以無線網(wǎng)路為基礎(chǔ)之定位技術(shù)，可大致分為室外定位與室內(nèi)定位，而室內(nèi)定位因為室內(nèi)空間的障礙物會造成多路徑干擾，導(dǎo)致訊號變化較大，所以三角定位法不適用于室內(nèi)環(huán)境?！竸诠ぜ磿r定位偵測」環(huán)境屬于室內(nèi)空間，因此將在此次測試過程，測試主動式RFID使用于室內(nèi)空間時定位技術(shù)與環(huán)境干擾的結(jié)果。 

本概念驗證測試分三階段如下： 

表1 ： 「勞工即時定位偵測」概念驗證各階段測試內(nèi)容 


第一階段、基本性能驗測(A) 

以下就驗測標(biāo)的物進(jìn)行一系列的基本性能驗測，其驗測內(nèi)容如下：  

1. 最大讀取距離之量測 
此測試項目為測試RF code Mantis II Active RFID Reader & Antenna、Wavetrend RFID Reader & Antenna與SYRIS Xtive RFID Reader & Antenna，在最大發(fā)射功率下所能達(dá)到之最遠(yuǎn)讀取距離，其驗測目的為測試該讀取器與天線于工廠等空曠廠區(qū)之應(yīng)用時，其讀取距離是否可以滿足所需，本次POC現(xiàn)場導(dǎo)入場地：正隆板橋廠廠區(qū)，讀取器之讀取距離須涵蓋15公尺以上。 

表2、靜止?fàn)顟B(tài)下最大讀取距離量測結(jié)果



以上之測試地點選擇室外空曠處(北市木柵動物園停車場)，以便進(jìn)行各項速度與方向性的測試，標(biāo)簽以吊帶方式系掛且以遠(yuǎn)離身體50cm以上之位置懸掛并進(jìn)行讀取測試，所用之天線皆為全向性天線，人員到達(dá)定點之后，人員保持靜止不動，由讀取器進(jìn)行讀取測試。本次讀取距離之驗測結(jié)果，三套主動式RFID的最大讀取距離皆大于15公尺以上，符合未來現(xiàn)場導(dǎo)入測試讀取距離之最低要求。 

2. 貼附位置與讀取距離之量測 
使用三種讀取器在最大發(fā)射功率下，于四種不同標(biāo)簽佩帶位置：胸前、背后、臀部、褲子口袋，測試所能達(dá)到之最遠(yuǎn)讀取距離，其驗測目的為測試不同標(biāo)簽貼附位置對于整體讀取效能之影響，并藉此找到最佳佩帶位置。
 

圖1、佩帶位置－胸前、背后、臀部 

由上列之實驗數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)標(biāo)簽佩帶于胸前時，其有效讀取距離最遠(yuǎn)；當(dāng)標(biāo)簽佩帶于臀部時，其有效讀取距離最短。造成此現(xiàn)象之原因，乃是因為身體中含有70%以上的水分，故身體中的體液亦會對RF訊號產(chǎn)生影響。本次驗測的設(shè)備中共有433MHz與2.45GHz兩種的操作頻率，由上表之?dāng)?shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，操作頻率為2.45GHz的RFID設(shè)備，其讀取效能受到身體水分的影響層面較大，故在使用此一頻率的RFID設(shè)備時，需多加考慮其配戴位置，以免其讀取效能受到影響。 

