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，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（按價值計算）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，對貨物運(yùn)輸?shù)膶崟r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， 如無法實現(xiàn)實時作業(yè)、無法隨時獲知貨物的情況、無法實時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、狀態(tài)、以及到達(dá)的時間等信息都不透明，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)，可以實時記錄集裝箱運(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)境實現(xiàn)集裝箱物流的全程實時在線監(jiān)控，以提高集裝箱物流整個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)部貨物均加裝多個有源 RFID 標(biāo)簽，工作可靠性高，信號傳送距離遠(yuǎn)，結(jié)合 GPS 技 術(shù)后，能在集裝箱狀態(tài)發(fā)生變化時實時將狀態(tài)變化發(fā)生的時間、地點以及周圍的環(huán)境信息上傳到貨主或管理人 員的管理系統(tǒng)上，實現(xiàn)集裝箱的實時跟蹤。
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，RFID 的標(biāo)簽狀態(tài) 將發(fā)生變化，并即時將狀態(tài)信息發(fā)送給讀寫器進(jìn)行報警通知。 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。 集裝箱和貨物與電子標(biāo)簽進(jìn)行 ID 標(biāo)識，將標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息錄入數(shù)據(jù)中心，對集裝箱和貨物實行全程實時在線 監(jiān)控，集裝箱物流鏈的所有節(jié)點可隨時在系統(tǒng)中查詢物流信息，合法和非法開箱的時間和地點均能準(zhǔn)確記錄并 在系統(tǒng)中實時顯示，包括集裝箱信息、貨物信息、裝/卸車信息、箱運(yùn)的信息、查驗信息、開/關(guān)箱門的時間、地理位置、狀態(tài)、物流信息都能即時查詢，且能實時地傳給遠(yuǎn)在千里之外的后臺管理系統(tǒng)。發(fā)貨人通過后臺管理 系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)集裝箱和貨物的追蹤，了解集裝箱和貨物的及時方位、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)主要有四個部分組成，首先在裝拆箱的各個點將集裝箱信息、貨物信息等數(shù)據(jù)與電子標(biāo)簽進(jìn)行 ID 標(biāo) 識并錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，然后在集裝箱經(jīng)過的場所(車船、橋吊、堆場、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)過信息實時交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和交換，同時通過管 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)是整個系統(tǒng)的第一步操作，在裝箱點將各貨物進(jìn)行貼標(biāo) ID 標(biāo)識，并將集裝箱號、貨 物名稱和數(shù)量等貨物信息與電子標(biāo)簽一一對應(yīng)，信息錄入系統(tǒng)。貨物裝箱完畢后，將集裝箱號、貨物信息等與 集裝箱標(biāo)簽相對應(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)簽自動識別系統(tǒng)
電子標(biāo)簽識別系統(tǒng)是整個應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要完成集裝箱、貨物信息的實時采集和自動識別。分布在集 裝箱運(yùn)輸經(jīng)過的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)和運(yùn)輸車輛上的 RFID 識別系統(tǒng)，通過識別和采集將集裝箱的位置和狀態(tài)信息、 貨物信息實時發(fā)送給信息實時交換系統(tǒng)。 電子標(biāo)簽自動識別系統(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、堆場等場所、運(yùn) 輸車輛上和橋吊、門機(jī)等設(shè)備上，讀寫器可以實時采集集裝箱電子標(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，實現(xiàn)集裝箱和貨物的自動識別和實時管 理。
2.2.3. 無線傳輸通信系統(tǒng)
