物联网在集装箱运输中的应用及案例分析.doc

物联网在集装箱运输中的应用及案例分析摘 要：集装箱运输作为现代主流运输方式，占据着国际货运 90%的份额整个过程以集装箱为载体，将货物集合组装成单元，以便在现代流通领域内运用大型装卸机械和大型载运车辆进行装卸、搬运作业和完成运输任务在集装箱运输中， 作为物联网初级阶段的 RFID 技术显著提高了运输过程中的透明度和安全性，进而实现整个供应链的透明化、流程简约化和运输高效化物联网的逐步完善对集装箱运输效率的提高将具有极其重要的意义关键词： 物联网； RFID；物流； EPC引言随着全球一体化速度的进一步加快，在世界各国国际贸易蓬勃发展的背景下，集装箱运输以其高效、安全、便捷等特点在国际航运中发挥着越来越重要的作用尤其作为全球发展速度最快的中国，近年来港口集装箱运输发展迅速， 2008年上海、香港、深圳分列世界港口集装箱吞吐量第二、三、四名，年吞吐量分别达到 2801 万 TEU、2430万 TEU、2142 万 TEU面对如此庞大的集装箱吞吐量，加之国际集装箱运输过程环节众多，如何实现集装箱运输更高效、安全、快速的周转是港口相关企业面临的现实问题目前国内大多数港口对集装箱的信息采集基本靠人工抄录或半自动化来完成，信息化程度普遍偏低。

集装箱供应链的流通管理、跟踪监控等信息处于孤立状态，实时准确的数据只有65％；港口集装箱的流转经过数十次人工采集箱号信息，效率低下，无法实现港口自动化作业；港口海关主要通过图像处理和模式识别技术对集装箱的箱号进行识别， 这种处理方法识别率一般为80 ％一 95％，对于海关工作人员来说工作量相当大物联网作为继互联网和移动通讯网之后另一个万亿级产业，其中非常重要的就是 RFID 技术在物联网的构想中， RFID 标签中存储的 EPC代码，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现对物品的识别运用到集装箱运输中，可实现对集装箱的全程跟踪和追溯，从而很好的解决目前集装箱运输中的这些问题通过开放的计算机网络实现信息交换和共享，实现对无线射频识别技术（RFID）的出现及应用发展，物联网的组建则可以实现与港航企业现有网络系统进行信息整合，同时可以优化整个物流供应链和流通网络 一个良好的基于RFID 应用架构的物联网系统可以较好的帮助港口达到这些目标，实现高效率的集装箱运输设计和开发基于RFID 技术的港口物联网系统技术，以便航商可以及时、准确地获取集装箱的运输状况，并对数据进行及时的分析处理，在提高集装箱运输效率的同时，进一步提高港口的综合竞争力。

第一章 概述1.1 关于物联网 物联网定义物联网的概念起源于 1995 年比尔盖茨写的《未来之路》一书，但迫于当时无线网络等硬件和软件的发展，并未引起重视时至 2005 年，国际电信联盟在突尼斯举行的信息社会世界峰会上正式发布了《 ITU互联网报告 2005 ：物联网》，才有了正式的物联网概念物联网（ The Internet of things ）：通过射频识别（ RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络按字面意思理解，物联网就是 “物物相连的互联网 ”这有两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯物联网原理物联网是在计算机互联网的基础上， 利用 RFID、无线数据通信等技术， 构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things ”在这个网络中， 物品 ( 商品 )能够彼此进行 “交流 ”，而无需人的干预 其实质是利用射频自动识别 (RFID)技术，通过计算机互联网实现物品 ( 商品 )的自动识别和信息的互联与共享。

而 RFID，正是能够让物品 “开口说话 ”的一种技术在 “物联网 ”的构想中，RFID 标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品 )的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明 ”管理图 1.1物联网展望图从图1.1 可以看出，通过RFID、 GPS 等技术，所有物品都将赋予生命，人们可以随时随地通过手中的终端了解到任何物品的状况等信息，也将使得人类生活水平越加高质量此外，物联网概念的问世，打破了之前的传统思维 过去的思路一直是将物理基础设施和IT 基础设施分开： 一方面是机场、 公路、建筑物 ,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等而在物联网时代，钢筋混凝土 、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活等物联网、 RFID 和 EPC 三者关系EPC跟条码一样， 产品电子码用一串数字代表产品制造商和产品类别 不同的是 EPC还外加了第三组数字，标识每一件单品存储在 EPC标签微型晶片中的唯一资讯就是这些数字。

