基于近場通信的集裝箱電子箱封系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)

江霞 包起帆 孟舒 彭德艷

集裝箱運(yùn)輸過程的安全性和透明性一直是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)美國國土安全部的數(shù)據(jù)，每年因集裝箱貨物失竊造成的損失高達(dá)300億～500億美元，且物流過程中走私、偷渡現(xiàn)象頻發(fā)。引發(fā)上述問題的主要原因是，集裝箱的機(jī)械封條容易被非法打開或偷換。此外，機(jī)械封條沒有自動(dòng)識(shí)別功能，每次安裝封條后都必須手工錄入相關(guān)信息，不僅效率低下，而且容易出現(xiàn)抄錄錯(cuò)誤。本文介紹基于近場通信（near field communication，NFC）的集裝箱電子箱封系統(tǒng)，并結(jié)合智能手機(jī)的應(yīng)用分析其操作流程和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以期提升集裝箱運(yùn)輸?shù)陌踩院托畔⒒健?/p>

1 集裝箱電子箱封系統(tǒng)發(fā)展歷程

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，無線射頻識(shí)別（radio fre-quency identification，RFID）電子箱封應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)封條自動(dòng)識(shí)別和安全鑒別，這方面的研究案例包括：包起帆[1]介紹上海港集裝箱物流全程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)及其在世界上首條集裝箱電子箱封航線中美航線上的應(yīng)用示范，這一階段性研究成果為增強(qiáng)集裝箱運(yùn)輸過程安全性和透明性提供解決方案，實(shí)現(xiàn)對集裝箱相關(guān)信息的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)追蹤和實(shí)時(shí)管理;徐蓉[2]介紹以色列 TWT 公司研究開發(fā)的系列電子箱封及其關(guān)鍵技術(shù)，提出利用該系列電子箱封實(shí)現(xiàn)集裝箱運(yùn)輸自動(dòng)監(jiān)控和跟蹤功能，并簡要闡述該系列電子箱封在美國的應(yīng)用情況;南京三寶集團(tuán)[3]研究RFID電子關(guān)鎖關(guān)鍵技術(shù)，并將該技術(shù)應(yīng)用到廈門海關(guān)系統(tǒng)。上述集裝箱電子箱封系統(tǒng)解決方案的核心技術(shù)均為RFID技術(shù)，需要在路徑節(jié)點(diǎn)安裝固定式讀寫器，并在被監(jiān)控物體上安裝電子標(biāo)簽。隨著經(jīng)濟(jì)全球化持續(xù)推進(jìn)，集裝箱運(yùn)輸呈現(xiàn)跨區(qū)域、跨國界發(fā)展趨勢。在此背景下，RFID電子箱封系統(tǒng)推廣應(yīng)用面臨以下困難：不同區(qū)域、不同部門、不同國家的讀寫器難以統(tǒng)一;需要配備大量專用手持讀寫器，使用和維護(hù)成本高昂。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，終端設(shè)備（如智能手機(jī)等）的規(guī)模、功能和性能日新月異，其商業(yè)應(yīng)用模式不斷創(chuàng)新發(fā)展。結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，集裝箱電子箱封系統(tǒng)迎來巨大發(fā)展機(jī)遇，具體表現(xiàn)為：（1）移動(dòng)智能終端的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使電子箱封系統(tǒng)應(yīng)用徹底擺脫對專用識(shí)別和通信接入設(shè)備的依賴，實(shí)現(xiàn)用戶隨時(shí)、隨地使用操作;（2）NFC技術(shù)的成熟推動(dòng)RFID的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)RFID從識(shí)別到聯(lián)結(jié)的重大變革，促使更多物品快速接入互聯(lián)網(wǎng)，從而為集裝箱電子箱封系統(tǒng)發(fā)展提供新的技術(shù)支持。

結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建立的基于NFC的集裝箱電子箱封系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）在機(jī)械封條內(nèi)嵌入NFC芯片，利用智能手機(jī)對封條進(jìn)行識(shí)讀、校驗(yàn)，并將操作時(shí)間、操作地點(diǎn)、操作人及照片等關(guān)鍵物流信息接入互聯(lián)網(wǎng);（2）系統(tǒng)不再安裝固定式讀寫器，依靠智能手機(jī)讀取NFC標(biāo)簽，其操作流程與現(xiàn)有集裝箱物流流程一致;（3）NFC標(biāo)簽不可更改、不可復(fù)制且全球唯一，出廠時(shí)寫入的電子封條號(hào)不可更改，并與芯片號(hào)相互對應(yīng)，無法偽造;（4）NFC箱封的價(jià)格與機(jī)械箱封相當(dāng)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 基于NFC的集裝箱電子箱封系統(tǒng)架構(gòu)與操作流程

