RFID – identifikačné čipy v stromoch

Ján Šimkovič

RFID (radio frequency identification) – radio-frekvenčná bezkontaktná identifikácia bola prvý raz použitá v 70. rokoch na identifikáciu divokých zvierat. Odvtedy zaznamenala široké použitie hlavne vo forme čipových kariet. Na rozdiel od bar technológie (čierne prúžky na obale tovaru, ktorých snímaním sa napríklad automaticky eviduje cena tovaru v pokladni) nepoužíva RFID optické snímanie kódu, takže nosič kódu - čip - nemusí byť viditeľný. Môže byť umiestnený aj priamo v kmeni stromu niekoľko desiatok či stoviek rokov. Každý čip má hneď pri výrobe v sebe zaznamenanú informáciu o jedinečnom ID čísle, ktoré ho odlišuje od ostatných čipov. Ďalšie informácie sa môžu neskôr zaznamenávať priamo na čip (aktívne čipy) alebo do počítača spolu s jedinečným ID číslom čipu (pasívne čipy).

Princíp RFID čipov
Najpoužívanejšie pasívne RFID čipy sú poháňané elektromagnetickým poľom, ktoré je vytvorené čítačkou. V čipe je zvinutá malá cievková anténa, ktorá preberie magnetickú energiu a čip začne komunikovať s čítačkou. Čip potom mení magnetické pole za účelom výberu a odoslania informácie nazad k čítačke, ktorá usmerňuje informáciu na hlavný počítač.
Každý čip má svoje jedinečné ID číslo, ktoré je v ňom uložené ako informácia. Elektromagnetickými vlnami sa táto informácia prenáša pomocou čítacieho zariadenia a dekódovacej jednotky do počítača. V počítači je možné každému čipu, označenému jedinečným ID číslom, priradiť ďalšie údaje (drevina, dĺžka, hrúbka, akosť).
Čipy majú rôzny tvar a rôznu kapacitu na uloženie údajov. Čítacie zariadenie s dekódovacou jednotkou sa vyhotovuje podľa konkrétneho použitia. Zariadenie môže byť súčasne aj zapisovacím, takže umožňuje aj zápis ďalších informácií na zapisovateľný čip. Dosahová vzdialenosť závisí od použitej frekvencie. Pri nižších frekvenciách (125-134 kHz) je dosah 8–15 cm, pri vyšších (5,8 GHz) do 15 m.

RFID používa bezkontaktnú identifikáciu, kde prenos dát prebieha bez potreby mechanického pevného napojenia kontaktu snímača na kontakt snímaného prvku - čipu. Bezkontaktné čipy môžu byť hermeticky uzatvorené v plastovom obale, sú necitlivé na oxidáciu kontaktov, prach, špinu, vlhkosť, nárazy, vibrácie a majú vysokú životnosť. Môžu byť použité v náročnejších podmienkach. Významnou výhodou v porovnaní s kontaktnými identifikátormi je takmer úplné vylúčenie možnosti úmyselného poškodenia funkcie čipu vzhľadom na to, že na čipe nie sú vyvedené žiadne piny. Bezkontaktné identifikátory sú väčšinou pasívne a nemajú teda vlastný zdroj energie pre zaistenie funkčnosti čipu. Čipy získavajú energiu pre svoju činnosť z energie vysielača - čítacieho zariadenia. Výhodou pasívnych čipov je menší rozmer a prakticky nekonečná životnosť. Aktívne RFID majú vlastný zdroj energie (treba ho však dobíjať), väčšiu kapacitu pamäti, pracujú obvykle na gigahertzových frekvenciách a dosahujú väčšiu čítaciu vzdialenosť.

