物联网RFID海关物流监控系统解决方案.docx
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物联网RFID海关物流监控系统解决方案
1前言
本文档共包含7章，每章内容如下表所示。
表11本文档内容简介
名称
内容简介
备注
前言
对本文档的结构进行概要说明
需求分析
分析描述当前海关物流监控系统的需求，即本文档需要解决哪些问题
海关物流监控系统分析
包括实体交互关系分析、业务分析和技术分析
海关物流监控系统设计
包括系统架构设计，平台设计和应用系统设计
系统关键技术
对本文档所涉及的关键技术进行介绍
系统主要设备介绍
系统主要设备的介绍
术语和缩略语
名词解释和缩略语
2海关物流监控现状、面临的挑战和需求分析
2.1现状分析
当前海关物流运输监控主要现状分析如下：
1）进出口货物在运输途中可能被掉包或偷卸
海关货运主要通过集装箱车辆来运输管理，目前的集装箱车辆管理主要使用传统铅封（一种物理的海关封志），即在启动地上封，在货运终点解封。
没有电子防伪手段，这种铅封很容易被伪造。
由于铅封是否在运输途中被破坏和伪造不得而知，进出口货物就无法保证是否被掉包或偷卸。
海关需要对所有经过的货运集装箱车辆进行检查，这会导致大量的人力投入。
即使查到有问题，也无法知道问题是什么地点、什么时间发生的。
2）缓慢的通关效率导致海关卡口前需要排长队等候
由于传统铅封无法提供有信服力的监控手段，海关必须在清关前对所有进出口货物进行多次检验，如二次以上的转关。
另外核对铅封的状态需要人工干预，肉眼较难分辨铅封是否有问题，这样可能会造成核对时间过长。
且传统铅封和通关文件之间无法实现电子信息关联，人工核对通关文件也会导致通关效率低下。
导致在海关和出入境卡口排长队等候的集装箱车辆越来越多，囤积的车辆不但会造成拥堵和管理不便，还会存在安全隐患。
2.2面临的挑战
从海关监控目前的现状来看，需要解决的核心问题有两个，一是如何保证进出口货物的运输安全，二是如何提供通关效率。
解决这两个核心问题需要面临一些挑战。
1）从运输安全的角度来看
挑战一：
如何提供有信服力的依据，能够保证运输途中集装箱车辆没有被打开或更换。
挑战二：
如何及时获取运输途中集装箱车辆的上封状态、行驶位置和时间信息，用于监控集装箱车辆的途中运输情况。
2）从通关效率的角度来看
挑战一：
如何改善现有的通关流程，提高通关效率。
挑战二：
如何保证快速通关不会导致漏检。
2.3需求分析
从海关监控目前面临的挑战，可分析得出海关监控应用的主要需求包括如下内容。
1.需要引入一种新的封志，能够充当电子数据载体。
该封志需要有高安全性，支持电子流信息管理方式，能够通过无线通讯方式来上封和解封。
这种封志目前对应的电子产品是集RFID、GPS和GPRS于一体的电子关锁。
当被暴力破坏或非法拆除时，电子关锁能够自动将异常记录上报给监控系统。
2.海关监控系统需要切入海关原有业务系统，提供基础信息采集和数据上报功能。
3.需要提供对电子关锁的运维和管理功能，能够配合海关完成关锁申领、发放、回收、更换等功能。
4.作为现有海关系统的补充服务，该应用系统一方面应能与现有海关系统平滑融合，但要尽量避免干涉现有操作流程，这样可对现有业务冲击最小，使系统改造的工作量最小，便于快速建设，尽快收回投资成本。
5.该系统应预留足够的业务可扩展空间，主要是海关每年不断增长的转口、转运及进出口货运量，
6.该系统应具有良好的容错能力和可靠性，当该系统运行出现异常时，在其自恢复期间，原有海关流程应能照常运行。
7.该系统应具有良好的可扩展性，除应考虑跨国电子关锁运营外，还应为后续非海关类电子锁应用预留足够的空间和扩展的便利性，如关键化学品、石油及其它高危车辆运输过程管理、运钞车和军用物资车辆等高敏感车辆运输管理、政府及国家强力部门核心资产定位管理等。
