集装箱电子标签技术开发及应用交通科技管理中心.docx

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集装箱电子标签技术开发及应用交通科技管理中心

西部交通建设科技项目

交通部水运科学研究院

上海国际港务（集团）股份有限公司

重庆港务物流集团有限公司

中国国际海运集装箱（集团）股份有限公司

2008年6月

目录

1.项目简介1

1.1.项目背景1

1.2.项目研究目标2

1.3.项目研究意义2

2.项目主要研究内容5

2.1.集装箱电子标签应用模式的研究5

2.2.集装箱电子标签应用标准的编制6

2.3.开发无源集装箱电子标签及其识读系统7

2.4.集装箱电子标签数据应用接口开发8

2.5.集装箱电子标签的综合示范应用9

3.项目取得的成果10

4.项目关键技术11

5.项目社会、经济、环境效益分析17

6.项目推广应用前景18

中文题名

集装箱电子标签技术开发及应用

英文题名

DevelopmentandapplicationofcontainerE-Tagtechnology

交通编号

项目来源

西部交通建设科技项目

单位编号

222

合同号

200631800010

分类号

U169.6

项目起止年限

2006年-2008年

第一完成单位

交通部水运科学研究院

密级

项目负责人

费维军（研究员）

报告撰写人

曹文胜

包起帆（教授级高工）

张成

彭维德（高级工程师）

李继春

周受钦（高级工程师）

何振威

项目主要

参加人

邓延洁（教授级高级工程师）

梅耀南（高级工程师）

曹文胜（副研究员）

粟明（工程师）

张成（助理研究员）

何振威（工程师）

李继春（助理研究员）

王元聪（工程师）

许世博（助理研究员）

周浩（工程师）

李大海（助理研究员）

彭涛（工程师）

董庭龙（工程师）

李勇（高级工程师）

杨建中（高级工程师）

王祎（工程师）

主题词

集装箱电子标签、开发、应用、RFID、无源、集装箱吊装设备、集装箱码头、数据管理平台、港口信息管理系统

关键词

无源、集装箱电子标签、RFID、集装箱吊装设备

1.项目简介

1.1.项目背景

集装箱运输是综合运输和现代物流的重要组成部分，随着集装箱运输量的迅猛发展，人们对运输安全及装卸效率提出了更高的要求，集装箱及其货物的实时跟踪、信息传递、运输效率以及运输安全问题成为人们关注的重点。

利用射频身份识别技术（RFID）的集装箱电子标签，为集装箱运输提供了一种方便快捷的数据采集应用的手段。

可以极大地提高集装箱通关和装卸作业效率，满足人们对集装箱运输智能化管理的需求，加强集装箱货物运输的安全性。

为适应国际集装箱运输业积极研发应用RFID技术的发展趋势，项目以上海港和重庆港之间的长江集装箱运输为依托，开展了4个专题的研究工作：

“集装箱电子标签应用模式的研究”、“集装箱电子标签应用相关标准的研究”、“集装箱电子标签应用技术研究”、“集装箱电子标签应用示范系统开发”。

1.2.项目研究目标

Ø提出适合我国集装箱电子标签发展的应用模式

Ø研究制定我国集装箱电子标签的应用标准

Ø研发集装箱电子标签及应用系统

Ø解决电子标签应用过程中的共性技术问题

Ø以长江沿线港口的实际应用为试点，开展示范应用

1.3.项目研究意义

集装箱电子标签的主要功能是将存储于标签内的集装箱运输信息，自动快速地传递到运输过程中需要这些信息的各环节，提高集装箱物流效率，并兼有部分安全应用的作用。

每年有超过3000万TEU重箱在全球流通。

我国是集装箱生产与运输大国，集装箱生产量与运输量连年保持世界第一的位置，集装箱运输市场前景十分广阔。

如此大的集装箱流通量，在供应链管理、信息采集、在途跟踪与监控、贸易安全与便利等方面的工作量无疑是巨大的。

现代物流要求数据实时准确、信息获取自动化、数字化、供应链透明，对集装箱信息采集和货运安全提出了更高的要求。

然而，目前集装箱的供应链管理、数据收集、跟踪与监控相当一部分还是靠手工完成，尤其在作业过程中的集装箱信息获取上，除很少一部分利用了图像识别技术外，全部依靠人工方式进行数据录入。

