1. 系統(tǒng)概述

1.1. 系統(tǒng)背景

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的步伐進(jìn)一步加快，國際貿(mào)易快速發(fā)展，集裝箱運(yùn)輸以其高效、便捷、安全的特點(diǎn)成為交 通運(yùn)輸現(xiàn)代化的重要形式。根據(jù)海關(guān)的統(tǒng)計(jì)，世界上 90%的貨物由集裝箱運(yùn)輸，在美國，差不多一半的進(jìn)口貨 物（按價(jià)值計(jì)算）是使用集裝箱船運(yùn)抵的。每年約有 700 萬 TEU 的集裝箱貨物在美國各港口卸貨。但是，隨 著世界海運(yùn)的發(fā)展，對(duì)貨物運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可控性和安全性的要求越來越高，現(xiàn)在集裝箱運(yùn)輸系統(tǒng)存在的缺陷， 如無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)作業(yè)、無法隨時(shí)獲知貨物的情況、無法實(shí)時(shí)確定集裝箱在整條供應(yīng)鏈中所處的位置等，也越來 越多地制約了世界海運(yùn)的蓬勃發(fā)展。

                                                                       圖 1 港口集裝箱

 1.2. 現(xiàn)狀及分析

傳統(tǒng)的集裝箱管理主要依賴人工管理，集裝箱的運(yùn)輸過程僅依靠一些人工、半人工的記錄方式進(jìn)行跟蹤， 集裝箱當(dāng)前所處的地點(diǎn)、狀態(tài)、以及到達(dá)的時(shí)間等信息都不透明，集裝箱丟失、非法開啟、貨物丟失、延誤等 情況時(shí)有發(fā)生，給貨主和物流企業(yè)帶來的巨大的損失，也成為了集裝箱物流發(fā)展的瓶頸。 基于 RFID 的集裝箱追溯系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)記錄集裝箱運(yùn)輸中的箱、貨、流信息，以及監(jiān)控相關(guān)的安全信息， 并結(jié)合全球網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)現(xiàn)集裝箱物流的全程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，以提高集裝箱物流整個(gè)過程的安全度和透明度，提 高集裝箱物流的生產(chǎn)效率和安全，從而提升集裝箱物流的整體水平。

2. 系統(tǒng)介紹

 2.1. 系統(tǒng)原理

 在集裝箱箱體外部和內(nèi)部貨物均加裝多個(gè)有源 RFID 標(biāo)簽，工作可靠性高，信號(hào)傳送距離遠(yuǎn)，結(jié)合 GPS 技 術(shù)后，能在集裝箱狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)實(shí)時(shí)將狀態(tài)變化發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)以及周圍的環(huán)境信息上傳到貨主或管理人 員的管理系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)集裝箱的實(shí)時(shí)跟蹤。

l  標(biāo)簽分類

 RFID 標(biāo)簽分為集裝箱標(biāo)簽和和貨物標(biāo)簽，其作用分別如下：

集裝箱標(biāo)簽采用具有 RFID 鉛封作用的標(biāo)簽，其安裝在集裝箱的門上，當(dāng)集裝箱打開時(shí)，RFID 的標(biāo)簽狀態(tài) 將發(fā)生變化，并即時(shí)將狀態(tài)信息發(fā)送給讀寫器進(jìn)行報(bào)警通知。 貨物標(biāo)簽貼附在集裝箱內(nèi)的貨物上，作為貨物的 ID 標(biāo)識(shí)。 集裝箱和貨物與電子標(biāo)簽進(jìn)行 ID 標(biāo)識(shí)，將標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息錄入數(shù)據(jù)中心，對(duì)集裝箱和貨物實(shí)行全程實(shí)時(shí)在線 監(jiān)控，集裝箱物流鏈的所有節(jié)點(diǎn)可隨時(shí)在系統(tǒng)中查詢物流信息，合法和非法開箱的時(shí)間和地點(diǎn)均能準(zhǔn)確記錄并 在系統(tǒng)中實(shí)時(shí)顯示，包括集裝箱信息、貨物信息、裝/卸車信息、箱運(yùn)的信息、查驗(yàn)信息、開/關(guān)箱門的時(shí)間、地理位置、狀態(tài)、物流信息都能即時(shí)查詢，且能實(shí)時(shí)地傳給遠(yuǎn)在千里之外的后臺(tái)管理系統(tǒng)。發(fā)貨人通過后臺(tái)管理 系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)集裝箱和貨物的追蹤，了解集裝箱和貨物的及時(shí)方位、狀態(tài)和安全狀況。