8.该系统的流程设计应对其各类盈利模式有足够的支撑，以便在不过多影响当前海关流程的前提下，提高海关通关效率和服务质量，快速取得收益。
3海关物流监控系统分析
3.1实体交互关系分析
本系统的与外部实体间的交互关系如下图所示
图31实体交互关系图
●系统-电子关锁运营商
电子关锁运营商使用本系统完成运维业务，包括电子关锁的管理、申领、发放、配送、回收、维修、充电等业务。
●系统-海关
海关包括海关和出入境点，系统需要为海关提供运输监控和安全预警服务，从而为提高海关运输安全性以及通关效率等提供帮助。
●系统-企业用户
企业用户包括应用关联的各类企业和厂商，如酒厂、进口商、批发商、零售商等，应用推广和扩展后还会涉及食品、药品等物品追溯企业。
系统需要提供门户服务，流程服务和流通管理服务。
●系统-个人用户
个人用户包括一些散户和个体，如与海关集装箱运输相关的散户，企业个人等。
系统需要提供门户服务，如果个体参与了系统动作还需要提供流程服务，如稽查服务。
●系统-移动运营商
系统需要移动运营商提供GPRS或其他无线网络服务，主要用于海关监控系统。
●系统-互联网运营商
系统需要互联网运营商提供有线网络服务。
3.2业务分析
●海关物流监控功能性业务分析
需要监管海关运输，实现对转运、出境和入境的全流程监管。
表31海关监控应用系统分析
序号
场景
决策分析
1
监管海关运输
设立海关物流监控系统
设立预申报系统，如果海关已有该系统，则需要考虑系统对接
2
需要监管集装车辆在运输途中的状态，如有异常需要告警
给集装箱车辆分配电子关锁，在启运地施封，在终点解封
设立关锁申领系统，用于管理关锁的发放和租金、押金等管理
设立海关监控中心，用于监控所有装有电子关锁车辆的状态
异常告警需要人工处理时要配备手持机
3
卡口施封和解封，当集装箱车辆经过海关或出入境卡口时，需要自动施封或解封
设立卡口系统，通过在卡口安装一体机或固定阅读器来控制，不需要设立卡口IT系统，可为原有的系统提供联动接口
●非功能性服务分析
（1）接入点数量多，需要支持高并发访问。
（2）管理的数据多，需要支持大容量存储
（3）业务跨度大，对系统的兼容性要求高
（4）面向角色和群体种类多，需要提供通用的服务界面
（5）可扩展性要求高
（6）系统间大数据量传输
（7）应尽量减少应用系统各环节的IT设备，通过远程访问的方式代替本地系统
表32非功能性服务
序号
约束
决策分析
1
接入点数量多，角色和群体种类多
对外部角色提供B/S的访问方式，简单，无需安装
对内部角色提供C/S或B/S的访问方式，提供增值服务，只需简单安装，提高安全性
需要考虑并发访问造成的性能瓶颈，可采用负载均衡来协调性能问题
需要提供角色管理和权限认证服务
2
管理的数据多
提供数据分区、分层管理
支持海量数据查询
配备大容量存储设备，容灾考虑（本地容灾）
3
业务跨度大
采用分布式系统，保证独立性和松耦合
需要支持多系统和多语言环境
需要支持多种数据库访问控制方法
4
可扩展性高
通过服务组装或模块组装的方式来完成平台和应用系统的构建，提高可重用性
系统间交换使用SOAP或XML标准格式
5
系统间大数据量传输
大数据量传输采用FTP方式
6
减少IT系统设备，通过远程访问代替本地系统
1）各应用的中心系统将整合核心和主要的业务，特别是各流通环节的管理业务，不需要本地存储数据或有其它业务系统的实体通过B/S的方式访问中心系统提供的服务，需要本地存储数据的可采用C/S的方式访问中心系统，同时可以提供部分本地业务功能
●海关物流监控业务架构
图32海关业务架构
海关业务涉及5类实体，即海关相关原有实体（卡口、海关、出入境点），海关业务监控运营商，集装箱车辆，物流公司，企业（国内企业和国外企业）。
各实体之间的交互关系如上图所示，实现三类主要业务。
