RFID技術在集裝箱運輸中的應用研究

　　集裝箱運輸是貨運方式的一大變革，是大宗貨物運輸最理想的方式，也是目前標準化程度最高的一種運輸方式。因其運輸私密性好、包裝不破損、運輸成本低、環(huán)境適應性強、裝載密度高、碼垛規(guī)范等特點而備受客戶和商家青睞，已成為運輸現(xiàn)代化的重要形式。近年來，全球運輸“集裝箱化” 的比重不斷提高，尤其是在國際貿(mào)易中，集裝箱運輸已經(jīng)成為一種主要的運輸方式，發(fā)達國家的海上雜貨運輸基本實現(xiàn)集裝箱化。集裝箱運輸對促進經(jīng)濟貿(mào)易發(fā)展、改善經(jīng)濟結構和運輸結構、擴大對外開放產(chǎn)生了重大影響，但其存在的問題也不能不引起重視。 

    1 集裝箱運輸遇到的問題 

    1．1 貨物失竊損失大 

    隨著集裝箱運輸?shù)目焖侔l(fā)展和集裝箱運量的不斷增加，世界上許多國家和地區(qū)集裝箱貨物被偷盜問題變得越來越嚴重。據(jù)統(tǒng)計，全球因集裝箱失竊事件造成的損失達300億-500億美元，包括間接損失在內，全球每年損失2000億美元，其中美國就占100億美元。而像2004年美國達拉斯市所發(fā)生的一起價值500萬美元的集裝箱被盜事件，更使發(fā)貨公司損失慘重，其業(yè)務幾乎處于停頓狀態(tài)。集裝箱貨物失竊所帶來的損失由此可見一斑。 

    1．2 傳統(tǒng)識別精度低 

    在整個集裝箱運輸?shù)倪^程中，集裝箱的識別就是通過它的唯一的標識——箱號來鑒別的；集裝箱的交接也同樣是以箱號為準。傳統(tǒng)集裝箱識別方式精度不高。比如：人工數(shù)據(jù)采集不僅易出差錯，而且花費時間也相對較長。目前，傳統(tǒng)識別方式獲取的信息有35％是不準確或不實時的，根本無法準確及時追蹤到集裝箱的4W (whose、what、where、when)信息。而采用OCR方式進行監(jiān)管，則需要用16臺攝像頭同時拍攝，成本非常高，但識別率僅達80％-90％，還要受天氣條件的影響，雨霧中的識別率還要低許多。集裝箱識別精度不高直接影響到整個供應鏈的效率。 

    1-3 安全高效有沖突 

    據(jù)統(tǒng)計，全世界約有2 000萬只集裝箱，每年進行約2億箱次的跨國運輸。以國際第三大集裝箱航運中心上海港為例，2005年集裝箱吞吐量達到1 800萬標準箱(TEU，Twent)r—f00t Equivalent Units)，也就是平均每天有近5萬TEU的貨物經(jīng)過上海港。港口運輸模擬實驗表明，當對集裝箱的隨機抽檢率達到10％時，整個港口就會陷入癱瘓狀態(tài)。如果減除抽查的隨機性，又無法有效地防止犯罪分子用集裝箱走私或者運輸毀滅性武器發(fā)動恐怖襲擊(根據(jù)美國聯(lián)邦調查局預計：在美國境內運輸?shù)拿?只集裝箱中，至少有1只被動過手腳，這是很危險的)。大型的集裝箱x光機，雖然能透視箱內所裝的貨物，但透檢一只集裝箱就需要6分鐘，滿負荷工作每天充其量也只能透檢240只，而且x光機只負責“看”，辨別違禁品仍要靠人的肉眼，這又降低了可靠性。一臺X光機需要人民幣3 000萬元，昂貴的價格使港口與邊境關口不可能大量購置這類設備。集裝箱安全和運輸高效率之間沖突嚴重。這些問題對集裝箱運輸產(chǎn)生了不良影響，也使一些集裝箱運輸?shù)闹饕P系方遭受了巨大損失，嚴重削弱了整個供應鏈的效率。為了防止貨物失竊，避免恐怖分子利用集裝箱裝運毀滅性武器進行恐怖襲擊，進而為了提高運輸效率、安全性和服務質量，以及整個供應鏈的可視性與透明性，降低恐怖活動對全球物流供應鏈的威脅，集裝箱運輸迫切需要一種能夠實時更新數(shù)據(jù)的技術來及時、精確地采集和處理信息，RFID技術無疑成為最佳選擇。 

    2 RFID在集裝箱運輸中的應用 

    2．1 集裝箱是供應鏈實施RFID的第一階段 

    在供應鏈的應用上，廠商導入RFID技術時會分成如下4個階段來實施：集裝箱階段、貨盤階段、包裝容器階段、單個產(chǎn)品階段。集裝箱作為第一個實施階段，應用RFID技術不僅有助于增加對貨物的掌控能力，減少集裝箱及其運載貨物的丟失、被盜和損壞，而且通過電子標簽可實現(xiàn)對集裝箱的實時追蹤。 

