射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification,簡(jiǎn)稱RFID）技術(shù)是從20 世紀(jì)80 年代走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別目的。而現(xiàn)在的世界海運(yùn)系統(tǒng)存在明顯的缺陷，無法滿足世界運(yùn)輸界對(duì)集裝箱運(yùn)輸?shù)陌踩匀找嬖龈叩囊?nbsp;。基于射頻識(shí)別技術(shù)的集裝箱的智能化為這一現(xiàn)狀提供了很好的契機(jī)，所以基于射頻識(shí)別技術(shù)的智能集裝箱成為新的發(fā)展趨勢(shì)。 

1. RFID 技術(shù)及系統(tǒng) 

RFID系統(tǒng)是利用感應(yīng)、無線電波或微波能量進(jìn)行非接觸雙向通信, 實(shí)現(xiàn)識(shí)別和交換數(shù)據(jù)目的的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù), 識(shí)別工作無需人工干預(yù)。作為條形碼的無線版本, RFID 技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離遠(yuǎn)、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)。射頻識(shí)別技術(shù)是從20 世紀(jì)80 年代走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù), 進(jìn)入90 年代以來得到了極為迅速發(fā)展。如今R FID 的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛: 人員出入門禁監(jiān)控、管制; 可回收資產(chǎn)管理; 物流運(yùn)輸?shù)呢浳锕芾? 不停車收費(fèi);公交智能卡等等。本文將主要介紹射頻識(shí)別技術(shù)及其在實(shí)現(xiàn)智能集裝箱里的應(yīng)用。 

典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)包括兩部分: 它們是射頻卡、讀寫器。射頻卡也稱應(yīng)答器或電子標(biāo)簽, 它的幾個(gè)主要模塊集成到一塊芯片中，完成與讀寫器的通信, 芯片上的內(nèi)存部分用來儲(chǔ)存識(shí)別號(hào)碼或其它數(shù)據(jù), 如集裝箱號(hào)、集裝箱型號(hào)、貨物類別等。芯片外圍僅需要連接天線( 和電池) , 可以作為集裝箱的識(shí)別卡或貨物的標(biāo)識(shí)卡。讀寫器也稱收發(fā)器或詢問器, 它由發(fā)射單元、接收單元、信號(hào)處理控制單元和電源等組成。它通過天線向RFID 卡發(fā)送射頻調(diào)制信號(hào)( 也稱詢問信號(hào)) , 同時(shí)通過天線接收從RFID 卡返回的載有RFID 卡中信息的射頻調(diào)制信號(hào)( 也稱應(yīng)答信號(hào)) ,經(jīng)處理后傳給智能控制設(shè)備。 

1.1 RFID 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 
與其它自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，例如條形碼識(shí)別技術(shù)相比，RFID技術(shù)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 
1） RFID的閱讀器能透過泥漿、污垢、油漆涂料、油污、木材、水泥、塑料、水和蒸汽等非金屬材料閱讀標(biāo)簽，不必一定與標(biāo)簽直接接觸，這使電子標(biāo)簽成為骯臟、潮濕和刺目等惡劣環(huán)境下閱讀的理想選擇； 
2） RFID的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、數(shù)據(jù)可隨時(shí)更新，特別適合于儲(chǔ)存大量數(shù)據(jù)或在所需儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)經(jīng)常需要改變的情況下使用； 
3） RFID和條形碼的主要區(qū)別是數(shù)據(jù)被電子化儲(chǔ)存在RFID 標(biāo)簽的存儲(chǔ)單元內(nèi)。采用專用芯片的RFID讀卡機(jī)能根據(jù)每件貨物唯一的序列標(biāo)識(shí)號(hào)來進(jìn)行識(shí)別， 并可以進(jìn)行密鑰認(rèn)證，保障數(shù)據(jù)安全； 
4） RFID實(shí)現(xiàn)了“ 免接觸”，不需要直線瞄準(zhǔn)掃描操作，讀寫速度快，讀取距離大。因此RFID 技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。例如用在工廠的流水線上跟蹤部件或產(chǎn)品，長(zhǎng)距射頻產(chǎn)品可用于自動(dòng)收費(fèi)或識(shí)別車輛身份、集裝箱的信息等交通運(yùn)輸上，識(shí)別距離達(dá)幾十米； 
5） RFID的體積小、易封裝， 外形多樣（ 如卡狀、環(huán)狀、鈕扣形、筆形等）， 可以隱藏或者嵌入在大多數(shù)材料或產(chǎn)品內(nèi)， 使被標(biāo)記的貨品更加美觀。可應(yīng)用于不同場(chǎng)合，使用非常方便； 
6）RFID的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)10 年以上， 讀寫10 萬次，無機(jī)械磨損、無機(jī)械故障，可在惡劣環(huán)境下使用， 工作溫度：-25℃～+70℃以內(nèi)； 
7） RFID的編號(hào)獨(dú)一無二， 而且可以加入防偽識(shí)別碼（ 如編碼的最后一位可以設(shè)置防偽數(shù)位，它需要使用前面編碼數(shù)字， 通過一種加密運(yùn)算得出），只要通過聯(lián)網(wǎng)或生產(chǎn)廠的防盜識(shí)別設(shè)備掃描，立即可以分辨產(chǎn)品的真?zhèn)巍?nbsp;

