物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路集裝箱運(yùn)輸中的應(yīng)用研究

張義川，楊文韜，陳 迎，馬玉坤

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081；2.中鐵集裝箱運(yùn)輸有限責(zé)任公司國(guó)際聯(lián)運(yùn)部，北京 100055)

1 概述

1.1 集裝箱國(guó)際聯(lián)運(yùn)概況

集裝箱作為先進(jìn)的運(yùn)輸方式，在促進(jìn)國(guó)際聯(lián)運(yùn)、多式聯(lián)運(yùn)和現(xiàn)代物流發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。特別是作為往來(lái)于我國(guó)與歐洲以及“一帶一路”沿線各國(guó)的國(guó)際鐵路集裝箱聯(lián)運(yùn)班列[1]，中歐班列是深化我國(guó)與沿線國(guó)家經(jīng)貿(mào)合作的重要載體和推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)的重要抓手。中歐班列國(guó)際業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，輻射范圍逐漸擴(kuò)大，貨物品類逐漸拓展，貿(mào)易通道和貿(mào)易方式不斷豐富和完善，為中歐班列高質(zhì)量發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。截至2021年5月，中歐班列歷年累計(jì)開行約3.9萬(wàn)列(354萬(wàn)TEU)，其中，去程2.3萬(wàn)列(207萬(wàn)TEU)，回程1.6萬(wàn)列(147萬(wàn)TEU)。歷年累計(jì)開行超過(guò)百列的國(guó)內(nèi)城市31個(gè)，通達(dá)歐洲22個(gè)國(guó)家約160個(gè)城市。

物聯(lián)網(wǎng)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、5G通信、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的應(yīng)用完善，為集裝箱信息化發(fā)展提供了可靠的技術(shù)保障。例如，將北斗定位技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于集裝箱定位追蹤中，提供了國(guó)產(chǎn)自主可控的衛(wèi)星導(dǎo)航追蹤定位手段。5G通信技術(shù)的大帶寬、高可靠、低時(shí)延、廣連接的特點(diǎn)，提高了鐵路沿線、站場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的大規(guī)模接入[2]，為集裝箱物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速發(fā)展提供技術(shù)支撐。低軌衛(wèi)星通信技術(shù)則提供了終端設(shè)備在全球通信覆蓋的可能性，能夠解決集裝箱終端設(shè)備在遠(yuǎn)海區(qū)域、偏遠(yuǎn)地區(qū)中的通信問(wèn)題。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及多個(gè)領(lǐng)域，這些技術(shù)在不同的行業(yè)往往具有不同的應(yīng)用需求和技術(shù)形態(tài)[3]。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)成主要包括了感知與標(biāo)識(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、計(jì)算與服務(wù)技術(shù)以及管理與支撐技術(shù)等。

感知與標(biāo)識(shí)技術(shù)中包括了射頻識(shí)別、傳感器以及二維碼等技術(shù)范疇，其中射頻識(shí)別技術(shù)(Radio frequency identification，RFID)應(yīng)用最為廣泛和成熟，這與RFID技術(shù)的掃描識(shí)別準(zhǔn)確靈活、數(shù)據(jù)容量龐大、抗污染強(qiáng)耐久、可重復(fù)使用、體積小形狀多等一系列特性有關(guān)。RFID多采用有源標(biāo)簽，除了簡(jiǎn)單讀取標(biāo)簽信息的應(yīng)用外，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)式追蹤定位功能。2011年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)發(fā)布了由我國(guó)起草和主導(dǎo)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《ISO 18186：2011 集裝箱-RFID貨運(yùn)標(biāo)簽系統(tǒng)》，規(guī)范了集裝箱相關(guān)物流數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別采用有源RFID技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。二維碼技術(shù)近年來(lái)逐步在鐵路箱上試用，在集裝箱的資產(chǎn)管理、自動(dòng)識(shí)別等方面發(fā)揮越來(lái)越多的作用。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)的應(yīng)用同樣是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。WSN具有低成本、低功耗、自組織、自修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。張凌寒等[4]研究了用于船載危險(xiǎn)品集裝箱監(jiān)測(cè)的WSN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。Ruckebusch等[5]提出了一種跟蹤和監(jiān)控船舶集裝箱的原型解決方案，其認(rèn)為在實(shí)際應(yīng)用條件下部署WSN是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，特別是場(chǎng)站內(nèi)堆疊在一起的集裝箱的無(wú)線信號(hào)連接問(wèn)題；同時(shí)提出了多介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)的框架和完善的網(wǎng)關(guān)選擇算法等創(chuàng)新型WSN 解決方案。與蜂窩移動(dòng)通信的方式相比，WSN在功耗上優(yōu)勢(shì)明顯。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在集裝箱的應(yīng)用分析

