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RFID电子标签在集装箱港站中的应用研究

1引言
随着当今物流业的发展，我国在全路已经形成集装箱站网体系，并正在与国际集装箱运输接轨，逐步走向更加成熟发展阶段。而物流行业的信息量密集度在集装箱货运运输领域尤为突出，信息化管理需求更加迫切。在信息化技术中，近年来新兴的基于射频识别技术（Radi。FrequencyIdentification,RFID)的电子标签自动识别及管理系统，已经在集装箱物流信息化中起着尤为重要的作用。根据实现的方式不同，RFID可分为两类-有源RFID和无源RFID。目前，在集装箱物流信息系统中，使用有源RFID电子标签或者无源RFID电子标签，也存在着广泛的争议。
2RHD电子标签的特点分析
RFID电子标签的特点见表1。
表1RFID特点分析
RHD电子标签的特点 有源 无源
重量轻，体积小，寿命长 V
价格便宜，且不需要维护 V
工作时，不受方向的限制 V
读取距离远，识读率高，可在高速情况下较好的识读 V
对恶劣环境的适应力强 V
工作时，不会产生数据干扰 V
由于有源标签都是自带电源，受电池、单片机等体积较大的器件影响，故封装成卡片以后一般比较厚，且价格较无源标签要昂贵；同时有源标签的寿命依赖于电池，还需要维修保护，不像无源标签的寿命基本在10年以上并且不需要维护；但是有源标签采取的是主动丁作的方式，以自身电池所供给的电能不断地&.射频识别信号，而不是像无源标签工作时那样,必须进人质商电磁场(interrogatingfield)内先感应读写器发出的电磁波用来转换为自身工作所需要的电能，再发出射频识别信号。有源标签发出的射频信号功率较大、速度快、信号稳定，因此其读取距离远、识读率高、可在高速情况下较好的识读,而且工作时不具有方向性。
但是在作业时，经常出现一个有源电子标签阅读器的识别区域内，同时出现多个待识别的有源电子标签的情况。这样，会造成数据相互干扰冲突，导致数据丢失，甚至发生错误识别。在这个方面,无源电子标签的优势就非常明显。
3RFID在集装箱管理中的作用
2008年，上海港成为我国第一个使用集装箱电子标签的港口。首先,使用集装箱电子标签后，通过网络便可以及时掌控集装箱信息，为整个集装箱物流运输过程中的所有客户服务;其次，在港到港的过程中，装箱点的工作人员通过PDA将数据输人到RFID标签内,所有的数据就直接进入了网站。在这个系统中，应用RFID电子标签可以实现向各个集装箱站点提供箱信息、货物信息、安全信息及运输信息的实时査询，记录每次开关箱的时间、地点，对于没有经过授权的操作进行实时报警，并对不安全的事件进行追踪，实现集装箱运输的全过程数据交换。
RFID电子标签在集装箱领域的应用，一方面缩短了集装箱的进港通关时间，改变了集装箱卡车在道口排队等候的现状,大大提高了集装箱运输的效率;另一方面规范和统一了集装箱的信息管理,避免了集装箱在运输过程中的错箱、漏箱，减少了港口企业的机械运行成本以及船舶的待港停留时间。RFID电子标签可以作为一个载体，将信息加密、物品编码、数字签名等技术相结合，为每一个集装箱生成一个唯一的编码，通过阅读器可方便读取相关的各种信息，包括安全状态信息、流转信息等，对集装箱的安全管理和物流状态实行有效监控，可便于货主时刻查询运输状态。
4集装箱领域应用RFID电子标签存在的问题
4.1集装箱运输环境对RFID电子标签应用性能指标的影响
RFID电子标签在集装箱物流运输中的应用具有很强的特殊性,具体体现在以下几点：
(l)RFID标签的动态读取。由于集装箱的流通速度比较快，其信息必须能够远距离访问，因此，RFID电子标签必须具有识别速度高、距离远、准确率高等特性。有源电子标签在这方面的优势大大高于无源电子标签，但是容易出现邻道干扰等问题。