    2．2 RFID在集裝箱運輸中的應用具有特殊性 

    相對于工業(yè)自動化、交通運輸控制管理等領域自動識別技術的應用，RFID技術在集裝箱運輸中的應用具有很強的特殊性。① 工作環(huán)境惡劣。電子標簽隨集裝箱在海上、碼頭、堆場等場所流動，工作環(huán)境比較惡劣：溫度高(>80℃)、溫差大、空氣濕度大、酸堿腐蝕嚴重、振動沖擊大。② 識別要求較高。由于集裝箱移動較快，對于電子標簽識別參數(shù)提出了更高的要求：識別速度高(移動速度MOO km／h)、距離遠(>6 m)、準確率高(>99％)、數(shù)據(jù)容量大(>8Kbits)等。考慮至Ⅱ集裝箱運輸環(huán)境等特殊應用要求，在集裝箱運輸中宜選用高頻(如2．45GHz、5．8GHz)、有源電子標簽。 

    2．3 RFID技術將給集裝箱運輸帶來新亮點 

    隨著集裝箱運輸?shù)目焖侔l(fā)展和“安全貿(mào)易計劃” (包括集裝箱安全計劃、海關貿(mào)易伙伴反恐方案、商業(yè)營運安全計劃、貨物24 h提前申報、智能性安全貿(mào)易通道等)工程的逐步實施，RFID系統(tǒng)會在各個國家和地區(qū)的口岸、港口逐漸建立起來，RFID技術將給集裝箱運輸帶來新的亮點。 

    2．3．1 集裝箱的自動識別。將記錄有集裝箱號、箱型、貨物種類、數(shù)量等數(shù)據(jù)的標簽安裝在集裝箱上，在經(jīng)過安裝有識別設備的公路、鐵路的出入口及碼頭的檢查門時，RFID標簽自動感應后將相應的數(shù)據(jù)返回閱讀器，從而將標簽上保存的信息傳輸?shù)紼DI系統(tǒng)，實現(xiàn)了集裝箱的動態(tài)跟蹤與管理，提高了集裝箱運輸?shù)男屎托畔⒌墓蚕怼＿@種系統(tǒng)一般使用被動式RFID技術，在集裝箱碼頭應用較多。通過這種系統(tǒng)不僅加快了車輛進港提箱的速度，而且對車輛提箱進行了嚴密的管理，并減少了人為因素造成的差錯。 

    2．3．2 電子封條與貨物追蹤。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)電子封條可用到被動式和主動式RFID技術。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鏈節(jié)點時提供它們完整與否的信息。主動式電子封條更復雜一些，只有當其價格明顯下降的時候才可能反復使用。主動式封條在結合GPS技術后，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。更有一些封條能夠在損害行為發(fā)生時提供即時求救信號。 

    3 集裝箱運輸應用RFID需解決的問題 

    3．1 節(jié)點選擇 

    集裝箱運輸涉及到的相關企業(yè)眾多，如貨運代理、拖車公司、支線船公司、船公司、港口、堆場(專門提供空箱存放場所的公司)等，空間范圍大，貨物流轉過程復雜。因此，集裝箱運輸要建立RFID系統(tǒng)，首先面臨的就是系統(tǒng)節(jié)點選擇問題。節(jié)點選擇確立以下原則：RFID系統(tǒng)具有較高的使用率，帶來較好的經(jīng)濟和社會效益；建設單位實力比較雄厚，信息系統(tǒng)以及網(wǎng)絡等配套設施齊全；RFID系統(tǒng)能夠給相關單位帶來更好的服務。 

    根據(jù)這一原則，將RFID節(jié)點選擇在空箱堆場和港口堆場非常合適。而對于發(fā)貨人或收貨人來說，因為這類企業(yè)數(shù)量眾多，規(guī)模差異較大，特別是對眾多的中小發(fā)貨人來說，RFID系統(tǒng)一般只有自己使用，其使用率必然很低，因此不將其作為RFID系統(tǒng)的節(jié)點。 

    3．2 標準問題 

    標準涉及的內容很多，有空中接口協(xié)議標準、編碼標準、測試標簽和讀寫器通訊協(xié)議標準，以及一系列應用標準等。而存在共性的主要是空中接口協(xié)議標準，如18000—6B。 

    目前，RFID三大主流標準中還沒有一個標準是特別適合集裝箱應用的。集裝箱行業(yè)有自己的RFID自動識別標準ISO 10374(1991，1995，2005)，該標準直接將集裝箱箱號和用戶信息寫入，識別的時候將信息直接識別出來，避免了代碼解析的過程，更適合于目前的集裝箱自動識別應用。當然，由于該標準主要是集裝箱行業(yè)國際標準，并沒有引起國際大公司的跟進，所以標簽成本相對比較高。 

