港口集装箱智慧物流方案案例.docx
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港口集装箱智慧物流方案案例
港口集装箱智慧物流方案案例
项目背景
现代物流涉及大量纷繁复杂的产品，其供应链结构极其复杂，经常有较大的地域跨度，因此对信息的准确性和及时性要求非常高。
相关调查数据显示，一个配送中心每年花在人工清点货物和扫描条形码上的时间达11000小时。
物联网RFID技术克服了条形码的这些缺陷，将该过程自动化，为供应链提供即时数据。
据分析若采用RFID，沃尔玛每年可以节省83.5亿美元，其中大部分是扫描条码的人力成本。
此外，RFID可解决零售业物品脱销、盗窃及供应链被搅乱带来的损耗，而沃尔玛每年因盗窃带来的损失达20亿美元。
RFID的特点是利用无线电波来传送识别信息，不受空间限制，可快速地进行物品追踪和数据交换。
工作时，RFID标签与“识读器”的作用距离可达数十米甚至上百米。
通过对多种状态下（高速移动或静止）的远距离目标（物体、设备、车辆和人员）进行非接触式的信息采集，可对其自动识别和自动化管理。
由于RFID技术免除了跟踪过程中的人工干预，在节省大量人力的同时可极大提高工作效率，所以对物流和供应链管理具有巨大的吸引力。
RFID无线双向通信，最大的优点在于非接触，可实现批量读取和远程读取，可识别高速运动物体，可实现真正的“一物一码”。
这种系统可以大大简化物品的库存管理，满足信息流量不断增大和信息处理速度不断提高的需求。
RFID技术是革命性的，有人称为“在线革命”，它可将所有物品无线连接到网络上。
在可以预见的时间内，RFID标签将高速发展，并与条形码长期共存。
RFID标签和条形码适用于不同的场合，各具优势：
条形码适合成本极低的物品，而RFID适合对高速移动或多目标的同时识别环境。
目前，RFID技术在中国的应用主要集中在交通运输行业，比较成熟的应用有全国铁路车号识别系统、上海城铁明珠线控制系统、大连港集装箱管理。
此外，在门禁、车场管理及高速公路收费管理等方面的应用也初具规模。
随着物流业转型发展的深入开展，RFID将作为主要的技术应用获得推广。
高效增长的助推器
今年3月，大连大窑湾港区，紧邻集装箱码头的大连铁路集装箱中心站，三台四层楼高的轨道式龙门吊下，10余台集装箱卡车沿作业线一溜排开，从铁路车体卸下的集装箱被龙门吊直接装上卡车，送往一路之隔的集装箱码头装船出海。
大连中心站自去年7月随港口航线布局调整开始集装箱海铁联运的作业以来，作业量快速增长，今年前两个月作业量均超过18000标箱。
如此高效的运作正得益于对RFID的全面采用。
作为东北地区铁路集装箱唯一的港口型中心站，大连中心站依托先进的基础设施和设备，通过港口和铁路的紧密合作，不断优化调整集装箱海铁联运的作业流程，目前装车作业基本全部实现港、站直取，卸车作业的直取比例逐步提高，通过港、站之间的整体作业计划协调，减少了集装箱落地存储和再次起吊装运的过程，随着作业环节的减少，设备操作量和能耗也得到大幅度的降低，作业效率和能力得到明显提高。
在作业现场计时，龙门吊将集装箱从班列上吊起，到稳稳装上集装箱卡车，单箱作业时间约两分钟，三台龙门吊同时作业，一整列40尺重箱全部卸完也就一个小时左右。
这边车体刚刚卸空，准备运往东北腹地的集装箱已经被集卡运到龙门吊下了。
中心站负责人介绍，目前循环班列全部在场停留时间在8小时以内，春节期间，中心站最多一天完成到发12列。
虽然作业繁忙，但是现场并没有多少工作人员。
中心站负责人特别介绍了正在使用的无线调度指挥系统：
“中心站的设施布局与集装箱码头只一线之隔，在作业信息系统上结合得更加紧密，是无缝链接的。
”所有作业计划都通过港口社区系统与客户、码头和铁路等相关合作方提前编制，共同确定。
集卡拖运集装箱进入中心站与集装箱码头共用的全自动化大门通道后，箱号识别系统自动识别箱号，RFID车号识别系统自动识别车号，验残系统对箱体进行检验，所有数据在系统内与码头、车站、客户的作业计划进行核碰，确认后自动放行。
同时，作业指令通过无线网络发送到龙门吊终端，驾驶员遵照指令操作即可，大大提高了作业效率和准确性。