(2)工作环境的影响。RFID电子标签与普通的电子标签工作环境不同，它需随集装箱在海上、码头、堆场等场所流动。所以标签在设计和封装时必须考虑以下因素：
①温度的要求:集装箱作业是全天候的，且工作环境温度高、温差大;②湿度的要求:港口集装箱运输的大部分时间都是在海上(或者内河中)完成，因此RFID电子标签必须能够在湿度很高(35%~80%)的环境下工作；③紫外线照射：长时间、高强度的紫外线照射会加速标签外壳塑料的老化;④酸碱腐蚀及振动冲击:集装箱作业大部分时间都在码头和海上，这种环境要求标签必须抗酸碱腐蚀，同时封装结构和材料要抗振动撞击。
无源电子标签在这方面的优势大大优于有源电子标签，因为其自身不携带电源，不需要特别的维护，所以对恶劣环境的适应力较强。
4.2RFID电子标签受集装箱金属面的影响分析
RFID标签是直接附于集装箱金属表面上的，由于金属表面对人射的电磁波有反射作用，会将部分较强的反方向电磁波也反射穿过电子标签。而人射波与反射波相位叠加后将会抵消一部分，使得强度大大削弱，严重影响阅读器对RFID标签的读取距离，甚至无法读取数据，如图1所示。
金属反射干扰波 卡片间传波
金属板 卡天线 读写器
图1在金属表面标签工作时电磁波传输示意图
解决集装箱金属面对标签影响的方法是提高天线和金属面的相对高度。随着相对高度的增加，合成场信号矢量将逐渐增强,到相对高度达到波长的1/4时，合成场信号矢量达到最大，并可获得3cffi增益。而RFID电子标签贴附于集装箱金属面上时，标签和金属面之间的距离很小，可抬高的空间有限，达不到要求。这就需要在电子标签与金属表面间插入一种隔离介质,通常的做法是把隔离介质与电子标签封装成一体，从而形成防金属电子标签。
5集装箱管理方面应用RFID技术存在的问题
虽然RFID技术在部分港口集装箱运输中进行了试点和研究’但在全球还没有投人大规模的应用,这在经济全球化的今天是远远不够的。目前该项技术之所以推广较为缓慢，是由于存在以下问题。
5.1系统标准问题
虽然巳经出台了集装箱电子标签的国际标准，我国也在1999年制定了《集装箱自动识别》的标准，但均未得到有效推广，这便制约着国内集装箱自动识别系统的企业开发相关的RFID技术软硬件产品。这些产品包括集装箱电子标签、电子车牌、读写器、电子关锁及集装箱后台管理系统等。而这些产品又是RFID技术应用在集装箱管理中的核心产品。
5.2成本问题
RFID技术的应用，给相关企业带来两方面费用支出：一是购置RFID相关设备如标签、读写器等，二是对基础系统的改造。目前，RFID系统的投资较大，且没有规模化的应用在集装箱运输中，导致该技术在集装箱港站的使用成本还很高，很大程度的制约了贸易公司、海关、港口和第三方物流公司使用RFID技术的积极性。
5.3安全问题
安全问题包含两方面，标签的内容安全和标签的位置安全。集装箱电子标签是可以重复使用的,在集装箱的整个生命周期中不能失效。虽然集装箱在使用RFID电子标签后，能够加快集装箱运输系统中相关企业之间的信息传递，提高物流的整体服务质量，但或许犯罪分子也能够通过某种高科技手段获取电子标签内的隐含信息，利用这些信息获得或破坏电子标签的密码。因此，用于集装箱运输系统中的RFID电子标签要避免非系统内的阅读器读取，即标签要能够自动辨识阅读器，来决定是否将自身携带的信息发送给该阅读器。只有做到这样,电子化的集装箱管理才会更加安全。
5.4成熟度问题
目前，国内对于RFID技术应用在港口集装箱领域还处于试点和研究阶段，一些相关的产品还不成熟，这使得客户对该技术的使用还存在诸多顾虑。虽然已有少数的REID技术厂商研发出RFID集装箱的相关产品，但大多使用在一些港口的示范性工程中，与真正的规模化应用相比，还存在很大的差距。
6RFID在集装箱领域的发展建议
