ＲＦＩＤ技術(shù)在鐵路集裝箱堆場進出口的應用

摘要：利用射頻識別技術(shù)（RFID）可以實現(xiàn)集裝箱箱號及其屬性的自動識別，大大提高鐵路集裝箱運輸作業(yè)的自動化水平。論文首先分析了目前鐵路集裝箱運輸作業(yè)中存在的主要問題及RFID在集裝箱運輸中的應用現(xiàn)狀，提出了鐵路集裝箱辦理站出入口自動管理系統(tǒng)的功能設計并詳細規(guī)劃了在集卡出入口和鐵路出入口的應用方案。該方案可改變原有落后低效的工作方式，有效加快集裝箱進出堆場的速度，提高管理的自動化水平，實現(xiàn)自動出入管理。

關(guān)鍵詞：RFID；鐵路集裝箱運輸；集卡出入口；鐵路出入口

中圖分類號：F530文獻標識碼：A文章編號：1002-3100(2008)02-0034-03

Abstract: RFID can identify the container numbers and other attributes automatically. It can improve the automatic level of railway container work. This paper points out the main problems existing in the workflow of railway container transportation and introduces the application of RFID. The paper designs the system of automatic management. Finally， the detailed application solution in the access to container yard are discussed. The solution can speed up the container to yard and implement the automatic access control.

Key words: RFID; railway container transportation; container truck access; railway access

0引言

集裝箱運輸因其本身具有其它交通運輸方式不可替代的優(yōu)勢和特點（私密性好、運輸成本低、環(huán)境適應性強），其發(fā)展前景極其廣闊。我國鐵路始終將集裝箱運輸作為重點開拓、大力發(fā)展的工作重心。然而，在鐵路集裝箱運輸作業(yè)中還存在諸多問題：（1）工作方式落后，工作效率低下。在整個運輸流程中，集裝箱箱號全部采用人工抄寫登錄。工作量大、差錯率高、信息傳遞不及時；（2）作業(yè)流程不精練，重復性工作較多。據(jù)統(tǒng)計，每個集裝箱從進站到離站的全部流程中，需要人工抄寫登錄集裝箱箱號達7次[1]。這些都極大地影響了鐵路集裝箱運輸?shù)男剩蚨孟冗M的技術(shù)手段有效地對集裝箱進行追蹤和管理就顯得極為迫切。RFID作為一自動識別技術(shù)，以其識別速度快，可在惡劣條件下工作等優(yōu)點，在商業(yè)自動化、動態(tài)跟蹤系統(tǒng)、自動收費系統(tǒng)等方面都有了一定的應用，并取得了很好的效果，因而也成為解決集裝箱追蹤和管理問題的有效手段。RFID在關(guān)鍵節(jié)點處對集裝箱箱號的自動識別，可取代人工抄取箱號的方式，改變集裝箱運輸中現(xiàn)場操作落后的局面，減少重復性的人工操作，精練工作流程。本文重點對RFID在鐵路集裝箱堆場出入口的應用方案進行設計，改變現(xiàn)有出入管理方法，加快集裝箱進出速度，實現(xiàn)相關(guān)信息的自動記錄，為堆場的自動出入管理提供參考。

1RFID技術(shù)及其在集裝箱運輸中的應用

射頻識別（RFID）技術(shù)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對大量設備進行快速準確地識別、傳輸和處理，大大加快管理的效率。典型的RFID系統(tǒng)由標簽（Tag）、帶有天線的閱讀器（Reader）、管理計算機或與之相連接的管理系統(tǒng)組成[2]。RFID被認為是物流和供應鏈管理中的重要技術(shù)，但是對于RFID系統(tǒng)的設計和應用目前還較少[3]。

