（交通运输工程专业论文）口岸物联网应用解决方案研究.pdf

t h ee x a m i n a t i o no f i n t e r n e to ft h i n g sp o r ta p p l i c a t i o n s o l u t i o n s d i s s e r t a t i o n at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f g c t b y l il e i ( t r a f f i ca n dt r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g ) d i s s e r t a t i o n t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl ix i a n g w e n 92 0 1o 11 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博i 硕士学位论文一二旦崖塑毯圈廛旦鲤迭友塞硒究：。除论文中已经注明 引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未 公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：二纽 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于： 保密口在年解密后适用本授权书。 不保密口( 请在以上方框内打“4 ) 论文作者签名：导师签名： 日期：2 凡一年口月弓口日 、1 中文摘要 摘要 本文主要研究物联网技术在口岸领域的应用解决方案，探讨通过物联网及相 关技术的使用，建立物联网口岸信息服务平台，优化口岸通关、监管流程，研究 使用物联网新技术，提高口岸监管准确性，同时，为广大口岸监管用户提供更加 便捷、准确、高效的口岸监管信息服务。 在理论和现有研究成果分析方面，首先，对物联网概念、国内外研究情况进 行了分析，研究物联网技术基础情况；其次，阐述物联网口岸概念，对物联网口 岸特点进行分析，设想物联网口岸建设中将涉及的主要问题和关键技术，以及对 联网口岸建设核心信息平台的理解。 本文物联网口岸应用解决方案主要分为：物联网口岸监管应用解决方案和口 岸物联网信息服务平台解决方案两大体系进行分析研究。物联网口岸监管应用解 决方案通过物联网技术，结合海关、检验检疫、海事等口岸监管机构，从卡口智 能大门、海关智能监管系统、c i q 快速查验系统、海事船舶安全监督系统等四方面 展开研究。口岸物联网信息服务平台解决方案通过物联网技术与信息系统的结合， 从口岸监管电子申报e d i 服务、口岸监管指令传递服务、口岸报关、报验一站式 服务、口岸公共信息发布与查询服务等信息服务领域进行分析，并探讨口岸物联 网信息服务平台运营模式。 通过对本文研究内容的可行性分析，并结合实际口岸业务，对口岸物联网应 用解决方案进行分析，认为本文研究的口岸物联网应用解决方案切实可行，项目 的应用创新口岸监管方式和流程，提升口岸服务水平和形象。 关键词：物联网；口岸；应用 ； 英文摘要 a b s t r a c t t h et e x tr e s e a r c ht h ei n t e m e to ft h i n g sp o r ta p p l i c a t i o ns o l u t i o n s ，c r e a t ei n t e m e to f t h i n g sp o r ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，o p t i m i z a t i o nt h ep r o c e s s o fc u s t o m sc l e a r a n c ea n dp o r t s u p e r v i s i o n ，i m p r o v et h ea c c u r a c yo fp o r ts u p e r v i s i o n s u p e r v i s i o nf o rt h em a j o r i t yo f p o r tu s e r st op r o v i d em o r ec o n v e n i e n t ，a c c u r a t ea n de f f i c i e n ti n f o r m a t i o ns e r v i c ep o r t c o n t r 0 1 i nt h e o r ya n da n a l y s i so fe x i s t i n gm s e a r c hr e s u l t s ，f i r s t ，o nt h ec o n c e p to fi n t e r a c to f t h i n g s ，d o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a