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(guān)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(yīng)用和推廣。 　　 　

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

1、集裝箱電子標(biāo)簽的發(fā)展?fàn)顩r 　　 　　

電子標(biāo)簽（RFID，即射頻識別技術(shù)，被廣泛應(yīng)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(lǐng)域。目前在國外集裝箱電子標(biāo)簽的應(yīng)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(biāo)簽，但在技術(shù)方面達(dá)不到要求，進(jìn)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(biāo)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(yīng)用，在民用集裝箱物流中并得到應(yīng)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(lǐng)先地位。 　　 　　

集裝箱電子標(biāo)簽有著非常典型的行業(yè)特征。首先，集裝箱電子標(biāo)簽系統(tǒng)的作業(yè)環(huán)境是整個電子標(biāo)簽應(yīng)用領(lǐng)域中最為復(fù)雜、技術(shù)難度最大的，提出的各項技術(shù)指標(biāo)、工藝性指標(biāo)、功能性需求都遠(yuǎn)不同于其他領(lǐng)域；其二，集裝箱電子標(biāo)簽的應(yīng)用是在一個巨大的物流網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，該網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用是非常關(guān)鍵的；其三，集裝箱電子標(biāo)簽的全面應(yīng)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(biāo)簽應(yīng)用示范開國內(nèi)集裝箱電子標(biāo)簽應(yīng)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(biāo)簽和電子封條的連接方法，功能上可以記錄開關(guān)門次數(shù)，并能無縫接人集裝箱電子標(biāo)簽中，已經(jīng)達(dá)到和超過國際先進(jìn)水平。

2、內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標(biāo)簽自動識別應(yīng)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(biāo)簽自動識別應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)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(biāo)簽公動識別系統(tǒng)集裝箱電子標(biāo)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(biāo)簽和移動中的標(biāo)簽，儲存信息量大，使用壽命長，保密性好，電子標(biāo)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(shè)備上，讀寫器可以向電子標(biāo)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，達(dá)到集裝箱的自動識別和實時管理。 　　 　　

內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標(biāo)簽自動識別系統(tǒng)主要用于集裝箱港區(qū)的進(jìn)出道口，堆場輪胎式龍門吊、岸邊門機或橋吊等設(shè)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(biāo)簽設(shè)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(yán)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(biāo)簽；③試驗各種電子標(biāo)簽設(shè)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(biāo)簽讀寫器的集裝箱實際應(yīng) 用。電子標(biāo)簽系統(tǒng)包括集裝箱電子標(biāo)簽、集裝箱電子標(biāo)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(biāo)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(biāo)簽自動識別系統(tǒng)應(yīng)用于港區(qū)無線通信系統(tǒng)，將布置在碼頭進(jìn)出道口、堆場龍門吊、岸邊門機或橋吊等設(shè)備上的識別設(shè)備讀到的電子標(biāo)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(guān)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(shè)施，通過與AP相配合來擴大無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，滿足大型開放空間網(wǎng)絡(luò)覆蓋的需求；研究移動中的設(shè)備讀或?qū)懙碾娮訕?biāo)簽信息無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(luò)漫游、資源共享；研究滿足港口地理環(huán)境的限制及應(yīng)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(biāo)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(wù)公司量身定做的集EDI單證電子流轉(zhuǎn)，進(jìn)出口自動箱區(qū)預(yù)分配，可視化配載，堆場圖形化屬性設(shè)置、管理，龍門吊、橋吊實時確認(rèn)最終場箱位，所有港務(wù)機械中央監(jiān)控等與電子標(biāo)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(biāo)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(shè)，使港口的數(shù)據(jù)互通，最終達(dá)到港、航、貨及上級主管部門信息共享，打下了堅實的基礎(chǔ)。 　　 　　

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(jìn)出道口”“進(jìn)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(biāo)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(yù)分配、船舶倍拉統(tǒng)一/分離設(shè)計、堆場屬性和規(guī)范圖形分配、龍門吊/橋吊箱位實時確認(rèn)、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(guān)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(biāo)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(wù)（web應(yīng)用、短信應(yīng)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(biāo)簽示范系統(tǒng) 

