證物管理 • 概念驗證內容 • 整合RFID與條碼技術,確實管理關鍵贓證物儲存資訊。 • 利用RFID技術,對贓證物的存取移轉進行安全管控。 • 關鍵驗證項目 • 贓證物在入出庫時,RFID 讀取器需讀取贓證物包裝箱上之RFID 電子標籤資料,同時讀取負責入出庫人員隨身配掛之RFID 電子標籤,並記錄入出庫時間。若有非經授權之入出庫行為,系統必需做出警訊告知。 • 贓證物堆疊於櫃架上,需可定時進行盤點工作,再與資料庫比對,若有不正常儲存狀況發生,系統必需做出警訊告知。

  25. 3.1.4 贓證物管理 • 管理示意圖

  26. 3.1.4 贓證物管理 • 預期效益

  27. 3.1.5魚種觀測 • 泰國漁業研究人員計畫採用 RFID追蹤該國幾種重要出口魚類的種魚 - 即在水產養殖業裏為了飼養目的,被隔開來的一群性發育成熟的飼養品種個體。利用這套系統研究人員可追蹤種魚的培育情況,監督異種交配項目,提高品種品質。 • 泰國先皇技術學院魚業科學部門的人員將 RFID晶片嵌入三類魚種。去年起,研究人員將 RFID晶片嵌入千餘條三種魚的種魚。他們研究以最無害的方式將晶片注入幼苖裏。每月追蹤魚的成長,監測整體培育。軟體幫助分析資料。若發現種魚培育情況不理想,將採用異種交配方式提高品種。

  28. 3.1.6 動物疾病防治 • 紐約州的農業部將很快進行一項RFID的項目測試,該項目將用UHF標籤來標識政府的馴鹿和麋鹿。最終的目標是追蹤鹿科的總數量和更好地追溯和控制CWD慢性病的傳播。 • 紐約大約有400個鹿科農場,放養的鹿數量達一萬隻。政府要求所有農場主每年都清點一次牧群的數量,這工作在一個小農場裏通過可見的標籤或條碼很容易完成。 • 該系統還可以追溯鹿在各個地方及農場的移動,使得政府控制鹿科CWD慢性疾病的速度更加及時。

  29. 3.1.7 農產品規畫管理 • 農委會早從2004年就開始進行一系列農業資訊改造計畫,推動RFID的策略有三: • 生產管理 • 運銷管理 • 安全管理 • 例如牛豬隻個體識別,可控管家畜疫苗施打進度;保鮮需求度高的海產類產品,在載運的貨車與冷凍車裡裝設RFID標籤,抵達後批發廠的工作人員可經由讀取機了解運送過程的溫度變化等紀錄。這樣不僅有助於生產管理,也兼顧運銷的品管,農產品檢驗也可因無需過多人力做得更加確實,進而逐步建立個別農場和國家農產品的品質形象。

  30. 3.1.7 農產品規畫管理 • 2005年農委會委託資策會針對茶葉、稻米、國產水果建立產銷履歷、網路行銷與RFID推廣計畫,將農業資源和環境管理科技化。例如利用田間管理監測系統,紀錄田間影像、日照風速、雨量溫濕度和土壤酸鹼等數值,確切掌握生產變數以保障品質,再導入RFID技術讓農產品從上游的培育、中游的加工到下游的銷售一目了然。

  31. 3.1.8 天氣觀測 • 濟州島是韓國最大島,以旅遊和變化多樣的氣候樣而聞名。由於南面的暴風雨經常在島上登陸,再經過大陸,因此濟州島成為韓國氣象局(KMA)預測天氣變化的主要資料源。 • 不論是颱風和季風,還是暴風雨天氣,KMA 緊密追蹤濟州島的天氣狀況。在過去,KMA 採用有線溫度和風速感應器,結合數據機和蜂窩無線電來執行追蹤任務。然而,這種方式有幾個不足之處,一是在島上一些偏遠地區搭牽電纜難度很大,另一個是資料傳遞帶寬有限。