在计算机和智能化技术在集装箱运输领域得到广泛应用的今天，人工信息采集方式严重制约了集装箱运输的信息化管理进程。

图1-1集装箱电子标签的应用原理

集装箱电子标签的应用解决了集装箱运输领域数据自动采集这一重要环节的问题，为集装箱运输的自动化、智能化提供了关键的信息输入手段，使集装箱运输全程实现自动化管理成为可能。

电子标签的应用可以提高集装箱运输效率，降低物流成本，为我国集装箱行业带来可观的经济与环境效益。

电子标签属于集装箱运输领域的新兴事物，其有序发展迫切需要规范化引导。

项目的研究与实施，可为集装箱运输业提供电子标签的基本应用模式，并利用标准正确引导企业生产、开发和应用集装箱电子标签，避免浪费，节约社会资源，推动我国集装箱电子标签技术的标准化和产品的规模化。

项目的研究与实施与国内外的研究与应用同步进行，反映了集装箱电子标签的最新研究成果，为规范集装箱电子标签的发展，加强具有自主知识产权技术产品的研发，推动集装箱电子标签的生产和应用标准化，积极参与国际标准的制订修订，提高我国在国际标准化组织的地位和作用，推广集装箱电子标签在我国的应用均具有重要意义。

2.项目主要研究内容

2.1.集装箱电子标签应用模式的研究

项目组全面剖析了电子标签在集装箱运输过程中的功能特点、集装箱运输企业对标签的需求，对标签进行了合理的分类，根据标签的发展现状及发展趋势，对标签的应用模式进行了细分，提出了集装箱电子标签在不同发展阶段的不同应用模式及信息管理模式，为标签生产企业、应用企业和监管部门均提供了切合实际的推广应用方法和政策建议。

图2－1集装箱电子标签应用模式研究

2.2.集装箱电子标签应用标准的编制

项目组结合我国已有集装箱标准的相关规定，以国际正在制定的集装箱电子标签相关标准为参照，系统地对集装箱电子标签的标准体系进行了分析研究，在广泛征求国内外专家意见的基础上，坚持与国际标准兼容的原则，首先提出了集装箱电子标签标准体系框架，并据以提出了我国集装箱电子标签标准的草案，内容涵盖电子标签的环境应用标准、信息存取标准、空中接口标准等，并积极组织国际集装箱电子标签相关标准内容的起草和提交。

图2－2集装箱电子标签标准体系研究

2.3.开发无源集装箱电子标签系统

项目组研制出实用的无源集装箱电子标签，适合于集装箱运输过程中的多种应用需求。

电子标签克服集装箱金属表面对标签工作的影响，最远识读距离可达10米，可在小于20Km/h的速度下应用，可方便地安装在集装箱上，适应集装箱的恶劣工作环境。

为适应集装箱移动机械读取集装箱电子标签的需要，开发了多套移动机械电子标签识读解决方案，设计了不同的阅读器天线，并应用单阅读器多天线的设备连接方式，克服了移动机械上设备及天线安装位置要求苛刻的难题，采用无线数据传输方式，成功实现了堆场移动机械的集装箱电子标签在作业中的读写操作。

图2－3集装箱电子标签

2.4.集装箱电子标签数据应用接口开发

项目组开发了标签互联网数据管理平台，数据平台可实时接入多样终端的数据，具有数据收集、处理与发布等多种功能。

开发了多种集装箱电子标签的中间件软件，成功地将由C#编写的标签读写程序，融入到重庆寸滩港由PB开发的集装箱信息管理系统中去，并可自动将数据上传到互联网标签数据管理平台。