（1）电子关锁流通，包括电子关锁申领管理、电子关锁配给，电子关锁收回等主要业务。
（2）运输监控，集装箱车辆运输途中的状态监控。
（3）海关业务配合，包括卡口的施封和解封，海关入关或出关的预申报。
3.3技术分析
图33技术架构分析
从约束-决策表可以分析得出，基于满足各项约束条件的出发点，本文档的技术架构将采用SOA框架，即面向服务的架构设计。
包括8类服务，即业务组件服务，应用组件服务，中间件，展现层服务，数据库服务，操作系统，采集层服务以及服务集成总线。
具体说明如下。
业务组件服务：
业务组件作为应用系统底层的组件库，每个组件都能完成一类业务功能，且能够对外开放标准接口。
业务组件库包括报表工具、工作流引擎、搜索引擎、日志组件、权限管理、安全组件、接口组件、XML工具组件、数据服务等。
应用组件服务：
应用组件服务包括应用系统业务和应用系统接口，该服务独立于平台之外（受限于业务跨度巨大），以平台的业务组件为基础构建。
中间件：
应用中间件提供业务运行时环境，包括Tomcat，Websphere和Weblogic等，需要根据实际情况调整，可选择Apache的Tomcat，Tomcat5支持最新的Servlet2.4和JSP2.0规范。
因为Tomcat技术先进、性能稳定，因而深受Java爱好者的喜爱并得到了部分软件开发商的认可，成为目前比较流行的Web应用服务器。
目前最新版本是7.0。
展现层服务：
展现层技术服务提供UI支持，WEB2.0更注重与用户之间的交互，是作为门户网站和其他web服务的最佳选择，此外，一些设备层的控制和内部应用可能需要用到功能更多的客户端，javaswing和VC++的GUI都将成为备用技术。
数据库服务：
数据库服务提供持久化服务，能够兼容oracle，SQLserver以及DB2等多种数据库，提供通用的数据访问接口，Hibernate是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行了非常轻量级的对象封装，使得Java程序员可以随心所欲的使用对象编程思维来操纵数据库。
Hibernate可以应用在任何使用JDBC的场合，既可以在Java的客户端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web应用中使用，最具革命意义的是，Hibernate可以在应用EJB的J2EE架构中取代CMP，完成数据持久化的重任。
Hibernate3.0可作为持久化的主要技术，JDBC、ODBC等可作为备用技术。
操作系统：
操作系统作为独立的一块服务，包括linux，unix和windows。
采集层服务：
采集层服务是本系统区别于互联网IT系统的主要内容，能够支持RFID、GPS等服务，与之配套的远程设备维护和网络中间件分别用于设备管理和RFID标签数据汇聚和过滤。
服务集成总线：
服务集成总线提供服务集成、系统构建等业务，采用SPRING集成框架，完成系统开发和构建。
4海关物流监控系统设计
4.1系统架构设计
4.1.1系统概述
本系统通过电子关锁和手持机采集货物信息，由应用管理系统为海关和物流公司提供进出口、转运业务服务。
根据需要该系统还可以与目前的海关管理系统进行对接。
图41海关物流监控系统总体架构
如图所示，海关物流监控系统可分为内网和外网两个区。
其中海关业务系统、申领管理系统部署在海关，海关布点数量根据实际勘测结果决定；卡口系统在海关和出入境点都有部署，分为临时卡通道和普通通道两种，普通通道管理所有已绑定电子关锁的车辆（预申报记录与电子关锁已关联），临时卡通道适合处理未来得及绑定电子关锁的车辆（事先没有领取关锁，进关或入境时无法关联预申报记录和电子关锁）；海关监控中心部署在海关电子关锁运营商处。
4.1.2功能设计
图42海关物流监控系统逻辑视图
物联网服务平台逻辑视图给出了4层架构。