为了提高集装箱运输的信息化和管理水平，采用RFID电子标签是今后的发展趋势，它不仅能够实现对集装箱自动识别和对物流过程中的信息实时跟踪，消除错箱和漏箱’大大提高集装箱的通关速度、运输的工作效率，而且增强了集装箱在运输中的安全可靠性，从而全面提升集装箱运输的服务水平，能够真正构建具有国际化先进水平的集装箱信息数字化港口。目前，国际集装箱行业尚未形成集装箱RFID电子标签相关的国际标准，这正是我国集装箱信息化与国际先进水平缩短差距的一个重要时机，推广和应用集装箱RFID电子标签迫在眉睫。通过本文前面对有源和无源RFID电子标签的分析，提出以下几点发展建议：
6.1根据我国国情，应大力发展有源RHD电子标签
从我国和世界国际集装箱发展趋势来看，大力推进海铁联运、水水联运、水公联运将是我国集装箱运输进一步快速发展的必由之路。同时铁路在我国的运输中占有极其重要的地位，且相对于公路运输来讲，具有适宜于较长距离和成本较低的特殊优势，所以，加快推进海铁联运，将是未来我国国际集装箱发展的重要抉择。而这种多式联运方式的发展，最重要的便是集装箱的运输效率。有源RFID电子标签恰好具备很多特性，例如识别不具有方向性，读取距离远，数据传输方便，数据加密性等;而无源电子标签的优势相对较弱。但是，由于有源RFID电子标签自身携带电池，本身价格很高，再加上阅读器、工作人员配备的手持设备也价格昂贵,所以，目前如何解决有源RFID电子标签对恶劣环境的适应能力，延长寿命，降低成本等是我国迫切需要解决的问题。
6.2为制定我国的RFID空中接口标准奠定基础
我国企业和行业联手制定RFID空中接口标准，并开发基于此空中接口标准的芯片无论是从国家安全，还是从国家和企业的利益角度，都是完全有必要的，否则沦落到我国要为每
网络与信息化
件货品付RFID专利的地步是谁都不愿意看到的。所以，我国应该考虑参考国际标准及频率，从而制定自己的标准。
6.3开发拥有自主知识产权的RFID芯片
我国目前从事RFID行业，有一定技术实力的公司较少。即使在如此形势下’彼此之间也没有一种合作、联合和开阔的胸怀来做大我国的RFID产业，来研发我国完全自主知识产品的RFID芯片。在这一点上，国家层面完全有必要组织国内一些有实力的微电子强势企业与高校院所一起，用支持中国龙芯的力度来支持我国的RFID芯片研发。没有拥有自主知识产权的RFID芯片，谈中国在RFID上的作为，谈国际标准的制定与主导,谈中国在RFID中的一席之地，谈RFID战略规划，都将只是空中楼阁。
6.4抢占RFID的大规模应用行业,形成事实标准
全球90%的集装箱在我国生产，而且比例还在增长，可以说全球集装箱基本都在我国生产。每年我国的集装箱产量在300万TEU以上，集装箱的寿命一般在10年，全球集装箱保有量在3000万TEU。而目前集装箱电子标签的应用还处于试验阶段，要进人大规模应用，还需要解决电子标签的根本问题，那就是集装箱在生产时,将电子标签作为一个标准部件固定在集装箱上，才能推动RFID技术在集装箱物流中的应用。
7结论
RFID电子标签在集装箱领域的广泛应用是未来的趋势。本文首先分析了有源和无源电子标签的性能及优缺点，RFID在集装箱管理中的作用;其次,探讨了RFID电子标签在集装箱的应用及管理方面存在的问题;最后，提出了一些发展建议。可以看出，在一些集装箱流通量不大的港站，无源电子标签还是具有不可取代的优势。虽然有源电子标签存在价格高、寿命短、需要维护等不足，但是在未来的信息化物流系统中，它是不可或缺的一部分。它能够加快集装箱的流通速度，信息交换便捷度，更加有利于我国集装箱运输的国际化。而随着科学技术的发展,我国RFID芯片的自主研发，有源电子标签的一些不足将会被逐一解决，能够提供更好地服务。希望本文的研究对RFID技术在集装箱领域的广泛应用，起到一定的借鉴作用。

本文参考资料：全国物流网：