集裝箱狀態(tài)包含了集裝箱運(yùn)行狀態(tài)、集裝箱完整性和箱內(nèi)環(huán)境等。其中，在具體體現(xiàn)形式上，集裝箱運(yùn)行狀態(tài)包括位置追蹤、運(yùn)行速度、箱體傾斜、加減速等；集裝箱完整性包括箱門開閉、箱體結(jié)構(gòu)破損；箱內(nèi)環(huán)境包括溫度、濕度、煙霧、氣體濃度以及特有狀態(tài)參數(shù)等。從中歐班列集裝箱運(yùn)輸應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備功能和形式上，有追蹤定位類、箱門狀態(tài)監(jiān)測(cè)類、箱內(nèi)貨物監(jiān)測(cè)類3種。

2.1 追蹤定位類

該類以集裝箱運(yùn)行狀態(tài)追蹤為核心功能需求。例如，中歐班列依托西伯利亞大陸橋和新亞歐大陸橋，連通東亞、東南亞、歐洲及沿線國(guó)家。在國(guó)內(nèi)鐵路段可以依靠鐵路線路基于RFID技術(shù)的車次號(hào)追蹤系統(tǒng)被動(dòng)式追蹤定位，但密度僅僅覆蓋國(guó)內(nèi)鐵路路網(wǎng)，只能實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)的站到站追蹤，無(wú)法追蹤公鐵聯(lián)運(yùn)、水鐵聯(lián)運(yùn)及中歐班列境外集裝箱位置信息，對(duì)貨物全程運(yùn)輸存在追蹤定位的盲點(diǎn)。通過(guò)在集裝箱上安裝有源定位設(shè)備，采用衛(wèi)星定位技術(shù)、基站定位技術(shù)等手段，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝箱全球范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)位置掌控，滿足貨物全程追蹤需要。同時(shí)可以采集監(jiān)測(cè)集裝箱的運(yùn)行速度、加速度等指標(biāo)。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，安裝位置不限于集裝箱箱門、前端或箱內(nèi)貨盤上。

2.2 箱門狀態(tài)監(jiān)測(cè)類

集裝箱作為密閉性較好的運(yùn)載工具，在正常運(yùn)輸過(guò)程中箱門應(yīng)完好關(guān)閉，以保證箱內(nèi)貨物完整，但實(shí)際中箱門未經(jīng)授權(quán)或非法打開時(shí)有發(fā)生。箱門狀態(tài)采集技術(shù)在應(yīng)用中則分為以下幾種。

（1）采用激光測(cè)距技術(shù)。通過(guò)紅外激光監(jiān)測(cè)到箱門的距離，若箱門打開，則距離變化，可以監(jiān)測(cè)到集裝箱箱門的開閉狀態(tài)。該方式優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高；缺點(diǎn)是成本較高，應(yīng)用不廣泛。

（2）采用光傳感技術(shù)。通過(guò)箱內(nèi)光線強(qiáng)度的變化監(jiān)測(cè)箱門開閉，一般安裝在箱內(nèi)靠近門縫處。該方式優(yōu)點(diǎn)是成本低、安裝方便；不足之處在于開箱時(shí)光線不足則無(wú)法報(bào)警，若箱門縫隙漏光存在誤報(bào)情況。

