RFID與智慧建筑
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智慧建筑
智慧建筑必須對著(zhù)環(huán)境條件與使用者需求等不同型態(tài)的作動(dòng)態(tài)改變。1990以前“智慧型建筑”議題針對建筑物的保全監控、物理環(huán)境及建筑設備…等進(jìn)行，以建筑硬體管理及自動(dòng)控制為主。1990以后ICT產(chǎn)業(yè)及網(wǎng)路發(fā)展使今日的住家環(huán)境能透過(guò)網(wǎng)路聯(lián)結對內及對外的聯(lián)系，利用資訊科技進(jìn)行運算。住家中也包含各種智慧家電設備，提供屋內屋外的資訊互動(dòng)，進(jìn)而具備預知能力暨回應居住者對舒適、便利、安全、娛樂(lè )等方面的需求。
對于智慧化居住空間的定義有眾多的解釋?zhuān)P者在此試著(zhù)引用：借著(zhù)應用智慧的方案（包含了智慧材料與資訊科技），讓居住者與所處的空間環(huán)境可以產(chǎn)生互動(dòng)。這個(gè)空間可以呼應居住者的各式需求：包括具備提供居住者舒適空間的調控能力、隨時(shí)隨地提供居住者所需的各式資訊、使得居住其中的使用者因具有與掌握環(huán)境與各式資訊的能力，改善居住于此空間中的經(jīng)驗。在成就智慧建筑或是智慧化的居住空間時(shí)，經(jīng)常討論到利用“無(wú)所不在的運算”(UbiquitousComputing)與“空間涵構察覺(jué)”(Context-Aware)來(lái)達成智慧化居住空間的定義。無(wú)所不在的運算—是指系指設備以各種外在形貌存在、感測裝置無(wú)所不在、輸入與輸出的訊號種類(lèi)繁多，并可整合運算、通訊、感測于真實(shí)物質(zhì)世界中?？臻g涵構察覺(jué)—指的是一種設置于空間中的運算系統，可感測到使用者在現有空間范圍中各種可能相關(guān)利用的環(huán)境要素，并回應使用者的需求。
智慧建筑物中的感測需求
為了達到建筑物具備回應居住者需求的能力，建筑物必須具備感測的能力。建筑物的感測需求大致可分類(lèi)為以下幾個(gè)項目：
1.建物與個(gè)人的保全與安全：門(mén)禁、有害氣體偵測、火災警報、緊急通報….
2.居住者的健康照護：生理參數、人身定位….
3.能源管理：燈光、空調、家電….
4.便利舒適：影音娛樂(lè )、室內空氣品質(zhì)、溫濕度控制….
RFID應用
RFID當然可以呼應上述的部分感應需求。從RFID的技術(shù)屬性來(lái)看，具備ID身分識別的標簽該是平價(jià)且易于被辨識讀取。標簽ID所代表的意義，端看標簽的使用對象與其資料庫所賦予的標簽定義。RFID技術(shù)的使用上重點(diǎn)則在于確保ID標簽的正確讀取與如何使用定義ID資料庫中的資料。
RFID技術(shù)在建筑與居住空間的應用，從時(shí)間軸線(xiàn)看大概區分為1.建筑物本體的營(yíng)造期間與2.營(yíng)造結束后對人或物件管理兩個(gè)階段。營(yíng)造期使用RFID通常在于建材與營(yíng)造工程的管理。如大型建筑中的鋼骨構建管理，利用RFID標簽定義建筑構件的分類(lèi)符號及流水號，可以精確管理每一鋼骨建材是屬于哪一棟、哪一樓層、哪一種構件類(lèi)型、哪一柱線(xiàn)或序號別。此外，營(yíng)造工程的管理可以對于工程類(lèi)別(鋼骨上梁、水泥預鑄/灌漿)、施工組別或團隊、施工日期記載與追蹤等等，營(yíng)建管理階層可以掌控建材倉儲、調度與工期，甚至作為日后驗收時(shí)厘清責任歸屬的依據。RFID技術(shù)的引進(jìn)實(shí)為減少大量人力抄寫(xiě)紀錄作業(yè)，提高工作效率、資料正確性與降低人力成本。不過(guò)，目前的RFID標簽的使用尚不屬于永久留置于建材構件中。通常在建材構件就定位或施作工程告一段落，完成驗收后便將RFID標簽取下，重復使用在未完成的建材構件與下階段的工程管控上。
