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智
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集
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装
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箱
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制作人:陈莎莎
二零一二年三月二十八日
目录
一、前言
二、智能集装箱的概念
三、构成智能集装箱的关键技术
四、智能集装箱系统的作业流程
五、智能集装箱整体设计
六、推动智能集装箱系统发展的政策和建议
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七、结束语
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一、前言
集装箱运输是世界货物最重要的运输方式,但现存以集装
箱运输为基础的海运供应链的智能化程度不足,难以满足安全性
的要求。集装箱系统的智能化趋势给解决这一难题提供了很好的
契机。
二、智能集装箱的概念
所谓智能集装箱通常是在设备的外部和内部均使用或者加装
多个主动RFID产品(主动式电子标签内部自带电池,工作可靠性高,
信号传送距离远。在结合GPS技术后,能在集装箱状态发生变化时
实时将状态变化发生的时间、地点以及周围的环境信息传输到货主或
管理人员的机器上去,实现集装箱的实时跟踪),包括一张电子封条,
一张传感器封条,这些标签可以贴在运输货物的集装箱上,而这些标
签能够随时将集装箱的一些关键信息如位置、安全状况、灯光、温度
和湿度的变化传给读取器网络,读取器网络收集、过滤获得RFID的
信息,并将有效信息输送到TSS系统(TransportationSecuritySystem
交通安全信息系统)。发货人通过TSS系统,就可以实现货物的追
踪,了解货物的及时方位、状态和安全状况。
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三构成集装箱的主要技术
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射频识别(RadioFrequencyIdentification,简称RFID)技术,从
20世纪80年代走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频方式进行
非接触式双向通信交换数据以达到识别目的。而现在的世界海运系统
存在明显的缺陷,无法满足世界运输界对集装箱运输的安全性日益增
高的要求。基于射频识别技术的集装箱的智能化为这一现状提供了很
好的契机,所以基于射频识别技术的智能集装箱成为新的发展趋势。
RFID技术的原理非常简单,从上述智能集装箱的概念中可窥
见一斑。在具体应用中,RFID技术系统包括TSS系统(Transportation
SecuritySystem,即交通安全管理系统)的导入、RFID无线射频硬件建
置以及由某单位提供集装箱现场作业信息转换成TSS系统对外接口
信息等三部分及其整合。RFID技术可以检测的相关信息有:
⑴安全性信息:是否载有爆炸性物质,核物质,放射性物质,化学
物质等危险性货物,是否有人藏匿,是否存在非法开箱行为;
⑵运输信息:集装箱箱门开、关状态,集装箱是否满载、部分装载
或者空箱,集装箱的位置;
⑶设备信息:电池状态,集装箱自身状态及集装箱安全设备的状态。
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RFID系统有限量的后台计算机,若干的读写器、阅读器及电
子标签组成。其中,电子标签是物品识别的载体,其内部存放着物品
的相关信息;读写器和阅读器是系统的中间设备,他们通过射频信号
同电子标签进行近距离通行,从而识别标签指代的物品信息,通过接
口把信息汇总给后台计算机,读写器和阅读器的区别在于,读写器可
以对标签进行读写操作,而阅读器只能读取标签内部存放的信息;后
台计算机分析从中间设备传来的信息,负责管理整个标签系统的正常
工作。
RFID系统的硬件组成包括电子标签和电子标签读写器两个部
份,如图1所示。读写器通过射频信号同电子标签进行通信,系统通
过读写器给电子标签发送指令,并通过读写器分析电子标签返回的有
关信息;电子标签是应答器,用来响应读写器的指令,并报告处理结
果。电子标签由标签天线和标签芯片两部份组成。标签天线是读写器
和标签芯片之间进行信号和能量传递的中介。标签芯片则根据读写器
的指令,作出相应的操作和响应。
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一般来说,有两种广义的GPRS(全球定位通信)卫星系统,即
低轨道卫星系统和高轨道卫星系统。低轨道卫星和高轨道卫星都可以
跟踪和确认集装箱在供应链中的位置,但低轨道卫星的优势在于它可
以以与调频信号类似的频率低成本的传送窄带数据,并传送声音和图
像信号。最关键的是,低轨道卫星提供的接收盲点较少,并可以使用
不可见的天线,
在全球反恐的
大局势下,这对
供应链系统的
安全性更有利。
高轨道卫星的
缺陷在于接收
盲点较多,及安
装在运输工具上的天线是可见的。可见的天线似无大碍,但是却给那
些想要劫持破坏集装箱的非法分子提供了可乘之机。
卫星技术只能帮助确定集装箱在供应链中所处的位置,无法探测
到集装箱的具体状况。所以,只有将RFID技术和卫星通信技术有效
结合,才能真正增强全球供应链的安全性,才能真正体现智能集装箱
系统的“智能性”。
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通常人们总是过多的关注于高新技术的应用,而忽略了人力在智
能集装箱系统中的重要地位和作用。没有人力的有效操作,只使用RFID
和卫星技术的智能集装箱系统是缺乏完整性和可控性的。
对于一个智能集装箱系统来说,在集装箱运输的起运点须有现场负责
人检查集装箱所载货物的情况,确定舱单的准确性,并启动RFID和卫
星技术系统,最后监督集装箱的封装。同样地,在集装箱运输的目的
