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基于RFID的集装箱及其货物的基础数据采集研究 |
文章来源:RFID世界 |
2005/9/12 1:14:23 |
集装箱运输是交通运输过程中的一个重要的运输环节。近年来,集装箱运输过程中的集装箱及其货物的实时(或准实时)可视化的跟踪、管理和调度问题成为人们关注的重点。传统的集装箱跟踪、管理和调度大都是基于图像识别技术以及手工录入数据的方式实现的。利用摄像头将集装箱的相关信息传送到处理节点,完成对集装箱箱号的识别与管理;而货物的跟踪和调度则是由人工进行非实时的数据录入,其跟踪、管理和调度通过查询数据库的方式来实现。这种方法识别速度较慢、差错率高并且不能实现实时(准实时)跟踪。为了解决上述问题,本文提出了在集装箱运输管理系统中,利用RFID技术采集集装箱及其货物的信息,并对集装箱运输过程中所需采集的基础数据进行了分析和分类,并根据分类提出了利用中间件实现的前端数据采集的方案;本文还进一步研究了RFID技术在集装箱数据采集过程中所遇到的数据碰撞、数据冗余以及数据安全问题,并给出了相应的解决方案。
关键词:集装箱跟踪、货物跟踪、RFID、基础数据采集
The Study on Information Collection for Container and Goods in Transportation Based on RFID Technology
Xiaoping Xue[1][2], Sidong Zhang[1], Xiang Chen[1]
[1] School of electronics and Information engineering, Beijing Jiaotong University, 100044
[2] Department of Information and Communication engineering, Tongji University, 200093
Abstract: Container transportation is one of the important processes of transportation. Recently, the real time, visible track, management and control of container and it’s goods has been gained more attention by researchers. Traditionally, the management and control of container and it’s goods are based on the video techniques and manual data input. In this method, the information of container gathered by the video is transmitted to the information process center to identify the number of the container; the information of goods is input into the information process center manually and non-real time; the track, management and control of goods are implemented by retrieving database. The problems of this method are lower identification speed, high error rate, and non-real time. In this paper, a solution which uses RFID technology to collect the information of container and goods is proposed; the data of container and goods transportation is analyzed and classified; and based on our classification, an automatic data collection solution by using RFID middleware is provided. Furthermore, the data collision, data redundant and data security of RFID in container transportation are studied, and the solutions for these issues are provided.
Keywords: Container Track, Goods Track, RFID, Data Collection
1.引言
在现代化物流中,为减少生产和仓储成本,提出了零库存( Just in Time)的概念[1]。它是由日本丰田汽车公司首先创立并且推行的先进生产方式,也叫“丰田生产方式”、“准时制生产(JIT)”,其核心思想是按照用户的订货要求,以必要的原料、在必要的时间和地点生产出必要的产品。由于零库存减少了制造过程中的种种浪费,提高了效率,同时又使系统增强了对客户订货的应变能力,因此被视为当今制造业中最理想且最具有生命力的生产系统之一。
集装箱运输是货物运输中的一种重要的方式,在国民经济中占有重要的地位。集装箱运输作为物流过程的重要一部分,为实现零库存(Just in Time)的运输方式,就要求能对集装箱在运输过程中的各种环节进行跟踪、管理及调度。目前,国内常用的方法主要是通过管理信息系统,利用数据库技术以及人工确认运输工具的位置来实现的[4][5][6]。传统方法的主要问题是: (1)集装箱箱号识别采用人工确认或者视频图像识别技术,由于箱号的污损,不可避免地会造成对箱号的误判,造成信息的不准确。(2)部分基础数据人工录入,因此数据延时较长,并且准确性也难以得到保证。
RFID技术是一种极具生命力的技术,它的出现将改变人工采集数据的方式,提高工作效率。RFID是一种采用无线射频方式通信的技术,可以实现运动过程中的快速、高效、安全的信息识读和存储,正因为如此,它在很多方面得到了广泛地应用[2][3]。本文针对集装箱运输的跟踪、管理和调度问题,提出了利用RFID进行前端数据采集的框架结构,并针对应用中的关键问题提出解决方案。本文其他部分内容安排如下:第二部分针对集装箱运输过程中所需要采集的数据进行了分类,并且提出了具体的数据采集方案;第三部分研究了所提出方案中的关键问题及解决方案,并对各种方案进行了分析和比较。在结论部分,提出了进一步研究的方向和系统实施的标准化问题。
本文的贡献在于(1)分析并分类了集装箱跟踪、管理和调度中的信息;(2)针对信息分类提出了数据采集的方案;(3)针对实施过程中的关键问题,提出了解决方案。
2.基于RFID的集装箱基础数据获取框架-FDC
目前RFID Tag主要有两种类型:有源和无源型两种,无源RFID Tag不需要电池供电,但通常其识读距离受到限制;有源RFID Tag一般采用电池供电,使用寿命可达5-10年,并且可以实现远距离地识读,有源RFID Tag 和Reader的结合可以有效地运用在集装箱跟踪、管理和调度中。本文所提出的方案是基于长距离RFID,这种Tag和Reader的研制者主要有美国的Savi。
集装箱跟踪、管理和调度的信息分为两大类:位置信息(L)以及集装箱和货物状态信息(S)。位置信息分为大范围实时位置信息和小范围位置信息。大范围位置信息是指集装箱在运输过程中动态的位置信息并按时间进行表达,这种信息一般通过GPS(全球卫星定位系统)或TMIS(铁路管理信息系统)可以得到有效地解决,这一问题不属于本文的讨论范围,可以参考[7][8]。小范围位置信息是指在某一个具体的范围内(如集装箱堆场、货物集散地等)的集装箱位置信息,包括出入门时间、集装箱静态位置信息(如集装箱的堆放区域、在堆放区域中的三维位置等等)。
状态信息包括:集装箱的分类信息、集装箱内的货物信息、集装箱装卸作业信息、到达地信息、出发地信息、到达时间、集装箱维护信息等等。货物状态信息分为两个部分:固定信息和动态可变信息。固定信息主要是集装箱分类信息(如编号、种类、所属公司等)以及维护管理信息(如集装箱生产厂、维护日期、报废日期等等)。动态信息是某次运输过程中的特定信息,如货物的种类、到达地、出发地、到达时间、某地装卸货物信息(本文将这种信息定义为聚合和反聚合信息)等等。
小范围的动态位置以及状态信息的获取方法如图1 所示。在该结构中采用三个基本元件:标签(Tag)、地标(Signpost)和识读器(Reader),通常识读器和地标的位置是固定的,而标签的位置是随集装箱的位置而动态改变的。
标签和识读器之间的有效读取距离可达100m,识读器可以在高速运动(120km/h)中实现识读标签。安装在集装箱上的标签是一种高频、有源标签,标签平时工作模式为睡眠模式,只有进入读写区域时,才由地标触发标签将标签中的信息传送给识读器;或者由识读器向标签写入相应的信息。这种方式可以有效地节省Tag的能量,研究表明[9]:这种类型的Tag可以工作十年之久。
针对小范围内的位置信息,有静态位置和动态位置。动态位置(如出入门以及在某个区域内移动时的位置)信息的采集比较简单,当集装箱在移动过程中进入某个Reader区域后,Reader就能感知到附着在集装箱上Tag,从而可以根据Reader的位置来确定集装箱的位置。而静态位置中主要是获取平面坐标位置和三维坐标位置(为了节约空间,集装箱一般都采用堆叠方式摆放)。平面坐标位置获取和三维坐标位置获取可以参考[10]中提出的方案得到解决。
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