完成后的建物，RFID標簽若與加速度計、扭力計、水壓計等感測器結合。便可以在建筑本體重要的梁柱或主體結構內留置RFID標簽與感測器，透過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)將感測值讀出紀錄，定期追蹤梁柱的位移量、形變量或地下水位狀況，提供評估梁柱安全或地震發(fā)生時(shí)對建筑物的影響時(shí)的評估依據。
就對象而言，一為人(寵物)、二為物；在人(寵物)的應用有：1.門(mén)禁管制、2.個(gè)人化設定、3.人身定位·導覽、4.寵物晶片等等。在物品管理上則有：1.藥物管理、2.食物管理、3.圖書(shū)管理、4.包裹·物流、5.衣物管理等等。
門(mén)禁應用
RFID技術(shù)首先進(jìn)入到我們的生活之中的應該就是從門(mén)禁的管制上開(kāi)始。如幾乎已經(jīng)成為臺北市民日常生活中必備的捷運悠游卡(逐漸轉型為小額付款的電子錢(qián)包)、一般辦公室進(jìn)出的識別證、或是小學(xué)生的到校簽到的學(xué)生證等皆是。這類(lèi)的應用流程大致如圖一所示：比對ID是否為授權范圍的人?若是啟動(dòng)后續授權指令(開(kāi)啟門(mén)禁)或作動(dòng)反應(悠游卡記載進(jìn)入或離開(kāi)捷運站名、時(shí)間、扣款等動(dòng)作)并將辨識發(fā)生時(shí)間寫(xiě)入資料庫。
圖1、常見(jiàn)RFID辨識處理流程
個(gè)人化設定
以個(gè)人化設定的情境為例：圖2為個(gè)人使用的臥房，建置其中的設定可能有空調、多功能顯示器等等，當經(jīng)由RFID標簽辨識到進(jìn)入者的身分時(shí)，系統可以回應進(jìn)入者所偏好的溫度設定、燈光照明模式、當日自選股票組合行情、當日行程行事歷、或播放習慣收視之節目或廣播。
圖2、臥室的智慧化與個(gè)人化設定情境
RFID在居住空間中健康照護與廚房的應用
以下筆者利用兩個(gè)參與開(kāi)發(fā)的實(shí)驗案例介紹RFID技術(shù)在建筑空間中健康照護及廚房中的應用實(shí)例。
機構式智慧藥柜(用藥提醒)
這是一個(gè)與社福機構合作的健康照護示范建置案。用藥提醒為導入健康照護示范應用的一部分。該社福機構約有9個(gè)床位來(lái)照護身心健康的高齡長(cháng)者。長(cháng)者行動(dòng)無(wú)虞且能自行照顧生活起居，多數人每日有服用長(cháng)期處方簽藥物的需要。通常由機構照護者追蹤長(cháng)者的用藥狀況。計畫(huà)的執行系依據長(cháng)者現有的用藥習慣(即不按日分時(shí)段預先分藥與撿藥，僅在服用時(shí)間到時(shí)，自醫院領(lǐng)回的藥袋中撿取該用的藥物與數量服用)客制此一開(kāi)放式藥柜(如圖3)。也由于長(cháng)者不習慣資通訊設備，因此藥柜這端的介面僅有LED燈號與提醒用的喇叭。該藥柜則是每一床位配置一只。藥柜內的RFID天線(xiàn)為垂直直立于藥柜后端，感應柜內任意置放的多個(gè)藥袋RFID標簽。RFID讀取器則透過(guò)網(wǎng)路后送標簽讀取資料至中控電腦。
