1. 系統概述
1.1. 系統背景
隨著經濟全球化的步伐進一步加快，國際貿易快速發展，集裝箱運輸以其高效、便捷、安全的特點成為交 通運輸現代化的重要形式。根據海關的統計，世界上 90%的貨物由集裝箱運輸，在美國，差不多一半的進口貨 物（按價值計算）是使用集裝箱船運抵的。每年約有 700 萬 TEU 的集裝箱貨物在美國各港口卸貨。但是，隨 著世界海運的發展，對貨物運輸的實時性、可控性和安全性的要求越來越高，現在集裝箱運輸系統存在的缺陷， 如無法實現實時作業、無法隨時獲知貨物的情況、無法實時確定集裝箱在整條供應鏈中所處的位置等，也越來 越多地制約了世界海運的蓬勃發展。
圖 1 港口集裝箱
1.2. 現狀及分析
傳統的集裝箱管理主要依賴人工管理，集裝箱的運輸過程僅依靠一些人工、半人工的記錄方式進行跟蹤， 集裝箱當前所處的地點、狀態、以及到達的時間等信息都不透明，集裝箱丟失、非法開啟、貨物丟失、延誤等 情況時有發生，給貨主和物流企業帶來的巨大的損失，也成為了集裝箱物流發展的瓶頸。 基于 RFID 的集裝箱追溯系統，可以實時記錄集裝箱運輸中的箱、貨、流信息，以及監控相關的安全信息， 并結合全球網絡環境實現集裝箱物流的全程實時在線監控，以提高集裝箱物流整個過程的安全度和透明度，提 高集裝箱物流的生產效率和安全，從而提升集裝箱物流的整體水平。
2. 系統介紹
2.1. 系統原理
在集裝箱箱體外部和內部貨物均加裝多個有源 RFID 標簽，工作可靠性高，信號傳送距離遠，結合 GPS 技 術后，能在集裝箱狀態發生變化時實時將狀態變化發生的時間、地點以及周圍的環境信息上傳到貨主或管理人 員的管理系統上，實現集裝箱的實時跟蹤。
l 標簽分類
RFID 標簽分為集裝箱標簽和和貨物標簽，其作用分別如下：
集裝箱標簽采用具有 RFID 鉛封作用的標簽，其安裝在集裝箱的門上，當集裝箱打開時，RFID 的標簽狀態 將發生變化，并即時將狀態信息發送給讀寫器進行報警通知。 貨物標簽貼附在集裝箱內的貨物上，作為貨物的 ID 標識。 集裝箱和貨物與電子標簽進行 ID 標識，將標簽數據信息錄入數據中心，對集裝箱和貨物實行全程實時在線 監控，集裝箱物流鏈的所有節點可隨時在系統中查詢物流信息，合法和非法開箱的時間和地點均能準確記錄并 在系統中實時顯示，包括集裝箱信息、貨物信息、裝/卸車信息、箱運的信息、查驗信息、開/關箱門的時間、地理位置、狀態、物流信息都能即時查詢，且能實時地傳給遠在千里之外的后臺管理系統。發貨人通過后臺管理 系統，就可以實現集裝箱和貨物的追蹤，了解集裝箱和貨物的及時方位、狀態和安全狀況。
2.2. 系統結構
圖 2 系統結構圖
本系統主要有四個部分組成，首先在裝拆箱的各個點將集裝箱信息、貨物信息等數據與電子標簽進行 ID 標 識并錄入系統數據中心，然后在集裝箱經過的場所(車船、橋吊、堆場、道口)通過固定或手持的 RFID 讀寫器進 行讀寫，然后通過無線通訊系統進行信息傳輸，最后經過信息實時交換系統進行數據處理和交換，同時通過管 理系統提供給用戶進行查詢監控。
2.2.1. 電子標簽數據寫入系統
電子標簽數據寫入系統是整個系統的第一步操作，在裝箱點將各貨物進行貼標 ID 標識，并將集裝箱號、貨 物名稱和數量等貨物信息與電子標簽一一對應，信息錄入系統。貨物裝箱完畢后，將集裝箱號、貨物信息等與 集裝箱標簽相對應，集裝箱掛電子封條標簽。結合 GPS 技術，可將 GPS 地理信息也錄入系統。 電子標簽數據寫入系統的基本配置為：集裝箱電子標簽、貨物標簽、集裝箱電子封條、電子標簽讀寫器、 電子標簽信息錄入設備等。
2.2.2. 電子標簽自動識別系統
電子標簽識別系統是整個應用系統的基礎，主要完成集裝箱、貨物信息的實時采集和自動識別。分布在集 裝箱運輸經過的各個關鍵環節和運輸車輛上的 RFID 識別系統，通過識別和采集將集裝箱的位置和狀態信息、 貨物信息實時發送給信息實時交換系統。 電子標簽自動識別系統的基本配置為天線和讀寫設備，天線和讀寫設備可安裝在通道口、堆場等場所、運 輸車輛上和橋吊、門機等設備上，讀寫器可以實時采集集裝箱電子標簽和貨物標簽在車輛運輸中的信息，并通 過數據接口用有線或無線的傳輸方式與集裝箱管理系統進行數據交換，實現集裝箱和貨物的自動識別和實時管 理。
2.2.3. 無線傳輸通信系統