l r e s e a r c hw a sa n a l y z e d t e c h n i c a lb a s i so ft h e s i t u a t i o no fi n t e r n e to ft h i n g s s e c o n d ，e l a b o r a t et h ec o n c e p to fi n t e r a c to ft h i n g sp o r t ， a n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fi n t e m e to ft h i n g sp o r t e x p l a i nt h ef e a t u r e si n t e r n e to f t h i n g s p o r ti n f o r m a t i o ns y s t e m i h ei n t e r n e to ft h i n g sp o r ta p p l i c a t i o ns o l u t i o n si n c l u d ei n t e m e to ft h i n g sp o r t s u p e r v i s i o na p p l i c a t i o n s o l u t i o n sa n di n t e m e to ft h i n g sp o r ti n f o r m a t i o ns y s t e m i n t e r n e to ft h i n g sp o r ts u p e r v i s i o na p p l i c a t i o n s o l u t i o n si n c l u d et h er e g u l a t o r y r e q u i r e m e n t so fc u s t o m s ，c i qa n dm s a i n t e m e to ft h i n g sp o r ti n f o r m a t i o ns y s t e m i n c l u d ee d i ，e l e c t r o n i ci n s t r u c t i o n sa n dp o r tp u b l i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e s r e s e ：a r c ho nt h ef e a s i b i l i t yo ft h i st e x t ，w i t ht h ea c m a lp o r to p e r a t i o n s ，an a l y s i st h e i n t e r n e to ft h i n g sp o r ta p p l i c a t i o ns o l u t i o n s t h i sa r t i c l ei sap r a c t i c a lr e s e a r c ha n d i n n o v a t i o np r o j e c t s k e y w o r d s ：i n t e r n e to ft h i n g sp o r t ；a p p l i c a t i o n 目录 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景及研究意义1 1 1 1 研究背景l 1 1 2 研究意义。2 1 2 国内外研究现状3 1 2 1 国内的研究现状3 1 2 2 国外的研究现状5 1 2 3 国内外研究分析6 1 3 主要研究内容7 1 4 论文框架8 第二章口岸物联网应用概述9 2 1 物联网概述9 2 1 1 物联网的概念9 2 1 2 物联网的体系结构1 0 2 1 3 物联网的应用l o 2 2 口岸物联网概述。l l 2 2 1 口岸物联网物流的概念1 1 2 2 2 口岸物联网物流的特点1 2 2 2 3 口岸物联网建设涉及的关键问题1 2 2 - 3 口岸物联网信息平台概述1 3 第三章口岸物联网应用的解决方案1 4 3 1 物联网口岸总体架构1 4 3 1 1 物联网口岸总体架构设计1 4 3 1 2 物联网口岸分层功能描述1 5 3 2 物联网口岸监管应刚解决方案1 5 3 2 1 卡口智能大门1 5 3 2 2 海关智能监管系统17 3 2 3c i q 快速查验系统l8 3 2 4 海事船舶安全监督系统1 9 3 3 口岸物联网信息服务平台解决方案2 l 3 3 1 物联网口岸信息服务平台运营模式2 3 3 3 2 口岸监管电子申报e d i 服务2 6 3 3 3 口岸监管指令传递服务2 7 3 3 4 口岸报关、报验一站式服务。2 8 3 3 5 口岸公共信息发布与查询服务。3 0 第四章口岸物联网应用解决方案的可行性分析3 2 4 1 技术可行性分析。3 2 4 2 经济可行性分析3 3 4 3 社会环境可行性分析3 4 4 4 可行性分析结论3 4 第五章案例分析。