 2.2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

                                                                                圖 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)主要有四個(gè)部分組成，首先在裝拆箱的各個(gè)點(diǎn)將集裝箱信息、貨物信息等數(shù)據(jù)與電子標(biāo)簽進(jìn)行 ID 標(biāo) 識(shí)并錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，然后在集裝箱經(jīng)過的場(chǎng)所(車船、橋吊、堆場(chǎng)、道口)通過固定或手持的 RFID 讀寫器進(jìn) 行讀寫，然后通過無線通訊系統(tǒng)進(jìn)行信息傳輸，最后經(jīng)過信息實(shí)時(shí)交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和交換，同時(shí)通過管 理系統(tǒng)提供給用戶進(jìn)行查詢監(jiān)控。

 2.2.1. 電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)寫入系統(tǒng)

 電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)寫入系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的第一步操作，在裝箱點(diǎn)將各貨物進(jìn)行貼標(biāo) ID 標(biāo)識(shí)，并將集裝箱號(hào)、貨 物名稱和數(shù)量等貨物信息與電子標(biāo)簽一一對(duì)應(yīng)，信息錄入系統(tǒng)。貨物裝箱完畢后，將集裝箱號(hào)、貨物信息等與 集裝箱標(biāo)簽相對(duì)應(yīng)，集裝箱掛電子封條標(biāo)簽。結(jié)合 GPS 技術(shù)，可將 GPS 地理信息也錄入系統(tǒng)。 電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)寫入系統(tǒng)的基本配置為：集裝箱電子標(biāo)簽、貨物標(biāo)簽、集裝箱電子封條、電子標(biāo)簽讀寫器、 電子標(biāo)簽信息錄入設(shè)備等。

2.2.2. 電子標(biāo)簽自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

電子標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要完成集裝箱、貨物信息的實(shí)時(shí)采集和自動(dòng)識(shí)別。分布在集 裝箱運(yùn)輸經(jīng)過的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和運(yùn)輸車輛上的 RFID 識(shí)別系統(tǒng)，通過識(shí)別和采集將集裝箱的位置和狀態(tài)信息、 貨物信息實(shí)時(shí)發(fā)送給信息實(shí)時(shí)交換系統(tǒng)。 電子標(biāo)簽自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的基本配置為天線和讀寫設(shè)備，天線和讀寫設(shè)備可安裝在通道口、堆場(chǎng)等場(chǎng)所、運(yùn) 輸車輛上和橋吊、門機(jī)等設(shè)備上，讀寫器可以實(shí)時(shí)采集集裝箱電子標(biāo)簽和貨物標(biāo)簽在車輛運(yùn)輸中的信息，并通 過數(shù)據(jù)接口用有線或無線的傳輸方式與集裝箱管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)集裝箱和貨物的自動(dòng)識(shí)別和實(shí)時(shí)管 理。

2.2.3. 無線傳輸通信系統(tǒng)

無線傳輸通信系統(tǒng)式連接上級(jí)和下級(jí)的中間橋梁，它主要負(fù)責(zé)將前端 RFID 系統(tǒng)采集到的集裝箱和貨物數(shù) 據(jù)信息無線傳輸并無縫接入到后端集裝箱信息實(shí)時(shí)交換系統(tǒng)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和處理，并及時(shí)將后臺(tái)處理結(jié) 果及指示傳遞給前臺(tái)進(jìn)行操作和執(zhí)行。 RFID 系統(tǒng)將采集到的集裝箱和貨物信息可以通過港口無線局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)器，在運(yùn)輸過 程中，結(jié)合 GPRS 技術(shù)對(duì)集裝箱和貨物實(shí)行全程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，合法和非法開箱的時(shí)間和地點(diǎn)均能準(zhǔn)確記錄并 實(shí)習(xí)上傳給系統(tǒng)服務(wù)器，包括集裝箱信息、貨物信息、查驗(yàn)信息、開/關(guān)箱門的時(shí)間、地理位置、狀態(tài)等。