地也要有相应的现场负责人,双方必须通力合作完成智能集装箱系统
中的监控工作和安全作业。
智能集装箱系统通常存在一个RFID技术的激活密码,负载了舱单
信息和其它如使用系统的终端代理的身份确认等信息。这个安全电子
密码是用来从公司的物流系统向集装箱安全设备传送和输入有用信息
的。因此,负责键入这个电子密码以激活系统的人员也是智能集装箱
系统中不可或缺的要素。
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四、智能集装箱系统作业流程
智能集装箱系统目前还没有真正的广泛应用,如想在海运行业内
推广,还要进行现有系统集装箱改造,新设备加装,智能集装箱投入
使用,技术网络构建等很多步骤的努力。现仅以在Door-to-Door(门到
门)运输模式下,对现有系统加装RFID设备的简单模式为例,说明智
能集装箱系统的作业流程(参见图1)
Tss系统
↑
→→→
发货人段装船港卸船港收货人端
图1智能集装箱系统的作业流程图
在发货人端,出口集装箱装箱完成作业后,须在集装箱上加装RFID
电子标签并以手持终端机启动RFID电子标签,再由集装箱运输公司
将集装箱运往码头集装箱堆场。
装箱船进港停靠码头后,经由卸货龙门起重机将集装箱调至集装箱
场后,又现场的安全作业人员已手持终端机取得集装箱到港的信息。
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待集装箱进入港口后,系统透过RFID读取器实时记录集装箱到
达的时间与集装箱的安全状态,并适时将信息以GPRS传输方式传送
至TSS系统。同时,必须通过网络登录事先预设的账户,并在TSS系
统上维护测试集装箱的舱单资料。集装箱进场信息经过码头集装箱场
的港口管理系统确认后,集装箱场的集装箱监控作业就开始由RFID
监控读取器进行全程监控。当集装箱开始装船作业时,架设在船边的
龙门起重机上的RFID读取器记载集装箱装船作业的时间,同时确认
该集装箱的安全状态,确保装船的集装箱为安全状态,之后集装箱船
即经海运路线驶往目的港船的集装箱为安全状态,之后集装箱船即经
海运路线驶往目的港。
在门到门运输模式下,集装箱被直接运送到收货人所在位置。收
货人在收到集装箱之后,直接剪断电子标签的插拴,完成集装箱的安
全旅程。因此智能集装箱必须具备以下三大基本功能:能够在集装箱
现场密切监督和自动报告企图非法入侵集装箱内部的任何人的活动,
并且正确显示这种入侵活动并未经过任何权威部门的事先批准;能够
在法律和现场允许的条件下,向愿意支付有关信息费用的当事人提供
其供应链内的动态和具体位置;能直接从集装箱内对外发送有关集装
箱的舱单、提单和装箱单等有关数据。
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五、智能集装箱整体设计
智能集装箱是由电子标签和阅读器两个子系统组成。其中电子标
签安装在集装箱上。功能是用于存储集装箱标识信息、集装箱装载货
物信息、提单信息等;阅读器则用于读写集装箱上的电子标签。智能
集装箱的信息处理流程包括道口信息处理流程(如图2所示),也即
是集装箱进场过程,还包括港口信息处理流程(如图3所示),也即是
集装箱出港过程。
图2道口信息处理流程图
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图3港口信息处理流程图
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六、推动智能集装箱系统发展的政策和建议
因为海运供应链中有很多参与者,不少都会互相推卸责任,不会自行
在自己的供应链中使用集装箱追踪科技。因此,政府部门的强制性要
求,在某种程度上起着关键的推动作用。我国商业司长杜紫军表示,
“911”事件后,欧美等国对海空运安全非常重视,各国都已进行RFID
技术导入海运安全上,我国也应积极和国际接轨。未来旅客、行李不
但可快速通关;运用RFID技术的智能集装箱也可以在自由贸易港区
和海关间通行无阻。有了政府部门的强制性推动,辅以有关政策的制
定和实施标准的推行,智能集装箱系统的广泛应用指日可待。
当前制约RFID发展的最大障碍就是技术标准。全球现有117个
针对数据交换的协议标准。协议过多泛滥,导致术语不统一,限制了
标准在实践中的完善。更重要的是,目前缺乏全球共同遵守的权威统
一的标准。RFID技术贯穿了集装箱在海运供应链中的整个流动过程,
所以,集装箱安全设备所涉及到的RFID技术的有关标准必须适应供
应链中的不同国家和地区的需要。没有统一的技术标准,再完善的设
备也难有用武之地。为了促进国际海运的发展,智能集装箱系统的应
用是必然趋势,因此RFID技术的国际标准化问题也应尽快提到日程
上来。这需要世界各地政府和海运组织的通力协作和共同努力。美国
联邦通信委员会已于2004年6月23日通过最终议案,同意改进无线
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电调频系统以推进海运智能集装箱的发展。与此同时,美国联邦通信
委员会采取措施增强了最大允许通信强度,并将无线发射频率增加至
433兆赫兹,以方便海运智能集装箱的使用。
智能集装箱系统的发展不仅与政府部门的强制性要求、实施标
准、企业合作、网络完善等因素有关,也与RFID技术的不断完善有
关。目前需要克服的难题有,在港口环境如何快速读取信息以及如何
把适当的货物信息传递给用户。只有能够把货物信息安全有效传递到
终端用户的公司,才能在智能集装箱市场立脚,把准确的海运信息存
入企业管理系统也有着巨大的商业价值。这些难题随着RFID技术的
不断发展和完善将得到有效的解决。
同时,我们必须清楚地认识到:智能集装箱系统能否广泛地应用
到海运供应链中,产业能不能接受是关键。所以,针对海运业的智能
集装箱系统的测试和实验应该加大力度进行。2005年1月,通用电
气的子公司通用电气安全集团(GESecurity)发布了一套针对集装箱
安全市场的电子系统,并和中集合作完成了第一次跨海运输的商业测
试。与此同时,GE正在全球范围内的港口安装RFID读写器和软件,
竭力全力推广智能集装箱系统的相关技术,力图使这些技术成为集装
箱行业的一个新的标准。
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