 Využitie v lesníctve
Za účelom ponuky radio-frekvenčnej identifikácie stromov prípadným budúcim záujemcom sme pripravili testovacie verzie komplexného RFID systému. Pre praktické použitie sme vybrali systém založený na pasívnych čipoch a čítacom zariadení, ktoré je spojené s vreckovým počítačom cez CF port. CF port je otvor na vrchnej strane vreckového počítača, do ktorého sa nastokne RFID čítacie zariadenie. Výhodou sú malé rozmery čítacieho zariadenia, rýchle a mobilné spracovanie a ďalší prenos údajov cez vreckový počítač. Priamo sa použili pasívne čipy klincového tvaru, ktoré sa zatĺkli do kmeňa stromu, a čipy mincového tvaru s kruhovým otvorom, ktoré sa pribili na kmeň. Pre vreckový počítač bol vyhotovený počítačový program na prenos informácií z čítacieho zariadenia a ich ďalšie spracovanie.
Cena CF čítacieho zariadenia je okolo 250 USD, pasívne čipy stoja 2–6 USD/ks.
Konkrétne sa vykonala praktická aplikácia a testovanie:
l pre prevádzkové účely na sledovanie vyťaženého dreva z porastu, cez približovanie, odvoz až po príjem na mieste spracovania; stabilizácia skusných plôch pre účely hospodárskej úpravy lesov a monitoringu.
Po spílení stromov sa do čela zatĺkli klincové čipy. Pilčík pomocou čítačky a vreckového počítača zaznamenal ID číslo čipu, drevinu, dĺžku, priemer (objem sa prepočítal automaticky), kvalitu, číslo a vlastníka porastu. Pracovné číslo pilčíka bolo priradené k čítaciemu zariadeniu a automaticky zaznamenané do databázy.
Priblížené drevo sa snímalo čítacím zariadením na odvoznom mieste a údaje sa poslali do centrálnej databázy. Kedykoľvek bolo možné zistiť kompletnosť priblíženia vyťaženého dreva z príslušného porastu. Každý pracovník mal svoje čítacie zariadenie, takže číslo pracovníka, ktorý manipuloval s príslušným kmeňom, sa zaznamenalo automaticky.
Odvezené drevo sa snímalo čítacím zariadením u odberateľa, ktorý mohol dlhodobo sledovať kvalitové ukazovatele až po porast konkrétneho vlastníka a samozrejme evidovať objem dodaného dreva.
Umiestnenie skusnej plochy bolo lokalizované a zaznamenané pomocou GPS. Do záujmových stromov na skusnej ploche boli zatlčené klincové čipy. Čítacím zariadením sa zaznamenalo ID číslo čipov a ku každému boli v databáze pridelené potrebné veličiny.
Pri ďalšej aktualizácii v budúcnosti sa skusná plocha vyhľadá pomocou GPS a príslušné stromy s čipmi sa načítajú čítacím zariadením a v databáze sa zaktualizujú potrebné údaje.
Pre tento účel boli použité čipy s väčšou čítacou vzdialenosťou.
RFID technológia v súčasnosti ešte nie je hromadne využívaná v lesnom hospodárstve. V zahraničí sa robilo zatiaľ len niekoľko pokusov pri evidencii a dodávke vyťaženého dreva (Nemecko). Prakticky sa realizovali projekty na identifikáciu stojacich stromov, ktoré sú súčasťou náučnej trasy (University of Washington’s Brockman Memorial Tree Tour).

Nedoriešeným problémom zostalo odstránenie implementovaných čipov z kmeňov pri finálnom spracovaní dreva a to hlavne pri výrobe celulózy.

 
Možnosti použitia v budúcnosti
Pri poklese ceny čipov a pri zväčšovaní dosahovej vzdialenosti bude zrejme stúpať celoplošné využitie tejto technológie.
Pri dostatočnej vzdialenosti sa načítanie hodnôt čipov v určitom dosahu robí hromadne a kontinuálne, takže nie je potrebné čítať každý čip zvlášť, ako je to známe u bar kódov. Na displeji počítača sa teda takmer okamžite objavia údaje všetkých čipov v dosahu.
Vyriešenie aplikácie čipov pri príprave sadbového materiálu a výsadba sadeníc s implementovanými čipmi môže zabezpečiť sledovanie pohybu od zalesnenia až po spracovanie dreva, zjednodušiť hospodársku úpravu lesa či umožniť sledovanie vývoja genofondu.
Každý čip môže mať zaznamenanú aj polohu vo forme súradníc. Hneď po hromadnom zosnímaní čipov by bolo možné stromy zobraziť a zaevidovať v GIS systéme. Rozmiestnenie by bolo možné aktualizovať celoplošným zosnímaním po každej ťažbe.

 

Adresa autora:
Ing. Ján Šimkovič
Lesotaxácia, s. r. o.
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.

 

Hlavné vlastnosti RFID
- Údaje do nosiča sa prenášajú rádio frekvenčnými vlnami, preto RFID nevyžaduje priamu viditeľnosť medzi snímačom a nosičom na snímanie a zapisovanie údajov. RF vlny umožňujú prechod cez množstvo nekovových materiálov.
- Väčšina RFID systémov umožňuje súčasný zber údajov z viacerých nosičov v dosahu prijímača.
- RFID nosiče môžu byť snímané veľmi vysokou rýchlosťou. RFID snímače môžu snímať údaje rýchlosťou až do 1000 ks za sekundu.
- Nosiče RFID môžu byť uzavreté v odolnom umelom obale, čím sa zvyšuje ich trvanlivosť a odolnosť pri sledovaní položiek v drsnom výrobnom procese. 
- Nosiče RFID môžu uchovať veľké množstvo údajov. 
- Niektoré RFID nosiče podporujú operácie čítania/zápisu, čím je umožnené aktualizovať údaje v reálnom čase napr. pri pohybe tovaru v prepravnom procese.