無線傳輸通信系統(tǒng)式連接上級和下級的中間橋梁，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時交換系統(tǒng)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和處理，并及時將后臺處理結(jié) 果及指示傳遞給前臺進(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)上傳到后臺系統(tǒng)服務(wù)器，在運(yùn)輸過 程中，結(jié)合 GPRS 技術(shù)對集裝箱和貨物實行全程實時在線監(jiān)控，合法和非法開箱的時間和地點均能準(zhǔn)確記錄并 實習(xí)上傳給系統(tǒng)服務(wù)器，包括集裝箱信息、貨物信息、查驗信息、開/關(guān)箱門的時間、地理位置、狀態(tài)等。
2.2.4. 集裝箱信息實時交換系統(tǒng)
集裝箱信息實時交換系統(tǒng)主要完成后端對集裝箱信息的實時處理和管理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)和因特網(wǎng)數(shù)據(jù)的交換， 實現(xiàn)起運(yùn)點到目的點之間的集裝箱信息和貨物信息的實時交換以及相關(guān)的電子數(shù)據(jù)交換。
2.3. 系統(tǒng)工作流程
針對集裝箱從堆場運(yùn)輸?shù)礁劭诘奶攸c，從集裝箱裝箱點、裝車、運(yùn)輸、拆箱檢查點、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，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 讀寫器對集裝箱和貨物進(jìn)行標(biāo)簽 ID 標(biāo)識，將標(biāo)簽號、集裝箱號、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)輸過程中主要實現(xiàn)以下功能：
1） 識別貨車內(nèi)的貨物標(biāo)簽，統(tǒng)計貨物標(biāo)簽的數(shù)量，當(dāng)貨物標(biāo)簽減少或丟失時，讀寫器將自動報警；
2） 識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，集裝箱電子封條 發(fā)送打開狀態(tài)信息，讀寫器自動報警。
圖 4 運(yùn)輸過程集裝箱、貨物狀態(tài)信息實時上傳
2.3.3. 拆箱查驗
在拆箱查驗點，查驗者確認(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，讀寫器自動識別標(biāo)簽并將開箱門的時間和地理位置（結(jié)合 GPS 定位器）等動態(tài)信息主動上傳至服務(wù)器，物流信息顯示在網(wǎng) 頁上，查驗結(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
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，安裝在卡車上的固定式讀寫器自動讀取集裝箱標(biāo)簽和貨物標(biāo)簽信息，并 將集裝箱的安全狀態(tài)和貨物的動態(tài)信息上傳至服務(wù)器。若卸貨完時還能識別貨物標(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時傳遞和集裝箱安全信息實時傳遞兩部分。 2.4.1. 集裝箱物流信息實時傳遞
l 集裝箱信息 集裝箱標(biāo)簽可以實時發(fā)送集裝箱狀態(tài)、裝卸車信息和箱運(yùn)信息等動態(tài)信息給讀寫器，讀寫器上傳數(shù)據(jù)信息 至服務(wù)器，實現(xiàn)集裝箱信息的實時傳遞。
l l 貨物信息 貨物標(biāo)簽實時發(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，讀寫器自動進(jìn)行報警通知， 整個運(yùn)輸過程中貨物信息實時傳遞。
l l 運(yùn)輸信息 結(jié)合 GPS，可實現(xiàn)集裝箱物流鏈中箱、貨和物流整個運(yùn)輸信息的實時傳遞。
2.4.2. 集裝箱安全信息
l 開關(guān)箱時間 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，RFID 的標(biāo)簽狀態(tài)發(fā)生變化，并即時將狀態(tài)信息 發(fā)送給讀寫器進(jìn)行報警通知，系統(tǒng)可實時獲取開關(guān)箱時間。
l GPS 定位信息 結(jié)合 GPS 定位器，可將開關(guān)集裝箱操作時的地理位置實時上傳至后臺系統(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)計溫度傳感器，實時發(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
基于 RFID 的集裝箱追溯系統(tǒng)具有如下特點：
l 系統(tǒng)自動監(jiān)控集裝箱門的開關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)集裝箱的自動化監(jiān)控及防盜；
l 系統(tǒng)自動跟蹤貨物信息，跟蹤貨物狀態(tài)，避免貨物丟失、遺漏或錯誤；
l 系統(tǒng)具有識別距離遠(yuǎn)、可靠性高，適用各惡劣工作環(huán)境；
l 系統(tǒng)實現(xiàn)集裝箱方位、狀態(tài)和安全狀況實時跟蹤；
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 倉儲物流管理；
l 煙草物流倉儲管理
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
