赫永霞

(天津海運(yùn)職業(yè)學(xué)院,天津 300350)

基于RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能集裝箱

赫永霞

(天津海運(yùn)職業(yè)學(xué)院,天津 300350)

詳細(xì)介紹了射頻識(shí)別技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)和射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作流程,在此基礎(chǔ)之上,介紹基于RFID技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的智能集裝箱和智能集裝箱的工作流程及整體設(shè)計(jì)。

射頻識(shí)別技術(shù) 智能集裝箱

射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱 RFID)技術(shù)是一種非常成熟的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它的目標(biāo)是使用射頻方式實(shí)現(xiàn)非接觸式的雙向通信數(shù)據(jù)交換?，F(xiàn)在的RFID應(yīng)用于航海運(yùn)輸系統(tǒng)仍有許多缺陷，無(wú)法滿足航海運(yùn)輸業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求?；赗FID技術(shù)的智能集裝箱將為目前這一現(xiàn)狀提供了很好的時(shí)機(jī)，成為新的集裝箱運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 RFID技術(shù)及系統(tǒng)

RFID技術(shù)是從20世紀(jì)末開(kāi)始成熟和迅速發(fā)展起來(lái)的。RFID系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別和交換數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，它使用無(wú)線電波、感應(yīng)或微波能量進(jìn)行雙向通信，此雙向通信是非接觸式的，不需要人工參與，其識(shí)別工作是通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)作為條形碼的一種特殊形式，具有普通條形碼所不具備的特性，例如良好的防水、防磁、耐高溫等，以及使用壽命長(zhǎng)、讀取距離遠(yuǎn)、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大、可自動(dòng)更改存儲(chǔ)信息等?，F(xiàn)在RFID的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，例如物流運(yùn)輸?shù)呢浳锕芾怼⒉煌＼囀召M(fèi)、公交智能卡等等。本文將主要介紹RFID技術(shù)及其如何實(shí)現(xiàn)智能集裝箱。

RFID系統(tǒng)是由一定數(shù)量的后臺(tái)計(jì)算機(jī)，若干的讀寫器、閱讀器及電子標(biāo)簽所組成的。其中，電子標(biāo)簽作為物品識(shí)別的承載對(duì)象，其內(nèi)部用于存放物品的相關(guān)信息；讀寫器和閱讀器作為系統(tǒng)的中間設(shè)備，它們的作用是識(shí)別標(biāo)簽指代的物品信息，這個(gè)信息是通過(guò)射頻信號(hào)同電子標(biāo)簽進(jìn)行近距離通行而實(shí)現(xiàn)的，最后，通過(guò)接口把信息進(jìn)行匯總，然后傳給后臺(tái)計(jì)算機(jī)。讀寫器和閱讀器是有區(qū)別的：讀寫器可以對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作，而閱讀器只能讀取標(biāo)簽內(nèi)部存放的信息，卻不能寫入信息。而后臺(tái)計(jì)算機(jī)的作用是分析從中間設(shè)備傳來(lái)的信息，是整個(gè)標(biāo)簽系統(tǒng)正常工作管理的管理者。

RFID系統(tǒng)的硬件主要包括兩部分：射頻標(biāo)簽、讀寫器，如圖1所示。射頻標(biāo)簽也可被稱為應(yīng)答器或電子標(biāo)簽，它是將幾個(gè)主要模塊集成到一塊芯片上，即為標(biāo)簽邏輯內(nèi)存，用來(lái)完成與讀寫器的通信，其內(nèi)存部分則主要用來(lái)儲(chǔ)存識(shí)別碼或其它數(shù)據(jù)，例如集裝箱號(hào)、集裝箱型號(hào)、集裝箱內(nèi)貨物類別等。芯片外圍只需要連接天線和電池，且此芯片也可以作為集裝箱或貨物的識(shí)別卡。讀寫器(也可稱為收發(fā)器或詢問(wèn)器)是由以下幾部分組成：發(fā)射單元、接收單元、信號(hào)處理控制單元和電源等。讀寫器可以通過(guò)天線向RFID卡發(fā)送射頻調(diào)制信號(hào)，射頻調(diào)制信號(hào)也稱為詢問(wèn)信號(hào)，也通過(guò)天線接收從應(yīng)答信號(hào)(即RFID卡所返回的載有RFID卡中信息的射頻調(diào)制信號(hào))，此應(yīng)答信號(hào)經(jīng)處理后傳給智能控制設(shè)備。讀寫器通過(guò)射頻信號(hào)與電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，系統(tǒng)則通過(guò)讀寫器給電子標(biāo)簽發(fā)送指令，并通過(guò)讀寫器分析電子標(biāo)簽返回的有關(guān)信息；電子標(biāo)簽用來(lái)響應(yīng)讀寫器的指令，并報(bào)告處理結(jié)果。