4层架构即表示层、业务层、数据持久层和数据库。
分别说明如下：
●外部实体
包括海关、出入境点、国外企业、国内企业、互联网运营商和移动运营商。
●物联网服务平台系统
1.表示层和外部接口
（1）门户UI：
提供门户访问功能。
（2）核心应用访问UI：
提供下载，注册等交互界面。
（3）通信线路服务提供：
有线通信和无线业务的服务提供接口。
2.业务层
（1）海关业务系统：
为海关提供业务服务，与预申报管理系统和海关监控中心进行数据交互。
（2）海关监控中心系统：
对电子关锁进行运维，提供相关数据供海关系统决策。
（3）申领管理系统：
海关监控系统过此系统对电子的关锁的申领进行管理。
（4）物联网服务平台：
做为物联网统一的平台，对电子关锁系统进行数据收集，进行业务开发。
（5）前端应用系统：
包含卡口系统和出入境系统，对电子关锁的施封和解封进行管理。
3.数据持久层：
持久化服务，系统目前只管理门户相关业务，可扩展到行业数据、政策和法规数据、企业数据等数据的持久化管理。
并可支持多种数据库，只需要更改配置文件和简单的修改即可完成数据库切换。
数据库：
目前主要使用SQLserver，随着数据量的增大，后续可升级为Oracle。
4.1.3部署设计
各海关和边境口岸的手持机通过GPRS或一体机通过有线网络与管理系统进行通讯。
海关人员检查货物的合法性之后，将为其安装电子关锁。
在境内运输过程中，电子关锁的可以将货车的位置信息实时上报，同时，还可以监控异常事件。
在抵达边境口岸或海关后，如无异常情况，海关人员可以用手持机读取电子关锁的信息，并卸载电子关锁，允许卡车通过，简化通关手续。
预申报系统中需要部署客户端收集申报信息，并通过网络传递给海关业务系统。
关锁申领系统需要部署发行设备和客户端，提供关锁二次发行与信息上报功能。
整个系统部署如下图所示。
除了海关和港口之间的应用之外，后续海关物流监控系统还可以拓展到国内仓储运输管理与国际海关管理方面。
图43海关物流监控系统部署视图
4.1.4业务流设计
海关监控中心为系统业务流核心部分，与申领管理系统进行数据交互，数据内容包括发行记录、关键退回记录、企业与关锁关联关系、收款记录、退款记录、关键使用情况、关锁和IC卡一次发行信息、票据和各类文档表格等。
与海关业务系统进行数据上报，供海关业务系统进行决策，数据内容包括企业和卡口关联记录、监控信息和临时卡通行记录等。
临时卡口系统上报通行记录给海关监控中心。
海关业务系统在此系统中具有最高权限，关键数据储存在此系统，根据业务需要为海关监控中心开放数据查询权限，同时海关监控中心所有信息需要传递给海关业务系统，同时对关锁的施封和解封操作需要由海关业务系统进行决策。
申领管理系统为核心业务分支业务，进行海关电子关锁相关的申领管理，后续可以根据实际系统的需要进行调整。
卡口系统包括普通卡口通道和临时卡通道，分别对不同情况进行管理。
原有海关包括的业务系统需要与新系统的相关业务进行兼容，在不同情况下可以选择使用新系统或原有系统。
图44海关物流监控系统业务流视图
流程①：
海关监控应用全流程
流程②：
电子关锁申请相关全流程
流程③：
海关监控中心运营核心业务
流程④：
海关物流监控系统与原有业务系统的交互（单向）
基础业务：
序号
所属系统
业务名称
备注
1
卡口系统
本地进关管理（施封）
电子关锁管理一体机，施封模式
2
本地出关管理（解封）
电子关锁管理一体机，解封模式
3
国内转运管理
IC卡刷卡登记转运
4
国外转运管理
先解封，然后施封（可能需要调整）
5
数据上传
卡口数据上传到海关系统
6
海关业务系统
数据管理
接收卡口数据，上传
7
监控和报警管理
在关锁抵达某一节点后，识别状态并报警
卡口监控，运输途中监控
8
信息查询
查询通关记录，异常记录，操作日志等
9
信息统计
按年/月/日的异常记录、通关记录统计等
10