基于NFC的集裝箱電子箱封系統(tǒng)包括電子箱封、系統(tǒng)平臺(tái)和智能手機(jī)應(yīng)用程序。智能手機(jī)是連接電子箱封和系統(tǒng)平臺(tái)的橋梁，電子箱封的安全認(rèn)證和各類物流信息的操作均通過智能手機(jī)應(yīng)用程序完成。此外，智能手機(jī)能夠與系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，結(jié)合智能手機(jī)的定位和攝像功能，自動(dòng)采集操作時(shí)間、地理位置、照片和視頻等信息。

基于NFC的集裝箱電子箱封系統(tǒng)操作流程與現(xiàn)有機(jī)械箱封系統(tǒng)一致，僅增加信息采集環(huán)節(jié)。以集裝箱物流為例：在集裝箱起運(yùn)前，安裝電子箱封并進(jìn)行初始化，利用智能手機(jī)讀取電子箱封，通過唯一性驗(yàn)證后，進(jìn)行上封操作，同時(shí)將操作人、時(shí)間、地理位置、照片等信息上傳至系統(tǒng)平臺(tái);在集裝箱運(yùn)輸過程中，通過智能手機(jī)對電子箱封進(jìn)行巡檢，并自動(dòng)將巡檢時(shí)間和地理位置信息上傳至系統(tǒng)平臺(tái);集裝箱運(yùn)輸結(jié)束后，在取下電子箱封之前，利用智能手機(jī)驗(yàn)證電子箱封，確定解封，待將操作人、時(shí)間、地理位置、照片等信息上傳至系統(tǒng)平臺(tái)后，剪斷電子封條。

3 基于NFC的集裝箱電子箱封系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 電子箱封

電子箱封結(jié)合NFC標(biāo)簽和機(jī)械箱封，采用無源電子封條，其機(jī)械部分構(gòu)成與機(jī)械箱封相同，操作流程也與機(jī)械箱封一致。在投入使用前，電子箱封須通過輻射干擾、靜電放電抗擾度、工頻磁場等電磁兼容性測試，以檢測其在集裝箱運(yùn)輸環(huán)境中的可用性。

電子箱封的使用步驟如下：在使用電子箱封前，將芯片的用戶號(hào)、封條號(hào)和生產(chǎn)商號(hào)預(yù)錄至系統(tǒng)平臺(tái);在使用電子箱封時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)比對電子箱封信息，確保電子箱封的唯一性，從而克服了機(jī)械箱封容易被仿造的缺陷。

3.2 系統(tǒng)平臺(tái)

系統(tǒng)平臺(tái)是用于業(yè)務(wù)管理的獨(dú)立、開放、專業(yè)化信息平臺(tái)，通過管理實(shí)體電子箱封，實(shí)現(xiàn)包括電子箱封名稱解析、注冊管理、查詢等核心功能在內(nèi)的應(yīng)用業(yè)務(wù)功能，同時(shí)提供手機(jī)應(yīng)用程序和其他網(wǎng)絡(luò)訪問接口。通過系統(tǒng)平臺(tái)可以得到電子箱封的相關(guān)信息，其中包括封/鎖的目標(biāo)（集裝箱號(hào)、集卡車牌號(hào)等），授權(quán)操作的時(shí)間、地點(diǎn)、人員，以及封/鎖操作過程、方式、狀態(tài)等信息。

3.3 智能手機(jī)應(yīng)用程序

智能手機(jī)應(yīng)用程序通過移動(dòng)通信、無線網(wǎng)絡(luò)、全球定位系統(tǒng)、攝像頭等實(shí)現(xiàn)通信、定位、拍照、錄像等功能;此外，智能手機(jī)應(yīng)用程序還具備注冊、登錄、查詢等客戶端功能。如圖4所示，智能手機(jī)應(yīng)用程序流程如下：首先，加載用戶注冊或登錄界面;然后，在用戶登錄時(shí)通過服務(wù)器驗(yàn)證用戶號(hào)和密碼，獲取令牌，令牌具有時(shí)效性，超過一定時(shí)間作登錄過期處理;最后，成功獲取令牌后即加載主界面，主界面使用TabLayout布局，分為2個(gè)功能標(biāo)簽，分別執(zhí)行查詢物流狀態(tài)信息和操作電子箱封的功能。