RFID具有讀寫速度快，讀取距離遠(yuǎn)， 數(shù)據(jù)容量大等特點(diǎn)，這一技術(shù)應(yīng)用在物流過程和供應(yīng)鏈管理之中，將會(huì)帶來流通和交易成本的減少和管理水平的提高，對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能集裝箱將發(fā)揮重大作用。 

1.2 RFID 系統(tǒng)的組成 
RFID系統(tǒng)有限量的后臺(tái)計(jì)算機(jī)，若干的讀寫器、閱讀器及電子標(biāo)簽組成。其中，電子標(biāo)簽是物品識(shí)別的載體，其內(nèi)部存放著物品的相關(guān)信息；讀寫器和閱讀器是系統(tǒng)的中間設(shè)備，他們通過射頻信號(hào)同電子標(biāo)簽進(jìn)行近距離通行，從而識(shí)別標(biāo)簽指代的物品信息，通過接口把信息匯總給后臺(tái)計(jì)算機(jī)，讀寫器和閱讀器的區(qū)別在于，讀寫器可以對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作，而閱讀器只能讀取標(biāo)簽內(nèi)部存放的信息；后臺(tái)計(jì)算機(jī)分析從中間設(shè)備傳來的信息，負(fù)責(zé)管理整個(gè)標(biāo)簽系統(tǒng)的正常工作。 

RFID系統(tǒng)的硬件組成包括電子標(biāo)簽和電子標(biāo)簽讀寫器兩個(gè)部份，如圖1所示[1]。讀寫器通過射頻信號(hào)同電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，系統(tǒng)通過讀寫器給電子標(biāo)簽發(fā)送指令，并通過讀寫器分析電子標(biāo)簽返回的有關(guān)信息；電子標(biāo)簽是應(yīng)答器，用來響應(yīng)讀寫器的指令，并報(bào)告處理結(jié)果。電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片兩部份組成。標(biāo)簽天線是讀寫器和標(biāo)簽芯片之間進(jìn)行信號(hào)和能量傳遞的中介。標(biāo)簽芯片則根據(jù)讀寫器的指令，作出相應(yīng)的操作和響應(yīng)。 

1.3 RFID 系統(tǒng)的工作流程 
讀寫器(閱讀器)上電復(fù)位后，首先對(duì)各功能模塊進(jìn)行初始化，然后發(fā)出詢卡/ 應(yīng)答的指令。當(dāng)標(biāo)簽芯片位于讀寫器(閱讀器)的有效工作范圍之外，標(biāo)簽芯片處于無電狀態(tài)，不能進(jìn)行任何操作。當(dāng)其進(jìn)入讀寫器(閱讀器)的有效工作范圍，標(biāo)簽芯片上電復(fù)位，進(jìn)入等待狀態(tài)，在此狀態(tài)下，標(biāo)簽芯片可以正確接收和響應(yīng)讀寫器(閱讀器)所發(fā)送的詢卡/ 應(yīng)答指令，并進(jìn)行相互認(rèn)證(如圖2所示)[2]。 