大连中心站目前有超过10组车体在长春东、齐齐哈尔、五棵树、让湖路、沈阳、哈尔滨等线路循环开行，并随时对增加的货运需求协调铁路相关部门增配运力，确保海铁联运货物随到随运。
未来，围绕大连、沈阳、哈尔滨三个中心站，依托大连站将进一步构建辐射东北腹地的铁路集装箱网络，完善连接东北各城市和口岸的集装箱海铁联运通道。
目前，尽管RFID没有像许多业界观察家所预测的那样在物流供应链中迅速应用，但随着标准以及价格限制等因素日趋发展完善，应用的大发展趋势已日益明朗化。
据最新消息，国外已实现每个5美分，国内的最低价格是每个7角人民币。
尽管如此，对大规模推广来说，物联网RFID标签和识读设备的价格仍显得过高。
而价格与规模又是一对矛盾。
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。
虽然业界普遍对RFID技术看好，但真正形成规模，实际投入运营的系统却不多。
研究报告显示，一个供货商要满足沃尔玛的RFID基本要求，大约需130万～200万美元，加上相关的软硬件设施、集成服务、系统测试及培训等，每年投入的成本将增加913万美元。
解决方案
在我国要解决RFID的价格瓶颈，还必须解决标签和识读设备的本地化生产问题。
目前国内只有两家公司掌握着核心技术和具有自主知识产权的识读设备的生产能力，而对于标签，国内似乎还没有哪一家可以自主生产。
但RFID推广，可针对我国供应链管理的实际情况，应选择合适的业务，寻找合适切入点和应用模式，尽快开展应用试点，采用“小步快走”的方式取得成效和经验，并进一步推广。
具体可考虑选择当前供应链管理中迫切需要的应用（如供应链全程监控）和适合发挥RFID特点的应用（如食品和药品质量跟踪），并以此作为建立RFID软件基础架构和检验标准的依据。
射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，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（TransportationSecuritySystem）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WirelessLAN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。
RFID即无线射频识别技术，俗称电子标签。
它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预，可在各种恶劣环境中工作。
该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。
RFID系统的组成主要包括3个部分：
电子标签（Tag），阅读器（Reader）和天线（Antenna）即传输设备。
电子标签安装在待识别的物品上，当拥有电子标签的物品进入阅读器的有效范围时，阅读器可以通过无线的方式将电子标签中的信息读出，实现对物品的自动识别。
国内外RFID技术在港口物流中的现状
基于港口服务的RFID的应用方案应该包括硬件系统和软件系统两个方面，硬件系统由RFID自动识别系统和通信系统组成，软件系统包括RFID信息管理系统和与之整合的港口集装箱管理系统。
RFID自动监控系统代替了港口传统的人工盘查、核实业务流程，提高了港口作业效率。
对于港口集装箱的管理，很久以来港口都希望通过使用RFID标签对集装箱进行追踪，集装箱上的电子标签可以记录固定信息，包括提单号、箱号、持箱人、箱型、尺寸，铅封号等；还可以记录可改写信息，如货品信息、货重、起RFID运港、目的港、中转港、船名航次等。
国外RFID技术应用在港口集装箱管理方面已经取得了一定的进展。
美国倡导的集装箱安全协议（CSI），CSI是美国为确保进港集装箱安全而采取的新举措，是为了减少美国遭受恐怖袭击的风险。
所有输美集装箱将安装电子封条，通过数据读取仪从电子封条上获取数据，然后实时传送到特设的信息平台。
当集装箱受到损坏、运输线路变更或延迟等意外情况发生时，管理者可通过电脑、手机或PDA迅速接收系统的自动报警。
国内RFID技术应用在港口集装箱管理方面仍处于研究和试点阶段。
中国香港和深圳的港口已经配置了无线射频识别追踪设备并正式投入商业运行。