EPC还可以与数据库里的大量数据相联系，包括产品的生产地点和日期，有效日期，应该运往何地等等而且，随着产品的转移或变化，这些数据可以进行实时更新由于技术与经济发展水平的限制，早期的 RFID 标签是由集成电路板卡制成由于体积大，成本高，只能应用于托盘、货架和集装箱上，只有极少数的用户使用而基于 EPC的 RFID 标签采用微型芯片存储信息，并用特殊薄膜封装技术，体积大大缩小，随着技术改进和推广应用，成本不断降低，且能够给每个物品唯一的身份EPC系统（物联网）是在计算机互联网和射频技术 RFID 的基础上，利用全球统一标识系统编码技术给每一个实体对象一个唯一的代码， 构造了一个实现全球物品信息实时共享的 “Internet of things ”它将成为继条码技术之后，再次变革商品零售结算、物流配送及产品跟踪管理模式的一项新技术从以上分析可以看出， EPC是存储在 RFID 标签中的唯一信息，是 RFID 标签的编码基础，而 RFID 技术是 EPC系统的技术构成之一，整个 EPC系统构成了物联网三者之间的关系如图 1.2 所示：EPC 系统，即物联网RFID技术EPC图 1.2 三者关系图第二章 解决方案2．1 需求分析据中国物流与采购联合会研究，现代物流信息化存在的瓶颈，一个是基础信息的采集，大量的信息还是要手工录入，效率低、差错率高、不及时，影响了后期的传输和应用；再一个是信息的共享和交换，越来越多的应用主体已经提出要加强信息数据共享，建立信息平台。

集装箱运输信息化除存在以上问题外，还存在一些特殊问题：u 货物失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，算上因此导致的间接损失，全球每年损失 2000 亿美元为解决这个问题，可提高港口的抽检率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，同样降低了可靠性u 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而物联网中的 RFID 等技术作为前端的自动识别与数据采集技术在物流的各主要作业环节中应用，可以实现物品跟踪与信息共享，极大地提高物流企业的运行效率，实现可视化供应链管理，在物流行业有着巨大的应用空间和发展潜力，在物流信息化中占有举足轻重的地位。

通过以上分析，应用物联网中的 RFID 等技术来构建一个集装箱管理系统，能够对集装箱运输的物流和信息流进行实时跟踪，从而消除集装箱在运输过程中可能产生的错箱、漏箱事故，加快通关速度，提高运输安全性和可靠性，从而全面提升集装箱运输的服务水平2．2 系统设计典型的基于 RFID 技术的物联网应用方案应该包括硬件系统和软件系统两个方面， 硬件系统由 RFID 自动识别系统、 全球定位系统、 激光扫描系统和通信系统等组成，软件系统包括 RFID 信息管理系统和与之整合的港口集装箱管理系统集装箱上的电子标签可以记录固定信息，包括序列号、箱号、持箱人、箱型、尺寸等；还可以记录可改写信息，如货品信息、运单号、起运港、目的港、船名航次等整个物联网应用可以分为三层：第一层是传感网络，即以二维码、 RFID、传感器为主，实现对集装箱等物品的识别；第二层是传输网络，即使通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算；第三层是应用网络，即输入输出控制终端，可基于现有的、个人电脑等终端进行系统的构成EPC系统是一个非常先进的、 综合性的和复杂的系统 其最终目标是为每一集装箱等物品建立全球的、开放的标识标准。

它由 EPC编码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分组成 , 主要包括 6 个方面：表 1 EPC 系统的构成EPC系统的构成系统构成 名称EPC编码体系EPC编码标准EPC标签射频识别系统射频读写器EPC中间件信息网络系统对象名称解析服务实体标记语言1) EPC编码标准 EPC编码是 EPC系统的重要组成部分 , 它是对实体及实体的相关信息进行代码化，通过统一并规范化的编码建立全球通用的信息交换语言 EPC 编码是 EAN.UCC 在原有全球统一编码体系基础上提出的新一代的全球统一标识的编码体系 , 是对现行编码体系的一个补充2) EPC标签： EPC 标签由天线、集成电路、连接集成电路与天线的部分、天线所在的底层四部分构成 EPC码是存储在 RFID 标签中的唯一信。