3. 高速移動下之讀取效能測試 


圖2：量測移動速度儀器－測速槍

假設(shè)勞工作業(yè)環(huán)境須高速移動，例如騎乘機(jī)車，因此以人員騎乘機(jī)車在高速移動下，使用三種RFID 主動式讀取器以最大發(fā)射功率操作，并搭配不同佩帶位置，測試不同讀取器之讀取距離。測試方法為，于讀取器之有效讀取范圍內(nèi)，測試其最高允許移動速度；標(biāo)簽配帶位置為胸前、背后、褲子口袋與臀部，將標(biāo)簽佩帶于測試人員身上，量測讀取距離并量測移動速度。由上列實驗數(shù)據(jù)可以得知，當(dāng)RFID標(biāo)簽于有效讀取范圍內(nèi)進(jìn)行讀取測試時，其標(biāo)簽移動速度并不會對整體的讀取效能造成太大的影響，其最大允許速度最少都為70km/hr以上，在第三階段現(xiàn)場導(dǎo)入測試時，將采用堆高機(jī)承載人員，堆高機(jī)速度不高，一般廠區(qū)內(nèi)駕駛都在20Km/hr 以下，因此以上的測試，對于速度移動下3種主動式RFID之讀取效能都屬可接受范圍。

4. 讀取器高溫環(huán)境測試 
使用3種主動式RFID在高溫環(huán)境下測試讀取效能。勞工常遇有高溫環(huán)境下作業(yè)，使用主動式RFID可進(jìn)行停留時間的監(jiān)測與預(yù)警。第三階段現(xiàn)場導(dǎo)入測試將使用正隆板橋廠廠區(qū)內(nèi)部生產(chǎn)線，該廠區(qū)內(nèi)有鍋爐等產(chǎn)生高溫之設(shè)備，所以現(xiàn)場環(huán)境之溫度大約為40° C左右，因此測試3種讀取器在40℃高溫下是否功能正常，藉此確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 


圖3 讀取器高溫穩(wěn)定度測試安裝位置

本測試方法為，將RF code Mantis II Active RFID Reader & Antenna、Wavetrend RFID Reader & Antenna與SYRIS Xtive RFID Reader & Antenna等讀取器設(shè)備實際架設(shè)于正隆紙廠板橋廠，架設(shè)位置為該廠區(qū)之日光燈架上，并連續(xù)開啟機(jī)器一個星期以上，再以 RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀取測試，以測試溫度對讀取器之影響。 


表3、讀取器高溫穩(wěn)定度測試 

由上述之實驗數(shù)據(jù)得知，當(dāng)環(huán)境溫度在40° C左右系統(tǒng)運(yùn)作正常，唯本次溫度測試受限于環(huán)境因素并無法對更高的溫度進(jìn)行測試，未來若要應(yīng)用至更高溫的環(huán)境下，硬體設(shè)計須加強(qiáng)散熱效果：例如讀取器外殼加上散熱裝置，以確保整體讀取效能之穩(wěn)定性。
 
5. 效能評估 
本次驗證所選用的3種主動式RFID 于最大讀取距離、最大允許移動速度與最高工作環(huán)境溫度測試項目結(jié)果良好。唯當(dāng)標(biāo)簽佩帶于背后讀取距離較短，影響讀取效能。故于實際系統(tǒng)建置時，建議將標(biāo)簽佩帶于胸前或其他較不易受身體影響之處，以確保其工作效能。 

第二階段、情境模擬測試及驗證系統(tǒng)測試 

為配合勞工作業(yè)情境以及第三階段現(xiàn)場導(dǎo)入測試需求，驗證系統(tǒng)大致分為 
1. 工廠作業(yè)廠區(qū) 
2. 系統(tǒng)監(jiān)控中心 
3. 遠(yuǎn)端EPC IS (廠外)監(jiān)控作業(yè)中心  


圖 4、 驗證系統(tǒng)架構(gòu)圖 

為提供第二階段模擬情境測試以及第三階段現(xiàn)場導(dǎo)入測試所需，驗證系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行測試并分析是否符合需求，「推動辦公室」測試團(tuán)隊與業(yè)者共同合作，共同進(jìn)行： 
1. 人員進(jìn)入?yún)^(qū)域權(quán)限介面與資料庫設(shè)計 
2. 管制區(qū)域?qū)傩越槊婕百Y料庫設(shè)計 
3. 人員定位邏輯運(yùn)算功能開發(fā) 
4. 警報訊息及暴露時間計算應(yīng)用開發(fā) 


