RFID電子封條在高雄港，貨柜安全防護(hù)更有效率(上)

　　高雄港每年有一佰萬(wàn)只以上之轉(zhuǎn)口柜進(jìn)出口，因港區(qū)地理環(huán)境區(qū)分為五個(gè)貨柜中心，轉(zhuǎn)口柜裝卸船時(shí)須運(yùn)出港警查驗(yàn)登記站，經(jīng)由課稅區(qū)運(yùn)往其他貨柜中心，私梟經(jīng)常利用此港口特性在運(yùn)送途中從事調(diào)包走私，最近10年，海關(guān)平均每年緝獲轉(zhuǎn)口柜重大走私桉件約9件，顯示走私相當(dāng)猖獗，海關(guān)不得已采用人工押運(yùn)措施，每年押運(yùn)之轉(zhuǎn)口柜約四、五萬(wàn)只，航商每年需支付可觀之押運(yùn)費(fèi)用。為減低航商營(yíng)運(yùn)成本、加速貨柜通關(guān)及提升高雄港國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，臺(tái)灣“行政院”經(jīng)濟(jì)建設(shè)委員會(huì)于九十二年五月二十九日召開(kāi)“結(jié)合港區(qū)登記站影像辨識(shí)系統(tǒng)與柜動(dòng)庫(kù)系統(tǒng)”（又稱(chēng)轉(zhuǎn)口柜免押運(yùn)計(jì)畫(huà)）會(huì)議，歷經(jīng)數(shù)次協(xié)商，最后決議以科技設(shè)施取代人工押運(yùn)，由高雄“港務(wù)局”負(fù)責(zé)建置“影像辨識(shí)系統(tǒng)”以自動(dòng)辨識(shí)貨柜及拖車(chē)號(hào)碼、“人車(chē)資料讀取系統(tǒng)”以自動(dòng)自動(dòng)辨識(shí)司機(jī)身分證號(hào)碼，由海關(guān)負(fù)責(zé)建置“電子封條監(jiān)控系統(tǒng)”以自動(dòng)辨識(shí) RFID 電子封條號(hào)碼，俟高雄港自動(dòng)化門(mén)禁系統(tǒng)建置完成，因可對(duì)轉(zhuǎn)口柜之司機(jī)、拖車(chē)及貨柜進(jìn)行全面監(jiān)控，且RFID電子封條之晶片記憶體含有不可更改之唯一ID號(hào)碼，無(wú)法被偽造，故海關(guān)可放心的將押運(yùn)之轉(zhuǎn)口柜交由自動(dòng)化門(mén)禁系統(tǒng)控管，屆時(shí)“高雄港轉(zhuǎn)口柜免押運(yùn)計(jì)畫(huà)”即可實(shí)施。
 
　　高雄“關(guān)稅局”自93年至95年共辦理4次“電子封條監(jiān)控系統(tǒng)”招標(biāo)采購(gòu)，惟得標(biāo)廠(chǎng)商之讀取率始終未能達(dá)95％之合格標(biāo)準(zhǔn)而宣告失敗，主要原因?yàn)榕_(tái)灣省內(nèi)廠(chǎng)商對(duì)被動(dòng)式電子封條之長(zhǎng)距離讀取準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度之關(guān)鍵性技術(shù)尚未掌握。臺(tái)灣“行政院”經(jīng)濟(jì)建設(shè)委員會(huì)乃指示經(jīng)濟(jì)部技術(shù)處從事技術(shù)面評(píng)估，嗣評(píng)估結(jié)果認(rèn)為可行，決定由臺(tái)灣“經(jīng)濟(jì)部”技術(shù)處以科專(zhuān)計(jì)畫(huà)方式委由中山科學(xué)研究院與資策會(huì)協(xié)助高雄關(guān)稅局建置“高雄港轉(zhuǎn)口柜RFID電子封條押運(yùn)示范系統(tǒng) ”。
 
 
　　挑戰(zhàn)技術(shù)極限與創(chuàng)新應(yīng)用 
 
“高雄港轉(zhuǎn)口柜RFID電子封條押運(yùn)示范系統(tǒng)”簡(jiǎn)介：
 
一、 建置環(huán)境與需求
 
　　不同于物流與其他領(lǐng)域之RFID應(yīng)用，高雄關(guān)稅局之系統(tǒng)具有下列嚴(yán)峻條件與系統(tǒng)需求是導(dǎo)致過(guò)去失敗之主因：
 