3 5 5 1 案例背景介绍3 5 5 2 进口冷藏集装箱区港联动的物联网应用3 5 第六章研究结论和未来展望3 8 6 1 研究结论3 8 6 2 未来展望3 8 参考文献4 l 至| 【谢4 3 口岸物联网应用解决方案研究 1 1 研究背景及研究意义 第一章绪论 1 1 1 研究背景 物联网的概念早在1 9 9 9 年提出。当时基于互联网、r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 技术，在现有计算机互联网的基础上，利用无线射频识 别技术、无线通信技术等，构建了一个实现物品信息实时交互的实物互联网“i n t e m e to f t h i n g s ”，简称物联网。 传感网是基于感知技术建立起来的网络。我国中科院是在1 9 9 9 年启动了传感网的 相关研究，并取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。同年，在美国召开的移 动计算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。 2 0 0 3 年，美国技术评论曾提出传感网及相关技术将是未来改变人们生活的十大技术 之一。 根据国际电信联盟( i t u ) 的描述，在物联网时代，通过在各种日常用品上嵌入一 种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时 间任何地点的人与人之间的沟通连接，扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。 从物联网的本质上看，物联网是现代信息、网络技术发展到一定阶段后出现的聚合 性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集 成应用，使人与物智能对话，创造智能物体世界。因为物联网技术的发展几乎涉及到了 信息技术的各方各面，是一种聚合性、系统性的创新应用与发展，也因此才被称为是信 息技术的第三次革命性创新。物联网的本质高度概括起来主要为三方面：一、具有互联 网特征，对需要联网的物体要能够实现信息交互的通信网络；二、识别与通信特征，连 接物联网中的“物”要具备自动识别与物物通信( m 2 m ) 的功能；三、智能特征，网络 系统应具有自动化、自我反馈与智能控制等特点。 当今世界的许多重大问题，如金融危机、能源危机和环境恶化等，实际上都能够以 更加“智慧 的方式解决。在全球经济形势低迷的同时，也孕育着未来的发展机遇，中 国不仅能够籍此机遇开创新乐观产业和新的市场，加速发展，摆脱经济危机的影响。 口岸物联网应用解决方案研究 业内专家表示，物联网把我们的生活拟人化了，物体成了人的同类。在这个物物相 联的环境中，物体能够彼此进行“沟通 ，而无需人的干预。物联网利用无线射频自动 识别( r f i d ) 技术，通过计算机网络实现物体的自动识别和信息的交互与共享，物联网 描绘的是智能化世界。 2 0 0 8 年1 1 月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新2 0 上，专家们提出了移动技术、物联网技术等的发展带动了社会经济社会形态、创新形态 的变革，推动面向知识社会的以用户感受为核心的新一代创新形态的形成，创新与发展 更加关注用户、注重以人为本。 物联网技术可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技 术分别为r f i d 、传感器、智能芯片和传输网络。( ( i n t e m e to f t h i n g si n2 0 2 0 ) ) 报告中分 析预测，未来物联网的发展将历经四个阶段，2 0 1 0 年之i j r f i d 被广泛应用于物流、零 售和制药领域，2 0 1 0 年至2 0 1 5 年实现物体互联，2 0 1 5 年至2 0 2 0 年物体进入半智能化， 2 0 2 0 年之后物体进入全智能化。 1 1 2 研究意义 美国权威咨询机构f o r r e s t e r 预测，到2 0 2 0 年，世界上物物互联的业务，与人 与人通信的业务相比，会达到3 0 比1 ，因此，物联网将会是下一个万亿级的通信业务， 物联网的研究、应用和发展为下一代信息技术变更起到了重要作用，掌握物联网世界的 话语权，不仅体现了技术领先，更在于我国是世界上少数能实现物联网产业化的国家之 一。这使我国在信息技术领域赶上，甚至占领产业价值链的高端成为一种可能。 物联网产业一方面可以提高经济效益、节约成本：另一方面可以为全球经济复苏提 供技术动力。有研究机构预计未来1 0 年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发 展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大3 0 倍。目前，美国、欧 盟、日本等都在投入巨资深入研究物联网技术及应用。