圖5、「勞工即時定位偵測」驗證系統(tǒng)畫面

測試人員進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，系統(tǒng)是否能正常判別其停留區(qū)域、測試人員進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域、系統(tǒng)是否能統(tǒng)計其停留時間，且當(dāng)超過設(shè)定之允許停留時間時，系統(tǒng)是否會自動產(chǎn)生警示訊息，并測試系統(tǒng)是否能紀(jì)錄人員行進(jìn)路徑并顯示于驗證系統(tǒng)螢?zāi)弧ＤM情境測試場地位于臺北市敦化南路二段333號四樓，該場地范圍長、寬、高分別為28.5公尺、12.5公尺、2.5公尺。于此場地中，將布置4個RFID讀取器，其分別對應(yīng)A、B、C、D四個監(jiān)控區(qū)域。測試中，標(biāo)簽的佩帶方式，將以掛在胸前的方式進(jìn)行測試。受限于場地的因素，此一階段將不考慮移動速度對系統(tǒng)效能的影響。

1.人員進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，系統(tǒng)是否能正常判別其停留區(qū)域 
此一測試目的，為當(dāng)測試人員進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時，系統(tǒng)是否可偵測出人員的所在位置，并藉由此一測試，找出適當(dāng)讀取器發(fā)射強(qiáng)度設(shè)定值。 


表 4、勞工定位系統(tǒng)之測試結(jié)果 

在測試過程發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)應(yīng)用于較小且周遭環(huán)境較為空曠之場地時，其讀取器功率宜調(diào)整至較小之發(fā)射功率。否則相鄰較近之兩發(fā)射器，其發(fā)射電波，十分容易產(chǎn)生溢波（Overlapping）之現(xiàn)象，此現(xiàn)象極易造成系統(tǒng)的誤判。 

所選用的三種RFID讀取器，于最小發(fā)射功率之條件下，其有效讀取半徑約為8至10公尺。于該模擬環(huán)境下似乎還是略嫌過大，導(dǎo)致系統(tǒng)誤判情況的產(chǎn)生。但實際用于現(xiàn)場導(dǎo)入時，判斷屆時現(xiàn)場之有效讀取半徑應(yīng)足夠所需。 

2.人員進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，系統(tǒng)是否能統(tǒng)計其停留時間 
本階段之測試，乃是為了驗證系統(tǒng)是否可自動紀(jì)錄人員于某一區(qū)域的停留時間，且當(dāng)超過設(shè)定之允許停留時間時，系統(tǒng)是否會自動產(chǎn)生警示訊息。 測試區(qū)域為區(qū)域A，測試結(jié)果： 
3種主動式RFID皆能正確紀(jì)錄停留時間且當(dāng)發(fā)生停留時間逾時之情形，系統(tǒng)亦會自動產(chǎn)生警訊通知管理者。
 
3.系統(tǒng)是否能記錄人員行進(jìn)路徑并顯示于顯示螢?zāi)?nbsp;
測試系統(tǒng)是否能記錄人員行進(jìn)路徑，測試的行徑路徑為A→B→D，系統(tǒng)會顯示出人員曾出現(xiàn)過的位置，并于進(jìn)入位置D時，產(chǎn)生警示訊號。測試結(jié)果： 
系統(tǒng)能顯示出所有在后端資料庫里的資料，并以動態(tài)的方式顯示。 

第一階段、基本性能驗測(B) 

系統(tǒng)建置場地之訊號強(qiáng)度量測 

本次POC之現(xiàn)場布建場地為正隆紙廠板橋廠，該場地為一實際有進(jìn)行作業(yè)之工作場所，故于場地內(nèi)有許多運(yùn)行中之機(jī)械與堆放的工作所需原物料。這些干擾源對于RF訊號會產(chǎn)生大小不一的干擾。此一測試之目的，正是希望找出其干擾程度，并藉此找出最合適的RFID設(shè)備，以利真正建置時之所需。其檢驗項目為，于不同之發(fā)射強(qiáng)度下，讀取器所能讀取到的最遠(yuǎn)距離，標(biāo)簽的佩帶位置則吊掛于人員胸前，且于靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行測試。 
 