 2.2.4. 集裝箱信息實(shí)時(shí)交換系統(tǒng)

集裝箱信息實(shí)時(shí)交換系統(tǒng)主要完成后端對(duì)集裝箱信息的實(shí)時(shí)處理和管理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)和因特網(wǎng)數(shù)據(jù)的交換， 實(shí)現(xiàn)起運(yùn)點(diǎn)到目的點(diǎn)之間的集裝箱信息和貨物信息的實(shí)時(shí)交換以及相關(guān)的電子數(shù)據(jù)交換。

 2.3. 系統(tǒng)工作流程

針對(duì)集裝箱從堆場(chǎng)運(yùn)輸?shù)礁劭诘奶攸c(diǎn)，從集裝箱裝箱點(diǎn)、裝車、運(yùn)輸、拆箱檢查點(diǎn)、卸車到港口，確定應(yīng) 用集裝箱工作流程。主要反映的是集裝箱在空間上的轉(zhuǎn)移，空集裝箱最初存放在空箱堆場(chǎng)，由拖車運(yùn)到貨主倉 庫裝箱，裝貨物后，載貨箱由運(yùn)輸卡車運(yùn)到始發(fā)港，到港前可能需要拆箱檢查。

2.3.1. 裝箱點(diǎn) 讀寫器對(duì)集裝箱和貨物進(jìn)行標(biāo)簽 ID 標(biāo)識(shí)，將標(biāo)簽號(hào)、集裝箱號(hào)、貨物名稱和數(shù)量等數(shù)據(jù)信息錄入系統(tǒng)服務(wù) 器數(shù)據(jù)中心，選擇 GPS 地理位置。對(duì)裝完貨物的集裝箱關(guān)上箱門并掛上電子封條標(biāo)簽，讀寫器識(shí)別標(biāo)簽并將狀 態(tài)信息上傳至服務(wù)器。 

                                                                                                             圖 3 裝箱流程圖

2.3.2. 運(yùn)輸過程

當(dāng)掛有電子封條標(biāo)簽的集裝箱裝滿貼有標(biāo)簽的貨物后，運(yùn)輸卡車在運(yùn)往集裝箱港口的過程中，安裝在卡車 上的讀寫器自動(dòng)讀取集裝箱電子封條標(biāo)簽和貨物標(biāo)簽。運(yùn)輸過程中主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1） 識(shí)別貨車內(nèi)的貨物標(biāo)簽，統(tǒng)計(jì)貨物標(biāo)簽的數(shù)量，當(dāng)貨物標(biāo)簽減少或丟失時(shí)，讀寫器將自動(dòng)報(bào)警；

2） 識(shí)別集裝箱電子封條標(biāo)簽，當(dāng)運(yùn)輸過程中集裝箱門異常打開或電子封條異常打開時(shí)，集裝箱電子封條 發(fā)送打開狀態(tài)信息，讀寫器自動(dòng)報(bào)警。

                                                  圖 4 運(yùn)輸過程集裝箱、貨物狀態(tài)信息實(shí)時(shí)上傳

 2.3.3. 拆箱查驗(yàn)

在拆箱查驗(yàn)點(diǎn)，查驗(yàn)者確認(rèn)集裝箱的安全狀態(tài)后，授權(quán)打開標(biāo)簽，拔出標(biāo)簽上的鋼栓開箱門，讀寫器自動(dòng)識(shí)別標(biāo)簽并將開箱門的時(shí)間和地理位置（結(jié)合 GPS 定位器）等動(dòng)態(tài)信息主動(dòng)上傳至服務(wù)器，物流信息顯示在網(wǎng) 頁上，查驗(yàn)結(jié)束后關(guān)上箱門，在授權(quán)狀態(tài)下將鋼栓插入標(biāo)簽完成掛標(biāo)簽。