（3）采用霍爾感應(yīng)技術(shù)。通過(guò)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的存在和變化監(jiān)測(cè)箱門開閉。一般由2個(gè)模塊組成，當(dāng)箱門打開時(shí)，2個(gè)模塊間磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化從而立即監(jiān)測(cè)到箱門開啟。從結(jié)構(gòu)形式上不限于安裝在箱外門鎖孔位的電子施封鎖、電子關(guān)封，以及安裝在箱門內(nèi)側(cè)的門磁感應(yīng)器等。從管理使用上可分為一次性和重復(fù)性2種常見形式。該技術(shù)方式優(yōu)點(diǎn)是精度高、壽命長(zhǎng)、功耗小；缺點(diǎn)是采集信號(hào)的準(zhǔn)確性會(huì)受加工精度影響。

2.3 箱內(nèi)貨物監(jiān)測(cè)類

該類以集裝箱箱內(nèi)貨物狀態(tài)監(jiān)測(cè)為核心功能需求。集裝箱在國(guó)內(nèi)和國(guó)際聯(lián)運(yùn)過(guò)程中時(shí)空跨度大、環(huán)境復(fù)雜，難以監(jiān)管，導(dǎo)致貨物產(chǎn)品變質(zhì)、貨物損壞等各類問(wèn)題頻發(fā)。特別是特種集裝箱，如冷藏箱、罐箱監(jiān)測(cè)需求迫切。對(duì)于通用箱等常監(jiān)測(cè)采集溫度、濕度、空重等箱內(nèi)貨物狀態(tài)，對(duì)于柴電、鋰電、蓄冷等不同冷藏集裝箱的監(jiān)測(cè)關(guān)注箱內(nèi)剩余油量、剩余電量、剩余冷量、溫濕度及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，對(duì)于罐箱則關(guān)注箱內(nèi)壓力、溫度、濃度、剩余電量等狀態(tài)監(jiān)測(cè)。設(shè)備主體部分一般需安裝在箱內(nèi)，對(duì)各種狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行多點(diǎn)采集。為達(dá)到較好的監(jiān)測(cè)效果，需要將通信天線、定位天線等置于箱外。

從上述3種應(yīng)用分析可以看出，雖然應(yīng)用多種多樣，但設(shè)備通信連接穩(wěn)定性、低功耗控制性以及監(jiān)測(cè)采集準(zhǔn)確性是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于集裝箱運(yùn)輸需要關(guān)注和解決的問(wèn)題。

3 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究主要從數(shù)據(jù)通信連接、低功耗控制方法、箱門監(jiān)測(cè)控制優(yōu)化方法3個(gè)方面開展。

3.1 數(shù)據(jù)通信連接

對(duì)于采用蜂窩移動(dòng)通信連接技術(shù)的定位追蹤類、箱門狀態(tài)監(jiān)測(cè)類以及箱內(nèi)貨物監(jiān)測(cè)類的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，采用蜂窩移動(dòng)通信方式時(shí)，大多數(shù)支持2G，3G和4G通信制式。由于國(guó)內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)較完善、覆蓋較良好，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備處于國(guó)內(nèi)時(shí)數(shù)據(jù)通信連接效果較好。但當(dāng)出境時(shí)，雖然設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信連接進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳，但如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信連接，以及提高通信連接成功率則是亟需優(yōu)化的問(wèn)題。因此，需要對(duì)中歐沿線通信制式和頻段進(jìn)行梳理與驗(yàn)證，進(jìn)而在中歐沿線及國(guó)內(nèi)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中進(jìn)行通信測(cè)試，最后根據(jù)測(cè)試結(jié)果提出設(shè)備通信連接的優(yōu)化改進(jìn)方法。

