在現(xiàn)代的集裝箱碼頭，管理水平和信息化水平的高低已經(jīng)成為制約集裝箱運輸?shù)年P鍵。在集裝箱運輸中，貨物的信息目前還是依賴于傳統(tǒng)的貨單。集裝箱的流向、流轉(zhuǎn)和識別還比較落后，集裝箱的識別基本上還處于人工、半人工狀態(tài)。近幾年來，在研究集裝箱的識別中，采用了條形碼和數(shù)碼攝像軟件識別等技術(shù)，但是．由于其可靠性差，集裝箱本身又不帶信息，條形碼和數(shù)碼攝像存儲的信息量極小，給集裝箱的運輸信息識別和記載帶來不便，更不能跟蹤記載集裝箱運輸中的物流信息和電子信息流信息，無法得到廣泛的應用和推廣。 　　 　

為了提高集裝箱運輸?shù)墓芾硭胶托畔⒒?，研究開發(fā)了工作頻段為全球通行白勺ISM2. 4GHz，具有世界領先技術(shù)水平的集裝箱電子標簽系統(tǒng)，并率先在我國的內(nèi)貿(mào)集裝箱運輸中應用示范 　　 　　

1、集裝箱電子標簽的發(fā)展狀況 　　 　　

電子標簽（RFID，即射頻識別技術(shù)，被廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理等眾多領域。目前在國外集裝箱電子標簽的應用還未見到成功的先例，AMTECH曾在集裝箱上嘗試使用無源電子標簽，但在技術(shù)方面達不到要求，進行了第一步試驗就就失敗了。SAVI公司在美國國防部的軍品集裝箱運輸中采用有源電子標簽獲得了較好的試作效果，但由于其產(chǎn)品和系統(tǒng)昂貴的價格以及行業(yè)性限制，使其僅能局限在美國軍隊中應用，在民用集裝箱物流中并得到應用。說明我們目前掌握了RFID及其延伸技術(shù)，在世界上處于領先地位。 　　 　　

集裝箱電子標簽有著非常典型的行業(yè)特征。首先，集裝箱電子標簽系統(tǒng)的作業(yè)環(huán)境是整個電子標簽應用領域中最為復雜、技術(shù)難度最大的，提出的各項技術(shù)指標、工藝性指標、功能性需求都遠不同于其他領域；其二，集裝箱電子標簽的應用是在一個巨大的物流網(wǎng)絡環(huán)境下，該網(wǎng)絡涉及到國際間多個國家、多個地區(qū)、多個部門的參與和合作，牽涉到眾多部門和單位，如何推動應用是非常關鍵的；其三，集裝箱電子標簽的全面應用必將對物流行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響，同時將極大地推動生產(chǎn)和工作效率，確保貨物運輸質(zhì)量。 　　 　　

上海港的內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標簽應用示范開國內(nèi)集裝箱電子標簽應用的先河。其使用的所有技術(shù)和產(chǎn)品都具有國內(nèi)完全自主的知識產(chǎn)權(quán)，目前已經(jīng)取得了試驗的階段性成果。 　　 　　

我們還開發(fā)了電子封條，并首創(chuàng)了一種用于集裝箱電子標簽和電子封條的連接方法，功能上可以記錄開關門次數(shù)，并能無縫接人集裝箱電子標簽中，已經(jīng)達到和超過國際先進水平。

2、內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標簽自動識別應用系統(tǒng) 　　 　　

2.1總體思路 　　

2.1.1系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 

內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標簽自動識別應用系統(tǒng)建設為3級體系結(jié)構(gòu)，自下而上分為如下3個子系統(tǒng)。 　　 　　

1)港口集裝箱電子標簽公動識別系統(tǒng)集裝箱電子標簽裝置采用射頻識別技術(shù)，為非接觸方式；可同時識別和讀寫多個靜止標簽和移動中的標簽，儲存信息量大，使用壽命長，保密性好，電子標簽安裝在集裝箱箱體表面。 　　 　　

基站式讀寫器和天線安裝在集裝箱卡車的運行通道上，無線式讀寫器安裝在集裝箱吊運設備上，讀寫器可以向電子標簽讀或?qū)懠b箱運輸中的信息，并通過數(shù)據(jù)接口用有線和無線傳輸方式與集裝箱管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，達到集裝箱的自動識別和實時管理。 　　 　　