            圖 5 拆箱查驗(yàn)

 2.3.4. 到達(dá)港口卸車

當(dāng)裝有電子標(biāo)簽的集裝箱卸車時(shí)，安裝在卡車上的固定式讀寫器自動(dòng)讀取集裝箱標(biāo)簽和貨物標(biāo)簽信息，并 將集裝箱的安全狀態(tài)和貨物的動(dòng)態(tài)信息上傳至服務(wù)器。若卸貨完時(shí)還能識(shí)別貨物標(biāo)簽則表示貨物未卸完畢，讀 寫器通知系統(tǒng)持續(xù)卸貨。

 2.4. 系統(tǒng)功能

 該系統(tǒng)功能主要有集裝箱物流信息實(shí)時(shí)傳遞和集裝箱安全信息實(shí)時(shí)傳遞兩部分。 2.4.1. 集裝箱物流信息實(shí)時(shí)傳遞

l   集裝箱信息 集裝箱標(biāo)簽可以實(shí)時(shí)發(fā)送集裝箱狀態(tài)、裝卸車信息和箱運(yùn)信息等動(dòng)態(tài)信息給讀寫器，讀寫器上傳數(shù)據(jù)信息 至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)集裝箱信息的實(shí)時(shí)傳遞。

l  l 貨物信息 貨物標(biāo)簽實(shí)時(shí)發(fā)送貨物狀態(tài)信息給讀寫器，當(dāng)出現(xiàn)貨物丟失和貨物不匹配時(shí)，讀寫器自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警通知， 整個(gè)運(yùn)輸過程中貨物信息實(shí)時(shí)傳遞。

l  l 運(yùn)輸信息 結(jié)合 GPS，可實(shí)現(xiàn)集裝箱物流鏈中箱、貨和物流整個(gè)運(yùn)輸信息的實(shí)時(shí)傳遞。

 2.4.2. 集裝箱安全信息

l   開關(guān)箱時(shí)間 集裝箱標(biāo)簽采用 RFID 鉛封技術(shù)，當(dāng)集裝箱打開和關(guān)閉時(shí)，RFID 的標(biāo)簽狀態(tài)發(fā)生變化，并即時(shí)將狀態(tài)信息 發(fā)送給讀寫器進(jìn)行報(bào)警通知，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)獲取開關(guān)箱時(shí)間。

l   GPS 定位信息 結(jié)合 GPS 定位器，可將開關(guān)集裝箱操作時(shí)的地理位置實(shí)時(shí)上傳至后臺(tái)系統(tǒng)，便于管理人員監(jiān)控和查詢。

l   箱的溫度、濕度等物理信息 集裝箱標(biāo)簽可設(shè)計(jì)溫度傳感器，實(shí)時(shí)發(fā)送箱體內(nèi)的溫度信息，便于管理者監(jiān)控和查詢。

2.5. 系統(tǒng)特點(diǎn)

基于 RFID 的集裝箱追溯系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

 l 系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控集裝箱門的開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)集裝箱的自動(dòng)化監(jiān)控及防盜；

 l 系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤貨物信息，跟蹤貨物狀態(tài)，避免貨物丟失、遺漏或錯(cuò)誤；

 l 系統(tǒng)具有識(shí)別距離遠(yuǎn)、可靠性高，適用各惡劣工作環(huán)境；

 l 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集裝箱方位、狀態(tài)和安全狀況實(shí)時(shí)跟蹤；

 l 系統(tǒng)可大大提高集裝箱物流的生產(chǎn)效率和安全性。

 2.6. 其他應(yīng)用領(lǐng)域

 l 倉儲(chǔ)物流管理；

 l 煙草物流倉儲(chǔ)管理

 l 零售業(yè)庫存配送管理

 l 大型企業(yè)物料成品倉庫管理

 l 機(jī)場(chǎng)托運(yùn)貨物分類和配送管理

l 港口、碼頭集裝箱貨物管理等相關(guān)類型應(yīng)用