浅谈RFID技术港口集装箱物流应用

自911事件后，各国港口采取了一系列的反恐行动，其目的就在于提升集装箱运输的安全性与运输效率。其中，美国主导了多项运输安全操作措施，像“集装箱安全计划（简称CSI ）”、“美国海关贸易伙伴反恐方案（简称CTPAT）”、及“商业营运安全计划（简称OSC）”、“【无线之家】 24小时提前货物通报（简称ACD 或AMR）”及由国际民间组织推动的“智能与安全贸易通道”（简称SST）等多项安全防护措施。目前全球共计有18个国家38个港口参与集装箱安全计划。

　　射频识别技术（Radio Frequency Identification，缩写RFID），射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。在无线电技术方面的具体应用与发展。该项技术的基本思想是，通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备 （人员、物品） 在不同状态（移动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理。

　　从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。1948年哈里斯托克曼发表的"利用反射功率的通信"奠定了射频识别射频识别技术的理论基础。

　　安全之旅四个端点

　　建置CTPAT/SST系统的工作内容包括了TSS（Transportation Security System）运输安全管理系统的导入、RFID 无线射频硬件建置以及由某单位提供集装箱现场作业信息转换成TSS系统对外接口信息等三部分及其整合。

　　S港有300个需装载RFID电子标签的集装箱。集装箱分别从货主端与集装箱仓储端两种不同特性的作业模式开始进行实施，所有实施集装箱均在S港码头装船。

　　系统分为两种作业模式，一种是针对储运中心的出口集装箱加装RFID 电子标签进行实施，一种是直接在货主端的出口集装箱加装RFID电子标签进行实施，两种作业模式的集装箱，均由集装箱车将集装箱运送到S港口码头的集装箱场。以下分别依作业特性说明。

　　1.储运中心与货主端

　　储运中心的集装箱作业主要是货主将货物运送至储运中心，在出口货物经海关核准放行后，由储运中心进行货物装箱作业，并在完成装箱作业的集装箱上加装电子标签锁，并以手持终端机启动RFID 电子标签锁。

　　在货主端的作业模式是货主完成出口集装箱装箱作业后，在集装箱上加装RFID电子标签并以手持终端机启动RFID电子标签，再由集装箱运输公司将集装箱运往码头集装箱场。待集装箱进入港口后，系统透过RFID读取器实时纪录集装箱到达的时间与集装箱的安全状态，并实时将信息传至TSS系统。

　　目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和甚高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品，而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。其中感应器有无源和有源两种方式，下面详细介绍无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作， 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用。通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用。 磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。

　　其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作， 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用。通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用。 磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。

　　储运中心与货主除了以手持终端机启动RFID电子标签，将集装箱信息通过Wireless LAN 或GPRS 传输方式传送至TSS 系统外，同时，必须通过网络登录事先预设的账户，并在TSS 系统上维护测试集装箱的舱单资料。

　　2. 集装箱装船港

　　集装箱进场信息经过码头集装箱场的港口管理系统确认后，集装箱场的集装箱监控作业就开始由RFID 监控读取器进行全程监控。当集装箱开始装船作业时，架设在船边的桥式起重机上的RFID读取器记载集装箱装船作业的时间，同时确认该集装箱的安全状态，确保装上船的集装箱为“Secured”状态，之后集装箱船即经由海运路线前往国外某港。

　　3.集装箱卸船港

　　集装箱船进港停靠码头后，经由卸货用桥式起重机将集装箱调至集装箱场后，由当地的安全作业人员，以手持终端机，取得集装箱到港的信息，再由安全作业人员以手持终端机解除RFID电子标签的功能，最后用工具将RFID电子标签自集装箱剪下。

　　4.收货人端

　　部分集装箱是直接运送到当地收货人所在位置。收货人在收到集装箱之后，直接剪断电子标签的插拴，完成集装箱的安全的旅程。

安全之旅三级定义

　　1.储运中心

　　集装箱仓储场内的出口管制车道上方，设置一组RFID 触发器与RFID读取器，传送至集装箱仓储办公大楼信息室内的现场工作服务器，现场工作服务器再将信息传回至TSS系统，启动陆路运输的集装箱安全监控。

　　2.码头集装箱场

　　码头集装箱场内一共设置两组RFID 阅读器，分别是控制中心RFID进场读取器、集装箱场内RFID监控阅读器。

　　港口控制中心设置的RFID进场阅读器可主动读取装有RFID电子标签的集装箱进场信息，配合现场既有的设施，阅读器安装在独立灯杆上，离地约5米的高度，读取范围为9米。

　　集装箱场内RFID监控阅读器则配合场内跨载机，分别装置在RT1、RT4、RT5、RT8等4个机组上，以便监控港口内装有RFID电子标签集装箱的安全状态。

　　RFID读取器将读取到的集装箱信息透过港口本身的光纤网络，传送至办公大楼信息室内的现场工作服务器，现场工作服务器再将信息传回至TSS系统，启动海运运输的集装箱安全监控。

　　3.安全状态数据分析

　　TSS系统以集装箱安全警报信息对集装箱的安全状态进行监控，该信息依其对集装箱安全影响的严重程度可分别归类为“Tamper”（严重）、 “Suspect”（中等）、“Alert”（注意）三种等级。TSS系统若是出现“Suspect”信息，处置方式则可通过TSS系统的网页接口查证集装箱发生安全警报信息的原因，之后恢复集装箱的安全状态。TSS系统若是出现“Alert”信息，基本上“Alert”将不会危及集装箱安全，系统管理人员则必须了解启动信息的原因，并对相关配合单位进行协调，以避免类似事件再度发生。

海外案例

　　韩国政府加强国际集装箱管理

　　韩国政府去年整个夏天一直在策划“智能集装箱”项目，2004年12月正式推出并资助了这个计划。安装有Savi生产的智能标签和传感设备的智能集装箱，在Savi的运输安全系统（TSS）软件的监控下，从釜山港口运往美国西海岸和欧洲主要的港口。

　　案例

　　港口应用RFID的意义

　　每年大约有58亿吨的货物，即全球贸易量的80%通过海运进行，但大约只有5%的集装箱会受检测。如何保护由46000只海船运往全球4000个港口的 1100万个集装箱的安全，超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。主要是通过电容耦合的方式进行实现。

　　港口应用中存在的问题

　　缺乏统一的标准

　　当前制约RFID发展的最大障碍是技术标准。全球现有117个针对数据交换的RFID协议标准。与标准的制定相关的还有RFID所采用的频段之争。

　　价格仍是限制RFID发展规模的关键因素

　　与过去两年相比，RFID标签的价格已经有了较大幅度的降低。生产厂商希望通过扩大规模以降低成本，而更多的用户则在等待价格降低后再进入。

　　【无线之家】 产业链的组成

　　RFID的产业链由芯片设计与制造技术、天线设计与制造技术、芯片封装技术、读写设备开发与生产技术、系统集成和数据管理软件平台、应用系统开发组成。近几年，海关的RFID应用将被广泛看好。