乘風破浪的北斗，躋身國際集裝箱物流標準

本篇報道圍繞2018年上海市科技進步獎一等獎“融合北斗的集裝箱物流跟蹤與監(jiān)控技術及國際標準制修訂”項目展開，該獎項由華東師范大學經(jīng)濟與管理學部國際航運物流研究院包起帆教授領銜的團隊獲得。

貨物不翼而飛，“黑箱”里發(fā)生了什么？

2011年12月，一批從上海運往美國的蘋果手機，卸貨時離奇“變成”與手機同樣大小、重量的塑料板。這1 680部iPhone 4S，從組裝廠倉庫出發(fā)到抵達美國卸貨開箱，究竟在哪個環(huán)節(jié)被“貍貓換太子”了呢？

根據(jù)從美國寄回來的塑料模塊，偵查員們發(fā)現(xiàn)里外兩層包裝箱都是原裝的，換進去的塑料模塊重量與手機的重量完全吻合，因此在裝上飛機前的稱重中，工作人員根本沒有察覺出異常。

從2011年12月26日這批裝箱的手機離開A公司，3天后抵達美國。其間一共經(jīng)歷了從A公司倉庫打包到裝上貨車，由物流公司（以下簡稱B公司）運輸?shù)狡湓O在浦東機場的倉庫，再從該倉庫運輸?shù)胶娇展径褕?，?jīng)航空運輸?shù)矫绹膫€環(huán)節(jié)。究竟是哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏的呢？順著重要線索，警方順藤摸瓜，2012年2月初，終于破獲整個案件。原來是盜竊團伙，利用從A公司倉庫到B公司倉庫轉(zhuǎn)移的過程中給調(diào)包了。

項目參評日內(nèi)瓦國際發(fā)明展，評委豎起了大拇指

像這樣貨物運輸途中被盜、調(diào)包、走私、偷渡的事件，在世界各國幾乎每天都在發(fā)生。據(jù)美國國土安全局統(tǒng)計，全球每年集裝箱失蹤、失竊的經(jīng)濟損失高達300億～500億美元，無法讓“黑箱子”透明、有效實現(xiàn)集裝箱物流的全程定位和監(jiān)控是業(yè)界長期以來的一大痛點。

當時，全球集裝箱信息采集手段仍十分落后，大部分集裝箱場站仍以人工或半人工方式進行信息抄錄，不僅效率低、出錯率較高，更重要的是，這種方式生成的信息流與集裝箱內(nèi)貨物的實際情況分離，集裝箱抵達查驗關卡也無法確認貨品是否完整、有無被調(diào)包。

要想知道“黑箱”里到底發(fā)生了什么，關鍵就聚焦在了集裝箱物流的全程定位和監(jiān)控上。如何提高物流的透明度和安全是全球熱切關注的重點。

北斗破局物流監(jiān)控盲點和痛點

那么，GPS定位系統(tǒng)不能解決這一問題嗎？可以，但是這并非唯一途徑，也并非最優(yōu)方式。

GPS由美國設計于20世紀70年代而成形于90年代，由美國主導的ISO 18185系列標準源于伊拉克戰(zhàn)爭中的軍事物資監(jiān)控。成本高且普通的GPS系統(tǒng)只能接受衛(wèi)星發(fā)出的信號，無法向衛(wèi)星發(fā)射信號，即 GPS只能讓用戶知道自己在哪里。

北斗相當于中國的GPS系統(tǒng)，是我國自主研制的、集定位和通信于一體的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，不同于GPS的優(yōu)勢是：北斗獨創(chuàng)的“短報文”功能可以實現(xiàn)導航+通信的功能。用戶不僅可以知道自己的位置，還可以把自己的位置通過120字的信息發(fā)射回衛(wèi)星。

因此，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的通信功能能夠為集裝箱物流提供實時在線監(jiān)控信息，針對全球占比達88%的山區(qū)、海洋等無基站區(qū)域物流信息失聯(lián)的狀況，通過北斗可以實現(xiàn)物流信息的傳遞，實現(xiàn)無盲區(qū)監(jiān)控。

包起帆，華東師范大學國際航運物流研究院院長，他帶領的團隊深耕于集裝箱物流跟蹤與監(jiān)控領域三十余年。2011年，包起帆團隊就針對集裝箱物流領域的痛點，創(chuàng)新了物流無盲區(qū)實時跟蹤與監(jiān)控技術，研制了以北斗通信模塊和定位芯片為基礎的多種跟蹤與監(jiān)控智能終端，滿足了物流監(jiān)控路徑全覆蓋、多樣化、可視化、便捷化等需求。

