射頻識別（Radio Frequency Identification,簡稱RFID）技術是從20 世紀80 年代走向成熟的一項自動識別技術。它利用射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達到識別目的。而現(xiàn)在的世界海運系統(tǒng)存在明顯的缺陷，無法滿足世界運輸界對集裝箱運輸?shù)陌踩匀找嬖龈叩囊?nbsp;?；谏漕l識別技術的集裝箱的智能化為這一現(xiàn)狀提供了很好的契機，所以基于射頻識別技術的智能集裝箱成為新的發(fā)展趨勢。 

1. RFID 技術及系統(tǒng) 

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

典型的射頻識別系統(tǒng)包括兩部分: 它們是射頻卡、讀寫器。射頻卡也稱應答器或電子標簽, 它的幾個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)存部分用來儲存識別號碼或其它數(shù)據(jù), 如集裝箱號、集裝箱型號、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別卡或貨物的標識卡。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)送射頻調制信號( 也稱詢問信號) , 同時通過天線接收從RFID 卡返回的載有RFID 卡中信息的射頻調制信號( 也稱應答信號) ,經(jīng)處理后傳給智能控制設備。 

1.1 RFID 技術的優(yōu)點 
與其它自動識別技術，例如條形碼識別技術相比，RFID技術主要有以下幾個優(yōu)點： 
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簽，不必一定與標簽直接接觸，這使電子標簽成為骯臟、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)存儲容量大，標簽上數(shù)據(jù)可以加密、數(shù)據(jù)可隨時更新，特別適合于儲存大量數(shù)據(jù)或在所需儲存的數(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)被電子化儲存在RFID 標簽的存儲單元內(nèi)。采用專用芯片的RFID讀卡機能根據(jù)每件貨物唯一的序列標識號來進行識別， 并可以進行密鑰認證，保障數(shù)據(jù)安全； 
4） RFID實現(xiàn)了“ 免接觸”，不需要直線瞄準掃描操作，讀寫速度快，讀取距離大。因此RFID 技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，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，長距射頻產(chǎn)品可用于自動收費或識別車輛身份、集裝箱的信息等交通運輸上，識別距離達幾十米； 
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)， 使被標記的貨品更加美觀。可應用于不同場合，使用非常方便； 
6）RFID的使用壽命可長達10 年以上， 讀寫10 萬次，無機械磨損、無機械故障，可在惡劣環(huán)境下使用， 工作溫度：-25℃～+70℃以內(nèi)； 
7） RFID的編號獨一無二， 而且可以加入防偽識別碼（ 如編碼的最后一位可以設置防偽數(shù)位，它需要使用前面編碼數(shù)字， 通過一種加密運算得出），只要通過聯(lián)網(wǎng)或生產(chǎn)廠的防盜識別設備掃描，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， 數(shù)據(jù)容量大等特點，這一技術應用在物流過程和供應鏈管理之中，將會帶來流通和交易成本的減少和管理水平的提高，對于實現(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)有限量的后臺計算機，若干的讀寫器、閱讀器及電子標簽組成。其中，電子標簽是物品識別的載體，其內(nèi)部存放著物品的相關信息；讀寫器和閱讀器是系統(tǒng)的中間設備，他們通過射頻信號同電子標簽進行近距離通行，從而識別標簽指代的物品信息，通過接口把信息匯總給后臺計算機，讀寫器和閱讀器的區(qū)別在于，讀寫器可以對標簽進行讀寫操作，而閱讀器只能讀取標簽內(nèi)部存放的信息；后臺計算機分析從中間設備傳來的信息，負責管理整個標簽系統(tǒng)的正常工作。 

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

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

如果在從詢卡/應答認證過程中發(fā)生錯誤，讀寫操作將不能進行。 

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

電子標簽一方面將讀寫器的指令接受、識別，另一方面對當前的工作狀態(tài)進行分析，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，并返回相應的處理結果，并將工作狀態(tài)返回至初始狀態(tài)。 

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

讀寫器要再對該卡進行操作，只有從發(fā)送詢卡/ 應答指令開始，直到所有的步驟滿足條件并執(zhí)行為止。讀寫器與電子標簽之間的通信主要包括如下內(nèi)容： 
(1)復位應答：標簽的通信協(xié)議和通信的波特率是定義好的，通過這兩項內(nèi)容，讀寫器與標簽相互驗證，當標簽進入讀寫器的操作范圍時，讀寫器以特定的協(xié)議與它通信，從而確定卡片的類型。 
(2)防沖突閉合機制：當有多張卡在讀寫器的操作范圍內(nèi)時，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，該過程返回一個被選中的卡的序列號。 
(3)選擇卡片：選擇被選中的卡的序列號。 
(4)相互確認：讀寫器與卡片相互認證，然后進行通訊。 
(5)指令操作：相互確認后可以進行讀，寫，加，減，傳輸，存儲，暫停操作。 