  32. 3.1.8 天氣觀測 • KMA 之前在島上安裝一個由 600 個有線感應器組成的網路。然而,有線網路的實施在地理上存著很大的挑戰,因為感應器必須安裝在通訊電纜還沒到達的地區。這將導致高額的安裝維修費和數據機資料發送費用,也涉及了網路可靠性問題。此外,通訊線每秒只能傳送 2400 位元組的資料,這樣低的數率無法傳送視頻,或支援其他機構和研究人員即時線上分享觀察資料,這正是 KMA 希望實現的兩個功能。 • 為解決這些問題,KT Corp 提供了泛在感應器網路(USN)+ Mesh 系統,包括 Firetide 無線感應器節點。島上現有地面天氣觀察技術將數據傳到 4 個有人守衛的基站,另有 19 個 AWS 無人守衛的基站監測重大的天氣變化。新系統的每個感應器節點以 2.4G 或 5GH 的頻段發送其 ID 碼,連同感應器資料到鄰近的節點上,直至基站的 10 個感應器閘道之一。

  33. 3.1.8 天氣觀測 • 因為節點支持兩個射頻頻段,KT 可以建立一個適應多變的地形和當地規化的系統。傳輸的距離根據地形、路線和使用頻率而改變。 韓國氣象局使用無線感測 網路傳輸資訊(右圖)

  34. 3.1.9 空氣汙染監測 • 聖佩德羅灣用RFID標籤實施港口空氣清潔計畫 • 得益於 RFID 技術,美國洛杉磯和長灘兩個港口的空氣將很快變得更清新。去年,這兩個港口推出聖佩德羅灣港口空氣清潔計畫,目標是限制港口的空氣污染和溫室氣體,降低空氣污染對人體健康造成的風險。計畫的一個分支“環保卡車專案”將採用 RFID 標籤識別進入港口的卡車,對超過最低排放標準的車輛收取一定的費用。 • 除了根據卡車引擎的使用時間和排放量來收取費用外,PortCheck 也將禁止 1989 年之前生產卡車(除非它們換上新引擎)。採用 2007 年或更遲生產的柴油或其他燃料引擎的卡車可免除收費,因為它們是所有卡車燃燒最清潔。

  35. 3.1.9 空氣汙染監測 • 早在 2005 年時,為了加強港口安全和防止交通阻塞,兩個港口曾啟動一個項目PierPass,因此目前港口通往的許多卡車都已經採用了環保卡車專案要求的 RFID 標籤。為了利用原有的 RFID 設施,海運運營商建立另一個機構 PortCheck,利用 PierPass項目的 RFID 標籤。 • 現在 PierPass 已轉而採用 WhereTag IV 標籤,該標籤的工作頻率仍為 2.4 GHz,但採用符合 ISO 24730-2 RTLS 和 IEEE 802.11b Wi-Fi 標準的空中介面協定。港口原有的 WhereNet 閱讀器和環保卡車專案新安裝的閱讀器可同時讀取WhereTag III 或 IV 標籤。

  36. 3.1.10 結論 • RFID應用的層面相當廣泛,不僅是在環境的控管上面發揮作用,對於生物上面的管理資訊也是個不斷在開發的資源,這個技術不僅節省了人力的管理成本,並且達到全自動化的效果,對於一個地區的管理可以更即時且更加清楚。

  37. 3.2 醫療監控應用 • 3.2.1 病患動向 • 3.2.2 藥物管理 • 3.2.3 儀器管理 • 3.2.4 動向管理 • 3.2.5 廢棄物管理 • 3.2.6 病患追蹤 • 3.2.7 急診室應用 • 3.2.8 感知照護 • 3.2.9 弱勢病患幫助

  38. 3.2 醫療監控應用 • 3.2.10 隔離追蹤 • 3.2.11 新生兒監護 • 3.2.12系統管理流程 • 3.2.13 行動照護 • 3.2.14 用藥控管 • 3.2.15 緊急救護 • 3.2.16 結論

  39. 3.2.1 病患動向 • 病患管理與動向追蹤 • 於病患身上採用RFID手環,可用於門禁安全辨識管理與病患動向管理,尤以失智或有傳染病疑慮的病患辨識與行蹤記錄管理。另外,亦可藉由RFID技術與遠距醫療服務系統的整合,並配合3G無線通訊技術與生理訊號設備使用,使病患能夠於任何地點,即時與醫療院所取得有效的溝通,大大提高緊急醫療服務的效率,節省等待的時間,爭取黃金救援時機。

