集装箱运输作为现代主流运输方式，占据着货运90%的份额。整个过程以集装箱为载体，将货物集合组装成单元，以便在现代流通领域内运用大型装卸机械和大型载运车辆进行装卸、搬运作业和完成运输任务。在集装箱运输中，作为物联网初级阶段的RFID技术显著提高了运输过程中的透明度和安全性，进而实现整个供应链的透明化、流程简约化和运输化。物联网的逐步完善对集装箱运输效率的提高将具有极其重要的意义。
随着一体化速度的进一步加快，在世界各国贸易蓬勃发展的背景下，集装箱运输以其、安全、便捷等特点在航运中发挥着越来越重要的作用。尤其作为发展速度zui快的中国，近年来港口集装箱运输发展迅速，2008年上海、香港、深圳分列世界港口集装箱吞吐量第二、三、四名，年吞吐量分别达到2801万TEU、2430万TEU、2142万TEU。面对如此庞大的集装箱吞吐量，加之集装箱运输过程环节众多，如何实现集装箱运输更、安全、快速的周转是港口相关企业面临的现实问题。
目前国内大多数港口对集装箱的信息采集基本靠人工抄录或半自动化来完成，信息化程度普遍偏低。集装箱供应链的流通管理、跟踪监控等信息处于孤立状态，实时准确的数据只有65％；港口集装箱的流转经过数十次人工采集箱号信息，效率低下，无法实现港口自动化作业；港口海关主要通过图像处理和模式识别技术对集装箱的箱号进行识别，这种处理方法识别率一般为80％一95％，对于海关工作人员来说工作量相当大。
物联网作为继互联网和移动通讯网之后另一个万亿级产业，其中非常重要的就是RFID技术。在物联网的构想中，RFID标签中存储的EPC代码，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现对物品的识别。运用到集装箱运输中，可实现对集装箱的全程跟踪和追溯，从而很好的解决目前集装箱运输中的这些问题。通过开放的计算机网络实现信息交换和共享，实现对无线射频识别技术（RFID）的出现及应用发展，物联网的组建则可以实现与港航企业现有网络系统进行信息整合，同时可以优化整个物流供应链和流通网络。一个良好的基于RFID应用架构的物联网系统可以较好的帮助港口达到这些目标，实现率的集装箱运输。设计和开发基于RFID技术的港口物联网系统技术，以便航商可以及时、准确地获取集装箱的运输状况，并对数据进行及时的分析处理，在提高集装箱运输效率的同时，进一步提高港口的综合竞争力。
一、概述 1.关于物联网
物联网（TheInternetofthings）：通过射频识别（RFID）、红外感应器、定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
按字面意思理解，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层含义：*，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。
2.物联网原理
物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。
通过RFID、GPS等技术，所有物品都将赋予生命，人们可以随时随地通过手中的终端了解到任何物品的状况等信息，也将使得人类生活水平越加高质量。此外，物联网概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在物联网时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活等。
3.物联网、RFID和EPC三者关系
EPC跟条码一样，产品电子码用一串数字代表产品制造商和产品类别。不同的是EPC还外加了第三组数字，标识每一件单品。存储在EPC标签微型晶片中的*资讯就是这些数字。EPC还可以与数据库里的大量数据相，包括产品的生产地点和日期，有效日期，应该运往何地等等。而且，随着产品的转移或变化，这些数据可以进行实时更新。
由于技术与经济发展水平的限制，早期的RFID标签是由集成电路板卡制成。由于体积大，成本高，只能应用于托盘、货架和集装箱上，只有极少数的用户使用。而基于EPC的RFID标签采用微型芯片存储信息，并用特殊薄膜封装技术，体积大大缩小，随着技术改进和推广应用，成本不断降低，且能够给每个物品*的身份。
EPC系统（物联网）是在计算机互联网和射频技术RFID的基础上，利用统一标识系统编码技术给每一个实体对象一个*的代码，构造了一个实现物品信息实时共享的“Internetofthings”。它将成为继条码技术之后，再次变革商品零售结算、物流配送及产品跟踪管理模式的一项新技术。
