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基于现代物流的 RFID 集装箱信息管理应用研究 —以海西港口为例

【摘 要】:随着计算机技术的飞速发展,现代物流由传统方式逐渐发展成为和信息技术相结合的现代物流管理方式。RFID 射频技术作为新兴的计算机技术,是现代物流集装箱信息化管理的重要方式之一,在海量的物流管理中能起到关键的作用。从 RFID 射频技术出发,重点分析了有源 RFID 技术和无源 RFID 技术的优缺点,以及 RFID 技术在集装箱信息管理中的应用现状。最终以海西港口为例,通过分析现阶段 RFID 技术在集装箱信息管理中的问题,为现代物流的 RFID 集装箱信息管理提供一些有实践意义的建议。

关键词:现代物流;信息化;RFID;集装箱信息管理

随着计算机技术的飞速发展,物流信息管理逐渐信息化,现代物流建立在网络互连基础上,形成了集装箱站网体系,并通过计算机物联网管理系统,逐步形成与国际接轨的信息化集装箱管理,走向更为成熟的发展阶段。

如今,现代物流的集装箱运输领域中的行业信息量最为密集,最需要科学化的管理方式,近年来兴起的 RFID 射频识别技术通过电子标签智能管理和识别,在信息密集的集装箱管理中能够起到重要作用。

集装箱是工商业供应链管理中的重要组成部分之一,通过科学的集装箱管理技术,不但能够提高供应链管理效率,而且能够解决因集装箱堆积造成的资源浪费等问题。

一、RFID 射频识别技术特点及应用

1.RFID

射频识别技术射频识别技术简称 RFID 技术,该技术能够通过无线信号对监控目标进行扫描,根据扫描到的标签结果获取相应对象的具体信息,是物联网技术中最重要的信息技术之一。最简单的 RFID技术包括四大部分,分别为应用系统、阅读器、应答器和天线,由于该技术全程通过计算机扫描完成而不需要人工参与,所以该技术能够在任何恶劣的环境中进行。

该技术的工作原理为,事先在对应目标上粘贴无线传感设备终端,识别过程通过射频扫描相应的无线传感设备终端,从而获得该终端对应对象的实时信息。

无线识别原理为,设备阅读器通过耦合线圈发射出特定频率的无线电波,实现与应答器之间的数据信息交换,最后阅读器将交换后的信息处理完成发送给程序进行后续工作。

2.RFID 电子标签特点

通过 RFID 技术的识别过程可知,粘贴在目标上无线传感设备称为“电子标签”。

根据不同的特性,电子标签可以分为有源与无源两种形态,不同形态的电子标签拥有不同的特点和作用。有源 RFID 电子标签自己携带电源,一般情况下,其核心单片机与芯片受体积较大影响,封装成的标签卡片较厚,价格更贵;依赖于电源的寿命,一段时间内需要维修保护。与之相反,无

RFID 电子标签无电源,使用寿命较长,一般能够使用 10 年以上,而且由于不需要电源供电,所以可长久不需要维修保护。

有源 RFID 电子标签通过自主工作方式完成射频识别,通过自身供给的电源不断发射射频识别信号,提供识别服务;无源 RFID 电子标签无电源供应,必须首先进入质询电磁场内感应到读写器主动发出的电磁波信号,再将信号转换为自身所需要的工作电能,根据该电能的供应,提供射频识别信号。

根据工作原理特点可知,有源 RFID 电子标签能够提供更快速,信号强度更大、更稳定的射频识别信号,能够适应更远距离的读写,识别率较为稳定;但是与无源 RFID 电子标签相比,成本更高,携带不方便,一段时间内需要进行维修保护。

另外,有源 RFID 的电源之间产生的磁场干扰往往会对射频识别产生影响,但是实际作业中,大多数的应用场景都需要密集的有源 RFID 电子标签,这样的多重磁场干扰会导致数据之间的相互冲突,最终导致数据丢失,甚至发生错误的识别情况。

在密集的电子标签应用环境中,无源 RFID 的优势较为明显。

3.RFID 在集装箱信息管理中的应用

国内第一个基于 RFID 的集装箱信息管理系统要追溯到 2008 年的上海港口。

上海港口在集装箱上粘贴 RFID 电子标签,并通过网络实时监控并识别所有 RFID 电子标签,进而完成对每个集装箱的实时信息掌控,在集装箱的物流传输过程中提供各种各样的客户服务。

