物联网在集装箱运输中的应用

自动化专业学科前沿讲座

课程作业

讲座题目：物联网时代的机遇和挑战讲授教师：巨辉

学生姓名：银承龙

学生班级：自动化112 学号： 2011073059 完成日期： 2014.5.22

成绩评定：

物联网在集装箱运输中的应用

集装箱运输作为现代主流运输方式，占据着国际货运90%的份额。整个过程以集装箱为载体，将货物集合组装成单元，以便在现代流通领域内运用大型装卸机械和大型载运车辆进行装卸、搬运作业和完成运输任务。在集装箱运输中，作为物联网初级阶段的RFID技术显著提高了运输过程中的透明度和安全性，进而实现整个供应链的透明化、流程简约化和运输高效化。物联网的逐步完善对集装箱运输效率的提高将具有极其重要的意义。

需求分析

据中国物流与采购联合会研究，现代物流信息化存在的瓶颈，一个是基础信息的采集，大量的信息还是要手工录入，效率低、差错率高、不及时，影响了后期的传输和应用；再一个是信息的共享和交换，越来越多的应用主体已经提出要加强信息数据共享，建立信息平台。集装箱运输信息化除存在以上问题外，还存在一些特殊问题：

1. 货物失窃严重。随着集装箱运输快速发展，集装箱货物被盗问题越来越严重。据统计，全球因集装箱失窃造成的损失达300～500亿美元，算上因此导致的间接损失，全球每年损失2000亿美元。为解决这个问题，可提高港口的抽检率。港口运输模拟实验表明，当对集装箱的随机抽检率达到5%时，港口就会陷入瘫痪；如果降低抽查率，又无法有效防止犯罪分子用集装箱走私或者运输违禁物品。大型的集装箱X光机虽能透视箱内货物，但透检一只集装箱就需要5分钟，每天满负荷也只能透检240只，而且X光机辨别违禁品仍要靠人的肉眼，同样降低了可靠性。

2. 集装箱识别精度低。在运输过程中，集装箱是通过它的唯一标识——箱号来识别的；集装箱交接同样也是以箱号为准。但人工采集数据有35%是不准确或不实时的，而采用图像识别方式进行监管，则需要用4至5台摄像头同时拍摄，成本较高，识别率仅达80%～90%，雨雾中识别率还要低，影响到整个供应链的效率。

而物联网中的RFID等技术作为前端的自动识别与数据采集技术在物流的各主要作业环节中应用，可以实现物品跟踪与信息共享，极大地提高物流企业的运行效率，实现可视化供应链管理，在物流行业有着巨大的应用空间和发展潜力，在物流信息化中占有举足轻重的地位。

通过以上分析，应用物联网中的RFID等技术来构建一个集装箱管理系统，能够对集装箱运输的物流和信息流进行实时跟踪，从而消除集装箱在运输过程中可能产生的错箱、漏箱事故，加快通关速度，提高运输安全性和可靠性，从而全面提升集装箱运输的服务水平。

系统设计

典型的基于RFID技术的物联网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、全球定位系统、激光扫描系统和通信系统等组成，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。集装箱上的电子标签可以记录固定信息，包括序列号、箱号、持箱人、箱型、尺寸等；还可以记录可改写信息，如货品信息、运单号、起运港、目的港、船名航次等。

整个物联网应用可以分为三层：第一层是传感网络，即以二维码、RFID、传感器为主，实现对集装箱等物品的识别；第二层是传输网络，即使通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算；第三层是应用网络，即输入输出控制终端，可基于现有的手机、个人电脑等终端进行。

2.2.1 EPC系统的构成

EPC系统是一个非常先进的、综合性的和复杂的系统。其最终目标是为每一集装箱等物品建立全球的、开放的标识标准。它由EPC编码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分组成, 主要包括6个方面：

表1 EPC系统的构成

1) EPC编码标准。EPC编码是EPC系统的重要组成部分,它是对实体及实体的相关信息进行代码化，通过统一并规范化的编码建立全球通用的信息交换语言。EPC 编码是EAN.UCC 在原有全球统一编码体系基础上提出的新一代的全球统一标识的编码体系,是对现行编码体系的一个补充。

2) EPC标签：EPC标签由天线、集成电路、连接集成电路与天线的部分、天线所在的底层四部分构成。EPC码是存储在RFID标签中的唯一信息。

3) 射频读写器。在射频识别系统中,射频读写器是将标签中的信息读出，或将标签所需要存储的信息写入标签的装置。射频读写器是利用射频技术读取标签信息、或将信息写入标签的设备。读写器读出的标签的信息通过计算机及网络系统进行管理和信息传输。

4) EPC中间件( Savant)：每件产品都加上RFID标签之后,在产品的生产、运输和销售过程中,读写器将不断收到一连串的产品电子编码。整个过程中最为重要、同时也是最困难的环节就是传送和管理这些数据。Auto- ID中心提出一种名叫Savant的软件中间件技术，相当于该新式网络的神经系统，负责处理各种不同应用的数据读取和传输。

5) 对象名解析服务( Object Name Service，简称ONS)，类似于互联网中的DNS。EPC 标签对于一个开放式的、全球性的追踪物品的网络需要一些特殊的网络结构。因为标签中只存储了产品电子代码,计算机还需要一些将产品电子代码匹配到相应商品信息的方法。这个角色就由对象名称解析服务担当，它是一个自动的网络服务系统。

6) 实体标记语言( Physical Markup Language，简称PML)，类似于互联网中的标记语言。EPC识别单品,但是所有关于产品有用的信息都用PML所书写, PML是基于为人们广为接受的可扩展标识语言(XML)发展而来的。PML提供了一个描述自然物体，过程和环境的标准,并可供工业和商业中的软件开发、数据存储和分析工具之用。它将提供一种动态的环境, 使与物体相关的静态的、暂时的、动态的和统计加工过的数据可以互相交换。因为它将会成为描述所有自然物体、过程和环境的统一标准，PML的应用将会非常广泛，并且进入到所有行业。

物联网的层次关系

物联网层次关系图

物联网的信息流程

EPC系统在工作时，先由读写器通过天线发送一定频率的射频信号, 当EPC标签进入读