　　基于成本與回收機(jī)制尚未完整，被動(dòng)式RFID系統(tǒng)規(guī)劃需克服最遠(yuǎn)達(dá)7公尺之有效讀取距離。
 
　　不停等且車(chē)速60公里/小時(shí)快速通過(guò)查驗(yàn)站時(shí)，在200ms瞬間需完成至少95%以上讀取率。
 
　　金屬背景條件不一致及加封位置變異之所有各式貨柜鎖均需讀取之挑戰(zhàn)。
 
 　　高雄港室外高溫、高鹽分、潮濕及多颱風(fēng)惡劣狀況下，現(xiàn)有RFID硬體須能支持系統(tǒng)維持全年、每天24小時(shí)運(yùn)作。
 
　　系統(tǒng)須達(dá)成高可靠度工作并與現(xiàn)有高雄港務(wù)局之On line影像辨識(shí)系統(tǒng)完整跨接結(jié)合運(yùn)作，且不能影響現(xiàn)有系統(tǒng)之限制對(duì)RFID系統(tǒng)建置之技術(shù)瓶頸克服。
 
二、全系統(tǒng)設(shè)計(jì)
 
　　目前臺(tái)灣省內(nèi)外貨柜安全仍以無(wú)防偽功能之機(jī)械結(jié)構(gòu)鎖佔(zhàn)大多數(shù)，而在國(guó)外運(yùn)用無(wú)法復(fù)制有唯一識(shí)別碼特性之RFID解決方案，大多數(shù)都是應(yīng)用大約比傳統(tǒng)貨柜封條之價(jià)格多出約四十倍的主動(dòng)式RFID 來(lái)解決，而其唯一較符合經(jīng)濟(jì)效益的使用方式就是再回收使用，但如此更增加了額外的追蹤與管理之行政成本。
 
　　除此之外，主動(dòng)式系統(tǒng)也必須考慮電池續(xù)電等技術(shù)上的問(wèn)題，因此造成主動(dòng)式RFID 電子封條難以被大量廣泛的應(yīng)用。而現(xiàn)行轉(zhuǎn)口貨柜進(jìn)出港區(qū)須配合海關(guān)執(zhí)行人工押運(yùn)，目前的作業(yè)流程既耗費(fèi)人力也可能讓走私集團(tuán)有可趁之機(jī)；電子封條監(jiān)控系統(tǒng)即運(yùn)輸業(yè)人員于貨柜卸船進(jìn)儲(chǔ)或裝船出口時(shí)，加封RFID電子晶片封條，電子封條讀取設(shè)備讀取RFID電子晶片封條的加密資料并儲(chǔ)存于電子封條監(jiān)控系統(tǒng)；當(dāng)貨柜車(chē)運(yùn)抵港警查驗(yàn)登記站時(shí)，透過(guò)系統(tǒng)整合介面取得電子封條內(nèi)碼加密資料，再與原自動(dòng)化門(mén)禁管制系統(tǒng)接收之車(chē)牌柜號(hào)、駕駛身份等資料，同步進(jìn)行比對(duì)，以確保人員、貨物不被調(diào)包。
 
　　藉由被動(dòng)式RFID電子封條內(nèi)全球唯一而無(wú)法偽造之晶片碼，可分別由 RFID手持機(jī)讀取及在貨柜車(chē)不停等情況下通過(guò)港區(qū)自動(dòng)化車(chē)道，被已安裝在門(mén)哨之固定式RFID 讀取器讀取及自動(dòng)辨識(shí)，而達(dá)到自動(dòng)化安全押運(yùn)效益，一旦貨柜車(chē)之被動(dòng)式RFID電子封條被破壞或未封妥或剪斷即無(wú)法讀取，為安全性極高之貨柜運(yùn)輸押運(yùn)方式，符合全球貨柜運(yùn)輸之發(fā)展趨勢(shì)。

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圖1、系統(tǒng)架構(gòu)與主要項(xiàng)目

三、 資訊流設(shè)計(jì)
 