（1）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境測(cè)試。首先在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中利用綜測(cè)儀等試驗(yàn)設(shè)備驗(yàn)證所選通信芯片是否可以滿足梳理出的中歐沿線通信制式和頻段要求。以芯訊通公司的4G通信模組芯片開展試驗(yàn)驗(yàn)證，通信制式驗(yàn)證結(jié)果如表1所示。

通過(guò)表1可以看出，除4G制式中接入方式為TDD的B34，B39頻段無(wú)法注冊(cè)以外，其他制式的頻段均可注冊(cè)成功，基本可以滿足通信連接要求。另一方面從注冊(cè)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析上可以得知，4G注冊(cè)時(shí)間最短，2G注冊(cè)時(shí)間最長(zhǎng)。

表1?通信制式驗(yàn)證結(jié)果Tab.1 Verification results of mobile communication system

（2）實(shí)際運(yùn)行環(huán)境測(cè)試。中歐沿線各國(guó)蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商不同，且每個(gè)國(guó)家存在多個(gè)運(yùn)營(yíng)商，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商連接不同制式頻段。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的基礎(chǔ)上，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能否在實(shí)際環(huán)境通信連接需要測(cè)試。通過(guò)研發(fā)相關(guān)測(cè)試設(shè)備，選取俄羅斯、白俄羅斯和波蘭3個(gè)代表性鐵路沿線國(guó)家進(jìn)行了通信測(cè)試，通信測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

設(shè)備與蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信令交互的次序一般為鑒權(quán)、加密、位置更新、建立會(huì)話連接以及上傳數(shù)據(jù)等步驟。由表2可知，在俄羅斯、白俄羅斯、波蘭3個(gè)國(guó)家的網(wǎng)絡(luò)下，網(wǎng)絡(luò)側(cè)從鑒權(quán)、位置更新和建立會(huì)話等過(guò)程均有與測(cè)試設(shè)備保持信令交互的記錄，說(shuō)明蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能夠支撐數(shù)據(jù)上傳。另一方面，由于采用移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)卡，因而測(cè)試設(shè)備會(huì)優(yōu)先選擇TD-SCDMA及TDD-LTE制式的網(wǎng)絡(luò)。在國(guó)外WCDMA及FDD-LTE的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，其設(shè)備較難選上3G及4G網(wǎng)絡(luò)，而2G網(wǎng)絡(luò)時(shí)延較長(zhǎng)，未必能保證完全選網(wǎng)成功。

表2?通信測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.2 Test data of mobile communication

（3）通信網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)優(yōu)化方法。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的測(cè)試，數(shù)據(jù)通信連接可以實(shí)現(xiàn)，但通信連接成功率的提高則需不斷嘗試改進(jìn)和優(yōu)化。結(jié)合試驗(yàn)設(shè)備的歷史測(cè)試數(shù)據(jù)，提出設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)優(yōu)化方法。①制定不同制式間優(yōu)先級(jí)?？紤]到國(guó)外4G網(wǎng)絡(luò)主要布設(shè)于城市中，鐵路沿線較少，當(dāng)切換國(guó)家或地區(qū)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)，可以增加3G/2G選網(wǎng)次數(shù)及優(yōu)先性，增加注冊(cè)的成功率。②制定歷史頻段選擇。當(dāng)國(guó)家或地區(qū)位置不變進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)，可以嘗試采用掃描上次連接的頻段和頻點(diǎn)策略方法。③控制網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)模式的注冊(cè)時(shí)間。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)自動(dòng)模式不成功時(shí)，可以轉(zhuǎn)為手動(dòng)注冊(cè)模式，通信模組掃描出所有可注冊(cè)的運(yùn)營(yíng)商嘗試手動(dòng)注冊(cè)，在保證通信的同時(shí)也能兼顧功耗。④云端收集可用運(yùn)營(yíng)商信息。通過(guò)服務(wù)器云端存儲(chǔ)歷史收集的可用運(yùn)營(yíng)商，當(dāng)設(shè)備進(jìn)入某國(guó)家進(jìn)行通信注冊(cè)時(shí)，服務(wù)器端向設(shè)備推送可用運(yùn)營(yíng)商，減少嘗試連接運(yùn)營(yíng)商次數(shù)以減少設(shè)備功耗。