我国也关注、重视物联网的研究， 工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面展开研究，以便形成支持新一代 信息技术发展的政策和措施。 口岸物联网应川解决方案研究 物联网应用将使电网、供水系统、建筑、桥梁、隧道、大坝、公路、铁路、油气管 道等各种物体被普遍连接，形成物联网，在“物联网普及以后，用于动、植物、机械、 物品的传感器与电子标签及配套的传输接口装置数量极大。物联网推广将成为推进经济 发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无限的发展机会。依据目前对物联网的 需求，在近年内市场就需要按亿计的传感器和电子标签，这将推进信息技术相关元件的 生产，同时增加社会就业机会。 物联网在我国的迅速崛起得益于我国在物联网方面的几大优势：第一，我国早在 1 9 9 9 年就启动了物联网的核心传感网技术的研究，研发水平已处于世界前列；第二，在 世界传感网领域，我国是标准主导国之一，拥有较大量的专利；第三，我国是能够实现 物联网完整产业链的国家之一；第四，我国无线通信网络和宽带覆盖率高，为物联网的 发展提供了网络基础设施支持；第五，我国已经成为世界第三大经济体，有较为雄厚的 经济实力支持物联网的研究和发展。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内的研究现状 我国中科院早在1 9 9 9 年就启动了传感网的研究，与其它国家相比具有同发优势。 中科院组成了两千多人的研究团队，先后投入数亿元，在无线智能传感器网络通信技术、 微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面都取得了重大进展，目前拥有从材料、技 术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域，我国与德国、美国、韩国一 起，成为国际标准制定的主导国之一。 2 0 0 9 年8 月7 日，温家宝总理在江苏无锡调研时，对传感器研发中心予以高度关注， 指出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术 ，“在国家重大科 技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫感知中 国中心”。 2 0 0 9 年1 0 月2 4 日，在中国第四届中国民营科技企业博览会上，西安优势微电子公 司宣布：中国第一颗物联网中国芯“唐芯一号 芯片研制成功，中国已经攻克了物 口岸物联网应用解决方案研究 联网的核心技术。唐芯一号芯片是一颗2 4 g 超低功耗射频可编程片上系统p s o c ，可以 满足各种条件下无线传感网、无线局域网、有源r f i d 等物联网应用的特殊需要，为我 国的物联网产业的发展奠定了基础。 2 0 0 9 年，在上海浦东国际机场和上海世博会，首批价值1 5 0 0 万元的传感安全防护 设备应用成功，这套设备由1 0 万个微小的传感器组成，散布在墙头墙角墙面和周围道 路上。传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断，爬上墙的究竟是人还是猫 狗等动物。 物联网在中国高校的研究中，当前的焦点在北京邮电大学和南京邮电大学。作为“感 知中国”的中心，无锡市2 0 0 9 年9 月与北京邮电大学就传感网技术研究和产业发展签 署合作协议，标志中国“物联网进入实际建设阶段。协议声明，无锡市将与北京邮电 大学合作建设研究院，内容主要围绕传感网，涉及光通信、无线通信、计算机控制、多 媒体、网络、软件、电子、自动化等技术领域，此外，相关的应用技术研究、科研成果 转化和产业化推广工作也同时纳入议程。 为积极参与“感知中国中心及物联网建设的科技创新和成果转化工作，保持、扩 大学校在物联网研究领域的优势，南京邮电大学及时调整了科研机构和专业设置，新成 立了物联网与传感网研究院、物联网学院。2 0 0 9 年9 月l o 同，全国高校首家物联网研 究院在南京邮电大学正式成立。南京邮电大学的无线传感器网络中间件软件 d i s w a r e d i s w a r e 是基于移动代理的无线传感器网络中间件平台，它实现了对m a n t i s o s 和t i n y o s 多操作系统的支持，同时扩大硬件节点的选择范围。南京邮电大学的无线传 感器网络集成开发平台m e s h i d e m e s h i d e 是一个可视化编程、应用程序融合于一体的无 线传感器网络集成开发平台。作为用户的可视化开发工具，实现可视化烧制、管理和控 制。 中国科学院宁波计算所的无线传感器网络分析与管理平台针对无线传感器网络的 协议、功耗、数据处理和分布式计算等诸多方面，开展定量的分析和管理，并提供图形 化界面。 我国将采取四项措施支持电信运营企业开展物联网技术创新和应用。这些措施主要 口岸物联网应用解决方案研究 包括： 1 突破物联网的关键核心技术，实现科技创新。结合物联网的特点，在突破关键 共性技术的同时，研发和推广应用技术，加强行业和领域物联网技术解决方案的研发和 公共服务平台的建设，以应用技术为支撑突破应用创新。 