RFID在集装箱运输管理中的应用

RFID在集装箱运输管理中的应用摘要：集装箱运输是运输现代化的一种先进方式，用集装箱运输代替传统运输方式，能极大地推动和促进运输业向高效、优质的方向发展。但其在发展过程中却面临着货物失窃，识别精度不高以及安全与高效相冲突的问题。RFID技术以其识别速度快，精度高，无需接触，环境适应性强的特点受到集装运输业的青睐。本文就RFID在集装箱运输中的运用情况作出简要介绍，并对应用中所存在的问题进行分析讨论。以便RFID技术在集装箱运输管理中的应用更加成熟，也有利于其在相关领域的进一步地推广。关键字：RFID集装箱运输电子标签应用1.引言：随着我国经济实力不断增强，融入经济全球化的步伐不断加快，对外贸易快速发展，集装箱运输和集装箱工业稳步增长。近10年我国沿海港口集装箱吞吐量增长率一直保持在30%左右，集装箱产销量连续12年位居世界第一。在信息和网络技术如此发达和普及的今天，作为货物运输主要载体的集装箱，却没有实现任何程度的信息化，这与现代物流所要求的信息透明化、实时化极其不相吻合。目前全球集装箱的箱号识别基本是采用箱号图像识别技术，即通过摄像头识别集装箱表面的印刷箱号，通过图像处理形成数字箱号采集到计算机中。这种技术识别率只有90%左右，而且受阴雨大雾天气和集装箱破损程度的影响很大。因此，需根据集装箱运输的一般流程和参与集装箱运输的企业的特点，对RFID在集装箱运输管理中的应用进行探讨。2.集装箱运输遇到的问题：2.1.货物盗窃严重随着集装箱运输快速发展，集装箱货物被盗问题越来越严重。据统计，全球因集装箱失窃造成的损失达300～500亿美元，包括间接损失在内，全球每年损失2000亿美元。2.2.集装箱识别精度低在运输过程中，集装箱是通过它的唯一标识——箱号来识别的；集装箱交接同样也是以箱号为准。但人工采集数据有35%是不准确或不实时的，而采用图像识别方式进行监管，则需要用4至5台摄像头同时拍摄，成本较高，识别率仅达80%～90%，雨雾中识别率还要低，影响到整个供应链的效率。2.3.安全和效率之间的冲突港口运输模拟实验表明，当对集装箱的随机抽检率达到5%时，港口就会陷入瘫痪；如果降低抽查率，又无法有效防止犯罪分子用集装箱走私或者运输违禁物品。大型的集装箱X光机虽能透视箱内货物，但透检一只集装箱就需要5分钟，每天满负荷也只能透检240只，而且X光机辨别违禁品仍要靠人的肉眼，这又降低了可靠性。3.RFID技术介绍：3.1.定义RFID（RadioFrequencyIDentification）即射频识别技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。3.2.技术简介（工作原理）RFID是一种无线射频识别技术，它是自动识别技术的一种。从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。3.3基本组成部分标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。手持式rfid读写器阅读器（Reader）：读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式rfid读写器（如：C5000W）或固定式读写器；天线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。3.4.特点a.射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况下不到100毫秒。有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。可用于流程跟踪和维修跟踪等交互式业务。b.射频技术在物流管理中的适用性物流管理的本质是通过对物流全过程的管理，实现降低成本和提高服务水平两个目的。