4 基于NFC的集裝箱電子箱封系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢

基于NFC的集裝箱電子箱封系統(tǒng)具有以下應(yīng)用優(yōu)勢：（1）以智能手機(jī)為信息交互載體，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和鑒別電子箱封、獲取和查詢信息等操作功能;（2）通過節(jié)點(diǎn)跟蹤提高集裝箱物流過程透明度，方便用戶及時(shí)掌握物流動(dòng)向，并且用戶利用智能手機(jī)巡檢的節(jié)點(diǎn)越多，物流軌跡就越精細(xì);（3）以高效的巡檢機(jī)制取代人工抄錄，大大提升集裝箱物流管理的信息化水平;（4）提供多功能接口，可與用戶的企業(yè)資源管理系統(tǒng)融合。

5 基于NFC的集裝箱電子箱封系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

2007年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organi-zation for Standardization， ISO）發(fā)布由美國主導(dǎo)的ISO 18185 《集裝箱電子封條》系列標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)源于美國SAVI公司在伊拉克戰(zhàn)爭中的應(yīng)用實(shí)例，由于其要求電子封條同時(shí)滿足433 MHz和2.4 GHz頻段的信息交互，使用成本較高，且需要在全球大規(guī)模布設(shè)讀寫器，導(dǎo)致該標(biāo)準(zhǔn)從發(fā)布至今難以實(shí)現(xiàn)真正商用。

我國開展集裝箱RFID技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化研究已有十余年，取得豐富成果： 在標(biāo)準(zhǔn)方面，GB/T 23678―2009《供應(yīng)鏈監(jiān)控用集裝箱電子箱封應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、GB/T 29752―2013《集裝箱安全智能鎖通用技術(shù)規(guī)范》等國家標(biāo)準(zhǔn)相繼發(fā)布;在應(yīng)用方面，已有多條國際、國內(nèi)集裝箱RFID試驗(yàn)線投入運(yùn)行。

為了進(jìn)一步推動(dòng)我國集裝箱電子箱封的應(yīng)用和發(fā)展，交通運(yùn)輸部于2017年下達(dá)交通運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目任務(wù)書。2018年4月，課題組通過國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)的立項(xiàng)答辯，并于2018年9月獲批國家標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃，項(xiàng)目名稱為“基于NFC的集裝箱電子箱封及系統(tǒng)”（項(xiàng)目編號(hào)20182064-T-469）。在該標(biāo)準(zhǔn)編制過程中，有百余家企業(yè)參與試用，由第三方鑒定封條硬件和應(yīng)用程序軟件性能，召開多場研討會(huì)收集封條制造商、系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)營商、電子箱封使用單位的意見，以實(shí)現(xiàn)簡化箱封系統(tǒng)操作流程、兼容相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)信息共享和安全的目標(biāo)。

該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容覆蓋系統(tǒng)構(gòu)成、電子箱封、讀寫終端、系統(tǒng)平臺(tái)通信協(xié)議和技術(shù)要求、電子箱封操作流程等方面。該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施主體為箱封的使用者、生產(chǎn)者和信息平臺(tái)運(yùn)營方，具體包括貨主、船公司、物流公司及其代理、海關(guān)、檢驗(yàn)檢疫部門、港口理貨單位、電子箱封生產(chǎn)商、信息平臺(tái)運(yùn)營商等。

該標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)期作用和效益包括：（1）提高集裝箱運(yùn)輸安全性，減少因偷盜造成的貨損;（2）提高集裝箱運(yùn)輸透明度，有利于集裝箱多式聯(lián)運(yùn)責(zé)任界定;（3）有利于海關(guān)和檢驗(yàn)檢疫等政府部門對集裝箱運(yùn)輸實(shí)施監(jiān)管;（4）有利于箱封生產(chǎn)商的轉(zhuǎn)型升級(jí)及其對國際電子箱封市場的拓展。

6 結(jié)束語

目前，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的電子箱封廣泛應(yīng)用于貨物防偽、檢驗(yàn)檢疫、食品運(yùn)輸、石油化工品運(yùn)輸、燃?xì)夤芾淼阮I(lǐng)域。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)智能終端的發(fā)展推動(dòng)箱封管理納入信息管理系統(tǒng)，并在物流安全性和透明性及物流成本方面形成巨大應(yīng)用優(yōu)勢。與此同時(shí)，相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善也將進(jìn)一步促進(jìn)我國集裝箱電子箱封的推廣應(yīng)用和國際競爭力的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 包起帆. 集裝箱物流全程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 水運(yùn)工程，2011（1）：45-51.

[2] 徐蓉. 基于E-seal的集裝箱監(jiān)控系統(tǒng)的方案研究[J]. 中國水運(yùn)（學(xué)術(shù)版），2007，7（4）：142-144.

[3] 南京三寶集團(tuán).基于RFID技術(shù)的電子關(guān)鎖的應(yīng)用[J].中國自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，2007（2）：64-67.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2019-03-21）