2 制订中国物联网发展规划，全面布局。重点发展高端传感器、m e m s 、智能传 感器和传感器网节点、传感器网关；超高频r f i d 、有源r f i d 和r f i d 中间件产业等， 重点发展物联网相关终端和设备以及软件和信息服务。 3 推动典型物联网应用示范，带动发展。通过应用引导和技术研发的互动式发展， 带动物联网的产业发展。重点建设传感网在公众服务与重点行业的典型应用示范工程， 确立以应用带动产业的发展模式，消除制约传感网规模发展的瓶颈。深度开发物联网采 集来的信息资源，提升物联网的应用过程产业链的整体价值。 4 加强物联网的国际国内标准，保障发展。做好顶层设计，满足产业需求，形成 技术创新、标准和知识产权协调和互动机制。面向重点业务应用领域，加强关键技术研 究，建设标准验证、测试和仿真等标准服务平台，加快关键标准的制定、实施和应用。 积极参与国际标准制定，整合国内研究力量形成合力，推动国内自主创新研究成果推向 国际。 1 2 2 国外的研究现状 物联网的概念是在1 9 9 9 年提出的，2 0 0 5 年在突尼斯举行的信息社会世界峰会 ( w s i s ) 上，国际电信联盟( i t u ) 发布了i t u 互联网报告2 0 0 5 ：物联网，引用了 “物联网”的概念。射频识别技术( r f i d ) 、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术等 将得到更加广泛的应用。美国、欧盟、同本等发达国家都投入巨资研究、鼓励发展物联 网。 美国政府在2 0 0 8 年底将i b m 公司提出的“智慧的地球”计划，作为美国信息化战 略的重要内容，并将物联网列为“2 0 2 5 年对美国利益潜在影响最大的关键技术 。美国 总统奥巴马就职后，将“新能源”和“物联网 列为振兴经济的两大“武器 。i b m 认 为，i t 产业下一阶段的任务足把新一代i t 技术充分运用在各行各业之中，具体地说， 口岸物联网应用解决方案研究 就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、 油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。麻省理工学院从事着极低功耗 的无线传感器网络方面的研究；奥本大学从事了大量关于自组织传感器网络方面的研 究，并完成了一些实验系统的研制；宾汉顿大学计算机系统研究实验室在移动自组织网 络协议、传感器网络系统的应用层设计等方面做了很多研究工作；州立克利夫兰大学( 俄 亥俄州) 的移动计算实验室在基于i p 的移动网络和自组织网络方面结合无线传感器网 络技术进行了研究。 欧盟在物联网方面进行了大量研究，并开始推动物联网的主要技术r f i d ( 射频识别 技术) 在经济、社会、生活各领域的应用，着力解决安全和隐私、国际治理、无线频率 和标准等问题。2 0 0 9 年6 月，欧盟物联网行动计划报告提出1 4 项行动计划，试图 夺取物联网发展主导地位。同年1 0 月，欧盟推出“物联网战略研究路线图”，力推物 联网在航空航天、汽车、医疗、能源等1 8 个主要领域应用，明确1 2 项关键技术，首推 智能汽车和智能建筑。 日本在2 0 0 9 年3 月提出“数字日本创新计划 ，在同年7 月进一步提出“i - j a p a n 战略2 0 1 5 ，其中交通、医疗、智能家居、环境监测、物联网是重点。 目前，欧美国家已将r f i d 技术应用于交通、车辆管理、身份识别、生产线自动化 控制、仓储管理及物资跟踪等领域。r f i d 已在欧美国家成为成熟的“产业链”，如飞 利浦、西门子等半导体厂商垄断了r f i d 芯片市场：i b m 、惠普、微软等国际巨头抢占 了r f i d 中间件、系统集成研究的有利位置；不少公司提供r f i d 标签、天线、读写器 等产品和设备；沃尔玛、麦德龙等零售巨头和宝洁、宝马、大众等顶级制造商已把r f i d 技术应用于供应链管理。 1 2 3 国内外研究分析 国外许多高校、科研院所和各大知名企业也都先后参与开展了物联网及相关领域的 研究。克尔斯博公司是国际上率先进行无线传感器网络研究的先驱之一，旗下的无线传 感器网络硬件产品众多，为全球超过2 0 0 0 所高校以及上千家大型公司提供无线传感器 口岸物联网廊川解决方案研究 解决方案。目前c r o s s b o w 公司与软件巨头微软、传感器设备巨头霍尼韦尔、硬件设备 制造商英特尔、网络设备制造巨头、着名高校加州大学伯克利分校等都建立了合作关系。 此外德州仪器、微处理器制造商a t m e l 等也都在传感器网络领域投入极大的资金和科研 力量。这些都为无线传感器网络进一步的发展以及最终的商业化奠定了坚实的基础。 国内物联网研究现状除了在无线传感器硬件设备方面的进展，国内目前在无线传感 器网络的软件方面也取得了相应的突破，在基于国外的操作系统之上，开发自己的中间 件软件。如南京邮电大学无线传感器网络研究中心开发的基于移动代理的无线传感器网 络中间件平台，它实现了对m a n t i s o s ，t i n y o s 和s o s 多操作系统的支持，屏蔽了不同 操作系统的差异性，同时扩大了硬件节点的选择范围。