RFID與智慧建筑
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智慧建筑
智慧建筑必須對著環(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(jiān)控、物理環(huán)境及建筑設(shè)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)境能透過網(wǎng)路聯(lián)結(jié)對內(nèi)及對外的聯(lián)系，利用資訊科技進(jìn)行運(yùn)算。住家中也包含各種智慧家電設(shè)備，提供屋內(nèi)屋外的資訊互動(dòng)，進(jìn)而具備預(yù)知能力暨回應(yīng)居住者對舒適、便利、安全、娛樂等方面的需求。
對于智慧化居住空間的定義有眾多的解釋，筆者在此試著引用：借著應(yīng)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(yīng)居住者的各式需求：包括具備提供居住者舒適空間的調(diào)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(yàn)。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“無所不在的運(yùn)算”(UbiquitousComputing)與“空間涵構(gòu)察覺”(Context-Aware)來達(dá)成智慧化居住空間的定義。無所不在的運(yùn)算—是指系指設(shè)備以各種外在形貌存在、感測裝置無所不在、輸入與輸出的訊號種類繁多，并可整合運(yùn)算、通訊、感測于真實(shí)物質(zhì)世界中。空間涵構(gòu)察覺—指的是一種設(shè)置于空間中的運(yùn)算系統(tǒng)，可感測到使用者在現(xiàn)有空間范圍中各種可能相關(guān)利用的環(huán)境要素，并回應(yīng)使用者的需求。
智慧建筑物中的感測需求
為了達(dá)到建筑物具備回應(yīng)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為以下幾個(gè)項(xiàng)目：
1.建物與個(gè)人的保全與安全：門禁、有害氣體偵測、火災(zāi)警報(bào)、緊急通報(bào)….
2.居住者的健康照護(hù)：生理參數(shù)、人身定位….
3.能源管理：燈光、空調(diào)、家電….
4.便利舒適：影音娛樂、室內(nèi)空氣品質(zhì)、溫濕度控制….
RFID應(yīng)用
RFID當(dāng)然可以呼應(yīng)上述的部分感應(yīng)需求。從RFID的技術(shù)屬性來看，具備ID身分識別的標(biāo)簽該是平價(jià)且易于被辨識讀取。標(biāo)簽ID所代表的意義，端看標(biāo)簽的使用對象與其資料庫所賦予的標(biāo)簽定義。RFID技術(shù)的使用上重點(diǎn)則在于確保ID標(biāo)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(yīng)用，從時(shí)間軸線看大概區(qū)分為1.建筑物本體的營造期間與2.營造結(jié)束后對人或物件管理兩個(gè)階段。營造期使用RFID通常在于建材與營造工程的管理。如大型建筑中的鋼骨構(gòu)建管理，利用RFID標(biāo)簽定義建筑構(gòu)件的分類符號及流水號，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(gòu)件類型、哪一柱線或序號別。此外，營造工程的管理可以對于工程類別(鋼骨上梁、水泥預(yù)鑄/灌漿)、施工組別或團(tuán)隊(duì)、施工日期記載與追蹤等等，營建管理階層可以掌控建材倉儲、調(diào)度與工期，甚至作為日后驗(yàn)收時(shí)厘清責(zé)任歸屬的依據(jù)。RFID技術(shù)的引進(jìn)實(shí)為減少大量人力抄寫紀(jì)錄作業(yè)，提高工作效率、資料正確性與降低人力成本。不過，目前的RFID標(biāo)簽的使用尚不屬于永久留置于建材構(gòu)件中。通常在建材構(gòu)件就定位或施作工程告一段落，完成驗(yàn)收后便將RFID標(biāo)簽取下，重復(fù)使用在未完成的建材構(gòu)件與下階段的工程管控上。
完成后的建物，RFID標(biāo)簽若與加速度計(jì)、扭力計(jì)、水壓計(jì)等感測器結(jié)合。便可以在建筑本體重要的梁柱或主體結(jié)構(gòu)內(nèi)留置RFID標(biāo)簽與感測器，透過無線傳輸技術(shù)將感測值讀出紀(jì)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(jù)。
就對象而言，一為人(寵物)、二為物；在人(寵物)的應(yīng)用有：1.門禁管制、2.個(gè)人化設(shè)定、3.人身定位·導(dǎo)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.圖書管理、4.包裹·物流、5.衣物管理等等。
門禁應(yīng)用
RFID技術(shù)首先進(jìn)入到我們的生活之中的應(yīng)該就是從門禁的管制上開始。如幾乎已經(jīng)成為臺北市民日常生活中必備的捷運(yùn)悠游卡(逐漸轉(zhuǎn)型為小額付款的電子錢包)、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。這類的應(yīng)用流程大致如圖一所示：比對ID是否為授權(quán)范圍的人?若是啟動(dòng)后續(xù)授權(quán)指令(開啟門禁)或作動(dòng)反應(yīng)(悠游卡記載進(jìn)入或離開捷運(yùn)站名、時(shí)間、扣款等動(dòng)作)并將辨識發(fā)生時(shí)間寫入資料庫。
圖1、常見RFID辨識處理流程
個(gè)人化設(shè)定
