做和集装箱电子标签系统的研究和应用上

集装箱电子标签系统的研究和应用(上)

摘要：为了提高集装箱运输的管理水平，研究开发了具有世界领先技术水平的集装箱电子标签系统，并率先在内贸集装箱运输中应用示范，取得了阶段性成果。本文着重介绍内贸集装箱电子标签自动识别应用系统的体系结构、主要技术内容、特点和示范线整体方案。

关键词：集装箱电子标签；应用系统；示范线

在现代的集装箱码头，管理水平和信息化水平的高低已经成为制约集装箱运输的关键。在集装箱运输中，货物的信息目前还是依赖于传统的货单。集装箱的流向、流转和识别还比较落后，集装箱的识别基本上还处于人工、半人工状态。近几年来，在研究集装箱的识别中，采用了条形码和数码摄像软件识别等技术，但是，由于其识别距离近，可靠性差，集装箱本身又不带信息，条形码和数码摄像存储的信息量极小，给集装箱的运输信息识别和记载带来不便，更不能跟踪记载集装箱运输中的物流信息和电子信息流信息，无法得到广泛的应用和推广。

为了提高集装箱运输的管理水平和信息化水平，我司研究开发了工作频段为全球通行的ISM2.4GHz，具有世界领先技术水平的集装箱电子标签系统，并率先在我国的内贸集装箱运输中应用示范

1、集装箱电子标签的发展状况

电子标签（RFID，即射频识别技术），被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。目前在国外集装箱电子标签的应用还未见到成功的先例，AMTECH曾在集装箱上尝试使用无源电子标签，但在技术方面达不到要求，进行了第一步试验就失败了。SAVI公司在美国国防部的军品集装箱运输中采用有源电子标签获得了较好的试作效果，但由于其产品和系统昂贵的价格以及行业性限制，使其仅能局限在美国军队中应用，在民用集装箱物流中并得到应用。说明我们目前掌握了RFID及其延伸技术，在世界上处于领先地位。

集装箱电子标签有着非常典型的行业特征。首先，集装箱电子标签系统的作业环境是整个电子标签应用领域中最为复杂、技术难度最大的，提出的各项技术指标、工艺性指标、功能性需求都远不同于其他领域；其二，集装箱电子标签的应用是在一个巨大的物流络环境下，该络涉及到国际间多个国家、多个地区、多个部门的参与和合作机头的外壳是用螺栓固定在机身上，牵涉到众多部门和单位，如何推动应用是非常关键的；其三，集装箱电子标签的全面应用必将对物流行业产生巨大的影响，同时将极大地推动生产和工作效率，确保货物运输质量。

上海港的内贸集装箱电子标签应用示范开国内集装箱电子标签应用的先河。其使用的所有技术和产品都具有国内完全自主的知识产权，目前已经取得了试验的阶段性成果。

我们还开发了电子封条，并首创了一种用于集装箱电子标签和电子封条的连接方法，功能上可以记录开关门次数，并能无缝接人集装箱电子标签中，已经达到和超过国际先进水平。

2、内贸集装箱电子标签自动识别应用系统

2.1总体思路

2.1.1系统的体系结构

内贸集装箱电子标签自动识别应用系统建设为3级体系结构，自下而上分为如下3个子系统。

1）港口集装箱电子标签公共识别系统集装箱电子标签装置采用射频识别技术，为非接触方式；可同时识别和读写多个静止标签和移动中的标签，储存信息量大，使用寿命长，保密性好，电子标签安装在集装箱箱体表面。

基站式读写器和天线安装在集装箱卡车的运行通道上，无线式读写器安装在集装箱吊运设备上，读写器可以向电子标签读或写集装箱运输中的信息，并通过数据接口用有线和无线传输方式与集装箱管理系统进行数据交换，达到集装箱的自动识别和实时管理。

内贸集装箱电子标签自动识别系统主要用于集装箱港区的进出道口，堆场轮胎式龙门吊、岸边门机或桥吊等设备，管理人员手持读写等场合。在目前港区集装箱装卸工艺条件下，内贸集装箱电子标签设备具备的主要功能和特性如下：①集装箱通过港区道口（车速在5km/h），不受雨、雪、雾、酷热、严寒、噪声、机械、震动、冲击和大范围金属干扰等恶劣环境的影响；②试验工作频段为2.45GHz的有源电子标签；③试验各种电子标签设备的技术参数（作用距离、防冲突性能、传输速度、工后来随着全球森林资源的滥砍作温度、工作湿度、抗冲击性、防雷、防电磁干扰特性等）；④试验基站式、无线式、堆场哨兵技术和手持式电子标签读写器的集装箱实际应用。电子标签系统包括集装箱电子标签、集装箱电子标签哨兵、基站式读写器、无线式读写器、无线式桥接器、手持式PDA读写器和电子封条等。

