两港一航 集装箱电子标签应用方案

1、热烈欢迎各位领导、专家莅临指导“两港一航两港一航”集装箱集装箱电子标签应用示范电子标签应用示范 展示研讨会展示研讨会集装箱电子标签应用示范的意义集装箱电子标签应用示范的意义集装箱电子标签国内外发展状况集装箱电子标签国内外发展状况 集装箱电子标签自动识别应用系统体系结构集装箱电子标签自动识别应用系统体系结构集装箱电子标签系统主要内容和关键技术集装箱电子标签系统主要内容和关键技术创新点与发明创新点与发明“两港一航两港一航”应用示范线应用示范线成果的社会效益和推广前景成果的社会效益和推广前景 汇报提纲港口集装箱物流港口集装箱物流客户查询客户查询出厂、货代出厂、货代客户客户 船公司船公司出场、装船出场

2、、装船进港进港,道口道口出港出港,道口道口进入堆场待装船、进入堆场待装船、进入堆场进入堆场目的港、卸船目的港、卸船n集装箱运输以其高效、便捷、安全高效、便捷、安全的特点成为交通运输现代化的重要形式。上海港的集装箱吞吐量2005年已达到1808万TEU，连续3年排名世界第三。n现代集装箱码头的信息化水平信息化水平的高低已经成为制约集装箱运输的关键。目前，在集装箱运输中集装箱自身集装箱自身不载有信息不载有信息。集装箱在运载过程中的信息传递还依赖于传统的方式传统的方式。集装箱的流向、流转和识别流向、流转和识别基本上还是处于人工、半人工状态人工、半人工状态。 n近几年来，在运输中对卡车采用了条形码、图

3、像软件识别技术和无源电子标签等技术，但是由于其识别距识别距离近，可靠性差离近，可靠性差，而且只能识别卡车只能识别卡车，无法识别集装箱 ，更不能实时跟踪记载集装箱运输过程中的物流信息，因此无法满足需要。 集装箱电子标签应用示范的意义集装箱电子标签应用示范的意义集装箱物流中存在的挑战集装箱物流中存在的挑战l各个环节需要大量的各个环节需要大量的人力物力来交换信息人力物力来交换信息和跟踪货物状态和跟踪货物状态l物流链上每个环节都物流链上每个环节都无法全程追踪了解集无法全程追踪了解集装箱的运送状态装箱的运送状态l容易由人为疏忽引起容易由人为疏忽引起差错差错l低效的集装箱低效的集装箱管理，难已进管理，难已

4、进行货物追踪行货物追踪l难已满足客户难已满足客户的需求的需求l较低的生产和较低的生产和作业效率作业效率n国际上为了防恐防恐的安全需要，美国和欧盟纷纷提出集装箱运输安全锁集装箱运输安全锁的概念，先后提出了许多解决方案，但因技术和成本的原因，其发展多处于试验阶段。我国集装箱运输如何适应国际的潮流，需要研发实用的电子安全锁电子安全锁技术。n我们开发和部署具有国际先进水平的一体化的集装箱自动识别技术应用系统集装箱电子标签系统，使集装箱作为信息流的载体，将信息流和物流融为一体，对集装箱运输的物流和信息流进行实时跟踪，消除集装箱在运输过程中的错箱、漏箱，提高通关速度，提高运输的安全性、可靠性，全面提升集装

5、箱运输的服务水平。为提高中国在国际集装箱运输标准中的话语权做好准备为提高中国在国际集装箱运输标准中的话语权做好准备开展国际集装箱运输电子标签系统试验，进而申报国际标准开展国际集装箱运输电子标签系统试验，进而申报国际标准6. 研究开发本系统的目标逐步形成行业标准或国家标准逐步形成行业标准或国家标准总结经验形成拥有自主知识产权的技术总结经验形成拥有自主知识产权的技术率先在中国内贸集装箱运输中得到应用率先在中国内贸集装箱运输中得到应用通过国内港口间通过国内港口间“两港一航两港一航”集装箱集装箱5000TEU的工业性试验的工业性试验研究集装箱电子标签相关技术和系统研究集装箱电子标签相关技术和系统从中国