在物流运输的港口对港口传输过程中,工作人员通过 PDA 将关键信息输入每个集装箱的 RFID 电子标签中,电子标签最终将数据传输网络中心。在整个信息管理系统中,RFID 电子标签可以向各个集装箱聚集站点提供重要信息的实时查询,通过记录每个集装箱的开关箱时间、地点,针对非法操作上传到系统中心分析并报警,对不安全的事件进行实时跟踪,最终实现整个现代物流集装箱的运输全过程的数据交换。

RFID 技术在物流传输的集装箱中的应用,通过网络传输数据,计算机完成物流的验证,一方面上减少了集装箱通过港口的时间,减轻了集装箱在物流运输过程中的排队问题,提升了物流运输集装箱的效率。

另一方面通过统一的信息管理平台对集装箱形成管理,避免了物流运输过程中集装箱的错误情况,一定程度上减少了港口机械运作时间以及物流运输船舶的港口停靠时间。

RFID 电子标签是一种信息加密、数字签名和物品编码的新兴技术,将每个对象作为一个电子标签的载体,通过网络传输读取数据,能够实时监控每个电子标签的实时情况,提升了效率和安全性。海西港口作为新兴的高流量港口,物流集装箱的应用尤为关键。

实际上,现阶段我国海西港口逐步形成了基于 RFID 的集装箱物流信息管理系统,但是在应用过程中还存在一些问题,为了更好的在海西港口实施 RFID 信息管理系统,笔者通过分析现阶段海西港口的 RFID 集装箱信息管理系统现状,总结出现阶段存在的问题,并提出解决的建议。

二、现代物流 RFID 集装箱应用存在的问题

1.RFID

电子标签应用性能指标海西港口目前已经初步应用了现代物流的RFID 集装箱信息管理系统,采用 RFID 技术的集装箱信息管理系统主要拥有以下优势:

1 电子标签动态读取。

一般情况下,集装箱由于其自身特点需要较快的流通速度以及远距离信息访问等特点。

所以应用 RFID 技术的集装箱信息管理系统需要满足识别速度快、准确率高、识别距离远等特点。有源 RFID 拥有这些特点,但是面对密集的集装箱信息特征,又会产生复杂的码间干扰等问题。

2 工作环境产生影响。

与普通电子标签不同,RFID 电子标签对工作环境要求更高,需要伴随集装箱的物流运输,面对更为复杂的环境。无源 RFID 电子标签由于不携带电源,所以适应环境变化的能力更强,更适合集装箱信息管理的环境。

2.金属类集装箱对 RFID 电子标签的影响

如上文所述,RFID 电子标签粘贴在集装箱表面,但是金属类物质表面对电磁波会产生一定的反射作用,部分较强的反向电磁波由于发射作用会穿过 RFID 电子标签,与正向电磁波形成相位叠加后,抵消了大量有意义的电磁信号,最后导致读取数据的丢失,严重的甚至读取不了数据。

2 给出了金属类集装箱标签反射电磁波对RFID 电子标签形成干扰的示意图。

3.集装箱 RFID 技术的管理问题

虽然海西港口已经初步形成了基于 RFID 的集装箱信息管理系统,并作为试点进行了运营,但是该技术还处于初级阶段,全球还未进行大规模的投入使用。RFID 技术在管理上还有以下问题,下表 3 给出了现阶段 RFID 管理问题及影响。

三、现代物流应用 RFID 集装箱信息管理系统的建议

随着计算机技术的飞速发展,物联网的高效信息传输与管理系统不断冲击着传统行业,采用RFID 电子标签的信息传输与管理系统是今后的发展趋势。

应用最新的 RFID 技术能够提升信息传递的效率,减小出错的几率,提升物流运输安全性。

1.       大力发展有源 RFID 电子标签

从国内外现代物流的发展趋势来看,提升集装箱运输的效率,降低集装箱运输的成本,是现代化物流的必经之路。

我国海西港口为现代化开放港口,拥有大量进出口贸易,通过我国的公路与铁路运输货物,新兴的 RFID 技术能够适应较长距离的运输,并且投入成本更低。

随着现代化集装箱的环境可变因素逐渐降低,物流运输过程逐渐规范化,有源 RFID 的劣势逐渐被规范化的物流运输过程所抵消,但有源 RFID 的诸多特性可以被利用,例如识别过程与方向无关、数据传输距离更远、数据传输安全性更好、数据传输距离更远;这些优势是无源 RFID 是没有的。