如果在從詢卡/應(yīng)答認(rèn)證過程中發(fā)生錯(cuò)誤，讀寫操作將不能進(jìn)行。 

相互認(rèn)證通過之后，讀寫器向電子標(biāo)簽發(fā)出讀、寫、增加、減少、恢復(fù)、傳輸、停止等指令。 

電子標(biāo)簽一方面將讀寫器的指令接受、識(shí)別，另一方面對(duì)當(dāng)前的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)滿足指令執(zhí)行的條件，就經(jīng)過指令譯碼，執(zhí)行讀寫器指定的操作，并返回相應(yīng)的處理結(jié)果，并將工作狀態(tài)返回至初始狀態(tài)。 

如果電子標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)指令不滿足執(zhí)行條件，電子標(biāo)簽將向讀寫器發(fā)出錯(cuò)誤的信息，并將工作狀態(tài)返回至初始狀態(tài)。 

讀寫器要再對(duì)該卡進(jìn)行操作，只有從發(fā)送詢卡/ 應(yīng)答指令開始，直到所有的步驟滿足條件并執(zhí)行為止。讀寫器與電子標(biāo)簽之間的通信主要包括如下內(nèi)容： 
(1)復(fù)位應(yīng)答：標(biāo)簽的通信協(xié)議和通信的波特率是定義好的，通過這兩項(xiàng)內(nèi)容，讀寫器與標(biāo)簽相互驗(yàn)證，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的操作范圍時(shí)，讀寫器以特定的協(xié)議與它通信，從而確定卡片的類型。 
(2)防沖突閉合機(jī)制：當(dāng)有多張卡在讀寫器的操作范圍內(nèi)時(shí)，防沖突閉合電路首先從眾多卡中選擇其中的一張作為下一步處理的對(duì)象，而未選中的卡則處于空閑模式以等待下一次被選擇，該過程返回一個(gè)被選中的卡的序列號(hào)。 
(3)選擇卡片：選擇被選中的卡的序列號(hào)。 
(4)相互確認(rèn)：讀寫器與卡片相互認(rèn)證，然后進(jìn)行通訊。 
(5)指令操作：相互確認(rèn)后可以進(jìn)行讀，寫，加，減，傳輸，存儲(chǔ)，暫停操作。 

2. 智能集裝箱 

近年來，集裝箱運(yùn)輸不斷發(fā)展，并發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)成為世界貨物運(yùn)輸最主要的方式。根據(jù)海關(guān)的統(tǒng)計(jì)，世界上90%的貨物由集裝箱運(yùn)輸，在美國(guó)，差不多一半的進(jìn)口貨物（按價(jià)值計(jì)算）是使用集裝箱船運(yùn)抵的。每年約有700 萬TEU 的集裝箱貨物在美國(guó)各港口卸貨。但是，隨著世界海運(yùn)的發(fā)展，對(duì)貨物運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可控性和安全性的要求越來越高，現(xiàn)在集裝箱運(yùn)輸系統(tǒng)存在的缺陷，如無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)作業(yè)、無法隨時(shí)獲知貨物的情況、無法實(shí)時(shí)確定集裝箱在整條供應(yīng)鏈中所處的位置等，也越來越多地制約了世界海運(yùn)的蓬勃發(fā)展。 