隨著技術(shù)的不斷完善，國際上已有一些集裝箱自動識別系統(tǒng)投入使用，而基于RFID技術(shù)的自動識別系統(tǒng)就是其中之一[4]。RFID具有非接觸性，完成識別工作無需人工干預，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化。因此可改變手工抄寫箱號的工作方式，實現(xiàn)箱號的自動記錄，每天頻繁的重復數(shù)據(jù)通過RFID系統(tǒng)實時采集，實時傳遞，既降低了人工勞動強度又避免了在人工操作中出現(xiàn)錯、漏等差錯，提高了工作效率和準確度[5]。相對于其它方面的應用，RFID技術(shù)在集裝箱運輸中的應用還具有很強的特殊性：（1）電子標簽隨集裝箱流動，工作環(huán)境比較惡劣：溫度高、濕度高、酸堿腐蝕、振動大等等；（2）集裝箱移動較快，要求對高速運動物體的識別能力[6]；（3）集裝箱箱號是集裝箱的唯一身份標識，也是集裝箱運輸管理對象的唯一標識。要求對箱號的準確無誤識別。RFID具有很強的環(huán)境適應性，抗干擾能力強，可全天候使用，幾乎不受污染與潮濕的影響，并且識別速度快，識別精度高。因而可以成功地用于集裝箱運輸?shù)奶厥猸h(huán)境中。此外，RFID還具有信息容量大、保密性高、耐久性強、可靠性高、多目標識別等特性。RFID的這些特性使其成為了集裝箱自動識別技術(shù)的最佳選擇。

在集裝箱上使用的RFID標簽按照其獲取電能方式的不同可以分為兩種類型：有源標簽和無源標簽。依其采用的頻率不同可分為低頻（125-134kHz）、高頻（13.56MHz）、超高頻（860-960MHz）及微波（2.45-4.8GHz）四類。工作在不同頻段或頻點上的射頻標簽具有不同的特點。各類采用不同RFID標簽的集裝箱管理系統(tǒng)均已有了一些應用。有源433MHz集裝箱運輸管理系統(tǒng)在美國軍事物資運輸及民用海運等領(lǐng)域得到了廣泛的運用，其中也包括了我國深圳鹽田港的集裝箱運輸安全管理系統(tǒng)；有源900MHz集裝箱運輸管理系統(tǒng)，其典型應用就是德國郵政集裝箱運輸自動追蹤系統(tǒng)、美國西雅圖港至阿拉斯加港間的集裝箱運輸安全管理系統(tǒng)；有源2.45GHz集裝箱運輸管理系統(tǒng)成功地用于上海龍吳港至煙臺港間的集裝箱運輸管理中；無源900MHz標簽在我國集裝箱公司蛇口生產(chǎn)基地的集裝箱堆場管理中也得到了應用。

不過，總體來說射頻識別技術(shù)在集裝箱運輸中應用還不夠廣泛，尤其在國內(nèi)，僅有的一些應用還都停留在實驗階段，沒有真正得到大規(guī)模廣泛的實際運作。

2RFID在鐵路集裝箱堆場出入口應用方案設計

在港口集裝箱管理中，集裝箱歸各船公司所有，不是港口資產(chǎn)，在港口建立基于RFID的集裝箱管理系統(tǒng)需要考慮多方面的因素，協(xié)調(diào)各方，因而難度很大。鐵路集裝箱辦理站內(nèi)的集裝箱為鐵路資產(chǎn)，對這些集裝箱的有效管理是對鐵路資產(chǎn)的良好維護，因此對鐵路集裝箱的監(jiān)控就顯得尤為重要，對RFID技術(shù)在鐵路集裝箱中應用方案的探討也具有十分重要的意義。

2.1鐵路集裝箱堆場自動出入管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設計

定義系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行設計。

2.1.1系統(tǒng)的目標。鐵路集裝箱堆場自動出入管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下目標：（1）通過對集卡裝載集裝箱出入站場的時間、車號、箱號等相關(guān)數(shù)據(jù)信息的自動記錄，實現(xiàn)集裝箱堆場的自動出入門管理；（2）通過對出入站場鐵路車輛車號及其裝載集裝箱號的自動識別，實現(xiàn)離開堆場集裝箱裝運車號與箱號的自動綁定；（3）隨時查詢出任意集裝箱的堆場出入記錄，某段時間堆場所有集裝箱的出入記錄等信息；（4）對超過規(guī)定期限的集裝箱進行追蹤，確定該集裝箱超期產(chǎn)生的費用結(jié)算等。