该项目的技术提供商运营着一个全球信息网络，该网络运用有效的无线射频识别设备和软件为承运商提供有关其海上货运集装箱及物品的位置和状况方面的信息。
在上海至烟台的两港一航工业性示范中，结合内贸集装箱运输特点，RFID系统采用了双频电子标签系统集成技术，标签内存储了集装箱和所装货物的信息，还可以自动记录箱门开关等相关信息。
我国港口对RFID无线射频技术的应用始于内贸集装箱港口运输；工业性实验成功后，进一步应用到国际航线。
2008年3月，我国正式开通了第一条安装智能电子标签的上海——斯瓦达中美集装箱运输航线。
上海到斯瓦达整个航线全部安装了电子标签；由于美国方面的原因，斯瓦达到上海的集装箱是部分安装了电子标签。
“上海港―萨瓦纳港”中美国际集装箱电子标签示范航线也是“现代港口物流服务示范工程”重要组成部分。
“电子标签”是个小方盒子，也是一把集装箱“电子锁”。
集装箱从工厂装箱，到出发港口，再漂洋过海到达目的地港口，最后抵达产品分销中心，每一环节电子标签都会自动记录到达时间、地点和集装箱安全状况，可通过无线局域网、手机网络和互联网查询，实时掌控集装箱的动态，如果集装箱中途被非法打开，网页将显示红色报警。
RFID技术在港口物流中的趋势
RFID射频识别技术实际上是一项较早的技术，在20世纪60年代的时候，RFID射频识别技术的理论已经得到发展，并且开始了一些尝试性的应用。
20世纪90年代起，这项技术进入商业应用阶段。
在新世纪，RFID将呈现一些更具有实际应用价值的发展趋势：
市场趋势
近年来，RFID技术已经在港口物流领域中广泛应用，对改善港口运作模式活质量、提高港口经济效益、加强港口信息化水平等产生了重要的影响。
我国已经将RFID技术应用集卡及集装箱的管理等多个领域。
据预测，RFID技术将在未来2-5年逐渐开始大规模应用，Frost&Sullivan公司2008年发布的调查显示，2004-2014年间，亚太地区不同种类RFID构成将发生变化，低频RFID市场份额将快速下降；高频RFID市场份额小幅下降，但仍占各类RFID的主导地位；而超高频RFID市场份额呈现快速上升的格局，至2014年，其市场份额将与高频RFID接近。
技术趋势
就技术而言，在未来的几年中，RFID技术将继续保持高速发展的势头。
电子标签、读写器、系统集成软件、标准化等方面都将取得新的进展。
随着关键技术的不断进步，RFID产品的种类将越来越丰富，应用和衍生的增值服务也将越来越广泛。
例如，移动RFID系统，指在叉车和铲车上安装可移动的RFID系统。
这样叉车和铲车就可以直接读取货物信息，可以有效减少仓库中的静态阅读点，而阅读点越少意味着成本降低，回报越快。
ABI研究公司在2005年发布的一份报告表明：
那些希望减少重复性操作从而降低成本的公司，实际生产中采用了在叉车上安装RFID系统。
在标签方面,有效距离远、无线可读写性能更加完善、适合高速移动载体识别、智能性更强、成本更低等将是新一代标签的特征；在阅读器方面,小型化、便携式、嵌入式、模块化、多种模式兼容的读写设备是主要研究的对象；而系统方面,安全性更高、智能化和远距离的识别系统将会更受关注,并且期待出现一系列行业标准统一整个RFID的应用,增强国际化。
RFID技术在港口物流中的发展建议
RFID技术的实施，不仅是港口方面的事，同时还需要各个箱公司和物流公司的配合。
现在和未来各箱公司和物流公司的竞争激烈程度远大于各大型港口之间的竞争，这方面的市场将向港口方面倾斜。
尽管在RFID技术在实施的过程中会受成本和人员技术等方面的影响，但RFID技术的不断发展以及其广阔的前景足以抵消这些影响。
在RFID系统标准问题上，国际上RFID在应用中存在两种编码体系：
一种是由日本提出的UID编码体系，另一种是有美国的EPC（电子产品代码）环球协会提出的EPC电子产品编码标准。
另外，欧美的EPC标准信息位数为96位，而日本则为128位。
可见，目前企业特推出的RFID产品无不兼容，不利于推广应用。
集装箱运输中的RFID系统，不但涉及国内各港航企业，而且也涉及国外的港口、发货人或收货人等，因此在世界范围内应使用统一的标准。
只有这样，才能使贴有RFID标签的集装箱无论在国内外都能够读取和写入，都能进行有效跟踪。