4.RFID技术在集装箱运输中的运用：为了增加市场竞争产实力，提高运输效率和服务质量，实现集装箱运输的现代化，集装箱的运输管理需要一种更加自动化、智能化、能够实时更新数据的技术，RFID技术无疑具备这些特点。4.1.集装箱的自动识别将记录有集装箱号、箱型、货物种类、数量等数据的标签安装在集装箱上，在经过安装有识别设备的公路、铁路的出入口、码头的检查门时，RFID标签自动感应后将相应的数据返回阅读器，从而将标签上保存的信息传输到EDI系统，实现了集装箱的动态跟踪与管理，提高了集装箱运输的效率和信息的共享。这种系统一般使用被动式RFID技术，在集装箱码头应用较多。通过这种系统不仅加快了车辆进港提箱的速度，而且对车辆提箱进行了严密的管理，并减少了人为因素造成的差错。4.2.电子封条与货运追踪一般电子封条采取的是物理封条与RFID组件的混合形式。如前所述，大多数电子封条也同样用到被动式的和主动式RFID技术。被动式的电子封条的主要特点是：使用距离短、成本低、一次性。由于被动式封条不能提供持续的电力来检测封条的状态，所以它们也不能检测和记录损害行为发生的时间，而仅仅只能在通过装有阅读装备的供应链节点时提供它们完整与否的信息。主动式的电子封条更复杂一些，只有当其价格明显下降的时候才可能反复使用。主动式封条在结合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。更有一些封条能够在损害行为发生时提供即时求救信号。具体应用举例：1.美国倡导的集装箱安全协议（CSI）CSI是美国为确保进港集装箱安全而采取的新举措，是为了减少美国遭受恐怖袭击的风险。所有输美集装箱将安装电子封条，通过数据读取仪从电子封条上获取数据，然后实时传送到特设的信息平台。当集装箱受到损坏、运输线路变更或延迟等意外情况发生时，管理者可通过电脑、手机或PDA迅速接收系统的自动报警。2.上海港集装箱电子标签两港一航示范在上海至烟台的两港一航工业性示范中，结合内贸集装箱运输特点，FRID系统采用了双频电子标签系统集成技术，标签内存储了集装箱和所装货物的信息，还可以自动记录箱门开关等相关信息。3.香港和深圳港口RFID投入商业运行中国香港和深圳的港口已经配置了无线射频识别追踪设备并正式投入商业运行。该项目的技术提供商运营着一个全球信息网络，该网络运用有效的无线射频识别设备和软件为承运商提供有关其海上货运集装箱及物品的位置和状况方面的信息。4.韩国政府实施的智能箱计划这项被称为“RFID海运物流”的项目目标是通过RFID技术方案来加强韩国国际贸易的高效性和安全性。安装有智能标签和传感设备的智能集装箱，在运输安全系统（TSS）软件的监控下从釜山港运往美国西海岸和欧洲主要港口。这个项目将使用多个主动RFID产品，包括一个电子封条、一个支持RFID的传感器封条，可以贴在集装箱上，能够随时将集装箱的一些关键信息如位置、安全状况、温度和湿度的变化传送给读取器网络，人们就可以监控供应链中的集装箱。5.RFID技术在集装箱运输中的运用中存在的问题：5.1.电子标签应用于集装箱领域出现的问题集装箱运输环境对电子标签应用性能指标的影响。相对于工业自动化等领域的应用，电子标签在集装箱物流运输中的应用具有很强的特殊性。（1）工作环境比较恶劣电子标签随集装箱在海上、码头、堆场等场所流动，与普通的电子标签工作环境不同。标签在设计和封装时必须考虑以下几个因素：温度的特殊性：集装箱工作环境温度高、温差大，而且作业是全天候的。高湿度的工作环境：集装箱运输过程中的大部分时间在海上(或者内河中)完成，因此电子标签必须要能够在湿度为35％～80％的环境下工作。强烈的紫外线照射：长时间、高强度的紫外线照射加速了标签外壳塑料的老化。酸碱腐蚀及振动冲击：集装箱大部分时间都工作在码头、海上，这种环境要求标签抗酸碱腐蚀，同时封装结构和材料要抗振动撞击。