随着RFID 硬件的不断成熟,有源 RFID 的价格成本会越来越低,因此今后有源 RFID 电子标签是逐步应用的趋势。

海西港口作为信息化示范性港口,应该大力发展有源 RFID 电子标签,构建现代化集装箱信息管理系统。

2.解决金属集装箱反射电磁波

金属类集装箱表面反射电磁波会在很大程度上导致 RFID 技术的失效,降低了 RFID 技术的通信效率,增加了集装箱信息管理的成本,因此解决金属集装箱反射电磁波问题可以提升 RFID 技术的工作效率。

根据金属表面反射电磁波的原理可以发现,解决金属表面对电磁波的影响可以从提高天线和金属相对面的高度着手。

随着相对高度的增加,合成到场的信号矢量会被逐渐增强,研究结果表明,当相对高度达到了原始高度的14,那么合成到场的信号矢量达到最大,获得了3d B 的信息增益。

当前的 RFID 电子标签都粘贴在集装箱表面,标签和金属面之间的空间太小,可以抬高的空间有限,相对高度达不到指定结果。

为了提升相对高度,可以在电子标签和集装箱表面增加隔离介质,通过介质来增加相对高度,并且相对高度值可以有效控制,为了方便增加隔离介质,也可以将隔离介质与 RFID 电子标签封装成一体化,形成防止金属反射电磁波的新型电子标签。

3.为制定统一的 RFID 接口标准奠定基础制定统一的 RFID

接口标准无论从降低信息化成本,还是提升平台安全性角度,都是完全有必要的。海西港口应该积极协助我国信息化制定战略平台,为各地海关及物流集装箱信息系统制定统一的接口标准,通过参考国际化的接口设计标准,建设统一的硬件规格平台以及统一的软件设计准则,通过统一的设计准则为开发信息软件管理系统降低成本,提升平台的鲁棒性和安全性。

4.开发拥有自主知识产权的 RFID 电子标签

到目前为止,我国大部分地区,包括海西港口地区的 RFID 电子标签都采用国外 RFID 产品,我国目前从事 RFID 技术开发的公司较少,而且少量的 RFID 公司之间基本是竞争关系,没有合作、联合的胸怀共同做大我国 RFID 产业,研发有我国自主知识产品的 RFID 电子标签。

今后我国应该大力发展自主研发的 RFID 产品,为开发信息化物流产品的公司提供一些经济资助,提高各大公司之间的合作关系,为我国研发拥有自主知识产品的 RFID 电子标签提供良好的创业环境,提供可靠的经济资助。

5.抢占 RFID 大规模应用行业,形成产业模块化

统计表明,当前世界上超过 90%的集装箱在我国生产,我国每年的集装箱产量超过 300 TEU,集装箱的寿命时间一般为 10 年,这样世界上的集装箱总量超过 3000 TEU,是一个可以大规模应用 RFID 的行业。

我国作为集装箱生产源头,更有优势在集装箱上形成产业模块化,在生产过程中为集装箱构建现代物流的 RFID 集装箱信息管理系统,将 RFID 电子标签模块化,使其成为现代物流集装箱的一个不可或缺的模块,这样才能推动现代物流的 RFID 技术在集装箱信息管理中的应用。

随着信息技术和现代物流的不断发展,最新RFID 射频识别技术的集装箱信息管理系统是目前发展的主流方向之一。现代物流的集装箱信息管理系统应朝着 RFID 集成化、规模化的方向发展,RFID 技术在硬件上和软件上将逐步形成统一的标准,应用统一标准将会提升 RFID 技术在应用上的效率,并降低应用 RFID 技术的成本。

我国作为集装箱生产地,有天然的优势形成产业化,基于 RFID 的集装箱,应朝着现代化、集成化、信息化的集装箱信息管理系统发展。

 

林敏晖(福建船政交通职业学院,福建福州 350007

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