6、内贸集装箱运输起步从中国内贸集装箱运输起步集装箱电子标签国内外发展状况集装箱电子标签国内外发展状况生生 产产 厂厂 商商国别国别标签类型标签类型频频 段段客户客户 / 应用领域应用领域SAVI美国美国有源有源433M,2.4G,国防部国防部,物流物流,港口港口,仓储仓储INTERMEC美国美国无源无源433M,900M沃尔玛沃尔玛,物流物流ALIEN美国美国无源无源/有源有源433M,900M吉利吉利,物流物流AMTECH美国美国无源无源900M,2.4G,5.8G高速公路高速公路TI美国美国无源无源/有源有源2.4G,5.8G丰田丰田,高速公路高速公路Q-FREE挪威挪威无源无源5.8G高速

7、公路高速公路丰田丰田日本日本无源无源/有源有源5.8G高速公路高速公路Combitech瑞典瑞典无源无源/有源有源5.8G高速公路高速公路,交通交通TagMaster瑞典瑞典有源有源2.4G物流物流,港口港口,仓储仓储,高速公路高速公路深圳蓝泰智能深圳蓝泰智能识别系统识别系统中国中国无源无源13M以下以下门禁门禁,仓储仓储广州埃特斯广州埃特斯中国中国无源无源5.8G交通交通上海瑞霆科技上海瑞霆科技中国中国有源有源900M,2.4G物流物流,港口港口,仓储仓储,交通交通四川新源现代四川新源现代中国中国无源无源5.8G交通交通1. 1. 国内外国内外RFIDRFID厂商及其产品厂商及其产品作业环境

8、最为复杂、技术难度最大，提出的各项技术指作业环境最为复杂、技术难度最大，提出的各项技术指标、工艺性指标、功能性需求都远不同于电子标签的其标、工艺性指标、功能性需求都远不同于电子标签的其它应用领域；它应用领域；集装箱电子标签的应用是在一个巨大的、涉及范围十分集装箱电子标签的应用是在一个巨大的、涉及范围十分广泛的物流网络环境下形成的；广泛的物流网络环境下形成的；集装箱电子标签的全面应用范围很广，涉及领域多，对集装箱电子标签的全面应用范围很广，涉及领域多，对其安全性、可靠性和经济性提出很高的要求。其安全性、可靠性和经济性提出很高的要求。2. 集装箱电子标签有着非常典型的行业特征集装箱电子标签有着非常

9、典型的行业特征3. 集装箱上应用电子标签的发展状况集装箱上应用电子标签的发展状况 鉴于电子标签在集装箱运输中潜在的巨大作用和市场，鉴于电子标签在集装箱运输中潜在的巨大作用和市场，国内外众多企业纷纷开展了对集装箱电子标签的研究。国内外众多企业纷纷开展了对集装箱电子标签的研究。 美国的美国的AMTECH曾在集装箱上采用无源标签，但在技术曾在集装箱上采用无源标签，但在技术要求方面达不到要求，在进行第一步试验就失败了。要求方面达不到要求，在进行第一步试验就失败了。 SAVI采用有源电子标签，在美国国防部的军队集装箱物采用有源电子标签，在美国国防部的军队集装箱物流中获得成功和推广；但由于其产品和系统昂贵

10、的价格流中获得成功和推广；但由于其产品和系统昂贵的价格以及行业性限制使其仅能局限在美军的应用里，在民用以及行业性限制使其仅能局限在美军的应用里，在民用集装箱物流中并未得到应用。集装箱物流中并未得到应用。2005年年SAVI和香港和记黄和香港和记黄埔建立合资公司，研究基于电子标签的网络。埔建立合资公司，研究基于电子标签的网络。2006年年1月月SAVI来上海港希望和我们共同合作开发研究这方面的来上海港希望和我们共同合作开发研究这方面的技术。技术。 西门子（西门子（SIEMENS）公司欧洲分公司，正准备研究适用）公司欧洲分公司，正准备研究适用于集装箱运输的电子标签技术，在技术交流中他们只是于集装箱