內(nèi)貿(mào)集裝箱電子標(biāo)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(biāo)簽全業(yè)務(wù)示范線工業(yè)性試驗。它基于集裝箱電子標(biāo)簽實時信息交換功能，包括貨物信息的寫入，港區(qū)進(jìn)出道口、進(jìn)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(biāo)簽的內(nèi)貿(mào)集裝箱港口間管理系統(tǒng)，建設(shè)全國港口間內(nèi)貿(mào)集裝箱網(wǎng)絡(luò)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(wù)。其關(guān)鍵技術(shù)是，設(shè)計建設(shè)內(nèi)貿(mào)港口的示范系統(tǒng)，包括集裝箱電子標(biāo)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(jìn)出道口、堆場龍門吊、岸邊門機或橋吊等設(shè)備上安裝電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備，同時配備手持讀寫設(shè)備，以及裝卸機械駕駛室中的顯示設(shè)備等；在這個“港口一航線一港口”的實際應(yīng)用環(huán)境上進(jìn)行基于電子標(biāo)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(biāo)簽自動識別系統(tǒng)后的港口信息安全管理技術(shù)建設(shè)滿足港口集裝箱電子標(biāo)簽示范系統(tǒng)需求的多級安全性機制，建立安全認(rèn)證系統(tǒng)和日志分析系統(tǒng)。其關(guān)鍵技術(shù)如下：①研究保證電子標(biāo)簽讀寫器和電子標(biāo)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(biāo)簽實施寫操作時的授權(quán)寫人驗證；②研究電子標(biāo)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(biāo)簽相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)草案 　　 　　

提出一種新的適用于我國集裝箱的電子標(biāo)簽結(jié)構(gòu)體系，作為港口集裝箱自動識別的標(biāo)準(zhǔn)。目標(biāo)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(biāo)簽方式過渡到采用新型的電子標(biāo)簽方式。電子標(biāo)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(biāo)簽系統(tǒng)設(shè)計中，采用先進(jìn)、成熟、實用的技術(shù)。采用的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)符合標(biāo)準(zhǔn)化、開放性的要求，具有可擴展性和靈活性。電子標(biāo)簽系統(tǒng)的設(shè)計除按照本標(biāo)準(zhǔn)外，還要符合國家和地方現(xiàn)行的各項有關(guān)設(shè)計規(guī)范和規(guī)程。電子標(biāo)簽設(shè)備中所采用的協(xié)議、總線、接口等，均應(yīng)采用相應(yīng)的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，并與國際接軌。

2．2技術(shù)內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù) 

2．2．1電子標(biāo)簽編碼和授權(quán) 

1)電子標(biāo)簽存儲信息內(nèi)容電子標(biāo)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(guān)內(nèi)容。 　　 　　

2)各環(huán)節(jié)讀寫電子標(biāo)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(biāo)簽都給予一定的權(quán)限設(shè)置，包括貨代、起運港（進(jìn)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(biāo)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(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)，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(biāo)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(biāo)簽集裝箱電子標(biāo)簽是一種具有微波雙向通訊功能的自動標(biāo)識設(shè)備，作為被附著集裝箱的信息載體和安全認(rèn)證的設(shè)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(dá)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(rèn)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(biāo)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(biāo)簽通信安全機制；④基于低頻125 kHz無源標(biāo)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(biāo)簽嵌入式實時任務(wù)系統(tǒng)，任務(wù)系統(tǒng)對事件進(jìn)行處理，以完成特定的功能或?qū)ο到y(tǒng)故障進(jìn)行處理，以使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。 　　 　　

2)集裝箱電子標(biāo)簽基站式讀寫器在進(jìn)出道口等固定位置，以無線通訊的方式，與集裝箱電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，采集和更新標(biāo)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(rèn)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(shè)備互不干擾；④先進(jìn)的防碰撞技術(shù)，支持多標(biāo)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(shè)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(biāo)簽；③采用非對稱加密技術(shù)，實現(xiàn)了標(biāo)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(biāo)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(shè)備上，以無線通訊的方式，與集裝箱電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，采集和更新標(biāo)簽中的信息，并通過集裝箱電子標(biāo)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(biāo)簽實現(xiàn)唯一性無線訪問。 　　 　　

4)集裝箱電子標(biāo)簽無線橋接器無線橋接器是替代標(biāo)簽讀寫器通訊電纜的一種無線通訊設(shè)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(shè)備而言是透明的；②數(shù)據(jù)通訊速率達(dá)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(shè)計。 　　 　　

5)集裝箱電子標(biāo)簽哨兵集裝箱電子標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(jìn)的防碰撞技術(shù)，支持多標(biāo)簽讀寫；⑥獨特的整體低功耗設(shè)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(shè)計。 　　 　　

6)集裝箱電子標(biāo)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(biāo)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(yuǎn)距離電子標(biāo)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(yīng)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(shè)計，可擴展輻射、化學(xué)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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