物联网在集装箱运输中的应用及案例分析

物联网在集装箱运输中的应用及案例分析

关键词：物联网；RFID；物流；EPC

第一章概述

1.1关于物联网

1.1.1物联网定义

物联网的概念起源于1995年比尔盖茨写的《未来之路》一书，但迫于当时无线网络等硬件和软件的发展，并未引起重视。时至2005年，国际电信联盟在突尼斯举行的信息社会世界峰会上正式发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，才有了正式的物联网概

念。

物联网（The Internet of things）：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

按字面意思理解，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。

1.1.2物联网原理

物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。

而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。

图1.1 物联网展望图

从图1.1可以看出，通过RFID、GPS等技术，所有物品都将赋予生命，人们可以随时随地通过手中的终端了解到任何物品的状况等信息，也将使得人类生活水平越加高质量。此外，物联网概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT

基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在物联网时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活等。

1.1.3物联网、RFID和EPC三者关系

EPC跟条码一样，产品电子码用一串数字代表产品制造商和产品类别。不同的是EPC 还外加了第三组数字，标识每一件单品。存储在EPC标签微型晶片中的唯一资讯就是这些数字。EPC还可以与数据库里的大量数据相联系，包括产品的生产地点和日期，有效日期，应该运往何地等等。而且，随着产品的转移或变化，这些数据可以进行实时更新。

由于技术与经济发展水平的限制，早期的RFID标签是由集成电路板卡制成。由于体积大，成本高，只能应用于托盘、货架和集装箱上，只有极少数的用户使用。而基于EPC的RFID标签采用微型芯片存储信息，并用特殊薄膜封装技术，体积大大缩小，随着技术改进和推广应用，成本不断降低，且能够给每个物品唯一的身份。

EPC系统（物联网）是在计算机互联网和射频技术RFID的基础上，利用全球统一标识系统编码技术给每一个实体对象一个唯一的代码，构造了一个实现全球物品信息实时共享的“Internet of things”。它将成为继条码技术之后，再次变革商品零售结算、物流配送及产品跟踪管理模式的一项新技术。

从以上分析可以看出，EPC是存储在RFID标签中的唯一信息，是RFID标签的编码基础，而RFID技术是EPC系统的技术构成之一，整个EPC系统构成了物联网。三者之间的关系如图1.2所示：

EPC系统，即物联网

RFID

技术

EPC

图1.2 三者关系图

第二章解决方案

2．1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：

u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。

u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。

2．2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