系统管理
日志、报表、数据库维护
11
海关监控中心系统
文档管理
关锁申请表，租赁合同，发票等
12
结算管理
销售管理，租金管理，罚金管理，退费管理等
13
电子关锁配给管理
库存管理，需求单管理，发放情况管理，回收情况管理，返厂和维修记录，进货和盘点管理
14
申领管理系统
电子关锁和IC卡绑定
IC发行，写入车牌+关锁号等信息
15
运营收费
租赁、交易、退款、押金等管理
高级业务：
序号
所属系统
业务名称
备注
1
海关业务系统
远程进关管理（施封）
通过GPRS远程控制，精度较低
2
远程出关管理（解封）
通过GPRS远程控制，精度较低
3
GIS系统（可单独部署）
运输途中监控
通过GPS定位，通过GPRS实时（或定时，实时电池一般不能满足要求）反馈关锁状态，即GIS系统
4
卡口管理
卡口联动控制
配合视频抓拍、线圈或电子车牌联动控制施封、解封等操作，工程成本较高，需要量力而行
橙色标注的部分是需要重点关注的运营配套系统。
黄色部分的业务不推荐使用，实际应用效果可能很差。
绿色联动的工程成本较高，且需要配置工控机，如果不需要拓展电子车牌业务，不推荐使用。
4.2子系统设计
4.2.1海关监控中心系统
●功能设计
海关监控中心子系统为整个系统的核心子系统，提供GIS系统、结算管理、文档管理和关锁管理等功能。
通过表示层为海关监控中心用户提供操作界面。
通过有线网络与海关业务系统连接，海关监控中心上报电子关锁监控信息，提供GIS服务，上报营收结算和文档数据。
通过有线网络与申领管理系统连接，提供一卡一锁的服务。
通过GPRS与卡口一体机相连，进行施锁和解锁信息获取，再将此信息传递给海关业务系统。
图45海关监控中心子系统逻辑视图
●部署设计
海关监控中心系统依托物联网服务与支撑平台，部署的位置如图所示。
图46海关监控中心系统部署所在位置
●业务流设计
海关监控中心子系统四大主要功能GIS系统、结算管理、文档管理和关锁管理，需要与数据库进行连接，录入和提取相关数据。
同时通过信息查询与统计和系统管理两个模块与外部进行交互。
电子关锁模块与申领管理系统进行数据交互，提供关锁申领信息。
获取关锁状态信息供其它系统进行使用。
GIS模块通过对电子关锁的监控，完成关锁全程监控并将此服务通过上传下载管理模块提供海关业务系统。
结算管理模块通过上传下载管理模块将营收情况提供海关业务系统。
文档管理模块通过上传下载管理模块将文档提供海关业务系统。
出入境卡口系统通过上传下载管理模块，将施封与解封请求传递给海关业务系统，供海关业务系统决策是否执行。
图47海关监控中心子系统业务流视图
4.2.2海关业务子系统
●功能设计
海关业务子系统与原有海关管理系统进行集成，能够为海关用户提供额外功能，包括监控报警、查询统计、数据管理和系统管理。
通过有线网络与海关监控中心联通，海关监控中心上报电子关锁监控信息，提供GIS服务，上报营收结算和文档数据。
通过GPRS或有线网络与卡口一体机联通，控制电子关锁的施封和解封。
通过有线网络与卡口业务系统联通，实时进行电子关锁的信息交互。
图48海关子系统逻辑视图
●部署设计
海关业务系统需要部署客户端，供终端用户进行关锁的施封和解封，同时需要与海关监控中心之间配置10M以上带宽网络，保证数据交互。
这两种连接之间需要加入防火墙，保证信息安全。
海关业务系统自身需要配置组件服务器、门户应用服务器、数据库服务器、WEB服务器、FTP服务器和应用构建服务器以满足海关相关应用的需要，如果现有海关系统具有这些配件，可以部分或全部借用。
图49海关子系统部署视图
●业务流设计
海关业务系统新增的四大功能监控与报警、信息查询与统计、数据管理和系统管理，需要与数据库进行连接，录入和提取相关数据。
监控与报警模块与预申报系统进行数据交互，提供关锁申报信息。
获取关锁状态信息供其它系统进行使用。