圖3、RFID藥柜內建RFID天線(xiàn)、Reader、喇叭與LED燈號，收納含RFID標簽之藥袋
用藥提醒的系統架構如圖4。
圖4、機構式用藥提醒系統架構圖
圖5、用藥提醒管理介面
在用戶(hù)端
■該用藥而未服藥時(shí)發(fā)出語(yǔ)音，藥柜上亮燈提醒患者服用該藥
■發(fā)送取藥時(shí)間至管理端
■偵測是否取錯藥物
在管理端
■建立住戶(hù)用藥、用藥資料，方便往后查詢(xún)以及修正用藥
■記錄所有忘記服藥以及服藥的時(shí)間
■顯示患者忘記用藥次數以及時(shí)間點(diǎn)等相關(guān)資訊
■紀錄用藥習慣于資料庫
■用藥周期及更替提醒
智慧廚具
從技術(shù)開(kāi)發(fā)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，筆者參與的這個(gè)計畫(huà)并沒(méi)有開(kāi)發(fā)全新的技術(shù)，而是透過(guò)通訊技術(shù)將次系統與模組與電腦整合，透過(guò)簡(jiǎn)明的人機介面將所有系統設定的功能發(fā)揮出來(lái)。盡管如此，開(kāi)發(fā)實(shí)用、有別于現況的廚具才是計劃原點(diǎn)。
智慧廚具的“標的族群”為：我國國民(核心家庭或頂客族)、日常廚房使用率高、收入穩定、對資通訊產(chǎn)品接收度高。廚具開(kāi)發(fā)出來(lái)后希冀能1.符合我國民情與居住空間的現況。2.對于使用的族群在使用上沒(méi)有太多的學(xué)習障礙。3.同時(shí)將本廚具視為“資訊提供”的載具，除提供給使用者有用的烹調資訊外并與具備與其他廳室資訊互聯(lián)的能力。
有了標的族群與廚具的實(shí)際的功能收斂后整合下列次系統與技術(shù)(表1)：
表1、智慧廚具功能設定與技術(shù)整合列表
圖6、廚具主體設計概念
圖7、完成后之廚具外觀(guān)
圖8、智慧廚具的硬體通訊與資料傳輸架構圖
以下僅介紹本智慧廚具利用RFID技術(shù)所提供的功能—利用RFID天線(xiàn)與電子磅秤的總成將食物標簽與重量一次讀取寫(xiě)入資料庫。該總成系統能夠提供下列幾項功能的基礎。
倉儲系統
入庫
將食材上之RFID標簽資料與電子磅秤量測到的重量一并記錄在資料庫中。RFID標簽中定義了食物名稱(chēng)、食物分類(lèi)、購買(mǎi)日期、保存期限等資料。螢幕介面上可以隨選輸入食材的價(jià)格，便可以將價(jià)格寫(xiě)入該食材在資料庫中的紀錄。進(jìn)而提供每月在食材開(kāi)銷(xiāo)統計（統計于使用之中）。圖9為入庫之操作介面。
圖9、入庫之操作介面
應用程式將資料庫中原始食材資料作整理后呈現
1.食材用鑿前使用記錄—將未用完的食材重新放回電子磅秤與RFID總成作記錄，在螢幕介面上會(huì )顯示該食材在用鑿前每次的使用時(shí)間與重量。
2.提供當月/當年使用的食材在六大類(lèi)食材中的總重量與花費統計。提供一個(gè)食材食用是否均衡的總量概念以及顯示食物類(lèi)花費總計。如圖10所示。
完整智慧廚具之人機介面配置如圖11所示。
圖10、使用之操作介面
圖11、智慧廚具之人機介面配置
廚具其他的功能則整理列于表2。提供參考。
表2、智慧廚具之功能總表
小結
在建筑物的應用中RFID還有更多的應用情境。筆者在此野人獻曝地提出幾項應用，希望能有拋磚引玉的效果。進(jìn)引發(fā)更多建筑物內外的應用及商業(yè)化產(chǎn)品，早日達到我國智慧化居住空間的境地。
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