內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標簽自動識別系統(tǒng)主要用于集裝箱港區(qū)的進出道口，堆場輪胎式龍門吊、岸邊門機或橋吊等設備，管理人員手持讀寫等場合。在目前港區(qū)集裝箱裝卸工藝條件下，內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標簽設備具備的主要功能和特性如下：①集裝箱通過港區(qū)道口（車速在5 km/h），不受雨、雪、霧、酷熱、嚴寒、噪聲、機械、震動、沖擊和大范圍金屬干擾等惡劣環(huán)境的影響；②試驗工作頻段為2.45 GHz的有源電子標簽；③試驗各種電子標簽設備的技術(shù)參數(shù)（作用距離、防沖突性能、傳輸速度、工作溫度、工作濕度、抗沖擊性、防雷、防電磁干擾特性等）；④試驗基站式、無線式、堆場哨兵技術(shù)和手持式電子標簽讀寫器的集裝箱實際應 用。電子標簽系統(tǒng)包括集裝箱電子標簽、集裝箱電子標簽哨兵、基站式讀寫器、無線式讀寫器、無線式橋接器、手持式PDA讀寫器和電子封條等。 　　 　　

2)電子標簽自動識別系統(tǒng)的港區(qū)無線傳偷通信系統(tǒng)集裝箱電子標簽自動識別系統(tǒng)應用于港區(qū)無線通信系統(tǒng)，將布置在碼頭進出道口、堆場龍門吊、岸邊門機或橋吊等設備上的識別設備讀到的電子標簽信息，無縫接人到后端集裝箱信息實時交換系統(tǒng)中。其關鍵技術(shù)是，研究無線局域網(wǎng)的大型開放空間覆蓋模式。在大型開放空間中要求無線信號覆蓋的范圍更大，采用無線局域網(wǎng)專用功率放大器及天線等輔助設施，通過與AP相配合來擴大無線網(wǎng)絡覆蓋面積，滿足大型開放空間網(wǎng)絡覆蓋的需求；研究移動中的設備讀或?qū)懙碾娮訕撕炐畔o縫接入到集裝箱信息實時交換系統(tǒng)的技術(shù)，并在一定的范圍內(nèi)實現(xiàn)網(wǎng)絡漫游、資源共享；研究滿足港口地理環(huán)境的限制及應用的實際要求、安裝部署的需求及實施成本等條件的無線傳輸通信技術(shù)。 　　 

3)集成電子標簽的內(nèi)賈集裝箱智能管理系統(tǒng)它是為上海港龍吳港務公司量身定做的集EDI單證電子流轉(zhuǎn)，進出口自動箱區(qū)預分配，可視化配載，堆場圖形化屬性設置、管理，龍門吊、橋吊實時確認最終場箱位，所有港務機械中央監(jiān)控等與電子標簽無縫銜接的集裝箱實時操作平臺軟件。 　　 　　

該系統(tǒng)集成了目前國內(nèi)外貿(mào)、內(nèi)貿(mào)港口集裝箱酥管理軟件的優(yōu)點，具有規(guī)范性、通用性和可操作性，并且與電子標簽實現(xiàn)了無縫連接，同時兼容了龍吳港近8年的原有集裝箱操作歷史數(shù)據(jù)。它的完成、實施與推廣，為加快中國內(nèi)貿(mào)港口管理信息系統(tǒng)的建設，使港口的數(shù)據(jù)互通，最終達到港、航、貨及上級主管部門信息共享，打下了堅實的基礎。 　　 　　

該軟件除了包含普通集裝箱操作平臺的基本功能模塊（如“進出道口”“進品卸船”“出口裝船”“堆場管理”“集箱管理”“記費小結(jié)”“摘要查詢”“統(tǒng)計報表”等）外，還包括一些特色功能，如系統(tǒng)無縫集成電子標簽（RFID）、參數(shù)規(guī)范自定義或?qū)?、EDI接受/轉(zhuǎn)換/自動箱區(qū)預分配、船舶倍拉統(tǒng)一/分離設計、堆場屬性和規(guī)范圖形分配、龍門吊/橋吊箱位實時確認、可視化配載、港口機械中央監(jiān)控、裝/卸船作業(yè)線分配、龍門吊／橋吊／內(nèi)集卡終端操作平臺等。 　　 　　