圖 6、RFID讀取器架設(shè)于紙材存放區(qū)后方 


表 5、讀取器于現(xiàn)場架設(shè)時之讀取效能 

由于現(xiàn)場所堆放的原物料、運(yùn)作中的機(jī)器與金屬物質(zhì)會對于讀取器所發(fā)出的訊號造成干擾，造成整體可讀取距離的縮減，而SYRIS Xtive RFID Reader的操作頻率為2.45GHz，此一操作頻段受干擾的程度更是明顯。其讀取距離，明顯無法滿足實際應(yīng)用所需。若應(yīng)用場合需要更遠(yuǎn)的讀取距離時，建議使用RF code Mantis II Active RFID Reader或Wavetrend RFID Reader并搭配高增益天線，其讀取距離應(yīng)可有效的提升。

讀取器效能分析與建議 

勞工定位系統(tǒng)實際布置場地之長(Y軸)、寬(X軸)、高(Z軸)尺寸分別為120m、30m、7m。當(dāng)以最大發(fā)射功率之條件下進(jìn)行RF訊號的發(fā)送，于X軸上的訊號會產(chǎn)生溢波之現(xiàn)象。若不加以衰減發(fā)射訊號之強(qiáng)度，會造成后端系統(tǒng)之定位誤判。而本次所擬選用的兩套設(shè)備中，僅有RF code Mantis II Active RFID Reader具調(diào)整發(fā)射訊號強(qiáng)度之功能。在防止溢波現(xiàn)象之條件下，可將發(fā)射功率調(diào)至較小的發(fā)射功率，而在需要較長的讀取距離之條件下，可調(diào)至較高的發(fā)射功率或搭配高增益天線，其較具應(yīng)用上之彈性。本次實地驗證將架設(shè)5套RFID讀取器，若以整體系統(tǒng)之需求與架設(shè)方便性為考量，建議以RF code Mantis II Active RFID Reader為發(fā)射器選擇考量較佳。 

第三階段、現(xiàn)場導(dǎo)入測試 

獲正隆(股)公司的協(xié)助，「勞工即時定位監(jiān)測」驗證測試之第三階段現(xiàn)場導(dǎo)入測試，得以采用該公司位于板橋之生產(chǎn)線現(xiàn)場，如前章節(jié)所述，「勞工即時定位偵測」概念驗證測試，希望藉由現(xiàn)行RFID系統(tǒng)結(jié)合即時定位技術(shù)，測試主動式RFID系統(tǒng)于廠區(qū)勞工定位、危險場所暴露時間監(jiān)控之關(guān)鍵技術(shù)，概念驗證內(nèi)容如下表：

 
表6、現(xiàn)場導(dǎo)入測試內(nèi)容 

因測試現(xiàn)場范圍大，依據(jù)測量系統(tǒng)應(yīng)涵蓋讀取距離至少15M，為測試3種主動式RFID系統(tǒng)在現(xiàn)場有效讀取距離，于現(xiàn)場以堆高機(jī)行駛速度：20Km/hr. 量測各系統(tǒng)之有效讀取距離，測試結(jié)果如下表：

 
表7、現(xiàn)場有效讀取距離測試結(jié)果 

如前所述，現(xiàn)場導(dǎo)入測試使用正隆(股)公司生產(chǎn)線廠區(qū)內(nèi)，由現(xiàn)場拍攝照片可看出（如下圖），該廠區(qū)正進(jìn)行工業(yè)用紙箱的生產(chǎn)，廠內(nèi)機(jī)器的運(yùn)作對于主動式RFID是否造成影響？另，廠區(qū)內(nèi)堆放許多雜物，包括庫存紙卷、堆高機(jī)充電站以及維修零件等，都希望在現(xiàn)場導(dǎo)入測試時驗證環(huán)境對無線射頻傳輸之干擾。 

圖7、現(xiàn)場導(dǎo)入測試現(xiàn)場實景(正隆板橋廠)