从以上分析可以看出，EPC是存储在RFID标签中的*信息，是RFID标签的编码基础，而RFID技术是EPC系统的技术构成之一，整个EPC系统构成了物联网。
二、解决方案 据中国物流与采购联合会研究，现代物流信息化存在的瓶颈，一个是基础信息的采集，大量的信息还是要手工录入，效率低、差错率高、不及时，影响了后期的传输和应用；再一个是信息的共享和交换，越来越多的应用主体已经提出要加强信息数据共享，建立信息平台。
集装箱运输信息化除存在以上问题外，还存在一些特殊问题：
1.货物失窃严重。随着集装箱运输快速发展，集装箱货物被盗问题越来越严重。据统计，因集装箱失窃造成的损失达300～500亿美元，算上因此导致的间接损失，每年损失2000亿美元。为解决这个问题，可提高港口的抽检率。港口运输模拟实验表明，当对集装箱的随机抽检率达到5%时，港口就会陷入瘫痪；如果降低抽查率，又无法有效防止*分子用集装箱走私或者运输违禁物品。大型的集装箱X光机虽能透视箱内货物，但透检一只集装箱就需要5分钟，每天满负荷也只能透检240只，而且X光机辨别违禁品仍要靠人的肉眼，同样降低了可靠性。
2.集装箱识别精度低。在运输过程中，集装箱是通过它的*标识——箱号来识别的；集装箱交接同样也是以箱号为准。但人工采集数据有35%是不准确或不实时的，而采用图像识别方式进行监管，则需要用4至5台摄像头同时拍摄，成本较高，识别率仅达80%～90%，雨雾中识别率还要低，影响到整个供应链的效率。
而物联网中的RFID等技术作为前端的自动识别与数据采集技术在物流的各主要作业环节中应用，可以实现物品跟踪与信息共享，极大地提高物流企业的运行效率，实现可视化供应链管理，在物流行业有着巨大的应用空间和发展潜力，在物流信息化中占有举足轻重的地位。
通过以上分析，应用物联网中的RFID等技术来构建一个集装箱管理系统，能够对集装箱运输的物流和信息流进行实时跟踪，从而消除集装箱在运输过程中可能产生的错箱、漏箱事故，加快通关速度，提高运输安全性和可靠性，从而全面提升集装箱运输的服务水平。
2.系统设计
典型的基于RFID技术的物联网应用方案应该包括硬件系统和软件系统两个方面，硬件系统由RFID自动识别系统、定位系统、激光扫描系统和通信系统等组成，软件系统包括RFID信息管理系统和与之整合的港口集装箱管理系统。集装箱上的电子标签可以记录固定信息，包括序列号、箱号、持箱人、箱型、尺寸等；还可以记录可改写信息，如货品信息、运单号、起运港、目的港、船名航次等。
整个物联网应用可以分为三层：*层是传感网络，即以二维码、RFID、传感器为主，实现对集装箱等物品的识别；第二层是传输网络，即使通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算；第三层是应用网络，即输入输出控制终端，可基于现有的手机、个人电脑等终端进行。
EPC系统的构成：EPC系统是一个非常*的、综合性的和复杂的系统。其zui终目标是为每一集装箱等物品建立的、开放的标识标准。它由EPC编码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分组成,主要包括6个方面：
表1EPC系统的构成
1).EPC编码标准。EPC编码是EPC系统的重要组成部分,它是对实体及实体的相关信息进行代码化，通过统一并规范化的编码建立通用的信息交换语言。EPC编码是EAN.UCC在原有统一编码体系基础上提出的新一代的统一标识的编码体系,是对现行编码体系的一个补充。
2).EPC标签：EPC标签由天线、集成电路、连接集成电路与天线的部分、天线所在的底层四部分构成。EPC码是存储在RFID标签中的*信息。
3).射频读写器。在射频识别系统中,射频读写器是将标签中的信息读出，或将标签所需要存储的信息写入标签的装置。射频读写器是利用射频技术读取标签信息、或将信息写入标签的设备。读写器读出的标签的信息通过计算机及网络系统进行管理和信息传输。
4).EPC中间件(Savant)：每件产品都加上RFID标签之后,在产品的生产、运输和销售过程中,读写器将不断收到一连串的产品电子编码。整个过程中zui为重要、同时也是zui困难的环节就是传送和管理这些数据。Auto-ID中心提出一种名叫Savant的软件中间件技术，相当于该新式网络的神经系统，负责处理各种不同应用的数据读取和传输。