以個(gè)人化設(shè)定的情境為例：圖2為個(gè)人使用的臥房，建置其中的設(shè)定可能有空調(diào)、多功能顯示器等等，當(dāng)經(jīng)由RFID標(biāo)簽辨識到進(jìn)入者的身分時(shí)，系統(tǒng)可以回應(yīng)進(jìn)入者所偏好的溫度設(shè)定、燈光照明模式、當(dāng)日自選股票組合行情、當(dāng)日行程行事歷、或播放習(xí)慣收視之節(jié)目或廣播。
圖2、臥室的智慧化與個(gè)人化設(shè)定情境
RFID在居住空間中健康照護(hù)與廚房的應(yīng)用
以下筆者利用兩個(gè)參與開發(fā)的實(shí)驗(yàn)案例介紹RFID技術(shù)在建筑空間中健康照護(hù)及廚房中的應(yīng)用實(shí)例。
機(jī)構(gòu)式智慧藥柜(用藥提醒)
這是一個(gè)與社福機(jī)構(gòu)合作的健康照護(hù)示范建置案。用藥提醒為導(dǎo)入健康照護(hù)示范應(yīng)用的一部分。該社福機(jī)構(gòu)約有9個(gè)床位來照護(hù)身心健康的高齡長者。長者行動(dòng)無虞且能自行照顧生活起居，多數(shù)人每日有服用長期處方簽藥物的需要。通常由機(jī)構(gòu)照護(hù)者追蹤長者的用藥狀況。計(jì)畫的執(zhí)行系依據(jù)長者現(xiàn)有的用藥習(xí)慣(即不按日分時(shí)段預(yù)先分藥與撿藥，僅在服用時(shí)間到時(shí)，自醫(yī)院領(lǐng)回的藥袋中撿取該用的藥物與數(shù)量服用)客制此一開放式藥柜(如圖3)。也由于長者不習(xí)慣資通訊設(shè)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(nèi)的RFID天線為垂直直立于藥柜后端，感應(yīng)柜內(nèi)任意置放的多個(gè)藥袋RFID標(biāo)簽。RFID讀取器則透過網(wǎng)路后送標(biāo)簽讀取資料至中控電腦。
圖3、RFID藥柜內(nèi)建RFID天線、Reader、喇叭與LED燈號，收納含RFID標(biāo)簽之藥袋
用藥提醒的系統(tǒng)架構(gòu)如圖4。
圖4、機(jī)構(gòu)式用藥提醒系統(tǒng)架構(gòu)圖
圖5、用藥提醒管理介面
在用戶端
■該用藥而未服藥時(shí)發(fā)出語音，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(cuò)藥物
在管理端
■建立住戶用藥、用藥資料，方便往后查詢以及修正用藥
■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(shù)以及時(shí)間點(diǎn)等相關(guān)資訊
■紀(jì)錄用藥習(xí)慣于資料庫
■用藥周期及更替提醒
智慧廚具
從技術(shù)開發(fā)的觀點(diǎn)來看，筆者參與的這個(gè)計(jì)畫并沒有開發(fā)全新的技術(shù)，而是透過通訊技術(shù)將次系統(tǒng)與模組與電腦整合，透過簡明的人機(jī)介面將所有系統(tǒng)設(shè)定的功能發(fā)揮出來。盡管如此，開發(fā)實(shí)用、有別于現(xiàn)況的廚具才是計(jì)劃原點(diǎn)。
智慧廚具的“標(biāo)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(wěn)定、對資通訊產(chǎn)品接收度高。廚具開發(fā)出來后希冀能1.符合我國民情與居住空間的現(xiàn)況。2.對于使用的族群在使用上沒有太多的學(xué)習(xí)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(diào)資訊外并與具備與其他廳室資訊互聯(lián)的能力。
有了標(biāo)的族群與廚具的實(shí)際的功能收斂后整合下列次系統(tǒng)與技術(shù)(表1)：
表1、智慧廚具功能設(shè)定與技術(shù)整合列表
圖6、廚具主體設(shè)計(jì)概念
圖7、完成后之廚具外觀
圖8、智慧廚具的硬體通訊與資料傳輸架構(gòu)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天線與電子磅秤的總成將食物標(biāo)簽與重量一次讀取寫入資料庫。該總成系統(tǒng)能夠提供下列幾項(xiàng)功能的基礎(chǔ)。
倉儲系統(tǒng)
入庫
將食材上之RFID標(biāo)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(biāo)簽中定義了食物名稱、食物分類、購買日期、保存期限等資料。螢?zāi)唤槊嫔峡梢噪S選輸入食材的價(jià)格，便可以將價(jià)格寫入該食材在資料庫中的紀(jì)錄。進(jìn)而提供每月在食材開銷統(tǒng)計(jì)（統(tǒng)計(jì)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(yīng)用程式將資料庫中原始食材資料作整理后呈現(xiàn)
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?zāi)唤槊嫔蠒@示該食材在用鑿前每次的使用時(shí)間與重量。
2.提供當(dāng)月/當(dāng)年使用的食材在六大類食材中的總重量與花費(fèi)統(tǒng)計(jì)。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花費(fèi)總計(jì)。如圖10所示。
完整智慧廚具之人機(jī)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(jī)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(jié)
在建筑物的應(yīng)用中RFID還有更多的應(yīng)用情境。筆者在此野人獻(xiàn)曝地提出幾項(xiàng)應(yīng)用，希望能有拋磚引玉的效果。進(jìn)引發(fā)更多建筑物內(nèi)外的應(yīng)用及商業(yè)化產(chǎn)品，早日達(dá)到我國智慧化居住空間的境地。
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