圖8、測試流程與現(xiàn)場平面圖

表8、現(xiàn)場導(dǎo)入測試之KPI 比較 

測試調(diào)校 

在不同的環(huán)境因素干擾之下，Reader的讀取效能也會有所差異。主動式RFID系統(tǒng)功率過大時，因布建后涵蓋范圍易造成overlapping，使得定位系統(tǒng)易產(chǎn)生誤判，因為室內(nèi)空間的障礙物會造成多路徑干擾，導(dǎo)致訊號變化較大，所以三角定位法不適用于室內(nèi)環(huán)境?！竸诠ぜ磿r定位偵測」之第三階段測試現(xiàn)場擺放許多生產(chǎn)設(shè)備，測試時設(shè)備為運(yùn)作中，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境中的水分、金屬、電波及溫度等，會影響RF的傳遞，因此RFcode 系統(tǒng)之功率與讀取距離經(jīng)過多次調(diào)校后，定位系統(tǒng)的判定才穩(wěn)定。  
測試結(jié)果分析 

實驗室的功能性量測、模擬情境的測試以及現(xiàn)場實境測試，三種所提供的環(huán)境參數(shù)不同，因此所獲得的測試結(jié)果也不同： 

(一) RF code 
以RF code前端設(shè)備之讀取效能，在第一階段于空曠場地（干擾小）、電子標(biāo)簽佩帶在胸前，量測出之最大讀取距離達(dá)150M，第二階段模擬測試現(xiàn)場架設(shè)的訊號強(qiáng)度量測，則約35公尺，在第三階段現(xiàn)場導(dǎo)入測試時，RFcode的有效讀取距離大約15M。 

（二）Wavetrend 
以Wavetrend 在三個階段的讀取效能也因環(huán)境不同，所測試的結(jié)果也不同，在第一階段基本性能測試于空曠場地（干擾?。㈦娮訕?biāo)簽佩帶在胸前，量測出之最大讀取距離達(dá)35M，第二階段模擬測試現(xiàn)場架設(shè)的訊號強(qiáng)度量測，則約20M，在第三階段現(xiàn)場導(dǎo)入測試時，由于廠商提供設(shè)備套數(shù)不足（場地布建需要5套），因此現(xiàn)場導(dǎo)入未使用Wavetrend。 

（三）SYRIX 
SYRIX操作頻率為2.45GHz，其讀取效能在第一階段于空曠場地（干擾?。?、電子標(biāo)簽佩帶在胸前，量測出之最大讀取距離達(dá)55M，第二階段模擬測試現(xiàn)場架設(shè)的訊號強(qiáng)度量測，則僅達(dá)7M，因有效讀取距離過短，在第三階段現(xiàn)場導(dǎo)入測試時，并未使用。
 
未來導(dǎo)入議題 

即時定位偵測（Real Time Location）常采用主動式RFID，目前以433MHz、2.45GHz為應(yīng)用之兩大主流， RF訊號物理特性關(guān)系， 433MHz相較于2.45GHz頻段訊號不易被環(huán)境所干擾，對于應(yīng)用情境較為復(fù)雜時，須考量該頻段的取舍。另因主動式電子標(biāo)簽本身藉由內(nèi)附之電池發(fā)射訊號，因此該電力之持久性亦為導(dǎo)入時應(yīng)考量之議題，目前業(yè)界提供之主動式電子標(biāo)簽電力可持續(xù)發(fā)射時間為一個月至一年不等，且亦有加入移動感應(yīng)器，于電子標(biāo)簽靜置時以增大其訊號發(fā)射頻率(次/sec)，以節(jié)省該電子標(biāo)簽之電量，避免在實際應(yīng)用導(dǎo)入時發(fā)生須時常更新電池或是因電力不足造成訊號發(fā)射功率下降等問題。關(guān)于主動式讀取器相關(guān)議題，除了依使用情境需求選擇不同頻段，亦以在功能性上可予以探討，因在實際布置讀取器時，將考慮其目的及場地大小，因此若讀取器在使用者需求上可調(diào)整成不同之讀取功率，將讀取器設(shè)定成不同讀取距離，則在使用上更加具有彈性。 