2.1.2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設計。集裝箱堆場自動出入管理系統(tǒng)分為標簽管理子系統(tǒng)、集卡出入口子系統(tǒng)、鐵路出入口子系統(tǒng)及堆場管理子系統(tǒng)。

標簽子系統(tǒng)主要為系統(tǒng)提供管理標簽信息的功能，利用手持設備實現(xiàn)標簽數(shù)據(jù)的錄入，并可進行標簽信息的查詢、修改、刪除。集卡出入口子系統(tǒng)對所有從集卡出入口進入和離開堆場的集卡和集裝箱進行管理，實現(xiàn)對車道設備的控制，記錄進入和離開堆場的集卡和集裝箱的相關(guān)信息以及時間，并確定集卡和集裝箱的對應關(guān)系，生成相應報表。鐵路車輛出入口子系統(tǒng)對所有從鐵路車輛出入口進入和離開堆場的集裝箱進行管理，記錄進入和離開堆場集裝箱的相關(guān)信息及時間，實現(xiàn)離開堆場集裝箱箱號與車號的綁定及報表生成。堆場出入口管理子系統(tǒng)對所有從集卡出入口、鐵路車輛出入口進入和離開堆場的集卡和集裝箱進行管理，實現(xiàn)集裝箱出入堆場的記錄查詢、生成報表以及對于超期集裝箱的費用計算。

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設計圖如圖1所示。

2.2堆場出入口實施方案

針對已提出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，重點對RFID系統(tǒng)各設備的安裝、集卡及鐵路出入系統(tǒng)的具體實施方案進行設計。

2.2.1設備安裝方案。考慮到無源標簽低成本，可多次讀寫、長使用壽命和高可靠性等優(yōu)勢。一方面由于國家無線電管理委員會在鐵路車號識別系統(tǒng)應用時已批準了915MHz在鐵路站場及沿線使用。另一方面標簽在低價格的同時可以保證遠距離讀寫的可靠性。目前鐵路集裝箱的保有量較大，要求RFID標簽的成本比較低，以控制過大的一次性投資及較低的維護費用，因此可以考慮采用無源915MHz電子標簽應用于鐵路集裝箱追蹤。

（1）標簽安裝。將記錄有集裝箱箱號、集卡車號及其他屬性數(shù)據(jù)的電子標簽安裝在集裝箱和集卡上。為確保標簽可以準確無漏讀，需要在集裝箱兩側(cè)各裝一個標簽，文獻[7]中有對集裝箱標簽安裝位置的具體規(guī)定：在有側(cè)壁波紋時，應安裝在第一和第二個側(cè)波紋之間。集卡標簽安裝在集卡前擋風玻璃的內(nèi)側(cè)。

（2）閱讀器安裝。在集卡出入口及鐵路到發(fā)線各安裝一臺閱讀器，設備的正常工作需要提供220V供電電源，并有無線局域網(wǎng)覆蓋，以進行數(shù)據(jù)傳輸。將串口轉(zhuǎn)無線設備與RFID標簽閱讀器相連接，從而可將RFID標簽閱讀器讀取的數(shù)據(jù)通過無線的方式發(fā)送回服務器。

（3）天線安裝。為確保集裝箱標簽數(shù)據(jù)的讀取，在集卡及鐵路出入口兩側(cè)需各安裝一個RFID標簽閱讀器的天線，在集卡出入口的頂部也需安裝一個RFID標簽閱讀器的天線，用于讀取安裝在集卡前檔風玻璃上的RFID標簽信息。