主要關鍵技術(shù)包括B／S架構(gòu)的實時控制、堆場／船圖的圖形化表示、堆場分配算法。同時，該系統(tǒng)支持電子標簽實時讀寫存儲，便于電子流全線跟蹤物流。而且能夠為將來針對不同客戶的個性化服務（web應用、短信應用等），提供開放、統(tǒng)一的平臺。 

2．1．2建立內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標簽示范系統(tǒng) 

內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標簽示范線“兩港一航”整體方案。這是在2個港口和1條航線上完成的國內(nèi)首個集裝箱電子標簽全業(yè)務示范線工業(yè)性試驗。它基于集裝箱電子標簽實時信息交換功能，包括貨物信息的寫入，港區(qū)進出道口、進出堆場、清點、裝卸船、航運和集裝箱物流信息查詢等流程。通過“兩港一航”工業(yè)性試驗，建立基于電子標簽的內(nèi)貿(mào)集裝箱港口間管理系統(tǒng)，建設全國港口間內(nèi)貿(mào)集裝箱網(wǎng)絡示范線，對港口集裝箱運輸全過程實行數(shù)字化管理，為客戶提供實時查詢的優(yōu)質(zhì)服務。其關鍵技術(shù)是，設計建設內(nèi)貿(mào)港口的示范系統(tǒng)，包括集裝箱電子標簽自動識別系統(tǒng)、港區(qū)無線通信系統(tǒng)和集裝箱信息實時交換系統(tǒng)3大部分。每個港口在港區(qū)進出道口、堆場龍門吊、岸邊門機或橋吊等設備上安裝電子標簽讀寫設備，同時配備手持讀寫設備，以及裝卸機械駕駛室中的顯示設備等；在這個“港口一航線一港口”的實際應用環(huán)境上進行基于電子標簽的集裝箱運輸和信息交換的工業(yè)性試驗。

2．1．3研究采用電子標簽自動識別系統(tǒng)后的港口信息安全管理技術(shù)建設滿足港口集裝箱電子標簽示范系統(tǒng)需求的多級安全性機制，建立安全認證系統(tǒng)和日志分析系統(tǒng)。其關鍵技術(shù)如下：①研究保證電子標簽讀寫器和電子標簽之間空中接口的信息傳輸安全技術(shù)，實現(xiàn)信息的加密存儲和傳輸，對電子標簽實施寫操作時的授權(quán)寫人驗證；②研究電子標簽讀寫器和主機間的信息通信加密技術(shù)；③研究無線通信系統(tǒng)間的信息傳輸安全性保障技術(shù)；④研究集裝箱信息實時交換系統(tǒng)中的安全支撐系統(tǒng)。

2．1．4研究建立內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標簽相關技術(shù)的標準草案 　　 　　

提出一種新的適用于我國集裝箱的電子標簽結(jié)構(gòu)體系，作為港口集裝箱自動識別的標準。目標是在港口之間建立一條遷移的通路，幫助人們從現(xiàn)有的無集裝箱電子標簽方式過渡到采用新型的電子標簽方式。電子標簽結(jié)構(gòu)體系采用全球貿(mào)易編碼（GTIN）的基本構(gòu)架。 　　 　　在電子標簽系統(tǒng)設計中，采用先進、成熟、實用的技術(shù)。采用的硬件設備和軟件系統(tǒng)符合標準化、開放性的要求，具有可擴展性和靈活性。電子標簽系統(tǒng)的設計除按照本標準外，還要符合國家和地方現(xiàn)行的各項有關設計規(guī)范和規(guī)程。電子標簽設備中所采用的協(xié)議、總線、接口等，均應采用相應的業(yè)界標準，并與國際接軌。

2．2技術(shù)內(nèi)容與關鍵技術(shù) 

2．2．1電子標簽編碼和授權(quán) 