信息查询与统计模块通过门户网站系统为海关提供本系统内部相关信息的查询。
数据管理模块通过与数据库的连接，对系统数据进行整理，并未后续应用扩展提供基础。
管理系统通过FTP服务器与海关监控系统进行数据交互，包括关锁数据、结算数据、文档数据和GIS服务数据。
同时与海关卡口和出入卡口进行数据交互完成电子关锁的施封和解封操作。
图410海关子系统业务流视图
4.2.3申领管理子系统
●功能设计
申领管理子系统主要对电子关锁的申领进行管理，涉及到租赁、损坏赔偿、报废和押金相关费用的管理，并通过无线局域网络将相关信息上报给海关监控中心，完成电子关锁管理和结算管理。
一锁一钥，需要配备专门的密钥管理系统，通过密钥分散机制来实现规范的密钥管理，领导卡交由运营商管理。
租赁费用：
租赁合同签署后，提交关锁租金，合同周期至少一个月，资费标准可由运营商制定。
损坏赔偿费用：
由于人为使用不当、故意破坏等原因造成的，非不可抗力因素的都需要赔偿。
赔偿标准由运营商制定。
报废开销：
关锁的使用寿命到期后，需要提交报废，由运营商回收，未到报废期，需要提前报废的需要收取报废开销，收费标准由运营商制定。
押金：
每个关锁都需要收取押金，租赁合同结束后，且不续签，则将押金返回。
图411申领管理子系统逻辑视图
●部署设计
此系统部署在海关内网，用户通过外网进行申报，同时通过网关上传至申领管理系统，在数据上传过程需要考虑加入防火墙，对系统安全进行保证。
申领管理系统通过内部局域网与海关监控中心服务器相连。
图412申领管理子系统部署视图
4.2.4卡口子系统
●功能设计
卡口子系统按照布放位置可以分为海关卡口和出入境卡口两类，按照用途可以分为普通卡口和临时卡口两类。
普通卡口是管理电子关锁的卡口，能够完成是施封和解封。
临时卡口是管理临时电子关锁用户，管理无电子关锁用户，可升级到普通卡口。
卡口子系统通过GPRS与海关监控中心相连接，上报施封和解封请求。
海关监控中心将此请求与电子关锁全路径状态上报给海关业务系统供决策。
海关业务系统进行决策后将应答通过有线网络发送卡口子系统进行操作，如果电子关锁全流程无异常操作，自动进行施封和解封，如有异常操作需要工作人员携手持机到现场进行检测。
图413卡口子系统逻辑视图
●部署设计
卡口子系统主要部署在海关和出入境节点，配置一体机进行电子关锁自动施封和解封，配置手持机进行电子关锁手动施封和解封。
在施封或解封时，将此要求上报海关监控中心子系统，海关监控中心子系统将此请求发送海关业务系统，最后海关业务系统将决策发给卡口系统进行相关操作。
如果原卡口无工控机管理，则一体机可直接通过有线或无线方式连接监控中心。
图414卡口子系统部署视图
●业务流设计
移动运营商与监控中心之间需要实时通信，并保证24小时不间断，保证所有在网车辆电子关锁信息能够并发传送。
海关业务系统和监控中心之间需要实时通信，海关部署客户端，监控中心部署服务端，监控中心需要部署核心交换机，以满足12个海关并发访问的需求，海关与监控中心的带宽要求10M左右。
完成GIS服务信息传递和施封解封请求。
卡口一体机与海关业务系统之间需要实时数据通信，传递施封解封决策信息。
卡口一体机与监控中心之间通过GPRS连接收发施封和解封请求。
图415卡口子系统业务流视图
5系统关键技术
5.1RFID技术
RFID（RadioFrequencyIdentification）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号进行非接触式双向通信交换数据以达到自动识别目标对象并获取相关数据。
识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
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