基于RFID技術(shù)的軍用貨物運輸安全系統(tǒng)方案

需求解析

　　未來信息化戰(zhàn)爭空前劇烈，戰(zhàn)場物資消耗猛增劇漲，軍事物流保障的任務(wù)更加繁重、責(zé)任更加重大，軍事物流活動的結(jié)果直接影響著戰(zhàn)爭的勝負。信息化的戰(zhàn)場環(huán)境要求軍事物流必須適時、適地、適量的為作戰(zhàn)部隊提供物資保障，即在準確的時間與地點向作戰(zhàn)部隊提供數(shù)量適當?shù)能娪梦镔Y，這給軍事物流保障的快速性、機動性和準確性等提出了更高要求，要求軍事物流信息準確、可靠、快速、高效的傳輸、采集、處理和交換，對物資保障的全過程實施指揮控制，建立“精確型”戰(zhàn)場物資保障系統(tǒng)，實現(xiàn)物資保障決策的科學(xué)化和快速化，提高戰(zhàn)場物資保障效率和效益。

　　RFID技術(shù)利用無線射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達到自動識別目的，具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如、可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽等優(yōu)點，操作快捷方便，特別適合于實現(xiàn)軍事物流系統(tǒng)的自動化管理。

　　為了適應(yīng)未來信息戰(zhàn)的要求，我軍正在積極的致力于物流信息化建設(shè)。但是對RFID技術(shù)在軍事物流系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和潛力還缺乏明確的認識，對于軍事物流系統(tǒng)中物資管理和跟蹤的研究尚處于起步階段，總體水平較低，突出表現(xiàn)為：一方面，庫存物資管理信息化程度普遍不高，大部分倉庫管理主要依賴人工操作，無法很好的適應(yīng)未來戰(zhàn)爭對于快速準確保障的要求;另一方面，由于保障物資種類和數(shù)量繁多，因而當物資發(fā)出后，無法實時跟蹤了解在途物資的位置、狀態(tài)等信息;同時，在瞬息萬變的戰(zhàn)場環(huán)境下，當部隊的實際需求發(fā)生變化時，也無法及時將在途物資重新調(diào)配。

　　存在這些問題的原因，主要是現(xiàn)在的管理方式難以實現(xiàn)軍事物流信息的實時采集和傳輸。在軍事物流保障中應(yīng)用RFID技術(shù)，將實現(xiàn)真正的自動識別，能很好的解決物流信息的實時采集和傳輸問題，而且迅速準確，大大加快了各項業(yè)務(wù)的處理速度，實現(xiàn)物資保障從供應(yīng)地到需求地的全程可視，實現(xiàn)對戰(zhàn)場在途物資的實時追蹤和指揮控制，必將大大改善我軍的物資保障現(xiàn)狀，提高軍事物流保障能力。

　　相對于我軍，目前外軍中對RFID技術(shù)應(yīng)用最具代表性的是美軍。美國國防部對RFID技術(shù)的應(yīng)用源于現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要：1991年海灣戰(zhàn)爭中，美國向中東運送了約4萬個集裝箱，但由于標識不清，其中2萬多個集裝箱不得不重新打開、登記、封裝并再次投入運輸系統(tǒng)。戰(zhàn)爭結(jié)束后，還有8000多個打開的集裝箱未能加以利用。后來美軍估計，如果當時采用了RFID技術(shù)來追蹤后勤物資的去向并獲得集裝箱的內(nèi)容清單，將可能為國防部節(jié)省大約20億美元的支出。海灣戰(zhàn)爭后，美軍為解決物資在請領(lǐng)、運輸、分發(fā)等環(huán)節(jié)中存在的嚴重現(xiàn)實問題，給作戰(zhàn)部隊提供快速、準確的后勤保障，提出了全資產(chǎn)可視性計劃，要實現(xiàn)后勤保障中資產(chǎn)的高度透明化。而RFID技術(shù)的應(yīng)用使美軍實現(xiàn)后勤物資透明化成為可能，為自動獲取在儲、在途、在用資產(chǎn)可視性信息用提供了方便靈活的解決方案。