2. 智能集裝箱 

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

2.1 智能集裝箱的概念 
所謂智能集裝箱通常是在設備的外部和內(nèi)部均使用或者加裝多個主動RFID 產(chǎn)品（主動式電子標簽內(nèi)部自帶電池，工作可靠性高，信號傳送距離遠。在結合GPS 技術后，能在集裝箱狀態(tài)發(fā)生變化時實時將狀態(tài)變化發(fā)生的時間、地點以及周圍的環(huán)境信息傳輸?shù)截浿骰蚬芾砣藛T的機器上去，實現(xiàn)集裝箱的實時跟蹤），包括一張電子封條，一張傳感器封條，這些標簽可以貼在運輸貨物的集裝箱上，而這些標簽能夠隨時將集裝箱的一些關鍵信息如位置、安全狀況、燈光、溫度和濕度的變化傳給讀取器網(wǎng)絡，讀取器網(wǎng)絡收集、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)，就可以實現(xiàn)貨物的追蹤，了解貨物的及時方位、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用，如想在海運行業(yè)內(nèi)推廣，還要進行現(xiàn)有系統(tǒng)集裝箱改造，新設備加裝，技術網(wǎng)絡構建等諸多步驟的努力?，F(xiàn)在以在門到門運輸模式下，對現(xiàn)有系統(tǒng)加裝RFID設備的簡單模式為例，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電子標簽并以手持終端機啟動RFID電子標簽，再由集裝箱運輸公司將集裝箱運往碼頭集裝箱堆場。 
2、 集裝箱裝船港 
待集裝箱進入港口后，系統(tǒng)透過RFID讀取器實時記錄集裝箱到達的時間與集裝箱的安全狀態(tài)，并適時將信息以GPRS傳輸方式傳送至TSS系統(tǒng)。同時，必須通過網(wǎng)絡登錄事先預設的賬戶，并在TSS系統(tǒng)上維護測試集裝箱的艙單資料。集裝箱進場信息經(jīng)過碼頭集裝箱場的港口管理系統(tǒng)確認后，集裝箱場的集裝箱監(jiān)控作業(yè)就開始由RFID監(jiān)控讀取器進行全程監(jiān)控。當集裝箱開始裝船作業(yè)時，架設在船邊的龍門起重機上的RFID讀取器記載集裝箱裝船作業(yè)的時間，同時確認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)海運路線駛往目的港。 
3、 集裝箱卸船港 
集裝箱船進港?？看a頭后，經(jīng)由卸貨龍門起重機將集裝箱調至集裝箱場后，又現(xiàn)場的安全作業(yè)人員已手持終端機取得集裝箱到港的信息。 
4、 收貨人端 
在門到門運輸模式下，集裝箱被直接運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)場密切監(jiān)督和自動報告企圖非法入侵集裝箱內(nèi)部的任何人的活動，并且正確顯示這種入侵活動并未經(jīng)過任何權威部門的事先批準；能夠在法律和現(xiàn)場允許的條件下，向愿意支付有關信息費用的當事人提供其供應鏈內(nèi)的動態(tài)和具體位置；能直接從集裝箱內(nèi)對外發(fā)送有關集裝箱的艙單、提單和裝箱單等有關數(shù)據(jù)。 

2.3 智能集裝箱整體設計 
智能集裝箱是由電子標簽和閱讀器兩個子系統(tǒng)組成。其中電子標簽安裝在集裝箱上。功能是用于存儲集裝箱標識信息、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），也即是集裝箱進場過程，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. 結束語 

我們都知道射頻識別技術是一個新興的技術, 它的出現(xiàn)勢必帶動和加速物流、倉儲, 交通等行業(yè)的信息化進程。隨著此技術的進步, 存在這樣幾個發(fā)展趨勢: 在標簽方面, 有效距離遠、無線可讀寫性能更加完善、適合高速移動載體識別、智能性更強、成本更低等將是新一代標簽的特征; 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備是主要研究的對象; 而系統(tǒng)方面, 安全性更高、智能化和遠距離的識別系統(tǒng)將會更受關注, 并且期待出現(xiàn)一系列行業(yè)標準統(tǒng)一整個RFID的應用, 增強國際化。相信隨著中國市場開放力度的不斷加強, 國內(nèi)經(jīng)濟在不同方面都將體現(xiàn)出大的國際競爭力?？诎蹲鳛槲覈M出口貿(mào)易的門戶, 其建設、發(fā)展和管理將成為推動我國科技與經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。加強口岸科技水平、實現(xiàn)口岸信息化是發(fā)展經(jīng)濟和加速進出口貿(mào)易的必然趨勢和必要條件, 它體現(xiàn)了當代最先進的管理思想和管理理念, 是衡量市場競爭力、現(xiàn)代化程度、綜合實力和經(jīng)濟增長能力的重要標志, 重視口岸信息化建設, 注重應用信息技術已成為全世界的共識。在極具代表性的港口物流中,只有加快研究和應用集裝箱智能標簽, 才能縮小我國與世界先進水平之間的差距, 為打造信息化、智能化的我國現(xiàn)代國際港口提供堅實的技術基礎, 使得我們能夠從容面對急速發(fā)展的港口物流業(yè)的挑戰(zhàn)。 

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