設備載有監(jiān)控溫度、濕度、振動、煙霧、開關箱門信號等多種傳感器，一旦鎖纜被剪斷或施加非正常外力、集裝箱門被打開，或是箱內(nèi)貨物所處的環(huán)境出現(xiàn)異常，如溫度、濕度、振動超出用戶設定的閾值，系統(tǒng)會自動報警，通過北斗衛(wèi)星實時發(fā)送短信和郵件通知用戶。

設備具有在途突發(fā)事件實時告知、響應用戶主動查詢、自動休眠與喚醒、遠程修改配置等功能，根據(jù)用戶需要報告貨物所在位置、安全狀態(tài)和各類傳感信息。與物流相關的所有的人，如貨主、海關、檢疫、邊檢、船公司、碼頭、收貨人等，都可以對在途貨物進行實時監(jiān)控。

設備的應用場景也十分廣泛，例如冷藏箱可以監(jiān)控溫度，危險品可以監(jiān)控煙霧，軍用物資可以監(jiān)控位置，快遞箱上裝一個終端可以監(jiān)控貴重物品等。

山區(qū)、邊遠地區(qū)、江河、海上等沒有移動基站的環(huán)境下，無法實現(xiàn)實時信息交互。包起帆團隊將融合定位和通信兩大功能的北斗衛(wèi)星的星地交互技術引入監(jiān)控系統(tǒng)，輕松解決了這一問題。

此外，包起帆團隊還創(chuàng)建了“移動互聯(lián)網(wǎng)+云平臺+NFC封條+智能手機”為架構(gòu)的電子封條新系統(tǒng)，以智能手機取代了專用手持機和固定式讀寫器，在大幅降低使用成本的同時，通過數(shù)據(jù)分布式存儲解決了真實性問題，提升了用戶數(shù)據(jù)采集、融合和共享的能力。簡單來說，就是手機在手，物流信息實時監(jiān)控。首先對集裝箱進行施封（NFC 電子封條已被嵌入鎖內(nèi)），隨后只要在手機登錄賬號密碼，通過手機識讀封條，就可以實時看到自己關注的物流信息。用戶所需要做的準備工作只是在手機上下載一個APP登錄賬戶即可。NFC即近場通信（near field communication）的簡稱。

在整個過程中， NFC 電子封條技術發(fā)揮著重要作用。使用了NFC技術的設備（比如手機）可以在彼此靠近的情況下進行數(shù)據(jù)交換。

包起帆團隊將NFC 標簽置入機械封條，利用NFC 全球唯一身份，結(jié)合封條使用時的操作記錄，系統(tǒng)自動比對電子封條的信息，確保了電子封條的唯一性，徹底改變了集裝箱運輸中機械封條容易被仿造的缺陷。并且，新發(fā)明的NFC 電子封條可以使用智能手機和移動互聯(lián)網(wǎng)，生產(chǎn)成本低至2 元/個，僅為國際慣例中使用的RFID封條價格的1%。

而過去的集裝箱物流監(jiān)控系統(tǒng)，需要專用手持機和在世界各地的碼頭大門、橋吊、倉庫大規(guī)模布設讀寫器，成本高且操作麻煩，還要用專網(wǎng)才能運行。

加入國際標準制定，開始掌控 “游戲規(guī)則 ”

雖然與GPS具備相同定位功能且具備衛(wèi)星通訊功能，我國的北斗系統(tǒng)長期被隔絕在國際標準之外。最大的難題是，以集裝箱為代表的物流是全球化營運的，沒有國際標準的引領，就無法將中國的創(chuàng)新推廣至全球。

在港航界國際標準的制定中，發(fā)達國家長期掌控“游戲規(guī)則”。貨運集裝箱國際標準中涉及的衛(wèi)星定位內(nèi)容由美國牽頭起草，只用GPS定位系統(tǒng)，且衛(wèi)星定位系統(tǒng)的國際慣例也長期由GPS壟斷。盡管我國集裝箱生產(chǎn)量、運輸量、吞吐量均已為世界第一，但遺憾的是，在集裝箱物流領域的國際標準制定中鮮有中國的聲音，更難有擁有自主知識產(chǎn)權的中國創(chuàng)新技術進入國際標準。

貨運集裝箱的國際標準是由“國際標準化組織ISO/TC 104 貨運集裝箱” 技術委員會制定修訂，該委員會成立于1961年。委員會擁有一大批來自各國的資深專家，集裝箱物流跟蹤所涉及的無線射頻技術（RFID）位于信息化的前沿，涉及各國利益之爭，所以相關國際標準制定權的爭奪十分激烈。我國1979年恢復在該委員會成員國地位。

