基于RFID技术实现智能集装箱

赫永霞

(天津海运职业学院,天津 300350)

基于RFID技术实现智能集装箱

赫永霞

(天津海运职业学院,天津 300350)

详细介绍了射频识别技术及其优点和射频识别系统的工作流程,在此基础之上,介绍基于RFID技术而实现的智能集装箱和智能集装箱的工作流程及整体设计。

射频识别技术 智能集装箱

射频识别(Radio Frequency Identification，简称 RFID)技术是一种非常成熟的自动识别技术，它的目标是使用射频方式实现非接触式的双向通信数据交换。现在的RFID应用于航海运输系统仍有许多缺陷，无法满足航海运输业的高标准要求。基于RFID技术的智能集装箱将为目前这一现状提供了很好的时机，成为新的集装箱运输业的发展趋势。

1 RFID技术及系统

RFID技术是从20世纪末开始成熟和迅速发展起来的。RFID系统是实现目标的自动识别和交换数据的自动识别系统，它使用无线电波、感应或微波能量进行双向通信，此双向通信是非接触式的，不需要人工参与，其识别工作是通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID技术作为条形码的一种特殊形式，具有普通条形码所不具备的特性，例如良好的防水、防磁、耐高温等，以及使用寿命长、读取距离远、标签数据可加密、存储数据容量大、可自动更改存储信息等。现在RFID的应用已相当广泛，例如物流运输的货物管理、不停车收费、公交智能卡等等。本文将主要介绍RFID技术及其如何实现智能集装箱。

RFID系统是由一定数量的后台计算机，若干的读写器、阅读器及电子标签所组成的。其中，电子标签作为物品识别的承载对象，其内部用于存放物品的相关信息；读写器和阅读器作为系统的中间设备，它们的作用是识别标签指代的物品信息，这个信息是通过射频信号同电子标签进行近距离通行而实现的，最后，通过接口把信息进行汇总，然后传给后台计算机。读写器和阅读器是有区别的：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，却不能写入信息。而后台计算机的作用是分析从中间设备传来的信息，是整个标签系统正常工作管理的管理者。

RFID系统的硬件主要包括两部分：射频标签、读写器，如图1所示。射频标签也可被称为应答器或电子标签，它是将几个主要模块集成到一块芯片上，即为标签逻辑内存，用来完成与读写器的通信，其内存部分则主要用来储存识别码或其它数据，例如集装箱号、集装箱型号、集装箱内货物类别等。芯片外围只需要连接天线和电池，且此芯片也可以作为集装箱或货物的识别卡。读写器(也可称为收发器或询问器)是由以下几部分组成：发射单元、接收单元、信号处理控制单元和电源等。读写器可以通过天线向RFID卡发送射频调制信号，射频调制信号也称为询问信号，也通过天线接收从应答信号(即RFID卡所返回的载有RFID卡中信息的射频调制信号)，此应答信号经处理后传给智能控制设备。读写器通过射频信号与电子标签进行通信，系统则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；电子标签用来响应读写器的指令，并报告处理结果。

图1 RFID系统的组成示意图

2 智能集装箱

集装箱运输以其自身的优势早已成为世界货物运输的最主要方式之一。根据海关的统计，世界上90%的货物由集装箱运输，在中国，差不多一半的进口货物(按价值计算)是使用集装箱运抵的。但是，随着世界海运的快速发展，对货物运输的可靠性、安全性、实时性的要求也是越来越高，如果集装箱管理方面无法实现实时作业、无法随时获知货物的信息等，将在很大限度上制约着世界海运的蓬勃发展，那么智能集装箱的发展将顺应世界海运的发展。

2.1 智能集装箱的概念

所谓智能集装箱，就是在集装箱设备的外部和内部均使用或者加装多个主动RFID技术的产品。例如主动式电子标签具有内部自带电池，工作可靠性高，信号传送距离远等优点，并且在结合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。智能集装箱设备包括电子封条、传感器封条等，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，读取器网络通过收集、过滤获得RFID的信息，并将有效信息输送到TSS系统(Transportation Security System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，了解货物的实时方位、状态及相关安全状况。

2.2 智能集装箱系统的作业流程

要想在海运行业内推广智能集装箱系统，需要进行现有系统集装箱改造，新设备加装，技术网络构建等诸多步骤的努力。现在以在门到门的运输模式下，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，如图2所示。

图2 智能集装箱系统的作业流程图

(1)发货人端。在发货人端，出口集装箱完成装箱作业后，必须给集装箱配备RFID电子标签，并以手动方式启动RFID电子标签，再由集装箱运输公司将其运往码头。

(2)装船港。等待集装箱到港后，系统通过RFID读取器实时记录集装箱到达时间与集装箱的安全状态，以GPRS传输方式将实时信息传送至TSS系统。同时须通过网络登录事先预设的账户，并在TSS系统上实现集装箱的舱单资料的维护、测试。经港口管理系统确认后，集装箱堆场的监控作业就开始进行全程监控，这是由RFID监控读取器来实现。当集装箱开始装船作业时，龙门起重机上的RFID读取器记载集装箱装船作业的时间，确认该集装箱的安全状态的同时，确保装船的集装箱为安全状态，随后集装箱即可经海上路线运往目的港。

(3)集装箱卸船港。集装箱船进港停靠码头后，经由卸货龙门起重机将集装箱卸载分派到集装箱场后，由现场的安全作业人员通过手持终端机取得集装箱到港的信息。

(4)收货人端。集装箱在门到门运输模式下，被直接交付给收货人。收货人在收到集装箱之后，剪断电子标签的插拴，这样就完成集装箱的全部旅程。

如此智能的集装箱必须具备以下三大基本功能：一是能够密切监督和自动报告任何非法企图入侵集装箱内部的任何活动，并且能够正确显示这种入侵活动；二是能够在允许的条件下，向当事人提供其供应链内的动态和具体位置；三是可以直接从集装箱内对外发送有关集装箱的有关数据，如舱单、提单和装箱单等。

2.3 智能集装箱整体设计

智能集装箱是由两个子系统组成：电子标签和阅读器。电子标签安装在集装箱上，功能是用于存储集装箱信息，如标识信息、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3所示)和港口信息处理流程(如图4所示)，前者是集装箱进场过程，后者是集装箱出港过程。

图3 道口信息处理流程图

图4 港口信息处理流程图

3 结语

随着射频识别技术的进步，将会有几个发展趋势：在标签方面，将有有效距离、无线可读/写性能更完美和更适合高速移动运营商识别、智能、低成本等特点；在阅读器方面， 小型化、便携式、嵌入式、模块化、多种模式兼容的读写设备将成为主流；对于系统方面， 安全性高、智能化和远距离的识别系统将会更受关注，并且期待出现一系列行业标准统一整合的RFID技术应用程序，提高国际化程度。在极具代表性的港口物流中，只有加快研究和应用集装箱智能标签，我们才能缩小与世界先进水平之间的差距，为建立信息化、智能化的现代国际港口提供坚实的技术基础，使得我们能够从容面对急速发展的港口物流业的挑战。

[1]游战清,李苏剑编著.无线射频识别技术(RFID)理论与应用.电子工业出版社,2004.10.

[2](德)份肯泽乐(Finkenzeller,K.)著,陈大才编译.射频识别(RFID)技术——无线电感应的应答器和非接触IC卡的原理与应用,电子工业出版社,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,汉族,黑龙江人,讲师,硕士研究生,主要研究海上交通信息及智能控制。