图2－4集装箱电子标签应用接口开发

2.5.集装箱电子标签的综合示范应用

首次将无源电子标签系统、EDI系统、集装箱码头信息管理系统、互联网数据管理平台等程序融为一体，实现标签的综合应用。

在码头闸口，系统可通过集装箱电子标签与后台信息管理系统的结合，实现快速过闸操作；开发了码头移动机械作业引导程序，实现了集装箱作业任务的自动捡选与核对。

同时开展了大规模的应用试验活动，对集装箱进行环境适应性、功能性和流程性测试，首次利用无源集装箱电子标签对集装箱运输状态进行跟踪，开展长江上多港口集装箱电子标签技术的应用示范。

图2－5集装箱电子标签的综合示范应用

3.项目取得的成果

经过两年的试验与研究，通过采用调研分析、理论研究、技术开发、方案论证、多类测试、实际应用等方法，项目组开展了大量的实验室测试与码头现场应用实验，系统地对集装箱电子标签的应用模式进行了研究，提出了适合我国国情的、具有建设性的集装箱电子标签应用推广模式和措施建议；建立了集装箱电子标签标准体系，制定了集装箱电子标签应用参考标准草案；研究开发出适合于集装箱运输的集装箱无源电子标签系统，并首创性地在码头移动机械上部署了电子标签应用系统，实现了无源集装箱电子标签系统在集装箱码头的成功应用。

项目成果在长江沿线港口成功地得到了应用示范，标签读写程序被融入到重庆寸滩港的码头现有闸口信息管理系统中，港口可以利用标签进行智能化作业，用户可以利用互联网标签数据管理平台实现对集装箱运输状态的跟踪。

项目组解决了集装箱电子标签应用过程中的很多关键性的共性技术问题，为集装箱电子标签的应用推广打下了很好的基础。

4.项目关键技术

1）集装箱电子标签应用模式的确定

项目组根据调研与专家咨询的结果，采用由简到繁的方式，从集装箱电子标签的功能入手，根据电子标签的分类及集装箱运输过程中需要实现的不同功能、集装箱运输过程中不同应用部门的需求、集装箱电子标签推广应用不同阶段的发展特点，按照集装箱运输服务、运输方式、运输组织模式等对其应用模式进行了归类划分，提出了电子标签在我国应用的推广对策。

2）集装箱电子标签应用标准编制

项目组积极参与国际相关标准的讨论与制定过程，了解国际社会各方关注的问题，积极与国内电子标签相关生产制造商和潜在产品应用单位磋商，结合我国已有集装箱标准的相关规定，坚持与国际标准兼容的原则，在广泛征求国内外专家意见的基础上，首先提出了集装箱电子标签标准体系框架，并据以提出了集装箱电子标签标准草案。

3）集装箱电子标签准确识读与抗干扰技术

集装箱电子标签所采用的标签形式、在集装箱上的安装位置、采用的通讯协议、阅读器天线的安装方式、电子标签的移动速度、读写快速移动电子标签用户数据的程序策略等，均能影响到集装箱电子标签准确识读的距离与正确率。

项目采用无源集装箱电子标签，通过电子标签在集装箱上的安装位置的选择和控制标签阅读器的无线读写功率（即对读写距离进行控制），以及在闸口标签阅读器天线的安装位置，避免了集装箱电子标签在闸口被临道干扰的可能性；在集装箱堆场，应用软件识别策略和调整吊具上阅读器天线的发射功率，也有效地达到了对作业箱的正确识读。

4）集装箱电子标签阅读器、天线和电子标签的设计

●设计了不同的标签阅读器

由于无源集装箱电子标签的读写距离只有几米，标签阅读器在工作时，其天线与标签的位置相对距离不能很远，而受信号衰减的影响，阅读器与天线的馈线距离也不能超过15米，因此阅读器需要安装在移动机械上。

在不改动现有机械的设备结构的前提下，我们设计的阅读器与现有码头移动机械的结构特点相适应，就近获得电源，附加了多项抗震动措施，在设备结构设计、安装方式和材料选用上做了许多改进措施，解决了实际应用过程中出现的多种技术难题，并利用无线方式将标签数据传送回码头控制中心。