11、运输的电子标签技术，在技术交流中他们只是有一个设想，听到我们已经开发并掌握了该项技术感到有一个设想，听到我们已经开发并掌握了该项技术感到很惊讶，同时表示愿意和我们合作，在亚洲和欧洲共同很惊讶，同时表示愿意和我们合作，在亚洲和欧洲共同推广和完善电子标签的应用。推广和完善电子标签的应用。 英特尔（英特尔（Intel）有限公司曾来集团交流，并有意加入电）有限公司曾来集团交流，并有意加入电子标签在港口集装箱运输的应用，正在制定实施方案。子标签在港口集装箱运输的应用，正在制定实施方案。 关于电子封条，美国关于电子封条，美国GE公司曾于公司曾于2005年年5月来集团交流，月来集团交流，并带来样机，结构复杂

12、，价格昂贵，他们希望能与上海并带来样机，结构复杂，价格昂贵，他们希望能与上海港合作开发。港合作开发。电子标签在港口间集装箱航线的实际应用，电子标签在港口间集装箱航线的实际应用，世界上还没有成功的先例。这对我们来说既世界上还没有成功的先例。这对我们来说既是一个契机，也是一个挑战！是一个契机，也是一个挑战！ 中国上海中国上海 “两港一航两港一航”集装集装箱电子标签应用示范的实施箱电子标签应用示范的实施开创开创了集装箱电子标签应用的先河了集装箱电子标签应用的先河。 我们采用的所有技术和产品我们采用的所有技术和产品都具有国内都具有国内自主知识产权自主知识产权。 集装箱电子标签自动识别集装箱电子标签自动

13、识别系统完成集装箱信息的系统完成集装箱信息的实实时采集和自动识别。时采集和自动识别。无线通信系统无线通信系统完成数据无完成数据无线传输通信，将前端电子线传输通信，将前端电子标签系统的数据传输到后标签系统的数据传输到后端的信息实时交换系统。端的信息实时交换系统。信息实时交换系统信息实时交换系统完成后完成后端对集装箱信息的实时处端对集装箱信息的实时处理和管理，并进行理和管理，并进行EDI数数据或据或Intel网数据的交换，网数据的交换，实现起运港和目的港之间实现起运港和目的港之间的集装箱信息实时交换。的集装箱信息实时交换。集装箱电子标签自动识别应用集装箱电子标签自动识别应用系统体系结构系统体系结构

14、 装拆箱点的数据输入系统装拆箱点的数据输入系统在集装箱装箱点把信息输在集装箱装箱点把信息输入电子标签。入电子标签。1. 集装箱电子标签系统总体框架集装箱电子标签系统总体框架电子标签电子标签系统中间件系统中间件“两港一航两港一航”应用示范线应用示范线5000TEU2. 集装箱电子标签示范系统集装箱电子标签示范系统3. 3. 研究基于电子标签自动识别系统的研究基于电子标签自动识别系统的 港口信息安全管理技术港口信息安全管理技术 建设满足内贸集装箱电子标签示范系统需求的多级安全性机制，建立安全认证系统和日志分析系统。n研究保证电子标签和读写器之间空中接口的信息传输安全技术，实现信息的加密存储和传输，

15、对电子标签实施写操作时的授权写入验证；n研究电子标签读写器和主机间的信息通信加密技术；n研究无线通信系统间的信息传输安全性保障技术；n研究集装箱信息实时交换系统中的安全支撑系统。 4. 4. 研究建立内贸集装箱电子标签的研究建立内贸集装箱电子标签的 相关技术标准草案相关技术标准草案n为适应港口集装箱电子标签的市场需求，促进具有自主知识产权的核心技术的发展，加快港口数字化建设步伐，指导港口电子标签、识别技术等产品的设计，同时对电子标签系统综合技术水平提供具体的依据，保障港口使用的电子标签产品的质量，研究建立内贸集装箱电子标签相关的技术标准。 集装箱电子标签系统主要内容集装箱电子标签系统主要内容和