5).对象名解析服务(ObjectNameService，简称ONS)，类似于互联网中的DNS。EPC标签对于一个开放式的、性的追踪物品的网络需要一些特殊的网络结构。因为标签中只存储了产品电子代码,计算机还需要一些将产品电子代码匹配到相应商品信息的方法。这个角色就由对象名称解析服务担当，它是一个自动的网络服务系统。
6).实体标记语言(PhysicalMarkupLanguage，简称PML)，类似于互联网中的标记语言。EPC识别单品,但是所有关于产品有用的信息都用PML所书写,PML是基于为人们广为接受的可扩展标识语言(XML)发展而来的。PML提供了一个描述自然物体，过程和环境的标准,并可供工业和商业中的软件开发、数据存储和分析工具之用。它将提供一种动态的环境,使与物体相关的静态的、暂时的、动态的和统计加工过的数据可以互相交换。因为它将会成为描述所有自然物体、过程和环境的统一标准，PML的应用将会非常广泛，并且进入到所有行业。
三、物联网的层次关系
图1物联网层次关系图
EPC系统在工作时，先由读写器通过天线发送一定频率的射频信号,当EPC标签进入读写器的工作范围时,其天线产生无线电波,从而使EPC标签获得能量被激活并向读写器发送自身的编码等EPC信息；读写器在接收到来自EPC标签的载波信息，并对接收信号进行解调和解码后，会将其信息送至中间件Savant系统进行处理；通过互联网，处理后的信息被传送到ONS服务器，找到数据库中信息所对应的IP地址；EPC中间件按着所对应的IP地址，到保存着产品信息的EPCIS查找，得到的产品信息再通过互联网传送到用户手中。
整个物联网流程集前端数据采集，中间层数据处理、物理设备管理监控，后端安全认证、通关业务应用于一体。涉及RFID软硬件集成中间件，物流通关信息服务基础平台，物流通关应用系统等关键技术。可以让现代物流通过挖掘、分析采集业务信息，提供多样化的报表展现，譬如在物流过程中的物品停留时间统计，物品运输异常统计，当前库存状况统计等。通过数据库与RFID技术的结合，实现各种应用设备集成业务系统融合，解决物流通关系统RFID软硬件集成、各物流和通关业务系统的互连互通等迫切问题。
四、应用案例 1.案例背景
中国台湾经济以贸易为主轴，进出口货物99％依靠货柜运送，部分货柜在转口程序中，须经市区道路运送，或暂存于内陆货柜场，易产生控管风险，海关为防止转口柜在运送途中遭掉包走私，多年来均采用人工方式押运，不仅增加人力及航商成本，也造成相关业者诸多不便。
其中，高雄港作为中国台湾zui大港口，颇具代表性。整个港区有五个货柜中心，转口柜卸船进口或装船出口须运出港警查验登记站时，然后从课税区分别运往这五个货柜中心。在导入EPC/RFID应用前，是由其货柜动态查核系统自动执行抽押。每年在高雄港停留的转口柜达120万只以上，其中必须抽4-5万只货柜进行检查，由运输企业向海关申请派员押运，押运费用由航商自行负担，同时，押运一只货柜所耗费的时间和人力也相当可观，转运时间甚长，达4-10小时，高雄港务局以滴水不漏的方式严格控制货柜进出的时间，目的即是降低非法走私的情形发生，无疑加大了海关人员的工作量。具体问题如下：*航商每天约20，000车次货柜车通行跨5个货柜中心与市区，安全监控十分关键；高雄港每年1000万只货柜进出港区，约50%为转口柜；每年海关在转口柜中抽中5%进行人工押运，影响航商作业效率及增加营运成本。
鉴于RFID技术导入货运作业流程的成功应用案例，及改善转口货柜处理效能，中国台湾各部门积极推动“高雄港转口柜免押运计划”，以EPC/RFID的科技设施取代人工押运，建设“电子封条监控系统”。
2.案例分析
应发展趋势，货柜封条的设计从传统机械式封条演进至电子封条（电子印章）。电子封条的构想起源于在机械式封条的设计里增加的RFID标签，两者合二为一即为所谓的电子印章电子封条标签。目前上不管是主动式或被动式的电子标签，所采用在机械式封条部分皆是遵循标准17712封条机械锁的标准。电子封条与传统机械式封条不同处在于封条内晶片存有记忆体，可纪录相关货柜资料，且被动式的电子封条一旦解开便遭破坏无法再加封与读取。因此，透过电子封条加封在货柜上，可完整记录起点至目的地间，点与点间货柜运送资讯，且电子封条安全无损表示货柜安全抵达，中途没有遭到破坏。货柜能够被监控，定位，确认状况，甚至可以进行分析供应链中的运输状况，这些资料透过RFID技术的网络进行搜集，储存并分享。另外，也有助于供应链中验证程序自动化发展的趋势，其中在绿色通道清关时，电子印章即发挥其效用，简化检查程序。