1)電子標簽存儲信息內(nèi)容電子標簽存儲信息內(nèi)容分2部分5個區(qū)域：第1部分分為4個區(qū)域存儲4類信息：①固定信息（A區(qū)）包括序列號、箱號、持箱人、箱型、尺寸；②貨品信息（B區(qū)）包括運單號、鉛封號、起運港、目的港、貨物名稱、箱重量、件數(shù)、貨物特殊要求；③其他信息（C區(qū)）包括起運港記錄、中轉(zhuǎn)港記錄、中轉(zhuǎn)港集裝箱場地吊運記錄、目的港記錄、目的港集裝箱場地吊運記錄、機械ID號和殘損記錄；④電子封條信息（D區(qū)）包括開箱日期、開箱時間（時、分、秒）和累計開箱次數(shù)。第2部分存儲貨代信息（E區(qū)），記錄貨物托運委托書的相關內(nèi)容。 　　 　　

2)各環(huán)節(jié)讀寫電子標簽授權(quán)根據(jù)集裝箱運輸?shù)奶攸c，對每個環(huán)節(jié)讀寫電子標簽都給予一定的權(quán)限設置，包括貨代、起運港（進場）、殘損記錄和電子封條自動寫人等信息。

2．2．2集裝箱電子標簽主要技術(shù)內(nèi)容和特點 　　 　

射頻識別技術(shù)的基本原理是電磁理論。射頻系統(tǒng)的優(yōu)點是不局限于視線，識別距離比光學系統(tǒng)遠，射頻識別卡可具有讀寫能力，可攜帶大量數(shù)據(jù)，難以偽造，且有智能。它適用于集裝箱跟蹤、運載工具識別等要求非接觸數(shù)據(jù)采集和交換的場合，由于RFID標簽具有可讀寫能力，對于需要頻繁改變數(shù)據(jù)內(nèi)容的場合尤為適用。 　　 　　 

1)集裝翁電子標簽集裝箱電子標簽是一種具有微波雙向通訊功能的自動標識設備，作為被附著集裝箱的信息載體和安全認證的設備。其技術(shù)特點如下：①采用獨特的雙頻段工作方式，正常讀寫工作在ISM 2．4 GHz頻段，區(qū)域激活工作在125kHz頻段；②采用有源電子標簽，具有32k數(shù)據(jù)存儲容量，具備可讀可寫功能；③采用125 kHz無源標簽電磁波供電激活的工作模式；④內(nèi)部采用125個信道，1 MbPs的通訊速率，以滿足集裝箱電子標簽的大容量信息實時交換需要；⑤獨特的超低功耗技術(shù)，使用壽命可達10年；⑥高性能16位微處理器，支持在線編程，無線程序下載；⑦采用基于HDLC協(xié)議的時分多址和同步通信機制；⑧高安全性數(shù)據(jù)傳輸機制，支持雙向認證及加／解密；⑨固態(tài)封裝，可靠防拆卸功能，滿足工業(yè)環(huán)境要求。其核心的創(chuàng)新技術(shù)是：①基于超低功耗狀態(tài)的有源電子標簽通信工作模式；②基于隨機延遲機制的防碰撞算法；③基于Hash函數(shù)的局域地址訪問和多項式加密的電子標簽通信安全機制；④基于低頻125 kHz無源標簽工作原理的區(qū)域激活機制；⑤以事件驅(qū)動為中心的標簽嵌入式實時任務系統(tǒng)，任務系統(tǒng)對事件進行處理，以完成特定的功能或?qū)ο到y(tǒng)故障進行處理，以使系統(tǒng)恢復正常工作。 　　 　　