16、关键技术和关键技术 集装箱电子标签集装箱电子标签集装箱电子标签信息录入设备集装箱电子标签信息录入设备集装箱电子标签基站式读写器集装箱电子标签基站式读写器 集装箱电子标签无线式读写器集装箱电子标签无线式读写器 集装箱电子标签哨兵集装箱电子标签哨兵 集装箱电子封条集装箱电子封条集装箱电子标签频段的选择集装箱电子标签频段的选择集装箱电子标签的防冲突性设计集装箱电子标签的防冲突性设计集装箱电子标签系统中间件集装箱电子标签系统中间件 集装箱电子标签读取可靠性分析集装箱电子标签读取可靠性分析1. 1. 集装箱电子标签集装箱电子标签l采用全球通行的采用全球通行的ISM 2.4GHz工作工作频段；频段；l有源

17、电子标签，作用距离有源电子标签，作用距离030米米可调节，可读写，可调节，可读写，32k字节存储容字节存储容量；量；l独特的超低功耗技术，使用寿命独特的超低功耗技术，使用寿命可达可达10年；年；l高安全性数据传输机制，采用非高安全性数据传输机制，采用非对称性加对称性加/解密；解密；l固态封装，可靠防拆卸功能，满固态封装，可靠防拆卸功能，满足工业环境要求足工业环境要求。电子标签安装电子标签安装盒盒电子标签电子标签采用便携式电脑或者手持式采用便携式电脑或者手持式PDAPDA读写器读写器n采用全球通行的采用全球通行的ISM 2.4GHz工作频段；工作频段；n读写模块采用读写模块采用PCMAC接口方式

18、和笔记本接口方式和笔记本实现双向通实现双向通讯，或者讯，或者 CF接口方式和接口方式和PDA实现双向通讯；实现双向通讯；n加密计算与认证，确保数据安全，防止链路窃听与加密计算与认证，确保数据安全，防止链路窃听与数据破解；数据破解；n使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；n先进的防碰撞技术，支持多标签读写；先进的防碰撞技术，支持多标签读写；n可配置微波模块工作方式，且发射功率软件可调；可配置微波模块工作方式，且发射功率软件可调；n体积小、携带方便、通用性强、功能强大；体积小、携带方便、通用性强、功能强大；n满足工业环境要求满足工业环境要求2. 2. 集装箱电子标

19、签信息录入设备集装箱电子标签信息录入设备3. 3. 集装箱电子标签基站式读写器集装箱电子标签基站式读写器n采用全球通行的采用全球通行的ISM 2.4GHz工工作频段；作频段；n支持支持RS232/485有线方式与上位有线方式与上位机通讯；机通讯；n加密计算与认证，确保数据安全，加密计算与认证，确保数据安全，防止链路窃听与数据破解；防止链路窃听与数据破解；n先进的防碰撞技术，支持多标签先进的防碰撞技术，支持多标签读写；读写；n抗干扰和防雷设计；抗干扰和防雷设计；n满足工业环境要求；满足工业环境要求；龙吴港道口处的基站式读写器龙吴港道口处的基站式读写器烟台港道口处的基站式读写器烟台港道口处的基站式

20、读写器4. 4. 集装箱电子标签无线式读写器集装箱电子标签无线式读写器n采用全球通行的采用全球通行的ISM 2.4GHz工作频段；工作频段；n支持无线方式与上位机通讯，与集装箱电支持无线方式与上位机通讯，与集装箱电子标签桥接器配对使用；子标签桥接器配对使用；n支持哨兵模式下的局域空间无线访问；支持哨兵模式下的局域空间无线访问；n加密计算与认证，确保数据安全，防止链加密计算与认证，确保数据安全，防止链路窃听与数据破解；路窃听与数据破解；n使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；n先进的防碰撞技术，支持多标签读写；先进的防碰撞技术，支持多标签读写；n可配置微波模块工