    3．3 成本問題 

    成本問題本身不是問題，關鍵是看投人產(chǎn)出比，而非單純的標簽價格問題。讀取可靠、適合于集裝箱惡劣運輸環(huán)境的、有穩(wěn)定讀寫性能的電子標簽才是根本，合理的商務模式才是關鍵，而不是標簽價格本身。比較集裝箱及其運載貨物的價格，集裝箱運輸應用RFID電子標簽的成本是完全可以接受的。 

    3．4 數(shù)據(jù)結構 

    在集裝箱運輸RFID系統(tǒng)中，標簽數(shù)據(jù)既要滿足供應鏈上各相關企業(yè)對數(shù)據(jù)存儲和處理的需要，又要保證不泄漏相關企業(yè)的商業(yè)機密。供應鏈上各相關企業(yè)對集裝箱內貨物數(shù)據(jù)的需求不一樣，即對掌握數(shù)據(jù)的詳細程度不同。比如，港口需要知道貨物種類、箱型、尺寸、箱重、目的港等，而船公司還需要知道箱內貨物的具體名稱等更詳細的數(shù)據(jù)。因此，集裝箱運輸中RFID系統(tǒng)的標簽數(shù)據(jù)結構要解決好數(shù)據(jù)的完整性和保密性的關系。 

    3．5 數(shù)據(jù)的有效性 

    3．5．1 數(shù)據(jù)沖突。在一個電子標簽閱讀器的識別區(qū)域內有多個電子標簽出現(xiàn)時，閱讀器發(fā)出識別命令后，該區(qū)域內的所有電子標簽都會對此命令作出響應，并向閱讀器發(fā)送信息。這樣，來自不同的電子標簽的數(shù)據(jù)會相互干擾，可能會導致數(shù)據(jù)丟失，甚至發(fā)生錯誤識別。這種由于多址接人同一傳輸信道而造成的數(shù)據(jù)損失稱為數(shù)據(jù)沖突，常用的防沖突措施有空間防沖突、頻域防沖突和時域防沖突3種。頻域防沖突方法價格較高，目前僅在機場的行李標簽識別系統(tǒng)得到應用。時域防沖突措施中的同步搜索法識別效率比較高，得到了廣泛地應用。 

    3．5．2 數(shù)據(jù)冗余。由于某一標簽(集裝箱)在沒有任何改變的情況下多次通過閱讀區(qū)域或者長時間停留在閱讀區(qū)域，造成識讀器多次獲取重復數(shù)據(jù)，同時電子標簽也會因為多次識讀而消耗能量，降低使用壽命。采用地標技術，系統(tǒng)可以控制地標在一定的時間間隔內發(fā)送讀取觸發(fā)信號(如10min發(fā)一次)。這樣可以有效地節(jié)約電子標簽的能量，提高其使用壽命。 

    3．5．3 數(shù)據(jù)錯誤。是指基礎數(shù)據(jù)讀取過程中獲得了錯誤的數(shù)據(jù)，如不應該讀取時，讀取了數(shù)據(jù)；聚合和反聚合過程中的數(shù)據(jù)不一致等。在中間件中實現(xiàn)邏輯檢查規(guī)則，通過這些規(guī)則可以有效地排除錯誤數(shù)據(jù)。集裝箱運輸RFID系統(tǒng)只有有效地解決數(shù)據(jù)的有效性問題，方可體現(xiàn)RFID技術的優(yōu)越性。 

    3．6 數(shù)據(jù)的同步性 

    建立RFID系統(tǒng)的節(jié)點是用來采集集裝箱信息并跟蹤集裝箱的，這些標簽中的信息要在各相關企業(yè)之間共享。標簽信息在RFID系統(tǒng)的節(jié)點處可能會被讀取或寫入，這就要求RFID系統(tǒng)各節(jié)點的數(shù)據(jù)要同步。如果某節(jié)點對標簽中的信息進行更改后，沒有及時更新相關企業(yè)信息系統(tǒng)中的相關數(shù)據(jù)，則會由于錯誤的信息導致錯誤的判斷和處理。因此，數(shù)據(jù)同步問題，相關企業(yè)要協(xié)調一致，各企業(yè)的信息系統(tǒng)要有處理數(shù)據(jù)同步的機制。 

    3．7 信息的安全性 

    集裝箱貼上RFID標簽后，雖然在集裝箱運輸系統(tǒng)中的相關企業(yè)之間能夠加快信息傳遞，提高物流整體服務質量，但同時也給盜賊作案提供了信息。因此，用于集裝箱運輸系統(tǒng)中的RFID標簽要避免非系統(tǒng)內的讀取器閱讀，即標簽要能夠辨識閱讀器，從而決定是否將標簽內的信息發(fā)送給該閱讀器。只有做到這樣，集裝箱運輸才會更加安全。 

    集裝箱運輸在應用RFID技術的過程中，一定要充分考慮RFID技術在集裝箱運輸中的特殊性以及上面提到的7個核心問題。除此之外，RFID設備的選型也是很重要的一個問題，應謹慎抉擇。當然，集裝箱運輸?shù)南嚓P企業(yè)之間的緊密協(xié)作也不容忽視?！?nbsp;