　　高雄港貨柜押運(yùn)係透過(guò)柜動(dòng)庫(kù)系統(tǒng)以電子資料交換方式傳送進(jìn)口貨柜清單及押運(yùn)轉(zhuǎn)口貨柜清單給運(yùn)輸業(yè)者及高雄港務(wù)局自動(dòng)化門(mén)禁管制系統(tǒng)，告知須向海關(guān)申請(qǐng)押運(yùn)之貨柜，并由運(yùn)輸業(yè)人員于貨柜卸船進(jìn)儲(chǔ)或裝船出口時(shí)，加封本桉之RFID電子封條，碼頭貨柜集散站業(yè)者于貨柜車(chē)拖離管制站時(shí)，將貨柜（物）運(yùn)送單（C/N）出站訊息傳送柜動(dòng)庫(kù)系統(tǒng)，并由柜動(dòng)庫(kù)系統(tǒng)分送至港務(wù)局自動(dòng)化門(mén)禁管制系統(tǒng)。貨柜車(chē)運(yùn)抵起運(yùn)地查驗(yàn)登記站時(shí)，由電子封條讀取器讀取加封于貨柜之RFID電子封條資料，并將讀取之電子封條明碼資料與自動(dòng)化門(mén)禁系統(tǒng)接收來(lái)自柜動(dòng)庫(kù)系統(tǒng)之資料比對(duì)，如有比對(duì)不符或無(wú)法正常讀取時(shí)，自動(dòng)化門(mén)禁管制系統(tǒng)即發(fā)出警訊，由港警或海關(guān)進(jìn)行異常處理。如讀取無(wú)誤或異常處理完畢后，貨柜車(chē)可快速通過(guò)港警查驗(yàn)登記站，并透過(guò)自動(dòng)化門(mén)禁管制系統(tǒng)將貨柜（物）運(yùn)送單（C/N）出區(qū)訊息以電子資料方式傳送目的地之港警查驗(yàn)登記站及柜動(dòng)庫(kù)系統(tǒng)，在查驗(yàn)站之RFID讀取及與OCR辨識(shí)柜號(hào)比對(duì)結(jié)果將分別傳送至柜動(dòng)庫(kù)與及時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，而當(dāng)裝船結(jié)桉時(shí)，柜動(dòng)庫(kù)系統(tǒng)會(huì)透過(guò)封條管理系統(tǒng)傳送AY/AL動(dòng)態(tài)資訊予監(jiān)控系統(tǒng)，表示該筆封條資料已被核銷(xiāo)。

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　　圖2、系統(tǒng)與高雄港、高雄關(guān)線(xiàn)上已運(yùn)作系統(tǒng)資訊流整合

四、 電子標(biāo)籤讀取系統(tǒng)參數(shù)與性能模擬

      對(duì)于判別標(biāo)籤是否能被讀取器讀取到，和標(biāo)籤回應(yīng)的訊號(hào)能量有關(guān)， 利用可進(jìn)行分析、視覺(jué)化及發(fā)展的高階語(yǔ)言Matlab數(shù)學(xué)模型及M-script 語(yǔ)言寫(xiě)成，而建立之物理模型簡(jiǎn)述如下：

電磁波先由讀取器天線(xiàn)發(fā)射出，之后被標(biāo)籤上的天線(xiàn)接收到，感應(yīng)線(xiàn)圈上 的電流使得標(biāo)籤上的晶片將內(nèi)部資訊回應(yīng)出，再將雷達(dá)波反射回讀取器。讀取器的天線(xiàn)接收后，得到訊號(hào)。

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圖3、驗(yàn)證高雄港RFID建置與安裝環(huán)境的模擬軟體開(kāi)發(fā)

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圖4、讀取器讀到標(biāo)籤時(shí)之前視圖

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圖5、讀取器讀到標(biāo)籤時(shí)之側(cè)視圖

　　而當(dāng)讀取器接收到從標(biāo)籤反射出足夠強(qiáng)的回波（即Signal Power大于某門(mén)檻值）時(shí)，則代表此標(biāo)籤可以被讀?。坏粢?gòu)較為真實(shí)的模型，則還要根據(jù)標(biāo)籤天線(xiàn)面的方向與讀取器天線(xiàn)面的方向來(lái)建構(gòu)。即根據(jù)天線(xiàn)面製作出與角度有關(guān)之天線(xiàn)增益場(chǎng)型(Antenna Gain Pattern)。在此為說(shuō)明方便，不考慮天線(xiàn)面積，新的模型可依舊的模型加上空間幾何的關(guān)係。
 
　　根據(jù)上述建構(gòu)的模型，設(shè)定一個(gè)Signal Power的門(mén)檻值，除了標(biāo)籤在不同的位置時(shí)，其他參數(shù)固定，可在三度空間形成一個(gè)天線(xiàn)包絡(luò)圖，若要模擬天線(xiàn)有面積的情形，則需要使用積分運(yùn)算，對(duì)動(dòng)態(tài)展示而言，又更難以實(shí)現(xiàn)。 

 （文/高雄“關(guān)稅局” 張克從、臺(tái)灣“中科院”電子所 李明堂）