圖1 RFID系統(tǒng)的組成示意圖

2 智能集裝箱

集裝箱運(yùn)輸以其自身的優(yōu)勢(shì)早已成為世界貨物運(yùn)輸?shù)淖钪饕绞街?。根?jù)海關(guān)的統(tǒng)計(jì)，世界上90%的貨物由集裝箱運(yùn)輸，在中國(guó)，差不多一半的進(jìn)口貨物(按價(jià)值計(jì)算)是使用集裝箱運(yùn)抵的。但是，隨著世界海運(yùn)的快速發(fā)展，對(duì)貨物運(yùn)輸?shù)目煽啃?、安全性、?shí)時(shí)性的要求也是越來(lái)越高，如果集裝箱管理方面無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)作業(yè)、無(wú)法隨時(shí)獲知貨物的信息等，將在很大限度上制約著世界海運(yùn)的蓬勃發(fā)展，那么智能集裝箱的發(fā)展將順應(yīng)世界海運(yùn)的發(fā)展。

2.1 智能集裝箱的概念

所謂智能集裝箱，就是在集裝箱設(shè)備的外部和內(nèi)部均使用或者加裝多個(gè)主動(dòng)RFID技術(shù)的產(chǎn)品。例如主動(dòng)式電子標(biāo)簽具有內(nèi)部自帶電池，工作可靠性高，信號(hào)傳送距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，并且在結(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)境信息傳輸?shù)截浿骰蚬芾砣藛T的機(jī)器上去，實(shí)現(xiàn)集裝箱的實(shí)時(shí)跟蹤。智能集裝箱設(shè)備包括電子封條、傳感器封條等，這些標(biāo)簽可以貼在運(yùn)輸貨物的集裝箱上，而這些標(biāo)簽?zāi)軌螂S時(shí)將集裝箱的一些關(guān)鍵信息(如位置、安全狀況、燈光、溫度和濕度的變化)傳給讀取器網(wǎng)絡(luò)，讀取器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)收集、過(guò)濾獲得RFID的信息，并將有效信息輸送到TSS系統(tǒng)(Transportation Security System交通安全信息系統(tǒng))。發(fā)貨人通過(guò)TSS系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)貨物的追蹤，了解貨物的實(shí)時(shí)方位、狀態(tài)及相關(guān)安全狀況。

2.2 智能集裝箱系統(tǒng)的作業(yè)流程

要想在海運(yùn)行業(yè)內(nèi)推廣智能集裝箱系統(tǒng)，需要進(jìn)行現(xiàn)有系統(tǒng)集裝箱改造，新設(shè)備加裝，技術(shù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等諸多步驟的努力。現(xiàn)在以在門到門的運(yùn)輸模式下，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)加裝RFID設(shè)備的簡(jiǎn)單模式為例，說(shuō)明智能集裝箱系統(tǒng)的作業(yè)流程，如圖2所示。

圖2 智能集裝箱系統(tǒng)的作業(yè)流程圖

(1)發(fā)貨人端。在發(fā)貨人端，出口集裝箱完成裝箱作業(yè)后，必須給集裝箱配備RFID電子標(biāo)簽，并以手動(dòng)方式啟動(dòng)RFID電子標(biāo)簽，再由集裝箱運(yùn)輸公司將其運(yùn)往碼頭。