  40. 3.2.1 病患動向 • 病患追蹤示意圖

  41. 3.2.2 藥物管理 • 用藥安全管理 • 醫療院所對於用藥安全一直以來都是以最嚴謹地態度來面對,要求一定要做到「三讀」、「五對」(從藥櫃取藥時一讀、拿藥時二讀、將藥放回藥櫃再看一次三讀,確認沒有拿錯藥;五對則是施打藥物時,要確認病人對、藥物對、時間對、劑量對、途徑對)。 • 應用RFID技術將RFID Tag貼附於藥罐上,領藥時透過手持式RFID讀取器或採用智慧型料架概念來管理其正確性,可幫助用藥安全建立一套高正確性的檢核系統,更保障了用藥安全。一般本類型的應用是採一對一的13.56MHz頻段RFID技術,其功能可以用來︰ • 領藥人員身份識別、辨識領取藥品正確性 • 輸入病患及選取欲領取藥品、記錄領藥資訊

  42. 3.2.2 藥物管理 • 藥物管理示意圖

  43. 3.2.3 儀器管理 • 貴重儀器管理 • 將RFID Tag貼附於貴重儀器財產上,可用來做盤點或者設備位置追蹤記錄,如此將可有效管理儀器設備位置,如遇異常亦可主動警示或發報,藉以避免因遺失設備所造成的財產損失與風險,一般是以採用讀取距離較遠的主動式Tag技術為主。 • 儀器管理示意圖

  44. 3.2.4 動向管理 • 開刀房動向管理 • 開刀房動向管理設計,開刀房進出、病人狀況透過RFID的輔助應用,有助於簡化手術病患辨識流程,提升手術部位與身份的正確率。病人從病房推出開始,進入開刀房,進入使用RFID辨識身份的檢查點,麻醉科的護士、開刀助理醫師、主刀醫師、手術後身份的再確認、送進恢復室時再確認一次。 • 除了病人的多重確認程序,透過RFID的導入,提供完整的病人核對資料。其作業流程至少包括: • 病患身份與RFID標籤連結與關係辨識 • 病患手術流程管理 • RFID結合手術動態顯示系統 • RFID整合手術系統

  45. 3.2.4 動向管理 • 動向管理示意圖

  46. 3.2.5 廢棄物管理 • 廢棄物管理 • 醫療廢棄物處理也是醫療服務的重要環節之一,部份具污染性的醫療廢棄物如果沒有做正確有效的管理,有可能造成環境的污染或不可預期的災害產生。透過RFID技術的應用,亦可做好完善的管理,也為符合環境保護法令規範。 • 廢棄物管理作業流程包括: • 環保回收公司人員攜帶具有 RFID 醫療廢棄物處理載具至醫院。 • 抵達後以手持式 RFID 讀取器,讀取載具後交給醫療院所。 • 自醫院所取已裝醫療廢棄物之載具,並手持式RFID讀取器讀取記錄。 • 返回公司集中處理後依據正確的處理方式處理廢棄物,並讀取其中RFID資訊,傳送相關資料至環保署。

  47. 3.2.6 病患追蹤 • 台中醫院-肺結核病患追蹤監控系統 • 建立完整之肺結核病患管理機制, 增強控管肺結核病患避免病患私自離開。 • 開發一套以主動式RFID為技術核心之肺結核病房管理系統,提供病患資料登錄、家屬訪視紀錄、 護理人員管制等相關功能,落實科技管理與自動化之政策。

  48. 3.2.6 病患追蹤 • 台中醫院-肺結核病患追蹤監控系統示意圖

  49. 3.2.7 急診室應用 護理 評估單 • 萬芳醫院-急診室之RFID導入流程示意圖 手腕帶著資料寫入 檢傷分類站 A門診 B門診 C門診 掛號/批價 RFID Tag 醫護人員持PDA進行即時診療 依檢傷之級數分類 觀察區 RFID 手腕帶 回收站

  50. 3.2.8 感知照護 • 無所不在之情境感知照護概念示意圖