在2008年，国际标准化组织通过了由上海港提出的集装箱电子标签国际标准提案，新标准的国际编号为ISO/NP（编制阶段）18186，标志着我国在负责制定航运国际标准方面实现零的突破。
在电子标签安全方面的问题上，牵涉到标签内容的安全问题和标签的位置安全。
集装箱的标签是多次重复使用的，在集装箱整个生命周期中不能失效。
因此，用于集装箱运输系统中的RFID标签不能让非系统内读取器阅读，即标签要能够辨识阅读器，从而决定是否将标签内信息发送给该阅读器。
或许，将来通过一种简单的电子设备，犯罪分子能够通过通讯方式获得电子标签隐含信息，然后利用这些信息获得或破坏电子标签密码。
港口企业应着力开发应对系统，提高标签的安全性能。
最后，在RFID成本问题上，由于现在RFID系统需要较高投入，这主要是由于RFID在集装箱上应用没有规模化，如果得到全面推广的话，成本必将大幅度下降。
相信在不久的将来，全球标准统一的廉价RFID系统将服务于世界各个港口，通过RFID系统与互联网的紧密结合，贸易公司、海关、港口和第三方物流公司都将从中获益，整个港口物流供应链将更加安全高效。
结论
提升港口科技水平以及实现港口信息化、数字化不仅是发展经济提升服务质量的趋势，也是对当代最先进的技术、管理思想、理念、文化等的认知，注重港口信息化建设，加强高新技术的应用已成为继发展港口基础设施之后各港口之间竞争的重点领域。
同时当今世界港口研究和运用RFID技术尚处于初级阶段，我们应加速对RFID的研发和应用，力争在未来世界港口数字化、标准化的进程中占据一席之地
在现代的集装箱码头，管理水平和信息化水平的高低已经成为制约集装箱运输的关键。
在集装箱运输中，货物的信息目前还是依赖于传统的货单。
集装箱的流向、流转和识别还比较落后，集装箱的识别基本上还处于人工、半人工状态。
近几年来，在研究集装箱的识别中，采用了条形码和数码摄像软件识别等技术，但是．由于其识别走离近，可靠性差，集装箱本身又不带信息，条形码和数码摄像存储的信息量极小，给集装箱的运输信息识别和记载带来不便，更不能跟踪记载集装箱运输中的物流信息和电子信息流信息，无法得到广泛的应用和推广。
为了提高集装箱运输的管理水平和信息化水平，我右丁研究开发了工作频段为全球通行白勺ISM2.4GHz，具有世界领先技术水平的集装箱电子标签系统，并率先在我国的内贸集装箱运输中应用示范
1、集装箱电子标签的发展状况
电子标签（RFID，即射频识别技术，被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。
目前在国外集装箱电子标签的应用还未见到成功的先例，AMTECH曾在集装箱上尝试使用无源电子标签，但在技术方面达不到要求，进行了第一步试验就就失败了。
SAVI公司在美国国防部的军品集装箱运输中采用有源电子标签获得了较好的试作效果，但由于其产品和系统昂贵的价格以及行业性限制，使其仅能局限在美国军队中应用，在民用集装箱物流中并得到应用。
说明我们目前掌握了RFID及其延伸技术，在世界上处于领先地位。
集装箱电子标签有着非常典型的行业特征。
首先，集装箱电子标签系统的作业环境是整个电子标签应用领域中最为复杂、技术难度最大的，提出的各项技术指标、工艺性指标、功能性需求都远不同于其他领域；其二，集装箱电子标签的应用是在一个巨大的物流网络环境下，该网络涉及到国际间多个国家、多个地区、多个部门的参与和合作，牵涉到众多部门和单位，如何推动应用是非常关键的；其三，集装箱电子标签的全面应用必将对物流行业产生巨大的影响，同时将极大地推动生产和工作效率，确保货物运输质量。
上海港的内贸集装箱电子标签应用示范开国内集装箱电子标签应用的先河。
其使用的所有技术和产品都具有国内完全自主的知识产权，目前已经取得了试验的阶段性成果。
我们还开发了电子封条，并首创了一种用于集装箱电子标签和电子封条的连接方法，功能上可以记录开关门次数，并能无缝接人集装箱电子标签中，已经达到和超过国际先进水平。
2、内贸集装箱电子标签自动识别应用系统
2.1总体思路
2.1.1系统的体系结构
内贸集装箱电子标签自动识别应用系统建设为3级体系结构，自下而上分为如下3个子系统。
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