2.1 智能集裝箱的概念 
所謂智能集裝箱通常是在設(shè)備的外部和內(nèi)部均使用或者加裝多個(gè)主動(dòng)RFID 產(chǎn)品（主動(dòng)式電子標(biāo)簽內(nèi)部自帶電池，工作可靠性高，信號(hào)傳送距離遠(yuǎn)。在結(jié)合GPS 技術(shù)后，能在集裝箱狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)實(shí)時(shí)將狀態(tài)變化發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)以及周圍的環(huán)境信息傳輸?shù)截浿骰蚬芾砣藛T的機(jī)器上去，實(shí)現(xiàn)集裝箱的實(shí)時(shí)跟蹤），包括一張電子封條，一張傳感器封條，這些標(biāo)簽可以貼在運(yùn)輸貨物的集裝箱上，而這些標(biāo)簽?zāi)軌螂S時(shí)將集裝箱的一些關(guān)鍵信息如位置、安全狀況、燈光、溫度和濕度的變化傳給讀取器網(wǎng)絡(luò)，讀取器網(wǎng)絡(luò)收集、過濾獲得RFID 的信息，并將有效信息輸送到TSS 系統(tǒng)（Transportation Security System 交通安全信息系統(tǒng)）。發(fā)貨人通過TSS 系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)貨物的追蹤，了解貨物的及時(shí)方位、狀態(tài)和安全狀況。 

2.2 智能集裝箱系統(tǒng)的作業(yè)流程 
智能集裝箱系統(tǒng)目前還沒有真正廣泛應(yīng)用，如想在海運(yùn)行業(yè)內(nèi)推廣，還要進(jìn)行現(xiàn)有系統(tǒng)集裝箱改造，新設(shè)備加裝，技術(shù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等諸多步驟的努力。現(xiàn)在以在門到門運(yùn)輸模式下，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)加裝RFID設(shè)備的簡(jiǎn)單模式為例，說明智能集裝箱系統(tǒng)的作業(yè)流程（參見圖3）。 

1、 發(fā)貨人端 
在發(fā)貨人端，出口集裝箱裝箱完成作業(yè)后，須在集裝箱上加裝RFID電子標(biāo)簽并以手持終端機(jī)啟動(dòng)RFID電子標(biāo)簽，再由集裝箱運(yùn)輸公司將集裝箱運(yùn)往碼頭集裝箱堆場(chǎng)。 
2、 集裝箱裝船港 
待集裝箱進(jìn)入港口后，系統(tǒng)透過RFID讀取器實(shí)時(shí)記錄集裝箱到達(dá)的時(shí)間與集裝箱的安全狀態(tài)，并適時(shí)將信息以GPRS傳輸方式傳送至TSS系統(tǒng)。同時(shí)，必須通過網(wǎng)絡(luò)登錄事先預(yù)設(shè)的賬戶，并在TSS系統(tǒng)上維護(hù)測(cè)試集裝箱的艙單資料。集裝箱進(jìn)場(chǎng)信息經(jīng)過碼頭集裝箱場(chǎng)的港口管理系統(tǒng)確認(rèn)后，集裝箱場(chǎng)的集裝箱監(jiān)控作業(yè)就開始由RFID監(jiān)控讀取器進(jìn)行全程監(jiān)控。當(dāng)集裝箱開始裝船作業(yè)時(shí)，架設(shè)在船邊的龍門起重機(jī)上的RFID讀取器記載集裝箱裝船作業(yè)的時(shí)間，同時(shí)確認(rèn)該集裝箱的安全狀態(tài)，確保裝船的集裝箱為安全狀態(tài)，之后集裝箱船即經(jīng)海運(yùn)路線駛往目的港。 
3、 集裝箱卸船港 
集裝箱船進(jìn)港停靠碼頭后，經(jīng)由卸貨龍門起重機(jī)將集裝箱調(diào)至集裝箱場(chǎng)后，又現(xiàn)場(chǎng)的安全作業(yè)人員已手持終端機(jī)取得集裝箱到港的信息。 
4、 收貨人端 
在門到門運(yùn)輸模式下，集裝箱被直接運(yùn)送到收貨人所在位置。收貨人在收到集裝箱之后，直接剪斷電子標(biāo)簽的插拴，完成集裝箱的安全旅程。 