　　RFID技術(shù)已經(jīng)被美軍廣泛應(yīng)用于軍事物流保障領(lǐng)域，如特定物品尋找系統(tǒng)、運輸途中物資可見性系統(tǒng)、單兵電子病歷卡、生理狀態(tài)監(jiān)測器和服裝發(fā)放裝置等，極大的改革了傳統(tǒng)物流跟蹤方式，并在歐洲回撤、索馬里維和、阿富汗戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭等實戰(zhàn)活動中取得了理想的效果。通過采用RFID技術(shù)，使美軍的平均后勤補給時間大大縮短。

　　伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍通過給每個運往海灣的集裝箱上加裝SAVI科技的射頻衛(wèi)星芯片，準確地追蹤了國防部發(fā)往海灣的 4萬個集裝箱，從而實現(xiàn)對“人員流”、“裝備流”和“物資流”的全程跟蹤，并指揮和控制其接收、分發(fā)和調(diào)換，使物資的供應(yīng)和管理具有較高的透明度，大大提高了軍事物流保障的有效性。RFID技術(shù)的應(yīng)用，使得美軍后勤補給能力變得前所未有的強大，可以輕松掌握所有后勤補給的實時信息，實現(xiàn)對后勤物資從工廠到士兵的全程追蹤，也使美軍實現(xiàn)了由“儲備式后勤”到“配送式后勤”的轉(zhuǎn)變。與海灣戰(zhàn)爭相比，伊拉克戰(zhàn)爭中的海運量減少了87%，空運量減少了88.6%，戰(zhàn)略支援裝備動員量減少了89%，戰(zhàn)役物資儲備量減少了75%。這種新的運作模式，為美國國防部節(jié)省了幾十億美元的開支。

電子封條技術(shù)簡介

　　所謂電子封條技術(shù)，是指能夠記錄車廂或者其他硬包裝是否曾經(jīng)被偷偷打開，并且能夠在被非法開啟的時候自動報警的一種驗證貨物完整性的鑒別技術(shù)。電子封條能夠?qū)崿F(xiàn)對于貨柜的自動識別，將貨物運輸中的相關(guān)信息記錄到箱體的電子標簽中，成為貨物運輸信息的載體，在運輸過程中實行貨物狀態(tài)和運輸信息的有效監(jiān)控和實時管理。一旦電子封條遭到破壞，將會反映給計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

　　一般電子封條采取的是物理封條與RFID組件的混合形式，大多數(shù)電子封條也同樣用到被動式的和主動式RFID技術(shù)。被動式電子封條的主要特點是：使用距離短、成本低、一次性。由于被動式封條不能提供持續(xù)的電力來檢測封條的狀態(tài)，所以它們也不能檢測和記錄損害行為發(fā)生的時間，而僅僅只能在通過裝有閱讀裝備的供應(yīng)鏈節(jié)點時提供它們完整與否的信息。這種技術(shù)在使用重型金屬門的貨車上與車載計算機的通信出現(xiàn)了嚴重問題，而且司機操作這種電子封條的業(yè)務(wù)流程往往會耗費幾分鐘的時間，這會讓有些司機覺得過于煩瑣，從而使其應(yīng)用拓展速度受到嚴重限制。被動式封條是美國在“9.11事件”前首選的防止偷盜的安全解決方案，自“9.11”恐怖事件后，為防止恐怖組織利用船舶攜帶大規(guī)模毀滅性武器或恐怖分子進入美國，美國政府不斷強化其港口和航運的保安措施。CSI(集裝箱安全協(xié)議)就是美國政府基于此項考慮而出臺的一項措施。根據(jù)協(xié)議，美方對來自CSI對應(yīng)港口的貨柜實行優(yōu)檢，強烈刺激了電子封條技術(shù)的迅猛發(fā)展。主動式封條因其更強的安全性能使得它在“9.11事件”后得到更多的使用需求和推廣。主動式封條在結(jié)合GPS技術(shù)以后，能在集裝箱狀態(tài)發(fā)生變化時實時將狀態(tài)變化發(fā)生的時間、地點以及周圍的環(huán)境信息傳輸?shù)截浿骰蚬芾砣藛T的機器上去。更有一些主動式電子封條能夠在損害行為發(fā)生時提供即時求救信號。從長遠來看，主動式電子封條提高了集裝箱運輸?shù)陌踩潭群屯该鞫?，將使綜合運輸成本大幅降低。而且隨著技術(shù)的成熟、成本的降低，主動式電子封條技術(shù)的正越來越為更廣泛的貨物運輸安全領(lǐng)域采用。

