基于RFID技術實現(xiàn)智能集裝箱

赫永霞

(天津海運職業(yè)學院,天津 300350)

基于RFID技術實現(xiàn)智能集裝箱

赫永霞

(天津海運職業(yè)學院,天津 300350)

詳細介紹了射頻識別技術及其優(yōu)點和射頻識別系統(tǒng)的工作流程,在此基礎之上,介紹基于RFID技術而實現(xiàn)的智能集裝箱和智能集裝箱的工作流程及整體設計。

射頻識別技術 智能集裝箱

射頻識別(Radio Frequency Identification，簡稱 RFID)技術是一種非常成熟的自動識別技術，它的目標是使用射頻方式實現(xiàn)非接觸式的雙向通信數(shù)據(jù)交換?，F(xiàn)在的RFID應用于航海運輸系統(tǒng)仍有許多缺陷，無法滿足航海運輸業(yè)的高標準要求?；赗FID技術的智能集裝箱將為目前這一現(xiàn)狀提供了很好的時機，成為新的集裝箱運輸業(yè)的發(fā)展趨勢。

1 RFID技術及系統(tǒng)

RFID技術是從20世紀末開始成熟和迅速發(fā)展起來的。RFID系統(tǒng)是實現(xiàn)目標的自動識別和交換數(shù)據(jù)的自動識別系統(tǒng)，它使用無線電波、感應或微波能量進行雙向通信，此雙向通信是非接觸式的，不需要人工參與，其識別工作是通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。RFID技術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、讀取距離遠、標簽數(shù)據(jù)可加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、可自動更改存儲信息等。現(xiàn)在RFID的應用已相當廣泛，例如物流運輸?shù)呢浳锕芾?、不停車收費、公交智能卡等等。本文將主要介紹RFID技術及其如何實現(xiàn)智能集裝箱。

RFID系統(tǒng)是由一定數(shù)量的后臺計算機，若干的讀寫器、閱讀器及電子標簽所組成的。其中，電子標簽作為物品識別的承載對象，其內部用于存放物品的相關信息；讀寫器和閱讀器作為系統(tǒng)的中間設備，它們的作用是識別標簽指代的物品信息，這個信息是通過射頻信號同電子標簽進行近距離通行而實現(xiàn)的，最后，通過接口把信息進行匯總，然后傳給后臺計算機。讀寫器和閱讀器是有區(qū)別的：讀寫器可以對標簽進行讀寫操作，而閱讀器只能讀取標簽內部存放的信息，卻不能寫入信息。而后臺計算機的作用是分析從中間設備傳來的信息，是整個標簽系統(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：射頻標簽、讀寫器，如圖1所示。射頻標簽也可被稱為應答器或電子標簽，它是將幾個主要模塊集成到一塊芯片上，即為標簽邏輯內存，用來完成與讀寫器的通信，其內存部分則主要用來儲存識別碼或其它數(shù)據(jù)，例如集裝箱號、集裝箱型號、集裝箱內貨物類別等。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別卡。讀寫器(也可稱為收發(fā)器或詢問器)是由以下幾部分組成：發(fā)射單元、接收單元、信號處理控制單元和電源等。讀寫器可以通過天線向RFID卡發(fā)送射頻調制信號，射頻調制信號也稱為詢問信號，也通過天線接收從應答信號(即RFID卡所返回的載有RFID卡中信息的射頻調制信號)，此應答信號經(jīng)處理后傳給智能控制設備。讀寫器通過射頻信號與電子標簽進行通信，系統(tǒng)則通過讀寫器給電子標簽發(fā)送指令，并通過讀寫器分析電子標簽返回的有關信息；電子標簽用來響應讀寫器的指令，并報告處理結果。

圖1 RFID系統(tǒng)的組成示意圖

2 智能集裝箱

集裝箱運輸以其自身的優(yōu)勢早已成為世界貨物運輸?shù)淖钪饕绞街?。根?jù)海關的統(tǒng)計，世界上90%的貨物由集裝箱運輸，在中國，差不多一半的進口貨物(按價值計算)是使用集裝箱運抵的。但是，隨著世界海運的快速發(fā)展，對貨物運輸?shù)目煽啃?、安全性、實時性的要求也是越來越高，如果集裝箱管理方面無法實現(xiàn)實時作業(yè)、無法隨時獲知貨物的信息等，將在很大限度上制約著世界海運的蓬勃發(fā)展，那么智能集裝箱的發(fā)展將順應世界海運的發(fā)展。