無線傳輸通信系統式連接上級和下級的中間橋梁，它主要負責將前端 RFID 系統采集到的集裝箱和貨物數 據信息無線傳輸并無縫接入到后端集裝箱信息實時交換系統中，進行數據的交換和處理，并及時將后臺處理結 果及指示傳遞給前臺進行操作和執行。 RFID 系統將采集到的集裝箱和貨物信息可以通過港口無線局域網將數據上傳到后臺系統服務器，在運輸過 程中，結合 GPRS 技術對集裝箱和貨物實行全程實時在線監控，合法和非法開箱的時間和地點均能準確記錄并 實習上傳給系統服務器，包括集裝箱信息、貨物信息、查驗信息、開/關箱門的時間、地理位置、狀態等。
2.2.4. 集裝箱信息實時交換系統
集裝箱信息實時交換系統主要完成后端對集裝箱信息的實時處理和管理，并進行數據和因特網數據的交換， 實現起運點到目的點之間的集裝箱信息和貨物信息的實時交換以及相關的電子數據交換。
2.3. 系統工作流程
針對集裝箱從堆場運輸到港口的特點，從集裝箱裝箱點、裝車、運輸、拆箱檢查點、卸車到港口，確定應 用集裝箱工作流程。主要反映的是集裝箱在空間上的轉移，空集裝箱最初存放在空箱堆場，由拖車運到貨主倉 庫裝箱，裝貨物后，載貨箱由運輸卡車運到始發港，到港前可能需要拆箱檢查。
2.3.1. 裝箱點 讀寫器對集裝箱和貨物進行標簽 ID 標識，將標簽號、集裝箱號、貨物名稱和數量等數據信息錄入系統服務 器數據中心，選擇 GPS 地理位置。對裝完貨物的集裝箱關上箱門并掛上電子封條標簽，讀寫器識別標簽并將狀 態信息上傳至服務器。
圖 3 裝箱流程圖
2.3.2. 運輸過程
當掛有電子封條標簽的集裝箱裝滿貼有標簽的貨物后，運輸卡車在運往集裝箱港口的過程中，安裝在卡車 上的讀寫器自動讀取集裝箱電子封條標簽和貨物標簽。運輸過程中主要實現以下功能：
1） 識別貨車內的貨物標簽，統計貨物標簽的數量，當貨物標簽減少或丟失時，讀寫器將自動報警；
2） 識別集裝箱電子封條標簽，當運輸過程中集裝箱門異常打開或電子封條異常打開時，集裝箱電子封條 發送打開狀態信息，讀寫器自動報警。
圖 4 運輸過程集裝箱、貨物狀態信息實時上傳
2.3.3. 拆箱查驗
在拆箱查驗點，查驗者確認集裝箱的安全狀態后，授權打開標簽，拔出標簽上的鋼栓開箱門，讀寫器自動識別標簽并將開箱門的時間和地理位置（結合 GPS 定位器）等動態信息主動上傳至服務器，物流信息顯示在網 頁上，查驗結束后關上箱門，在授權狀態下將鋼栓插入標簽完成掛標簽。
圖 5 拆箱查驗
2.3.4. 到達港口卸車
當裝有電子標簽的集裝箱卸車時，安裝在卡車上的固定式讀寫器自動讀取集裝箱標簽和貨物標簽信息，并 將集裝箱的安全狀態和貨物的動態信息上傳至服務器。若卸貨完時還能識別貨物標簽則表示貨物未卸完畢，讀 寫器通知系統持續卸貨。
2.4. 系統功能
該系統功能主要有集裝箱物流信息實時傳遞和集裝箱安全信息實時傳遞兩部分。 2.4.1. 集裝箱物流信息實時傳遞
l 集裝箱信息 集裝箱標簽可以實時發送集裝箱狀態、裝卸車信息和箱運信息等動態信息給讀寫器，讀寫器上傳數據信息 至服務器，實現集裝箱信息的實時傳遞。
l l 貨物信息 貨物標簽實時發送貨物狀態信息給讀寫器，當出現貨物丟失和貨物不匹配時，讀寫器自動進行報警通知， 整個運輸過程中貨物信息實時傳遞。
l l 運輸信息 結合 GPS，可實現集裝箱物流鏈中箱、貨和物流整個運輸信息的實時傳遞。
2.4.2. 集裝箱安全信息
l 開關箱時間 集裝箱標簽采用 RFID 鉛封技術，當集裝箱打開和關閉時，RFID 的標簽狀態發生變化，并即時將狀態信息 發送給讀寫器進行報警通知，系統可實時獲取開關箱時間。
l GPS 定位信息 結合 GPS 定位器，可將開關集裝箱操作時的地理位置實時上傳至后臺系統，便于管理人員監控和查詢。
l 箱的溫度、濕度等物理信息 集裝箱標簽可設計溫度傳感器，實時發送箱體內的溫度信息，便于管理者監控和查詢。
2.5. 系統特點
基于 RFID 的集裝箱追溯系統具有如下特點：
l 系統自動監控集裝箱門的開關狀態，實現集裝箱的自動化監控及防盜；
l 系統自動跟蹤貨物信息，跟蹤貨物狀態，避免貨物丟失、遺漏或錯誤；
l 系統具有識別距離遠、可靠性高，適用各惡劣工作環境；
l 系統實現集裝箱方位、狀態和安全狀況實時跟蹤；
l 系統可大大提高集裝箱物流的生產效率和安全性。
2.6. 其他應用領域
l 倉儲物流管理；
l 煙草物流倉儲管理
l 零售業庫存配送管理
l 大型企業物料成品倉庫管理
l 機場托運貨物分類和配送管理
l 港口、碼頭集裝箱貨物管理等相關類型應用