2.2.2集卡出入口方案。集卡出入口包括管理終端、車道工控機、射頻讀寫器、天線、車輛檢測器、信號燈、報警器、電動欄桿等硬件設備。

（1）入口處埋設地感線圈，并與車輛檢測器連接，用來檢測是否有車輛通過，車輛檢測器判別有車后，發(fā)送信息給車道主機，車道主機啟動接車程序。

（2）車道設備包括天線、讀寫器、車道工控機。當車道主機啟動接車程序后，射頻讀寫器打開天線，對來車和集裝箱的RFID標簽進行讀寫。

（3）出口處設置信號燈、報警器、電動欄桿和與電動欄桿相配套的地埋線圈和車輛檢測器。這些設備接收車道主機的控制，對通過車輛給出通過或扣留信息。

（4）管理終端由前端工控機、無線網(wǎng)卡構(gòu)成。實現(xiàn)對所有車道設備控制和對集卡、集裝箱數(shù)據(jù)的處理、分析并通過無線局域網(wǎng)與站信息中心的數(shù)據(jù)通信。

站場集卡出入口示意圖如圖2所示。

當有集裝箱從集卡出入口出入堆場，安裝在集卡出入口的RFID讀出設備可將集卡以及集卡上集裝箱的RFID標簽具體內(nèi)容讀出，并自動記錄讀取的具體時間，以確定該集卡及集裝箱出入堆場的時間，之后將這些信息發(fā)送回服務器，用以統(tǒng)計堆場集卡以及集裝箱的出入記錄。

集卡出入口自動識別子系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對出入門的集裝箱箱號及集卡車號的自動讀取，及進出門時間的自動記錄，從而實現(xiàn)集卡出入門處的自動管理。

2.2.3鐵路出入口方案。鐵路出入口管理系統(tǒng)主要由管理終端、鐵路車號自動識別系統(tǒng)（車載標簽、地面讀出設備、車輛識別設備）和集裝箱自動識別系統(tǒng)（箱載標簽、地面讀、寫設備）構(gòu)成。站場鐵路出入口示意圖如圖3所示。

在鐵路現(xiàn)有的運行設備中，每一臺機車安裝有915MHz的機車標簽，每一臺貨車安裝有915MHz的貨車標簽。通過鐵路車號自動識別系統(tǒng)所獲得的車號與集裝箱自動識別系統(tǒng)所獲得的對應的箱號就能實現(xiàn)車號和箱號的自動綁定。鐵路出入口管理終端由前端工控機、無線網(wǎng)卡構(gòu)成。實現(xiàn)鐵路車號自動識別系統(tǒng)與集裝箱自動識別系統(tǒng)的控制和車號、箱號的綁定以及通過無線局域網(wǎng)與站信息中心進行車號、箱號的通信。

集裝箱在進入鐵路入口前，自動識別并記錄要進入堆場的集裝箱箱號。集裝箱在離開鐵路出口后，自動將集裝箱的箱號和列車的車號相綁定，實現(xiàn)集裝箱箱號和列車車號的綁定。

鐵路出入口自動識別子系統(tǒng)，實現(xiàn)對由鐵路進出的集裝箱箱號的自動讀取，及其出入時間的自動記錄，并實現(xiàn)箱號與車號的綁定，從而實現(xiàn)鐵路出入口的自動管理。

3結(jié)束語

以上分析可以看出RFID在鐵路集裝箱運輸中的應用具有切實的可行性，但具體的實施和應用方法目前還在實驗階段。RFID為鐵路集裝箱運輸管理提供了有效的手段，本文提出的堆場出入口RFID管理方案可大大提高進出速度，改變原有落后低效的工作方式，提高管理的自動化水平。對于進出口的管理還只是鐵路集裝箱運輸管理中的一個很小的環(huán)節(jié)，RFID在整個運輸流程的應用可實現(xiàn)鐵路集裝箱運輸?shù)娜鞒瘫O(jiān)控，確保鐵路集裝箱運輸?shù)男б婧桶踩．斎贿@其中還存在許多值得探討和解決的問題，隨著這些問題的解決，RFID在全路集裝箱中的應用必將帶來現(xiàn)有工作流程的變革，工作強度的降低、工作效率的提高及更有效跟蹤管理，從而帶來巨大的經(jīng)濟及社會效益。

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