对外提供便捷的接口，使用户无 需了解底层细节，极大的降低了无线传感器网络应用开发的难度。深联科技开发的无线 传感器网络开发套件，提供了功能齐全的硬件开发平台，和自主开发的无线通信协议。 目前，国内外在物联网方面的研究主要集中在产品研发和状态监控两大领域，主要 包括：硬件识别设备、基础设施建设、物流、安保、绿色农业、环境监控、智能家电等， 特别在物流已有相对成熟运行的产品和模式，但物联网技术在口岸通关、监管方面的应 用较少，这也是本文主要研究的方向。 1 3 主要研究内容 物联网是在计算机互联网的基础上，利用r f i d 、无线数据通信等技术，构造一个 覆盖各种物体的网络，在这个网络中，物品能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。 其实质是利用自动识别技术，通过有线或无线通讯网络，实现物品的自动识别和信息的 互联与共享。 物联网概念的问世，打破了之f j 的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和 i t 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。 口岸物联网廊用解决方案研究 本文的主要研究内容为，利用物联网技术手段，构建口岸申报、通关、查验、监管、 船舶安全及信息服务等口岸领域基础物联网体系，结合口岸公共信息平台“云计算”信 息资源，建立以物联网为基础的信息服务系统的解决方案，使物联网技术在创新口岸监 管方式，提高口岸通关、监管效率，保障船舶行驶作业安全，提升口岸监管信息服务水 平等方面进行细致研究和分析。 1 4 论文框架 本论文共分6 个章节，框架结构如下： 第一章绪论。本章介绍本课题的课题来源以及研究背景与意义，并简单介绍本篇 论文的主要研究内容，给出论文的组织结构。 第二章口岸物联网应用概述。本课题的理论基础和支撑本研究的基础。 第三章口岸物联网应用的解决方案。论文的主要研究内容，研究本课题所做的工 作，本课题研究的解决方案等。 第四章物联网港口物流应用解决方案的可行性分析。论文主要研究内容的可行性 分析和结论阐述。 第五章案例分析。将论文的主要研究内容，结合实际业务，进行实际案例分析。 第六章结论。对本文的内容进行总结，并提出进一步的研究展望。 口岸物联网应j l j 解决方案研究 2 1 物联网概述 第二章口岸物联网应用概述 2 1 1 物联网的概念 物联网的英文名称为“t h ei n t e m e to f t h i n g s ，简称：i o t 。物联网通过传感器、 射频识别技术、全球定位系统等技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或 过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类 可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、 识别和管理。 以移动技术为代表的普适计算、泛在网络被称为继计算机技术、互联网技术之后 信息技术的第三次革命。而物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融 合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。与其说物联网 是网络，不如说物联网是业务和应用，物联网也被视为互联网的应用拓展，因此应用创 新是物联网发展的核心。 由物联网名称可见，物联网就是“物物相连的互联网 。这有两层意思：第一，物 联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络：第二， 其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的 定义是通过射频识另i ( r f i d ) 装置、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相连接，进行信息交换和通信，以实现智 能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 物联网是一个动念的全球1 ) c ) 9 络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组 织能力，其中物理的和虚拟的“物 具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接 口，并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道， 构成未来互联网。 口岸物联网应用解决方案研究 自2 0 0 9 年8 月温家宝总理提出“感知中国 以来，物联网被正式列为国家五大新 兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注， 其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。 