2）电子标签自动识别系统的港区无线传输通信系统集装箱电子标签自动识别系统应用于港区无线通信系统，将布置在码头进出道口、堆场龙门吊、岸边门机或桥吊等设备上的识别设备读到的电子标签信息，无缝接人到后端集装箱信息实时交换系统中。

其关键技术是，研究无线局域的大型开放空间覆盖模式。在大型开放空间中要求无线信号覆盖的范围更大，采用无线局域专用功率放大器及天线等辅助设施，通过与AP相配合来扩大无线络覆盖面积，满足大型开放空间络覆盖的需求；研究移动中的设备读或写的电子标签信息无缝接入到集装箱信息实时交换系统的技术，并在一定的范围内实现络漫游、资源共享；研究满足港口地理环境的限制及应用的实际要求、安装部署的需求及实施成本等条件的无线传输通信技术。

3）集成电子标签的内贾集装箱智能管理系统它是为上海港龙吴港务公司量身定做的集EDI单证电子流转，进出口自动箱区预分配，可视化配载，堆场图形化属性设置、管理，龙门吊、桥吊实时确认最终场箱位，所有港务机械中央监控等与电子标签无缝衔接的集装箱实时操作平台软件。

该系统集成了目前国内外贸、内贸港口集装箱酥管理软件的优点，具有规范性、通用性和可操作性，并且与电子标签实现了无缝连接，同时兼容了龙吴港近8年的原有集装箱操作历史数据。它的完成、实施与推广，为加快中国内贸港口管理信息系统的建设，使港口的数据互通，最终达到港、航、货及上级主管部门信息共享，打下了坚实的基础。

该软件除了包含普通集装箱操作平台的基本功能模块（如“进出道口”“进品卸船”“出口装船”“堆场管理”“集箱管理”“记费小结”“摘要查询”“统计报表”等）外，还包括一些特色功能，如系统无缝集成电子标签（RFID）、参数规范自定义或导入、EDI接受/转换/自动箱区预分配、船舶倍拉统一/分离设计、堆场属性和规范图形分配、龙门吊/桥吊箱位实时确认、可视化配载、港口机械中央监控、装/卸船作业线分配、龙门吊／桥吊／内集卡终端操作平台等。

主要关键技术包括B／S架构的实时控制、堆场／船图的图形化表示、堆场分配算法。同时，该系统支持电子标签实时读写存储，便于电子流全线跟踪物流。而且能够为将来针对不同客户的个性化服务（web应用、短信应用等），提供开放、统一的平台。

2．1．2建立内贸集装箱电子标签示范系统2.3实验机外露的滑动部位、齿轮、皮带轮等应有防护安装

内贸集装箱电子标签示范线“两港一航”整体方案。

这是在2个港口和1条航线上完成的国内首个集装箱电子标签全业务示范线工业性试验。它基于集装箱电子标签实时信息交换功能，包括货物信息的写入，港区进出道口、进出堆场、清点、装卸船、航运和集装箱物流信息查询等流程。

通过“两港一航”工业性试验，建立基于电子标签的内贸集装箱港口间管理系统，建设全容许剪切角国港口间内贸集装箱络示范线，对港口集装箱运输全过程实行数字化管理，为客户提供实时查询的优质服务。

其关键技术是，设计建设内贸港口的示范系统，包括集装箱电子标签自动识别系统、港区无线通信系统和集装箱信息实时交换系统3大部分。每个港口在港区进出道口、堆场龙门吊、岸边门机或桥吊等设备上安装电子标签读写设备，同时配备手持读写设备，以及装卸机械驾驶室中的显示设备等；在这个“港口一航线一港口”的实际应用环境上进行基于电子标签的集装箱运输和信息交换的工业性试验。

2．1．3研究采用电子标签自动识别系统后的港口信息安全管理技术

建设满足港口集装箱电子标签示范系统需求的多级安全性机制，建立安全认证系统和日志分析系统。

其关键技术如下：①研究保证电子标签读写器和电子标签之间空中接口的信息传输安全技术，实现信息的加密存储和传输，对电子标签实施写操作时的授权写人验证；②研究电子标签读写器和主机间的信息通信加密技术；③研究无线通信系统间的信息传输安全性保障技术；④研究集装箱信息实时交换系统中的安全支撑系统。

2．1．4研究建立内贸集装箱电子标签相关技术的标准草案

提出一种新的适用于我国集装箱的电子标签结构体系，作为港口集装箱自动识别的标准。目标是在港口之间建立一条迁移的通路，帮助人们从现有的无集装箱电子标签方式过渡到采用新型的电子标签方式。电子标签结构体系采用全球贸易编码（GTIN）的基本构架。

在电子标签系统设计中，采用先进、成熟、实用的技术。采用的硬件设备和软件系统符合标准化、开放性的要求，具有可扩展性和灵活性。电子标签系统的设计除按照本标准外，还要符合国家和地方现行的各项有关设计规