21、作方式，且发射功率可配置微波模块工作方式，且发射功率 软件可调；软件可调；n抗干扰和防雷设计；抗干扰和防雷设计；n满足工业环境要求；满足工业环境要求；5. 5. 集装箱电子标签哨兵集装箱电子标签哨兵n利用无源电子标签的工作原理，通过电磁波供电激活集装利用无源电子标签的工作原理，通过电磁波供电激活集装箱电子标签中的箱电子标签中的125k低频电路工作；低频电路工作；n支持非工作状态的休眠模式和快速唤醒启动的模式切换；支持非工作状态的休眠模式和快速唤醒启动的模式切换；n支持工作状态的自动侦测和自动模式切换；支持工作状态的自动侦测和自动模式切换；n先进的防碰撞技术，支持多标签读写；先进的防碰撞技术，支

22、持多标签读写；n独特的整体低功耗设计；独特的整体低功耗设计；n场强可测量，且发射功率软件可调；场强可测量，且发射功率软件可调；n抗干扰和防雷设计；抗干扰和防雷设计；n满足工业环境要求；满足工业环境要求；哨兵无线读写器哨兵无线读写器龙龙 门门 吊吊6. 6. 集装箱电子封条集装箱电子封条n首次实现集装箱物流、信息流、安全流多源融合下首次实现集装箱物流、信息流、安全流多源融合下的数据载体；的数据载体；n采用全球通行的采用全球通行的ISM 2.4GHz工作频段；工作频段；n支持集装箱非法侵入和开关门的自动监测及事件记支持集装箱非法侵入和开关门的自动监测及事件记录；录；n支持总线扩展温度、湿度、振动等

23、其他传感单元；支持总线扩展温度、湿度、振动等其他传感单元；n加密计算与认证，确保数据安全，防止链路窃听与加密计算与认证，确保数据安全，防止链路窃听与数据破解；数据破解；n使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；n先进的防碰撞技术，支持多封条读写；先进的防碰撞技术，支持多封条读写； n可配置微波模块工作方式，且发射功率软件可配置微波模块工作方式，且发射功率软件可调；可调；n集装箱箱门门缝处集装箱箱门门缝处5秒无工具安装和拆卸；秒无工具安装和拆卸；n满足工业环境要求；满足工业环境要求；7. 7. 集装箱电子标签频段的选择集装箱电子标签频段的选择n对于集装箱电子标签采

24、用何种频段的讨论一直是个热点，主要焦点在于433MHz、916MHz和2.4GHz这三个频段哪个更适用于集装箱电子标签 。n频段选择时，考虑的主要性能参数：最大通信距离无线信号的传播功率限制 工作时间调制方式还要考虑我国国情：无线频段管理的相关规定。n在模拟真实集装箱环境下，采用CTLESS仿真软件分析433MHz、916MHz和2.4GHz的射频信号在集装箱表面的发布 。国内外研究表明频段从技术角度来看不是关键问题。n在集装箱电子标签系统中进行了大量的多厂商多频段电子标签的实践试验对比，证实目前现目前现有技术中有技术中2.4GHz2.4GHz比较符合港口环境中的应用比较符合港口环境中的应用。

25、IZ=66IZ=668. 8. 集装箱电子标签的防冲突性设计集装箱电子标签的防冲突性设计 n电子标签的防冲突性研究电子标签的防冲突性研究n基于状态机的防冲突机制基于状态机的防冲突机制n集装箱电子标签中基于随机延迟的防冲突机制集装箱电子标签中基于随机延迟的防冲突机制n集装箱电子标签多读写器协调集装箱电子标签多读写器协调ColorWaveColorWave防冲突防冲突算法算法 n实验仿真实验仿真 00.000010.00010.00110002000300040005000600070008000PERRIDnum=10IDnum=20IDnum=30IDnum=40IDnum=50IDnum=6

26、0IDnum=709. 9. 集装箱电子标签系统中间件集装箱电子标签系统中间件 n体系结构 应应用用进进程程 提提供供逻逻辑辑数数据据和和事事件件 中中间间件件 接接收收原原始始的的RFID数数据据 实实现现过过滤滤、分分发发和和消消息息 阅阅读读器器 访访问问电电子子标标签签 电电子子标标签签 ID，内内容容信信息息 无无线线信信道道 中间件是一个软件概念，它是一类介于应用程序和具体软硬件平台之间的软件，它实现了软、硬件平台和应用系统之间可靠和高效的数据交互，保证了应用系统的协同性 9. 9. 集装箱电子标签系统中间件集装箱电子标签系统中间件 n中间件的设计 应应用用 1 应应用用 2 应应