3.2 低功耗控制方法

對(duì)于有源監(jiān)測(cè)裝置，特別是以不可充電鋰電池供電的設(shè)備，設(shè)備的低功耗控制方法顯得尤為重要。設(shè)備低功耗控制優(yōu)化方法自下而上分別為電路級(jí)、邏輯級(jí)、行為級(jí)、算法級(jí)和系統(tǒng)級(jí)等[6]。電路級(jí)和邏輯級(jí)的優(yōu)化方法已經(jīng)比較成熟，只是在實(shí)現(xiàn)方法上還有待改進(jìn)[7]。研究在電路級(jí)、算法級(jí)以及系統(tǒng)級(jí)提出了相關(guān)低功耗控制方法。

（1）電路級(jí)。①采用低功耗芯片。在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，硬件組成均包含主控制模塊、電源模塊、通信模塊以及其他模塊。針對(duì)主控制模塊可以采用藍(lán)牙功能的芯片，常用的芯片大多沒(méi)有進(jìn)行功耗優(yōu)化，節(jié)能性能欠佳，而專門進(jìn)行低功耗優(yōu)化后的芯片節(jié)能性能優(yōu)越。對(duì)于電源模塊，則需要根據(jù)效率指標(biāo)確定芯片選型。芯片的效率值越高則越省電。對(duì)于通信模塊例如4G通信芯片，在滿足功能要求的情況下，可以選用Cat.1類型的4G芯片。Cat.1下行峰值速率可達(dá)10 Mbps，上行峰值速率可達(dá)5 Mbps，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，按照高中低速率劃分屬于中速率范圍，可以以更低的成本和功耗滿足大部分場(chǎng)景需求。②采用低電壓供電。設(shè)備功耗與供電電壓關(guān)系密切，從邏輯上成正比關(guān)系，采用低電壓供電有利于設(shè)備功耗的降低。③采用不同的工作模式。一般設(shè)備的各功能模塊存在運(yùn)行、休眠、空閑等不同狀態(tài)，可以合理切換各功能模塊的狀態(tài)，降低設(shè)備功耗。

（2）算法級(jí)。算法級(jí)可以制定相關(guān)的低功耗控制方法。選擇追蹤定位類設(shè)備作為研究對(duì)象，提出采用間隔休眠喚醒控制方法、超時(shí)控制方法以及輔助定位方法相結(jié)合的算法。低功耗控制邏輯如圖1所示。

如圖1所示，間隔休眠喚醒控制方法、超時(shí)控制方法以及輔助定位方法處在低功耗控制邏輯不同階段。間隔休眠喚醒控制方法即根據(jù)集裝箱運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)休眠喚醒間隔時(shí)間進(jìn)行工作；超時(shí)控制方法可在設(shè)備通信連接過(guò)程中的搜網(wǎng)注冊(cè)時(shí)間、搜星定位時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間等關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行配置，在保證連接成功率的前提下，縮短設(shè)備連接過(guò)程中的時(shí)間達(dá)到降低功耗的目的[8]；輔助定位方法即利用衛(wèi)星定位與網(wǎng)絡(luò)獲取結(jié)合方式，從網(wǎng)絡(luò)端獲取衛(wèi)星定位的星歷，縮短設(shè)備衛(wèi)星定位的啟動(dòng)定位時(shí)間，提高首次成功率以降低能耗。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，同等條件下采用上述3種方法相結(jié)合的方式，與正常工作設(shè)備功耗相比，至少降低 15% ～ 20%。