產(chǎn)品設(shè)計

　　考慮到軍用列車應(yīng)用環(huán)境的特殊性，本公司在原有電子封條鎖的基礎(chǔ)上，著重從鎖體結(jié)構(gòu)和通訊方式兩個方面做了很大的改進，以利于實際應(yīng)用中不僅做到性能可靠，而且部署和使用也相當簡便。具體來說，本公司改進型電子封條鎖具有如下特色：

　　1、識別、加密和傳輸一體化

　　電子封條鎖，內(nèi)嵌全球唯一ID號碼，作為每個封條鎖相互區(qū)分的唯一標識。通常情況下，每個封條鎖需要有一個經(jīng)過授權(quán)的讀取設(shè)備與之通訊，以達到鑒別封條鎖是否曾被非法打開的目的，但這種方式的缺陷也很明顯，一是需要在每列車廂上都要加裝閱讀設(shè)備，會引起成本投入的明顯增加;二是加裝的閱讀設(shè)備會降低系統(tǒng)的可靠性，封條鎖發(fā)出的認證信息需要經(jīng)過閱讀器轉(zhuǎn)發(fā)，如果由于非人為因素導(dǎo)致閱讀器不能正常工作，則系統(tǒng)發(fā)生誤報的幾率就會大大增加。考慮到軍用列車取電的復(fù)雜性，本公司設(shè)計產(chǎn)品時，對其通訊模式做了大幅改進，可以由封條鎖自行接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，也就是說，基于有源RFID技術(shù)的電子封條鎖本身也是一個閱讀設(shè)備，可以相互傳遞數(shù)據(jù)，并且所有數(shù)據(jù)的傳輸都采用加密方式。從這個意義上說，封條鎖做到了“識別、加密和傳輸”的一體化。

　　2、可存儲物流信息，自動識別物資走向路徑

　　電子封條鎖具有強大的RFID功能，可以大量存儲物流相關(guān)信息(比如將每節(jié)車廂內(nèi)的詳細物資信息記錄在封條鎖內(nèi)，提高物流管理效率和準確性)，使物流信息跟隨物流傳遞，并在整個物流過程中完整記錄開關(guān)鎖信息。

　　3、自動組網(wǎng)、實時監(jiān)控

　　電子封條鎖可以自動組網(wǎng)，每個封條鎖會自動將自身數(shù)據(jù)發(fā)到離其最近的封條鎖，一旦有任何一個封條鎖遭遇破壞，則會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷或者收到的數(shù)據(jù)中缺乏某個封條鎖的ID號碼，觸發(fā)系統(tǒng)警報。各個封條鎖自從被施封后就一直發(fā)送ID信息，后臺接收器也一直保持與封條鎖的實時通訊狀態(tài)，因此，軍用列車一直處于實時監(jiān)控的狀態(tài)之下，一旦出現(xiàn)意外情況，則可以立即采取相應(yīng)措施。此項特色可以克服以前往往只有在事后發(fā)現(xiàn)貨物被盜而追查所產(chǎn)生的種種不便。

　　4、長距離傳輸，克服金屬影響

　　電子封條鎖的另一項顯著特色是它能長距離傳輸數(shù)據(jù)，并能有效克服金屬(列車車體)的影響。此項特色對實現(xiàn)整套系統(tǒng)的自動傳輸非常關(guān)鍵，因為它直接關(guān)系到各個封條鎖之間能否自動組網(wǎng)，尤其是在列車門在車體尾部的情況下尤其如此。金屬對于無線通訊的影響非常大，本公司的封條鎖采用了特殊的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，有效傳輸距離能夠穩(wěn)定達到150米以上，足夠?qū)嶋H使用。

　　5、長期免維護使用

　　電子封條鎖內(nèi)嵌高能量電池，可以正常使用三年以上。封條鎖全部元器件采用低功耗設(shè)計。不投入使用時，封條鎖進入休眠狀態(tài)，幾乎不耗能量。即使進入工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)的接收、傳輸過程的耗電也非常節(jié)省。此項特色可以保證每個封條鎖能夠一個較為長期的免維護使用，無需投入額外的人力物力進行電池更換和設(shè)備維修工作。另外，封條鎖能將自身的電池使用情況發(fā)送到后臺，一旦電量過低，可以自動報警。