2)集裝箱電子標簽基站式讀寫器在進出道口等固定位置，以無線通訊的方式，與集裝箱電子標簽進行數(shù)據(jù)交換，采集和更新標簽中的信息，并通過RS232／485等方式與計算機通訊?；臼阶x寫器的技術(shù)特點如下：①工作在ISM2.4GHz頻段；②加密計算與認證，確保數(shù)據(jù)安全，防止鏈路竊聽與數(shù)據(jù)破解；③使用頻道隔離技術(shù)，多個設備互不干擾；④先進的防碰撞技術(shù)，支持多標識讀寫；⑤可配置微波模塊工作方式，且發(fā)射功率軟件可調(diào)；⑥抗干擾和防雷設計；⑦支持RS232／485有線方式與上位雄通訊；⑧滿足工業(yè)環(huán)境要求。 　　 　　其核心的創(chuàng)新技術(shù)是：①基于頻道隔離和分割技術(shù)的多讀寫器抗干擾技術(shù)，支持多讀寫器在同一區(qū)域協(xié)同工作；②基于跳頻技術(shù)的高效防碰撞算法，能同時讀取數(shù)百個標簽；③采用非對稱加密技術(shù)，實現(xiàn)了標簽與讀寫器在安全性和功耗、計算性能之間的平衡；④讀寫器命令根據(jù)通信數(shù)據(jù)的大小而采用無線變長幀結(jié)構(gòu)；⑤功率可配置工作模式實現(xiàn)多級識別距離的軟件平滑控制。 　　 　　

3 )集裝箱電子標簽無線式讀寫器無線式讀寫器安裝在如龍門吊、橋吊、門機、正面吊等移動設備上，以無線通訊的方式，與集裝箱電子標簽進行數(shù)據(jù)交換，采集和更新標簽中的信息，并通過集裝箱電子標簽無線橋接器以無線方式與計算機通訊 。無線式讀寫器的技術(shù)特點如下：①~⑥與基站式讀寫器相同；⑦支持無線方式與上位機通訊；⑧支持哨兵模式下的局域空間無線訪問。其核心的創(chuàng)新技術(shù)是：①~④與基站式讀寫器相同；⑤基于哨兵工作模式下，在局域空間對標簽實現(xiàn)唯一性無線訪問。 　　 　　

4)集裝箱電子標簽無線橋接器無線橋接器是替代標簽讀寫器通訊電纜的一種無線通訊設備6。其特點是：①無線橋接器和無線讀寫器成對使用，對兩端連接的設備而言是透明的；②數(shù)據(jù)通訊速率達到1 Mbps：③RS232／485接口；④數(shù)據(jù)加密，防止受到安全攻擊；⑤抗干擾和防雷設計。 　　 　　

5)集裝箱電子標簽哨兵集裝箱電子標簽哨兵是用來在堆場、橋吊、龍門吊、門機、叉車等場合配合無線讀寫器完成對集裝箱電子標簽的唯一性自動識別，見圖7。其特點是：①采用低頻125 kHz工作頻段；②通過電磁波供電激活集裝箱電子標簽中的125 KHz低頻電路工作；③支持非工作狀態(tài)的休眠模式和快速喚醒啟動的模式切換；④支持工作狀態(tài)的自動偵測和自動模式切換；⑤先進的防碰撞技術(shù)，支持多標簽讀寫；⑥獨特的整體低功耗設計；⑦場強可測量，且發(fā)射功率軟件可調(diào)；⑧抗干擾和防雷設計。 　　 　　

6)集裝箱電子標簽手持式讀寫象手持式讀寫器用于在貨代源頭信息寫人、港口碼頭點貨、航運中等場合完成對集裝箱電子標簽的識讀和信息交換，見圖8。其特點是：①一④與基站式讀寫器創(chuàng)新技術(shù)相同；⑤業(yè)界首個基于PDA CF接口的遠距離電子標簽手持讀寫器；⑥支持PALM和WINCE 3.0、4．2、5.0 MOBILE主流嵌入式操作系統(tǒng)，提供完整的二次開發(fā)SDK，可快速開發(fā)應用；⑦功率可配置工作模式實現(xiàn)多級識別距離的軟件平滑控制；⑧體積小、攜帶方便、通用性強、功能強大。 　　 　　

7）集裝箱電子封條集裝箱電子封條，它具有如下特點：①2．45 GHz和125 kHz雙頻段工作；②集成門傳感器和光傳感器，完成集裝箱的入侵監(jiān)測，滿足反恐和防盜要求等；③滿足安全性要求；④監(jiān)視集裝箱運輸?shù)臓顟B(tài)；⑤具備帶時間戳的事件記錄和存儲；⑥采用模塊化設計，可擴展輻射、化學檢測傳感器等；⑦使用溫度為－40~＋80℃，濕度為95％；⑧固態(tài)封裝，抗高強度跌落與振動，滿足工業(yè)環(huán)境要求。

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