根據(jù)科研成果，包起帆團隊提出了一套相對完整且成熟的物流跟蹤與監(jiān)控系統(tǒng)，并將這套系統(tǒng)逐步推進該領域的國際標準。但是，這個過程障礙重重。

國際標準制定流程分為八個階段，通常需經(jīng)歷3～6年的時間，甚至十幾年。確定新的集裝箱RFID國際標準需要多方協(xié)調(diào)，使其制定、審議、發(fā)布比其他標準難度更大。由于中國首次參與該領域的國際標準制定，ISO 18186標準提案起初并不被國際同行接受，項目組首輪申報就在投票環(huán)節(jié)失敗，發(fā)達國家?guī)缀醵纪读朔磳ζ薄?/p>

項目組不畏挫折，帶領各國專家考察了中國發(fā)明應用的現(xiàn)場，向國際專家做了大量細致的情況介紹和交流溝通，最終第二輪提案投票獲得成功。

ISO中央秘書處正式發(fā)文，國際標準新項目的編號為ISO/NP 18186，同時任命包起帆負責領導該標準的制定。

2011 年12 月1 日，歷經(jīng)釜山、漢堡、巴黎、上海、華盛頓、圣地亞哥等7 次國際會議交鋒和交融，與國外專家開展了百余次的對話和郵件溝通，《ISO 18186:2011 集裝箱-RFID貨運標簽系統(tǒng)》在日內(nèi)瓦ISO 中央秘書處正式發(fā)布。

之后，又歷經(jīng)了5年維護拓展，目前已被英國、法國、日本、俄羅斯等9個國家采納為國家標準，美國和德國在復審投票中也已確認在本國實際應用。

國際標準的認可，切實地解決了集裝箱物流行業(yè)的痛點和盲點，也提升了我國在物流和物聯(lián)網(wǎng)領域國際標準制定的話語權。

率先將擁有美國和中國發(fā)明專利的“基于互聯(lián)網(wǎng)的集裝箱全球跟蹤管理方法和解決方案”融入中國領銜制定的國際標準《ISO 18186:2011集裝箱-RFID貨運標簽系統(tǒng)》，成為我國自1978 年加入國際標準化組織至2011 年間，在物流、物聯(lián)網(wǎng)領域首個由中國發(fā)起、起草和主導的國際標準。

北斗定位和通信及相關發(fā)明納入國際標準《ISO/TS 18625:貨運集裝箱-集裝箱跟蹤和監(jiān)控系統(tǒng)》，打破了國際上定位即為GPS的慣例，已被歐洲發(fā)布為PD標準，被荷蘭采納為國家標準。

從科研成果推廣到產(chǎn)業(yè)應用，從參與到主導國際標準的制定，包起帆團隊打造了這套“可以實現(xiàn)集裝箱物流全程無盲區(qū)實時跟蹤和監(jiān)控”的物流系統(tǒng)，并突破了國際標準的局限。

每個“科創(chuàng)細胞”都應向國際水平挑戰(zhàn)

項目的實施引領了物流安全、便捷和低成本的發(fā)展。成果已在集裝箱運輸、檢驗檢疫、軍隊、糧食能源運輸、大型超市等領域的百余家企業(yè)和單位得到應用，應用單位杜絕了物流過程中被盜和調(diào)包等事件；NFC封條每年以百萬件的批量出口至英國、意大利、美國、俄羅斯等國；近三年累計產(chǎn)生經(jīng)濟效益2.1億元。

對于這些來之不易的成果，包起帆教授說：“我們只是中國科技創(chuàng)新中的一個細胞。在上?？萍紕?chuàng)新的建設中，每一個科研人員都是主力軍，每個人都是創(chuàng)新細胞，只有每個細胞有活力，我國才能夠真正參與到國際科技的大舞臺?！?/p>

2020年6月23日，中國北斗三號系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射成功，北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)星座部署完成。這意味著，中國和全球公眾可以享用由北斗三號系統(tǒng)提供的導航、定位、國際搜救等種種服務。隨著北斗三號衛(wèi)星完成組網(wǎng)并向全球提供服務，項目研發(fā)的各類融合北斗通信和定位的智能終端將通過物流的管道進入全球，為中國北斗進入國際市場撬開一道門縫。

包起帆教授表示，他會帶領團隊將已被確定為國際標準的技術做好長期維護和進一步優(yōu)化，拓展出可覆蓋更多領域和地區(qū)的應用場景，并在將我國創(chuàng)新的物流技術推向國際標準的道路上繼續(xù)努力前行。