图4－1集装箱电子标签读写器

●设计出多种阅读器天线

应对集装箱堆场的多种流动作业机械，项目组开发了不同的阅读器天线，并应用单阅读器多天线的设备连接方式，克服了移动机械上设备及天线安装位置要求苛刻的难题，成功实现了堆场移动机械的集装箱电子标签在作业中的读写操作。

图4－2标签读写器天线设计

●无源集装箱电子标签的设计

项目组在设计标签时考虑了标签的体积、安装方式，克服集装箱金属表面对标签工作的影响，适应不同码头作业位置对标签数据读取的需要：

如闸口、移动作业机械上、手持机等，避免标签在作业过程中被碰撞，标签可以长时间承受恶劣的世界各地的多种作业环境等。

图4－3集装箱电子标签的设计

5）集装箱电子标签数据应用接口技术

项目组开发了标签互联网数据管理平台，数据平台可实时接入多样终端的数据，具有数据收集、处理与发布等多种功能。

开发了多种集装箱电子标签的中间件软件，成功地将由C#编写的标签读写程序，融入到重庆寸滩港由PB开发的集装箱信息管理系统中去，并可自动将数据上传到互联网标签数据管理平台。

5.项目社会、经济、环境效益分析

应用集装箱电子标签所产生的宏观经济与社会效益主要体现在三个方面：

提高综合生产效率和服务质量以及运输安全性。

●提高效率

应用电子标签技术，可以简化作业手续、减少作业环节、有效减少通关时间、加快集装箱场地作业速度，使集装箱运输周转效率更高，同时减少因人为因素引起的操作差错，提高运输管理水平和综合运输物流效率，降低全社会物流成本和人工劳动强度，并且符合节能减排的环保要求。

电子标签技术的应用，可以实现集装箱从制造到流通到维护与报废全生命周期的自动信息化管理，符合我国交通经济增长方式由粗放型向可持续发展的转变要求，有助于促进我国港航集装箱运输业的产业升级，加快我国集装箱运输业信息化的发展进程。

●提高服务质量

通过应用电子标签实现对集装箱运输的可视化跟踪，还有助于货主随时了解自己货物所在的位置，合理安排物流运输时间。

提高了港口及货运公司的物流服务水平，并且有助于政府主管部门实时准确地掌握集装箱运输业的市场状况，制定引导措施，更好地发挥交通系统的作用。

●保障安全

应用集装箱电子标签和电子箱封，可实现货物运输全程的监控，有效防范集装箱货物丢失及偷渡等安全隐患，保证物流全程的规范操作与货物安全，降低货物丢失和损坏造成的经济损失。

另外，将电子标签技术用于危险品运输监控，可实时监控危险品在运输过程中的状态，提高集装箱运输的可视性，降低危险性，符合保障货物运输安全的要求。

6.项目推广应用前景

项目研究成果在项目示范应用过程中得到了很好地应用，虽然集装箱电子标签的相关产品在结构和安装工艺上还需要根据不同集装箱码头的作业特点做一定的改进，但项目系统的构架、项目产品的核心解决方案、项目的软件应用平台技术都是成熟的，可完全适应集装箱行业的实际需要，并在集装箱运输业进行广泛的推广应用，项目成果具有很好的通用性与兼容性。

应用集装箱电子标签是集装箱行业发展的趋势，但还需一段相当长的过程，主要原因有：

集装箱运输涉及面广，电子标签产生的经济效益，需要在大规模应用后才能体现，而目前由于缺乏有效的运行模式，生产企业、应用企业都在谨慎观望，希望在电子标签应用成熟后再涉足这一领域。

但目前技术因素已不再是关键制约因素，外部环境、政策导向和应用模式是其推广应用的关键因素。

为避免被动地受外部集装箱运输环境的影响，国家可在政策上积极鼓励集装箱电子标签的应用，并适当扶持在重点港口或航线建立集装箱电子标签应用绿色通道，首先应用于内贸集装箱运输，再逐步向外贸领域推广，引导企业应用电子标签。

同时，加快国内相关标准的制定工作，推动集装箱电子标签健康有序地发展。