Проблема выбора

Как известно, Положение, определяющее порядок маркировки и требования к маркировке древесины ценных лесных пород (дуб, бук, ясень), действует с 1 января 2015 года. Сегодня мы представляем обзор технологий маркировки и автоматической идентификации лесоматериалов.

При маркировке древесины ценных пород должна обеспечиваться возможность нанесения и считывания сведений о маркируемой древесине ценных пород, размещенных на бирке, с использованием технических средств.

Бирка должна соответствовать следующим требованиям:

• материал и метод крепления должны обеспечивать стойкость бирки к механическим и атмосферным воздействиям (температура, осадки, ветер) при хранении и транспортировке древесины ценных пород;

• материал и способ нанесения информации на бирку должны исключать возможность стирания информации с бирки;

• знаки, буквы и цифры на бирке должны быть визуально распознаваемы, высотой не менее 4 мм, и обеспечивать возможность считывания сведений с бирки с использованием технических средств.

МАРКИРУЕМ ПО УМУ!
Известно несколько реализованных технологий, которые могут быть выбраны для маркировки древесины ценных лесных пород (с учетом требований пункта 3 статьи 50.2 ЛК РФ об обеспечении возможности нанесения и считывания сведений о маркируемой древесине с использованием технических средств). К ним относятся использование систем, основанных на применении меток со штрих-кодами, и систем радиочастотной идентификации (РЧИД) с транспондерами на интегральных схемах (ИС).

Первая из рассматриваемых технологий основана на использовании специальных меток с визуальной и алфавитно-цифровой информацией, которые прикрепляются к торцам кряжей древесины ценных лесных пород. Примером использования этой технологии может служить автоматизированная система учета оборота и контроля происхождения древесины – АИС «ЛУЧ-Регион». В ней использовались специализированные пластиковые бирки, предназначенные для маркировки древесины твердолиственных пород; эти бирки забивались специальным молотком в торец кряжа. На поверхности бирок был нанесен уникальный код, который дублировался в виде штрихового кода (что обеспечивает возможность идентифицировать промаркированное бревно с помощью сканера штриховых кодов). Уникальность кодов бирок, использованных при маркировке, дает возможность отслеживать перемещения промаркированного кряжа от вывоза из леса до учета при вывозе на экспорт или переработку в РФ.

У применения штрих-кодов при маркировке есть недостатки: необходимость в прямой видимости метки; небольшое расстояние чтения; невозможность одновременного чтения нескольких меток; ручной труд при установке метки; они могут плохо читаться в условиях запыленности, загрязненности или повышен-ной влажности.

Технология, основанная на применении систем РЧИД, лишена вышеперечисленных недостатков. РЧИД (англ. – Radio Frequency Identification, RFID – «радиочастотная идентификация») – способ автоматической идентификации объектов, при котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в РЧИД-транспондерах (метках). Любая РЧИД-система состоит из считывающего устройства и транспондера. Метка состоит из интегральной схемы (чипа), соединенной с антенной. Чип необходим для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного сигнала и некоторых других функций. Антенна – для приема и передачи сигнала. В чипе записан уникальный идентификационный номер. Чип и антенна помещены в защитную оболочку, сделанную из различных материалов в зависимости от области применения меток. Метки различаются по типу источника питания, рабочей частоте и типу памяти.

Единый международный стандарт ISO 18000 описывает протоколы обмена (радиоинтерфейсы, англ. – air interface) во всех частотных диапазонах РЧИД от 135 кГц до 2,45 ГГц.

ТАКИЕ РАЗНЫЕ ТИПЫ

Радиометки выпускаются четырех частотных диапазонов: низкого – НЧ (125–134 кГц), высокого – ВЧ (13,56 МГц), ультравысокочастотные метки  – УВЧ (860–960 МГц), сверхвысокочастотные – СВЧ (2,45 ГГц).

По типу источника питания различают:

• активные метки с собственным источником питания; читаются на дальнем расстоянии, но дорогие, а время работы батарей ограничено;

• пассивные метки – не имеют встроенного источника энергии; электрический ток, индуцированный в антенне электромагнитным сигналом от считывателя, обеспечивает достаточную мощность для функционирования кремниевого чипа, размещенного в метке, и передачи ответного сигнала;

• полупассивные метки, также называемые полуактивными, похожи на пассивные метки, но оснащены батареей.

По типу используемой памяти транспондеры делятся на:

• RO (англ. – Read Only) – данные записываются только один раз, сразу при изготовлении; такие метки пригодны только для идентификации;

• WORM (англ. – Write Once Read Many)  –кроме уникального идентификатора, метки содержат блок однократно записываемой памяти, которую можно многократно читать;

• RW (англ. Read and Write) – метки содержат идентификатор и блок памяти для многократного чтения/записи информации.

Считыватели – приборы, которые читают информацию с меток и записывают в них данные, могут быть постоянно подключенными к учетной системе или работать автономно. Есть как стационарные, так и ручные.

Технология дает возможность бесконтактного считывания информации с большого расстояния, без прямой видимости метки. Это позволяет экономить время при прохождении транспортным средством с промаркированной древесиной таможенного поста или иного пункта учета.

РОССИЙСКАЯ МЕТКА
Для создания технологий маркировки и идентификации лесоматериалов в Европе были разработаны пассивные метки RO НЧ- и ВЧ-диапазонов, пассивные метки RO УВЧ-диапазона.