(2)裝船港。等待集裝箱到港后，系統(tǒng)通過(guò)RFID讀取器實(shí)時(shí)記錄集裝箱到達(dá)時(shí)間與集裝箱的安全狀態(tài)，以GPRS傳輸方式將實(shí)時(shí)信息傳送至TSS系統(tǒng)。同時(shí)須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)登錄事先預(yù)設(shè)的賬戶，并在TSS系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)集裝箱的艙單資料的維護(hù)、測(cè)試。經(jīng)港口管理系統(tǒng)確認(rèn)后，集裝箱堆場(chǎng)的監(jiān)控作業(yè)就開(kāi)始進(jìn)行全程監(jiān)控，這是由RFID監(jiān)控讀取器來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)集裝箱開(kāi)始裝船作業(yè)時(shí)，龍門起重機(jī)上的RFID讀取器記載集裝箱裝船作業(yè)的時(shí)間，確認(rèn)該集裝箱的安全狀態(tài)的同時(shí)，確保裝船的集裝箱為安全狀態(tài)，隨后集裝箱即可經(jīng)海上路線運(yùn)往目的港。

(3)集裝箱卸船港。集裝箱船進(jìn)港?？看a頭后，經(jīng)由卸貨龍門起重機(jī)將集裝箱卸載分派到集裝箱場(chǎng)后，由現(xiàn)場(chǎng)的安全作業(yè)人員通過(guò)手持終端機(jī)取得集裝箱到港的信息。

(4)收貨人端。集裝箱在門到門運(yùn)輸模式下，被直接交付給收貨人。收貨人在收到集裝箱之后，剪斷電子標(biāo)簽的插拴，這樣就完成集裝箱的全部旅程。

如此智能的集裝箱必須具備以下三大基本功能：一是能夠密切監(jiān)督和自動(dòng)報(bào)告任何非法企圖入侵集裝箱內(nèi)部的任何活動(dòng)，并且能夠正確顯示這種入侵活動(dòng)；二是能夠在允許的條件下，向當(dāng)事人提供其供應(yīng)鏈內(nèi)的動(dòng)態(tài)和具體位置；三是可以直接從集裝箱內(nèi)對(duì)外發(fā)送有關(guān)集裝箱的有關(guān)數(shù)據(jù)，如艙單、提單和裝箱單等。

2.3 智能集裝箱整體設(shè)計(jì)

智能集裝箱是由兩個(gè)子系統(tǒng)組成：電子標(biāo)簽和閱讀器。電子標(biāo)簽安裝在集裝箱上，功能是用于存儲(chǔ)集裝箱信息，如標(biāo)識(shí)信息、集裝箱裝載貨物信息、提單信息等。閱讀器則用于讀寫集裝箱上的電子標(biāo)簽。

智能集裝箱的信息處理流程包括道口信息處理流程(如圖3所示)和港口信息處理流程(如圖4所示)，前者是集裝箱進(jìn)場(chǎng)過(guò)程，后者是集裝箱出港過(guò)程。

圖3 道口信息處理流程圖

圖4 港口信息處理流程圖

3 結(jié)語(yǔ)

隨著射頻識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，將會(huì)有幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：在標(biāo)簽方面，將有有效距離、無(wú)線可讀/寫性能更完美和更適合高速移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商識(shí)別、智能、低成本等特點(diǎn)；在閱讀器方面， 小型化、便攜式、嵌入式、模塊化、多種模式兼容的讀寫設(shè)備將成為主流；對(duì)于系統(tǒng)方面， 安全性高、智能化和遠(yuǎn)距離的識(shí)別系統(tǒng)將會(huì)更受關(guān)注，并且期待出現(xiàn)一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一整合的RFID技術(shù)應(yīng)用程序，提高國(guó)際化程度。在極具代表性的港口物流中，只有加快研究和應(yīng)用集裝箱智能標(biāo)簽，我們才能縮小與世界先進(jìn)水平之間的差距，為建立信息化、智能化的現(xiàn)代國(guó)際港口提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，使得我們能夠從容面對(duì)急速發(fā)展的港口物流業(yè)的挑戰(zhàn)。

[1]游戰(zhàn)清,李蘇劍編著.無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)理論與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社,2004.10.

[2](德)份肯澤樂(lè)(Finkenzeller,K.)著,陳大才編譯.射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)——無(wú)線電感應(yīng)的應(yīng)答器和非接觸IC卡的原理與應(yīng)用,電子工業(yè)出版社,2001.6.

In this article,it is briefly introduced the RFID technology,excellence and the working face of RFID system. Then on the base of RFID technology,this paper gives a introduction to realize intelligent container and it’s working flow, and the whole deign.

RFID technology Intelligent container

赫永霞(1982-),女,漢族,黑龍江人,講師,碩士研究生,主要研究海上交通信息及智能控制。