27、用用 3 消消息息服服务务系系统统 VTMS 阅阅读读器器代代理理 阅阅读读器器 1 阅阅读读器器 2 阅阅读读器器 3 中中间间件件 分析数据读写功能 分析数据过滤和收集功能 分析其消息功能 分析阅读器管理的功能 10. 10. 集装箱电子标签读取可靠性分析集装箱电子标签读取可靠性分析 n道口环境下对集装箱电子标签的读取可靠性分析实验研究环境和条件:集卡以05公里/小时的速度通过道口；集装箱电子标签安装在集装箱左侧面（面对集装箱箱门）中上部位置；读写器安装在道口集装箱通道侧向，天线读取方向和集装箱通道水平垂直，极化天线角度为60度，3db增益；集装箱会有20 和40两种;读写器使用FSK方式

28、以250kbps的速率读取标签。10. 10. 集装箱电子标签读取可靠性分析集装箱电子标签读取可靠性分析 n龙门吊、桥吊、门机作业环境下对电子标签的读取可靠性分析 创新点与发明创新点与发明l提出并开发适用于我国内贸港口各种工作环境的2.4GHz集装箱电子标签系统；l开发了电子标签哨兵；l开发了能够读写集装箱电子标签的手持式PDA读写器 ；l提出并开发了新型的集装箱电子封条；l提出并实现了集装箱电子标签与电子封条的连接和系统的融合；l研究和开发国内首个基于集装箱电子标签系统采用B/S操作平台的实时交换系统，l引入全面的安全性保证设计理念，实现从整体交换平台到电子标签设备级的安全性保障手段；l提出

29、我国内贸集装箱电子标签系统的技术标准草案。创新点创新点知识产权情况知识产权情况 专利：专利： 集装箱电子标签装置集装箱电子标签装置 专利号：专利号：200420037164.3 一种电子标签安全通信的方法一种电子标签安全通信的方法 专利号：专利号：200510026966.3 低功耗的有源电子标签通信模式低功耗的有源电子标签通信模式 专利号：专利号：200510026965.9 一种集装箱电子封条一种集装箱电子封条 专利号：专利号：200520042928.2 一种用于集装箱电子标签和电子封条的连接方法一种用于集装箱电子标签和电子封条的连接方法 专利号：专利号：200510028094.4 著

30、作权登记：著作权登记： 内贸集装箱智能管理系统内贸集装箱智能管理系统V1.0 受理号为：受理号为：200516497“两港一航两港一航”应用示范线应用示范线 课题组于课题组于20052005年年1212月月3 3日正式开启了日正式开启了“两两港一航港一航”工业性试验，中国第一条装有电子工业性试验，中国第一条装有电子标签的集装箱航线标签的集装箱航线 “ “浙海浙海325”325”从烟台正式从烟台正式起航，在上海港至烟台港的这条航线上完全起航，在上海港至烟台港的这条航线上完全实现了集装箱运输环节的自动识别和实时信实现了集装箱运输环节的自动识别和实时信息交换，截至息交换，截至20062006年年1 1月月1010日，日，“两港一航两港一航”示范线箱量累计已完成示范线箱量累计已完成3975TEU3975TEU。整体方案图整体方案图 “两港一航两港一航”集装箱电子标签示范集装箱电子标签示范线线“两港一航两港一航”工业性试验的流程工业性试验的流程 装箱点装箱点桥吊装船桥吊装船中控室中控室堆场龙门吊龙门吊进进道口道口标签读写器集装箱出口工艺流程集装箱出口工艺流程发信息到龙门吊发信息到龙门吊“两港一航两港一航”工业性试验的流程工业性试验的流程中控室中控室堆场龙门吊龙门吊出出道口道口标签读写器集装箱进口工艺流程集装箱进口工艺流程桥吊卸