2 1 2 物联网的体系结构 物联网d c m 三层架构： d e v i c e s - 末端设备，资产，或子系统； c o l l l l e c t _ 有线或无线通讯连接系统； m a n a g e 一总控管理和应用系统。 獠、孵 六 - 。 土毫 一， 。：二，- 应用软件 中间件 通讯网络 4 ，控制器 飞， j _ 末端设备 。飞：。莱湍俭备 譬；少 p f ， _ 一 i ”传惑器 图2 1 物联网体系架构 f i g 2 1i n t e r n c to ft h i n g sa r c h i t e c t u r e 2 1 3 物联网的应用 物联网把新一代i t 技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入 和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物 体中，然后将物联网与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这 个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机 口岸物联网廊川解决方案研究 器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态 的方式管理生产和生活，达到“智慧状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与 自然间的关系。 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智 能消防、工业监测、环境j 盗测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、 敌情侦查和情报搜集等多个领域。国际电信联盟于2 0 0 5 年的一份报告曾描绘物联网时 代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西； 衣服会“告诉 洗衣机对颜色和水温的要求等。 2 2 口岸物联网概述 2 2 1 口岸物联网物流的概念 口岸物流领域包含了，口岸监管通关和区域物流协同两个主要核心方面，口岸通关 监管方面主要由码头、场站等作业单位和海关、检验检疫局、海事、边防等监管单位进 行操作和管理，区域物流协同方面主要有船舶、汽车、火车、码头、场站、特殊园区等 运输工具及操作场地组成。本文将着重研究在口岸通关监管方面物联网应用，口岸通关 监管需要监管有力、查验准确、安全稳定、操作简便、高效快捷等需求，随着信息技术 的不断应用口岸通关监管领域的各项工作也更加准确、高效，将物联网技术引入到口岸 通关监管领域形成口岸物联网的概念，将推进口岸信息化建设的变革。 物联网是通过射频识另i j ( r f i d ) 、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、足 踪、监控和管理的一种网络。 结合对物联网概念和口岸物流监管信息特点的解读，本文认为：口岸物联网是物联 网的一个子系统，它利用各类传感、g p s 定位、视频监控等技术采集口岸物流的信息， 把陆路客货运输、港口码头作业、堆场( 园区) 仓储作业、物流装备等港口物流系统有 机整合起来，与海关、检验检疫、海事等口岸监管部门实现信息对接，满足各监管单位 的电子监管要求，进一步实现电子查验、电子放行等电子化监管。 口岸物联网应用解决方案研究 2 2 2 口岸物联网物流的特点 首先，口岸物联网依托港口、物流行业的特殊性为物与物的传感提供无限的上穿与 下行的延伸空间，口岸汇集了物流、监管、作业等大量信息，信息源以口岸为核心向周 围区域延伸，大量的数据需要在口岸进行处理、关联和应用，信息量大、统一规范和安 全是口岸物联网的主要特点之一。 其次，口岸物联网的应用是对现有监管方式优化和创新的探索。口岸物联网能实现 监管流程的调整，并为当地监管机构提供一个监管技术改造的应用平台，物联网新技术 和新方式的使用为监管高效、有力提供技术支持。 最后，口岸物联网为地方物流企业、贸易企业、代理企业、船公司等提供各种网上 信息交互的手段及个性化信息服务。从而提升企业管理水平，推进物流供应链管理，降 低管理运营成本，为企业向规模化、集约化发展提供全方位的技术支撑，为口岸和区域 物流的发展提供物联网功能支撑。 2 2 3 口岸物联网建设涉及的关键问题 ( 1 ) 政府要为前期口岸物流网的建设投资，并为其发展营造良好的政策环境，扶 持重点项目建设，充分发挥市场配置资源的作用，调动企业的积极性，从满足物流需求 的实际出发，注重投资的经济效益。 ( 2 ) 口岸物流网所用数据应当与口岸公共信息平台和口岸电子数据交换中心，实 现数据共享，使口岸物联网和口岸公用物流信息平台资源整合，使物联网的数据与口岸 数据进行整合，才能更好的发挥口岸物联网优势。 ( 3 ) 需要与口岸监管单位系统实现互联互通，口岸物联网要通过口岸公共信息平 台等安全途径与海关h 2 0 0 0 系统、国检c i q 2 0 0 0 系统、海事系统等实现实时交互，并 对信息互信，并在此基础上逐步开展各类细分的应用项目。 ( 4 ) 安全是口岸物流网应用推广的重要问题，要确保企业商业信息，口岸的监管 信息，甚至地方和国家机密等不会泄露，监管指令准确的校验和传达，所以说在这一点 上，物联网的发展不仅是一个技术问题，更有可能涉及到政治法律和国家安全问题。 口岸物联网应j j 解决方案研究 2 3 口岸物联网信息平台概述 口岸物联网的价值不是一个可传感的网络，而是必须各个口岸用户和监管单位参与 进来进行应用，不同的监管部门，会有不同的口岸物联网监管应用，也会有各自不同的 监管要求，必须根据监管单位的特点，进行深入的研究和有价值的开发，这就需要口岸 物联网信息平台这个载体。 口岸物联网信息平台同口岸公共信息平台形成对接，将口岸物联网的基础数据与各 类的口岸数据进行整合，以满足海关、海事、检验检疫等口岸监管单位的监管要求，使 口岸物联网基础数据具备作为电子监管的条件，并接收各口岸监管系统反馈的监管状态 和监管指令，并能监管状态和指令实时、准确的传递给应用系统和作业单位，提高口岸 通关效率。 口岸物联网信息平台也是服务口岸客户的窗口，实现客户网上申报，以支持口岸物 联网和电子监管对基本信息的需求，同时，可以服务口岸客户，是客户及时了解船舶或 货物的口岸监管情况，以及查验要求和查验状态，及时安排生产作业，提高口岸服务水 平。 口岸物联网应用解决方案研究 第三章口岸物联网应用的解决方案 3 1 物联网口岸总体架构 3 1 1 物联网口岸总体架构设计 物联网口岸是多层次立体体系，其总体架构设计分为三层，分别是：感知层、网络 层和应用层。 雕1 ”i l感知层 卡口堆场仓库汽车火车船舶 ， 琵， z 。， ，。 ，： - o 3e 网络层 匿 臣臻。j 口黧妇巴圃 应用层 f 海关智能j l ；管习匿c i q 快速查验li 海事船舶监控要 激f 一， ?， 4 端 【口岸物联网信息服务平台： 口岸监管口岸监管口岸一站口岸公共 囊 ： 电子申报电子指令式服务信息服务 鬟 女 陵。_ ：，二，。，：。、 。，。二k 囊 图3 1 物联网口岸总体架构设计图 f i g 3 1p o r ti n t e m e to ft h i n g sa r c h i t e c t u r e 口岸物联网麻川解决方案研究 3 1 2 物联网口岸分层功能描述 ( 1 ) 感知层。物联网口岸感知层包括对大门卡口、堆场、仓库区域及各种运载工 具情况识别和监管的传感器等数据采集设备以及数据接入到网关之前的传感器网络。例 如r f i d 标签和用来识别r f i d 信息的扫描仪、视频采集的摄像头、各种传感器以及由 短距离传输技术组成的无线传感网。感知层是物联网口岸发展和应用的基础，r f i d 识 别功能、传感和控制功能、短距离无线通信是感知层涉及的主要功能。 ( 2 ) 网络层。物联网口岸网络层主要是实现感知层与应用层数据传输和交互，在 现有通信网和互联网的基础上建立起来的，综合使用无线、专线、局域网和互联网，实 现有线与无线的结合、专线与互联网的结合、感知层与应用层的结合。网络层中的感知 数据管理与处理功能是实现以数据为中心的物联网口岸的核心功能。感知数据管理与处 理包括感知层数据的识别、发送、接收、转发等功能。 ( 3 ) 应用层。物联网口岸应用层利用网络层传输的感知层实时数据，经过分析、 关联和处理后，为口岸监管提供依据，为口岸用户提供特定的信息服务，同时将监管指 令传递给网络层。应用层是物联网口岸发展的目的，应用层设置的系统功能和信息平台 将会为监管单位和口岸用户提供多种物联网应用。云计算作为海量感知数据的存储、分 析技术，将是物联网 岸应用层的重要组成部分和应用的基础。 3 2 物联网口岸监管应用解决方案 3 2 1 卡口智能大门 卡口智能大门是物联网r 岸监管应用解决方案的关键节点，是监管指令校验和执行 的关键环节，也是物联网 j 岸应用的核心功能。在码头、场站、货场、物流中心、特殊 园区等口岸和物流领域主要节点，安装智能大门系统，实时获取各物流结点的卡口动态 信息，通过物联网技术的应用，进行卡口自动控制和放行，智能大门系统的优势在于通 过物联网、局域网、互联网的信息互联，使基础信息前置，多信息资源自动关联、校验， 自动完成进出门操作。 口岸物联网应川解决方案研究 卡口智能大门系统是将无线射频识别、光学电子识别、数位录影和实时控制等先进 技术与集装箱运输业务有机结合的产物。当集装箱运输车辆通过大门时，该系统可以自 动识别车号、箱号，自动检查电子手续，自动分配最优的集装箱箱位，并进行集装箱箱 体残损检验，每台集装箱车辆的处理时间不超过3 0 秒。系统实现了集装箱运输车辆通 过过程中大门的智能化管理和监控，还极大地提高了大连港湾集装箱码头的作业效率和 服务品质。 卡口智能大门系统整合了多种物联网识别技术，结合信息支持，实现了进出大门的 车辆自动感应、车号识别、集装箱箱号识别、验残、称重、操作条自动打印、自动卡口 自动放行、