为与接轨和解决转口柜押运海关人力不足的问题，海关决议以EPC/RFID应用取代人工押运，使用ISO17712机械封条锁和EPC二代标签结合而成被动式电子封条，在货柜运送前加装，属于一次性使用的封条锁，不管供应链中不同的角色经手以及多个地点的停留，货柜卸货时，都可立即判别货柜的完整性，承运方即可办理交运手续完成业务。
为实施基于RFID技术的物联网的系统目标如图2：
图2 实施基于RFID技术的物联网的系统目标
降低航商成本：（1）押运成本降低（2）通关时间缩短
促进运输安全：与上加强货柜安全相关做法接轨
提高通关效率：（1）免停车，自动通关；（2）电子化处理，减少人工作业
减少人工押运：（1）简化作业流程；（2）免人工押运
3.解决方案：
以远距离超高频的RFID技术结合影像识别与报关资料库，对高雄港20个自动化车道及10家航商的转口柜货柜车进行移动安全侦测与管理。
港口中与集装箱有关的重要节点是储运中心、集装箱堆场、码头前沿及海关等。这些重要的节点应共同联合起来试点实施集装箱电子化管理，形成区域范围内对集装箱信息的协作化管理。例如在集装箱储运中心设置一组RFID读写器，当带有电子标签的集装箱离场时，REID读写器将读取的集装箱信息通过网络通讯系统传给现场的服务器。
在集装箱堆场设置两组RFID阅读器，分别是控制RFID进场读取器，以及堆场内RFID监控阅读器。港口控制中心设置的RFID进场读取器，主动读取装有电子标签的集装箱进场信息，场内的RFID监控阅读器可配合跨运机对场内的集装箱实施安全监控。在海关卡口设置阅读器，卡口主机对装有电子标签的集装箱读取电子车牌、司机卡、前箱电子箱号标签的数据、后箱的电子关锁数据；通过电子地磅仪表获取重量数据；通过箱号识别模块获得集装箱图像信息并进行箱号识别。这些数据由卡口主机通过网络传输至海关物流监控平台。在港口范围内实施电子化集装箱管理，可提高集装箱物流信息采集的准确性、便利性，提高海关通关的效率；为提高港口作业自动化水平提供有力条件；也为提高集装箱物流供应链信息化、透明化提供了基础。以下是系统的信息流程图和业务流程图：
五、效果评价 1.系统特色
即时监控功能，可远端即时监控各检查站的工作情况；RFID在维持具有*识别码的安全防伪前提下，采用EPC第二代规格，除可降低后续采购成本外，重要的是有利于接轨，对航商经营成本降低产生实质效益；以磁感应触发系统取代红外线系统，较不受气候影响，适合高雄港环境，进一步提高了系统的可靠性；RFID标签的安装位置并不影响系统的读取结果；40尺拖车前后装载2只货柜测试读取率达100%。
2.系统初步效益
平均读取率为97.42%（读取距离超过7公尺），全自动化高安全性作业，货柜走私率明显下降，提高了货柜运输安全；每年可节省约3300小时的通关时间及1000万元以上的押运费，降低了航商成本；每年可节省约一万人次的押运人力，提高了海关行政效率和服务质量；减少了押运柜的通关流程，平均每车缩短约0.8天，提高了高雄港的竞争力。
藉由被动式的RFID电子封条内*而无法伪造的晶片码，可分别由RFID的手持机读取及在货柜车不停等情况下通过港区自动化车道，被已安装在门哨的固定式RFID技术读取器读取及自动辨识，而达到自动化安全押运效益，一旦货柜车的被动式的RFID电子封条被破坏或未封妥或剪断即无法读取，为安全性*的货柜运输押运方式，符合货柜运输的发展趋势。故不仅可利于货柜运输的管理，提供安全性和追踪的功能并具有防伪机制，大量降低人为操纵的失误。
六、结论
RFID技术、传感技术等作为物联网的基础，在交通运输行业有着广泛的应用，主要包括电子政务领域、智能交通领域、运输/物流领域等。对进出港区的集装箱车辆进行自动识别，提高闸口通过速度，减少集疏港作业的拥堵现象，体现了管理智能化、物流可视化、信息透明化的理念和发展趋势。
物联网虽然尚属起步阶段，但是可以看到,基于EPC/RFID技术的物联网已经深深地融入到供应链管理的各个环节中。随着物联网在集装箱运输中的运用，必将导致集装箱的智能化。而集装箱智能化所带来的变革可以体现在航运供应链的所有节点上，为所有供应链的参与者创造更多的价值。对于供应链中的货主、托运人和承运人来说，他们不用付出任何成本，通过可接入互联网的各种终端，就可随时随地获知货物状况，享受智能集装箱系统带来的安全性和及时性等方面的变革；对于供应链中的港口和货运站来说，智能集装箱系统的使用可以减少因劳动力雇佣所带来的人力成本,同时节约了大量的港口和货运站监控成本。随着政府的对物联网的高度重视和RFID等技术的不断成熟以及理论研究的不断深入，物联网必将对供应链的未来发展发挥积极的作用，在供应链管理中应用领域也会越来越广阔。