　　6、可靠設(shè)計，抵御惡劣應(yīng)用環(huán)境

　　電子封條鎖的另一項特色是其鎖體硬件全部采用高強度合金材料制造，可以有效抵御雨水、粉塵、油污的侵襲。由于軍用列車經(jīng)常性的穿山越嶺，惡劣的應(yīng)用環(huán)境將不可避免。并且，列車也會經(jīng)常性的遇到高溫(南方或沙漠地區(qū)夏天時)和低溫(北方冬天時)天氣，這些天氣將對系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生嚴峻的考驗。本公司的封條鎖全部元器件均經(jīng)過嚴格挑選和各種惡劣環(huán)境下的測試，并且封條鎖整體采用高度氣密性設(shè)計，相關(guān)可靠性指標均達到軍用級要求。

應(yīng)用方案

　　一、工作流程

　　1、授權(quán)施封并上鎖：始發(fā)地，軍用物資裝入車廂完畢，經(jīng)過授權(quán)的施封人員將封條鎖鎖上，此刻電子封條進入工作狀態(tài)開始監(jiān)控。待所有車廂的封條鎖均被鎖上并開始工作時，設(shè)置在列車上的后臺接收系統(tǒng)會接收到所有車廂上封條鎖的ID號碼和狀態(tài)信息，如果與事先設(shè)置的相關(guān)信息核對相符，表明所有封條鎖均已正常工作，顯然，與封條鎖直接一一對應(yīng)的列車車廂也已全部準備就緒。

　　2、自動組網(wǎng)：列車行進中，所有封條鎖持續(xù)發(fā)送自身ID號碼到臨近封條鎖，依次傳遞數(shù)據(jù)到列車控制中心。此時，若任何一個封條鎖遭遇外來破壞，比如遭到惡意敲打或者剪斷線纜，該封條鎖將自動停止工作。此時，列車控制中心將無法收到完整的ID號碼，進而觸發(fā)警報系統(tǒng)。

　　3、授權(quán)解封開鎖：列車安全到達目的后，操作人員通過軍用網(wǎng)絡(luò)安全獲取的開鎖密碼對每個車廂的封條鎖進行解鎖工作，并將 開鎖時間和所有封條鎖ID號碼存入計算機監(jiān)控系統(tǒng)。解鎖后，封條鎖自動進入休眠狀態(tài)。以下為列車行進過程中的數(shù)據(jù)傳輸示意：

　　負責(zé)最終收集完整封條鎖信息的協(xié)調(diào)器設(shè)置在列車最前面的牽引車警衛(wèi)室(或者相關(guān)位置)，自離其最近的第一節(jié)車廂(車廂1)開始，加載在各個車門口的電子封條鎖依次向上一個節(jié)點發(fā)送身份數(shù)據(jù)。在列車加載完畢后，各個封條鎖之間的節(jié)點關(guān)系會自動確立，即一個封條鎖接收到信息后將會按照優(yōu)先次序傳遞信息。我們采用自主知識產(chǎn)權(quán)的“概率事件驅(qū)動的自動組網(wǎng)”協(xié)議，如果傳輸鏈條中一個節(jié)點遭遇破壞而停止工作，則其他相關(guān)節(jié)點會通過其他路徑將數(shù)據(jù)傳遞過去。該協(xié)議配合低功耗硬件系統(tǒng)，使整個電子封條功耗達到了世界先進水平。

　　每列火車可以自行組成一個封閉的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，也可以與軍方統(tǒng)一設(shè)立的監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。一旦發(fā)生重大盜搶事件，監(jiān)控中心可以在第一時間做出反應(yīng)，調(diào)集相關(guān)力量進行后續(xù)應(yīng)對。

方案特點

　　•產(chǎn)品集RFID技術(shù)(自動識別，可讀寫)、電子封條技術(shù)(傳感器，數(shù)據(jù)安全和授權(quán))、自動組網(wǎng)技術(shù)和電子鎖技術(shù)(牢固、易操作)于一體;

　　•所有系統(tǒng)硬件均按照嚴格環(huán)境條件設(shè)計制造，完全符合實際使用要求;

　　•實時聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，可以實時了解貨物運輸狀況，第一時間獲悉異常狀況;

　　•高抗干擾：對現(xiàn)場各種干擾源無特殊要求，安裝方便簡單。

　　•超低功耗：設(shè)備使用時間長，系統(tǒng)投入低。

　　•電子封條鎖采用433M超高頻段通訊，通訊速度極快，火車在高速運動狀態(tài)下均不受影響。