（2）标签动态读取由于集装箱流通速度较快，集装箱信息必须能够远距离访问，因此，要求电子标签识别速度高(移动速度100km/h)，距离远(6m)，准确率高(99％)等。5.2.集装箱用电子标签受金属面的影响分析普通RFID标签直接贴附于金属表面上，由于金属表面对入射电磁波的反射作用，将会有较强的反方向电磁波也穿过电子标签。入射波与反射波相位叠加后将会抵消一部分，强度也会大大削弱，严重影响读写器对RFID标签的读取距离，甚至无法读取和RFID标签上的数据，同时，读写器与RFID标签间产生的磁通量会在金属表面感应涡流，根据楞次定律，涡流对读写器的磁场起反作用，致使金属表面上的磁场被强烈地衰减了。消除集装箱金属面影响的解决方法是提高天线和金属面的相对高度。随着相对高度的增加，合成场信号矢量将逐渐增强，到相对高度达到波长的1/4时，合成场信号矢量达到最大，并可获得3dB增益。而RFID标签贴附于集装箱金属面上时，标签和金属面之间的距离很小，可抬高的空间有限，达不到要求。例如：900MHz射频的1/4波长近似为8cm，而集装箱外表面凹槽实际深度只有2cm。需要在普通电子标签与金属表面间插入一种隔离介质，根据电磁波在介质中的波长公式：其中：λ0为自由空间波长，μ，ε分别为介质导磁率和介电系数。通常的做法是把隔离介质与电子标签封装成一体，从而形成防金属电子标签。需要做的研究包括介质的研究(介质的选择、试验与工艺过程确定等)，特定介质参数的数据分析(μ，ε等)，以及封装形式的选择。5.3.RFID技术应用在港口集装箱管理方面存在的障碍虽然RFID技术在港口集装箱运输中进行了试点和研究，但全球大部分港口都还没有应用，这在经济全球化的今天是远远不够的。目前该项技术推广比较慢，主要还存在以下的障碍：（1）RFID系统标准问题国际标准已经出台，但没有得到有效推广，国内集装箱自动识别的国家标准尚未出台，制约着国内集装箱自动识别系统的厂家开发相关RFID技术软硬件产品。这些产品包括集装箱电子标签、电子车牌、读写器、电子关锁及集装箱后台管理系统等。而这些产品又是RFID应用在港口集装箱管理的核心产品。针对RFID技术应用在集装箱方面的标准，国际标准化组织isofrc104集装箱技术委员会于1991年制定TIS010374《集装箱自动识别》的国际标准脚。我国于1999年制定的国家标准GBfr17894—1999等同于IS010374标准，但这两个标准都没有得到有效推广。（2）成本问题应用RFID技术，给港口相关企业带来两方面投入：一是购置REID相关设备如标签、读写器等，二是对基础系统的改造和再投资。目前，RFID系统投资较大，且RFID技术没有规模化应用在港口集装箱运输中，导致该技术在港口的使用成本还较高，较为严重地限制了贸易公司、海关、港口和第三方物流公司使用RFID技术的积极性。（3）安全问题首先是标签内容的安全问题，其次是标签的位置安全。集装箱的标签是多次重复使用的，在集装箱整个生命周期中不能失效。集装箱贴上RFID标签后，虽然在集装箱运输系统中的相关企业之间能够加快信息传递，提高物流整体服务质量，但或许将来通过一种简单的电子设备，犯罪分子能够通过无线通讯方式获得电子标签隐含信息，然后利用这些信息获得或破坏电子标签密码。因此，用于集装箱运输系统中的RFID标签要避免非系统内的读取器阅读，即标签要能够辨识阅读器，从而决定是否将标签内的信息发送给该阅读器。只有做到这样，电子化集装箱管理下的运输才会更加安全。（4）应用RFID技术的成熟度问题目前，国内对REID技术应用在港口集装箱领域还处于试点和探讨阶段，相关产品还不成熟，直接使得客户对该技术的使用存在颇多顾虑。虽然有少数REID厂商已经研发出RFID集装箱的相关产品，但此类产品大多使用在某些港口的示范性工程中，与真正的规模化应用相比还存在较大的差距。（5）观念问题