2.1 智能集裝箱的概念

所謂智能集裝箱，就是在集裝箱設備的外部和內部均使用或者加裝多個主動RFID技術的產(chǎn)品。例如主動式電子標簽具有內部自帶電池，工作可靠性高，信號傳送距離遠等優(yōu)點，并且在結合GPS技術后，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)境信息傳輸?shù)截浿骰蚬芾砣藛T的機器上去，實現(xiàn)集裝箱的實時跟蹤。智能集裝箱設備包括電子封條、傳感器封條等，這些標簽可以貼在運輸貨物的集裝箱上，而這些標簽能夠隨時將集裝箱的一些關鍵信息(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，讀取器網(wǎng)絡通過收集、過濾獲得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TSS系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)貨物的追蹤，了解貨物的實時方位、狀態(tài)及相關安全狀況。

2.2 智能集裝箱系統(tǒng)的作業(yè)流程

要想在海運行業(yè)內推廣智能集裝箱系統(tǒng)，需要進行現(xiàn)有系統(tǒng)集裝箱改造，新設備加裝，技術網(wǎng)絡構建等諸多步驟的努力?，F(xiàn)在以在門到門的運輸模式下，對現(xiàn)有系統(tǒng)加裝RFID設備的簡單模式為例，說明智能集裝箱系統(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電子標簽，并以手動方式啟動RFID電子標簽，再由集裝箱運輸公司將其運往碼頭。

(2)裝船港。等待集裝箱到港后，系統(tǒng)通過RFID讀取器實時記錄集裝箱到達時間與集裝箱的安全狀態(tài)，以GPRS傳輸方式將實時信息傳送至TSS系統(tǒng)。同時須通過網(wǎng)絡登錄事先預設的賬戶，并在TSS系統(tǒng)上實現(xiàn)集裝箱的艙單資料的維護、測試。經(jīng)港口管理系統(tǒng)確認后，集裝箱堆場的監(jiān)控作業(yè)就開始進行全程監(jiān)控，這是由RFID監(jiān)控讀取器來實現(xiàn)。當集裝箱開始裝船作業(yè)時，龍門起重機上的RFID讀取器記載集裝箱裝船作業(yè)的時間，確認該集裝箱的安全狀態(tài)的同時，確保裝船的集裝箱為安全狀態(tài)，隨后集裝箱即可經(jīng)海上路線運往目的港。

(3)集裝箱卸船港。集裝箱船進港停靠碼頭后，經(jīng)由卸貨龍門起重機將集裝箱卸載分派到集裝箱場后，由現(xiàn)場的安全作業(yè)人員通過手持終端機取得集裝箱到港的信息。

(4)收貨人端。集裝箱在門到門運輸模式下，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)督和自動報告任何非法企圖入侵集裝箱內部的任何活動，并且能夠正確顯示這種入侵活動；二是能夠在允許的條件下，向當事人提供其供應鏈內的動態(tài)和具體位置；三是可以直接從集裝箱內對外發(fā)送有關集裝箱的有關數(shù)據(jù)，如艙單、提單和裝箱單等。

2.3 智能集裝箱整體設計

智能集裝箱是由兩個子系統(tǒng)組成：電子標簽和閱讀器。電子標簽安裝在集裝箱上，功能是用于存儲集裝箱信息，如標識信息、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)，前者是集裝箱進場過程，后者是集裝箱出港過程。

圖3 道口信息處理流程圖

圖4 港口信息處理流程圖

3 結語

隨著射頻識別技術的進步，將會有幾個發(fā)展趨勢：在標簽方面，將有有效距離、無線可讀/寫性能更完美和更適合高速移動運營商識別、智能、低成本等特點；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備將成為主流；對于系統(tǒng)方面， 安全性高、智能化和遠距離的識別系統(tǒng)將會更受關注，并且期待出現(xiàn)一系列行業(yè)標準統(tǒng)一整合的RFID技術應用程序，提高國際化程度。在極具代表性的港口物流中，只有加快研究和應用集裝箱智能標簽，我們才能縮小與世界先進水平之間的差距，為建立信息化、智能化的現(xiàn)代國際港口提供堅實的技術基礎，使得我們能夠從容面對急速發(fā)展的港口物流業(yè)的挑戰(zhàn)。

[1]游戰(zhàn)清,李蘇劍編著.無線射頻識別技術(RFID)理論與應用.電子工業(yè)出版社,2004.10.

[2](德)份肯澤樂(Finkenzeller,K.)著,陳大才編譯.射頻識別(RFID)技術——無線電感應的應答器和非接觸IC卡的原理與應用,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。