因此智能集裝箱必須具備以下三大基本功能：能夠在集裝箱現(xiàn)場(chǎng)密切監(jiān)督和自動(dòng)報(bào)告企圖非法入侵集裝箱內(nèi)部的任何人的活動(dòng)，并且正確顯示這種入侵活動(dòng)并未經(jīng)過任何權(quán)威部門的事先批準(zhǔn)；能夠在法律和現(xiàn)場(chǎng)允許的條件下，向愿意支付有關(guān)信息費(fèi)用的當(dāng)事人提供其供應(yīng)鏈內(nèi)的動(dòng)態(tài)和具體位置；能直接從集裝箱內(nèi)對(duì)外發(fā)送有關(guān)集裝箱的艙單、提單和裝箱單等有關(guān)數(shù)據(jù)。 

2.3 智能集裝箱整體設(shè)計(jì) 
智能集裝箱是由電子標(biāo)簽和閱讀器兩個(gè)子系統(tǒng)組成。其中電子標(biāo)簽安裝在集裝箱上。功能是用于存儲(chǔ)集裝箱標(biāo)識(shí)信息、集裝箱裝載貨物信息、提單信息等；閱讀器則用于讀寫集裝箱上的電子標(biāo)簽。 

智能集裝箱的信息處理流程包括道口信息處理流程（如圖4所示），也即是集裝箱進(jìn)場(chǎng)過程，還包括港口信息處理流程（如圖5所示）,也即是集裝箱出港過程。 

3. 結(jié)束語(yǔ) 

我們都知道射頻識(shí)別技術(shù)是一個(gè)新興的技術(shù), 它的出現(xiàn)勢(shì)必帶動(dòng)和加速物流、倉(cāng)儲(chǔ), 交通等行業(yè)的信息化進(jìn)程。隨著此技術(shù)的進(jìn)步, 存在這樣幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì): 在標(biāo)簽方面, 有效距離遠(yuǎn)、無線可讀寫性能更加完善、適合高速移動(dòng)載體識(shí)別、智能性更強(qiáng)、成本更低等將是新一代標(biāo)簽的特征; 在閱讀器方面, 小型化、便攜式、嵌入式、模塊化、多種模式兼容的讀寫設(shè)備是主要研究的對(duì)象; 而系統(tǒng)方面, 安全性更高、智能化和遠(yuǎn)距離的識(shí)別系統(tǒng)將會(huì)更受關(guān)注, 并且期待出現(xiàn)一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一整個(gè)RFID的應(yīng)用, 增強(qiáng)國(guó)際化。相信隨著中國(guó)市場(chǎng)開放力度的不斷加強(qiáng), 國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)在不同方面都將體現(xiàn)出大的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。口岸作為我國(guó)進(jìn)出口貿(mào)易的門戶, 其建設(shè)、發(fā)展和管理將成為推動(dòng)我國(guó)科技與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。加強(qiáng)口岸科技水平、實(shí)現(xiàn)口岸信息化是發(fā)展經(jīng)濟(jì)和加速進(jìn)出口貿(mào)易的必然趨勢(shì)和必要條件, 它體現(xiàn)了當(dāng)代最先進(jìn)的管理思想和管理理念, 是衡量市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、現(xiàn)代化程度、綜合實(shí)力和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)能力的重要標(biāo)志, 重視口岸信息化建設(shè), 注重應(yīng)用信息技術(shù)已成為全世界的共識(shí)。在極具代表性的港口物流中,只有加快研究和應(yīng)用集裝箱智能標(biāo)簽, 才能縮小我國(guó)與世界先進(jìn)水平之間的差距, 為打造信息化、智能化的我國(guó)現(xiàn)代國(guó)際港口提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ), 使得我們能夠從容面對(duì)急速發(fā)展的港口物流業(yè)的挑戰(zhàn)。 

參考文獻(xiàn) 
[1] 游戰(zhàn)清、李蘇劍編著，無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）理論與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社 
[2] （德）份肯澤樂(Finkenzeller,K.)著；陳大才編譯，射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)—無線電感應(yīng)的應(yīng)答器和非接觸IC卡的原理與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2001.6