（3）系統(tǒng)級(jí)。系統(tǒng)級(jí)則依據(jù)采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分析，結(jié)合中歐班列運(yùn)輸?shù)膶?shí)際業(yè)務(wù)范疇，以數(shù)據(jù)分析的結(jié)果反饋到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備層面，在能耗方面著重進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。①集裝箱在境內(nèi)外的時(shí)長(zhǎng)分析。根據(jù)集裝箱在境內(nèi)和境外的時(shí)長(zhǎng)分析結(jié)果可以制定設(shè)備在不同環(huán)境下的工作方式。在定位方式上，對(duì)于追蹤類設(shè)備在境內(nèi)采用基站定位方式，在境外采集衛(wèi)星定位方式，滿足功能的同時(shí)最大化降低能耗。②集裝箱的靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)分析。根據(jù)集裝箱的靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)分析結(jié)果，適時(shí)精準(zhǔn)調(diào)整設(shè)備靜止和運(yùn)動(dòng)的間隔時(shí)間，結(jié)合電源容量精準(zhǔn)估算設(shè)備使用壽命，有利于設(shè)備能耗控制。

圖1?低功耗控制邏輯Fig.1 Low power control logic

3.3 箱門監(jiān)測(cè)控制優(yōu)化方法

集裝箱箱門的狀態(tài)對(duì)于保障貨物安全至關(guān)重要，為提高箱門狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，結(jié)合箱內(nèi)貨物監(jiān)測(cè)和箱門狀態(tài)監(jiān)測(cè)相關(guān)技術(shù)，提出了箱門監(jiān)測(cè)優(yōu)化方法。

（1）箱門監(jiān)測(cè)設(shè)備組成。箱門監(jiān)測(cè)設(shè)備組成如圖2所示。箱門監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在箱門內(nèi)側(cè)，設(shè)備由溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、光線傳感器等傳感采集模塊、主控制模塊、通信模塊、定位模塊、藍(lán)牙模塊、天線模塊以及電源模塊組成。主控制模塊作為大腦控制各模塊協(xié)同運(yùn)行；通信模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備與遠(yuǎn)端系統(tǒng)通信；定位模塊包括衛(wèi)星定位和基站定位2種方式；天線模塊包括通信天線和衛(wèi)星天線，需要外置以提高信號(hào)強(qiáng)度；電源模塊進(jìn)行供電以及電平轉(zhuǎn)換；設(shè)備的傳感模塊根據(jù)功能的不同，需要分布在箱內(nèi)不同位置，兩者之間依靠藍(lán)牙模塊進(jìn)行近場(chǎng)無(wú)線數(shù)據(jù)采集傳輸。

（2）箱門監(jiān)測(cè)控制優(yōu)化方法。由于單純靠光線傳感器檢測(cè)箱門光線的強(qiáng)度會(huì)存在光線不足無(wú)法報(bào)警、箱門縫隙漏光誤報(bào)等情況，因而設(shè)計(jì)箱門監(jiān)測(cè)控制方法時(shí)，采用主從融合處理方式：在檢測(cè)箱門開關(guān)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)環(huán)境變化作為主要監(jiān)測(cè)方法，即當(dāng)箱門開啟時(shí)箱內(nèi)的溫度、濕度、氣壓甚至磁場(chǎng)與箱門關(guān)閉時(shí)相比會(huì)發(fā)生明顯變化；結(jié)合光線傳感器采集的箱內(nèi)亮度變化以綜合判定箱門的開啟和關(guān)閉。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和深入應(yīng)用，在目前能夠滿足對(duì)集裝箱實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求外，更重要的是建立全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、異常報(bào)警、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)等機(jī)制，形成全流程、全鏈條、全節(jié)點(diǎn)的閉環(huán)流程。因此，未來(lái)有必要建立統(tǒng)一的集裝箱物聯(lián)網(wǎng)管理與分析平臺(tái)，提高物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用質(zhì)量。該平臺(tái)將制定數(shù)據(jù)接入和共享標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廣泛物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理；將深度融合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，特別是對(duì)中歐班列在各運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的效率、能力等分析，對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警和預(yù)測(cè)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理與決策，提高運(yùn)輸安全質(zhì)量和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平。

圖2?箱門監(jiān)測(cè)設(shè)備組成Fig.2 Monitoring device composition of container door