Примером отечественной технологии маркировки на основе использования РЧИД-систем ВЧ-диапазона является представленная на Международном форуме по нанотехнологиям Rusnanotech разработка компании Sitronics.

Основным недостатком НЧ и ВЧ РЧИД-технологии является недостаточная дальность считывания меток, которая не позволяет достичь необходимого (100 %) уровня надежности при автоматическом считывании. Также следует отметить сложности, возникающие при удалении меток. К тому же результаты показали, что на каждом этапе цепи поставок теряется несколько процентов меток, установленных на торец.

Эти недостатки были учтены при разработке проекта Indisputable Key. В качестве рабочей частоты была выбрана УВЧ. В рамках проекта была разработана специальная УВЧ-метка, не оказывающая негативного влияния на варку целлюлозы. Материал корпуса метки Arboform®, изготовленный Tecnaro GmbH, состоит из смеси лигнина, натуральных волокон и технологических добавок. Метки устанавливались вручную в торец сортиментов и идентифицировались специально разработанными считывателями, установленными в харвестерах, форвардерах, лесовозах и на лесопильном заводе. Максимальная дальность считывания в лабораторных условиях составила 2,5  м. Надежность при идентификации была чуть меньше 100 %.

В числе недостатков проекта Indisputable Key следует назвать высокую цену радиометок, недостаточную надежность, необходимость оторцовки сортиментов для удаления метки (не относится к балансовой древесине), невозможность автоматического определения месторасположения промаркированных сортиментов в лесу в зимнее время.

Вышеперечисленные недостатки можно решить, применив в лесу технологию маркировки и идентификации, основанную на использовании системы радиочастотной идентификации на поверхностно акустических волнах (ПАВ).

Транспондер на ПАВ – это однопортовое устройство, состоящее из встречно-штыревого преобразователя (ВШП) и нескольких отражающих полосок – рефлекторов, которые могут быть созданы с помощью структур плоских электродов на пьезоэлектрических подложках.

Как показано на рис. 1, принцип действия ПАВ-транспондера основан на преобразовании опрашивающего радиосигнала СВЧ-диапазона (2,45 ГГц) считывающего устройства непосредственно в поверхностно акустические волны на поверхности ПАВ-транспондера. Антенна метки напрямую связана с ВШП, который использует пьезоэлектрический эффект материала подложки (пьезоэлектрического монокристалла; в основном используется ниобат лития LiNbO3), чтобы конвертировать радиоволны в поверхностно акустические и обратно. Созданная акустическая волна затем проходит мимо кодированного набора рефлекторов, которые взаимодействуют, чтобы произвести уникальную последовательность импульсов акустической волны. Эти импульсы непосредственно преобразуются в закодированный радиоволновой сигнал ответа, который отправляется обратно к считывателю. В связи с невысокой скоростью распространения поверхностных волн по подложке первый ответный импульс транспондера принимается считывателем с задержкой, равной примерно 1,5  мс. Для сравнения: временной задержки примерно в 0,66  мкс вполне достаточно, чтобы произошло затухание помех в радиусе 100 м вокруг считывателя.

Рис. 1. Принцип действия транспондера на ПАВ

Таким образом, ответный сигнал транспондера приходит, когда все отражения от окружения считывателя давно прекратились, и подобного рода помехи не вносят ошибок в последовательность ответных импульсов от транспондера.

Транспондеры на ПАВ являются полностью линейными устройствами и отвечают на импульс опроса с определенной фазой. Более того, фазовый угол и дифференциальное время распространения между отраженными индивидуальными сигналами сохраняют постоянные значения. Это важное свойство позволяет увеличить дальность действия транспондера на ПАВ методом усреднения слабых ответных сигналов транспондера на многие импульсы опроса. Операция считывания занимает микросекунду, поэтому за секунду может быть выполнено несколько сотен тысяч циклов чтения.

Компания RF SAW Inc создала глобальный ПАВ-транспондер, основанный на методе цифровой модуляции. Благодаря разработанному алгоритму кодирования и процессу производства стало возможным изготовление транспондеров со 128 битами памяти для уникального кода метки. ГПТ (глобальный ПАВ-транспондер) имеет достаточный объем памяти для соблюдения требований кодирования стандарта EPC и аналогичных глобальных требований к РЧИД.

ВЫБОР ОЧЕВИДЕН
Преимущества транспондеров на ПАВ заключаются в том, что они работают с короткими всплесками сигнала, в то время как транспондеры на ИС требуют бесперебойного сигнала от считывателя для питания чипа; работают с низкой мощностью считывателя в диапазоне 2,45 ГГц; являются очень надежными при использовании в суровых условиях (воздействие гамма-лучей, высокие и низкие температуры); дальность считывания в ПАВ РЧИД-системе по сравнению с системой РЧИД с дистанционно питаемыми транспондерами на ИС больше в 30 раз.

При больших объемах производства система РЧИД на ПАВ дешевле своих конкурентов. А главное  – в РФ есть компании, производящие их.

Можно сделать вывод: оптимальной системой для создания государственной технологии маркировки и идентификации лесоматериалов является система радиочастотной идентификации на поверхностно акустических волнах.

Эро Салминен, к. т. н., профессор