于現(xiàn)場實際布建階段，因主動式RFID讀取器布建方式多以「面」的涵蓋范圍為主要需求，不論是在大樓或是工廠內(nèi)部建置，其布建數(shù)量皆遠(yuǎn)高于被動式讀取器，且因此如何將該讀取資料回傳至主機(jī)端進(jìn)行運(yùn)算辨別人員位址，皆須先行規(guī)劃該網(wǎng)路架構(gòu)，因?qū)氕h(huán)環(huán)大多為工地或是工廠，環(huán)境上較難以和一般大樓環(huán)境布線，且時常有所變動，因此如何回傳該讀取器資料成為一大議題。 
未來導(dǎo)入建議 

(一)主動式RFID讀取器布建環(huán)境 
主動式讀取器讀取范圍可較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)200公尺，所以在布建時為了讓二個相鄰的讀取器，可以明確的辨識人員配帶的電子標(biāo)簽在那個讀取器感應(yīng)的區(qū)域中，以避免兩者讀取器相互溢波(Overlap)產(chǎn)生辨識在何區(qū)域的困難，甚至發(fā)生系統(tǒng)畫面出現(xiàn)欲定位的人員在兩個相鄰區(qū)域瞬間跳動的情形。因此，在兩個相鄰的讀取器布建時，須考量決擇(trade off )兩偵測區(qū)域中間有訊號間隙(gap)的缺點，以避免溢波問題。 

(二)無線電訊訊號偵測與定位運(yùn)算 
無線電訊號中屬于短距離傳輸方式者，除了無線射頻辨識系統(tǒng)（RFID）外，尚包括如：紅外線（Infrared）、IEEE 802.11無線區(qū)域網(wǎng)路系列（Wireless Local Area Network），藉由行動端裝置回報測量到之各基地臺之訊號強(qiáng)度值（RSSI）以比對資料庫判斷該行動端所在區(qū)域或位置。然而，室內(nèi)空間的障礙物會造成多路徑干擾，導(dǎo)致訊號變化較大，由這次的測試亦有現(xiàn)場測試訊號重疊無法判讀的情形。未來無線定位相關(guān)技術(shù)的需繼續(xù)演進(jìn)，才得以克服上述情形。
 
總結(jié) 
為保障勞工工作安全，勞委會近年特別公布：工作安全災(zāi)害歸零方案，希望有效保障勞動能力，增進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效能，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的升級，并結(jié)合政府勞工企業(yè)與學(xué)術(shù)界等共同努力全面參與企業(yè)推動勞工安全衛(wèi)生，提高企業(yè)預(yù)知危險及自護(hù)、互護(hù)與監(jiān)護(hù)的能力，逐年降低國內(nèi)職業(yè)災(zāi)害率，并逐步達(dá)成零災(zāi)害目標(biāo)。 

主動式RFID前端設(shè)備的技術(shù)發(fā)展成熟，常應(yīng)用在貴重儀器追蹤、貨柜追蹤以及人員追蹤等，由『RFID公領(lǐng)域應(yīng)用推動辦公室』主辦、與業(yè)者廠商、主責(zé)部會共同攜手合作，完成「勞工即時定位偵測」概念驗證測試，希望藉由現(xiàn)行RFID系統(tǒng)結(jié)合即時定位技術(shù)，測試主動式RFID系統(tǒng)于廠區(qū)勞工定位、危險場所暴露時間監(jiān)控之關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)過實證測試時程規(guī)劃、驗證方法建立，并詳實紀(jì)錄驗測過程與關(guān)鍵技術(shù)解決方案，協(xié)助業(yè)者累積經(jīng)驗，資料內(nèi)容未來亦可作為業(yè)者產(chǎn)品發(fā)展以及公部門先導(dǎo)計畫實施之參考。