海关集装箱货物可视化监管的安全智能锁研究与应用

冯发旗　孙卓君

摘 要：海关集装箱监管货物转关运输、关区内转场（码头）集装箱监管运输、特殊监管区域间集装箱货物流转、出口拼箱集装箱货物进港区运输的途中监管一直是海关物流监管关注和防范执法风险的重点。引入基于物联网技术的安全智能锁，介绍了安全智能锁的发展、安全需求、基本架构，并对安全智能锁一体式和分体式进行了比较分析，通过建设可视化安全智能锁监控系统应用实例，阐述海关利用安全智能锁进行集装箱货物途中监控的具体功能和应用效益，探索出一条海关集装箱监管货物关键监控节点的可视化监管、智能化监控的新型监管模式。

关键词：海关；集装箱；可视化监管；安全智能锁

中图分类号：TP79 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）06-00-04

0 引 言

集装箱货物运输作为一种现代化运输方式，因其具有明显的优越性而普遍适用于海关监管货物的公路运输。近年来，海关为了支持外贸稳定增长相继推出了“属地申报，口岸验放”和实行“一次申报、一次查验、一次放行”等一系列配套措施，要求做到货物应转尽转。目前集装箱转关货物主要使用传统的机械式一次性海关铅封封志，采用人工操作、肉眼辨认实施对集装箱进行施封、验封及解封，这种传统的监管模式由于完全由人工干涉，效率低、随意性大；而且铅封封志安全性低，安全性差，易仿制仿冒，不法分子私开关锁或仿制关锁走私货物的情事时有发生；此外，关区内转场（码头）集装箱监管运输、特殊监管区域间集装箱货物流转、出口拼箱集装箱货物进港区运输等业务逐年增加。鉴此，亟需引入基于物联网技术的安全智能锁系统，利用无线射频识别、辅助空间定位、GPRS、GIS、信息化管理系统，最终实现对海关集装箱监管货物的主动、全时空、全方位的可视化监管。

1 安全智能锁系统

1.1 安全智能锁定义

安全智能锁（Secure and Smart Lock）指用于锁闭集装箱和厢式货车箱门的，可进行对外无线通信、标识码自动识别、操作指令授权认证、锁杆施封和解封、数据传输安全、实现物流全程安全监控与报警的锁具。安全智能锁兼有机械锁、信息锁双重功能，具有唯一的电子身份识别号，可实现监管途中可视化监控。

1.2 安全智能锁发展概况

安全智能锁概念，最早是由美国Savi公司提出智能化监控，采用无线射频技术，在货物陆路运输的过程，实时传输集装箱箱门信息的信息系统。并在此基础上于2007年5月形成了ISO18185的国际标准，该标准中的空中接口协议、防冲突算法、近场藕合定位等技术引用了Savi公司的专利。

在国内，2006年9月20日黄埔海关启动粤港直通货运车电子关锁运行试点，进一步推进了粤港货物电子通关，首次将电子关锁应用于海关途中监管。

2012年11月，为了进一步提高安全性，中国海关在电子关锁的基础上采用了中国电子口岸国产安全芯片，形成了安全智能锁，从根本上防止不法分子造假。《海关总署公告2012年第55号》颁布了海关行业标准：《海关物流监控前端集成系统建设》。

1.3 安全智能锁系统基本架构

从技术架构上来看，安全智能锁系统可分为三层：感知识别层、网络构建层及综合应用层，安全智能锁可视化系统构架如图1 所示。

图1 安全智能锁可视化系统构架

（1）感知识别层。主要实现集装箱监管信息的采集，由数据采集子层，短距离通信技术和协同信息处理子层组成。感知层通过安全智能锁、阅读器、车载GPS终端、闸口RFID识别分别采集集装箱箱门信息、车辆信息及闸口进/出门信息并传入网络层。

（2）网络构建层。主要实现集装箱监管信息的传递、路由和控制，经过初步处理的集装箱数据、车辆数据、闸口进/出门数据，并在此基础上叠加仓库、码头（港务）及海关内部的数据并传输到应用层，包括互联网、无线通信网等。

（3）综合应用层。综合应用层主要对信息资源进行采集、开发和利用，主要为海关关员提供业务数据传输与处理、功能展示、轨迹回放、预警功能等各种集装箱监管相关综合业务服务，其中根据集装箱监管的实际需要，提供了多种预警提醒，实现主动监管、可视化监管。

1.4 安全智能锁一体式与分体式技术实现比较

安全智能锁技术实现方案主要包含一体式与分体式两种，一体式锁体包含微处理器、RFID、GPS、GPRS、信息安全认证等功能模块；分体式锁体只包含微处理器、RFID、信息安全认证等功能模块，信息传输要依托车载GPS、GPRS通讯模块，具体见表1。

根据以上比较得出分体式安全智能锁具有电池续航能力好，成本低兼容性强，外观小的优点。

1.4.1 电池续航能力

在满足可视化监控需求的前提条件下，由于采用承运车辆的车载终端GPS信息及GPRS数据传输链路，大大降低了安全智能锁的功耗，超长待机时间长达2年，适合关区间路途较远的集装箱货物监管运输，降低了使用成本与维护成本。

1.4.2 成本低兼容性强

兼容交通部车辆定位终端的数据传输协议，使用中继器与原有车载终端设备通讯，可以充分利用原有投入设备，实现车辆与集装箱综合捆绑监管；监管数据传输与原车辆管理数据使用相同的传输协议，有效降低数据传输费用。

1.4.3 外观小型化

由于降低了本身功耗，减少了电池体积，从而大大减小了设备体积，防水防尘设计适合长期室外使用，方便安全智能锁设备与其他商业封志一起施封、解封。

综上所述，在满足相同需求的情况下，分体式安全智能锁，功耗、可维护、体积、成本上、操作上都有一定优势。因此，在日常的监管需求中，对于已安装车载终端并长期从事海关监管相关业务的车辆建议使用分体式安全智能锁，成本低，维护简单；对于偶尔从事海关监管业务的未安装车载终端车辆，建议使用一体式安全智能锁。

2 安全智能锁在可视化监管中的应用

2.1 集装箱安全智能锁可视化监管特征

（1）要与外部自动交换的接口或平台，实现集装箱监管信息的自动采集（感知识别层）；

（2）要有自动识别与集装箱监管信息数据传递、路由和控制的网络构建层，确保数据同步流动、实时控制自动识别和数据采集（AIDC）；

（3）自动跟踪技术确保在集装箱运输途中精确定位与迅速查找，主要包括地理信息系统技术与空间定位系统技术；

（4）在此基础上最后形成与海关物流监控系统（包括卡口管理系统）紧密结合的一个信息互联互通、数据共享的可视化安全智能锁集装箱监管平台。

2.2 集装箱安全智能锁可视化监控系统架构

集装箱安全智能锁可视化监管平台是在原有物流信息监控系统的基础上，由安全智能锁系统、车辆监控系统（GPS）、智能闸口系统、电子地图显示（GIS）系统整合而成；全面获取集装箱物流监管关键节点的“物流链信息”和运输工具实时位置和移动轨迹，采取“监控验证信息”进行分析比对，实现对集装箱物流链全程的智能预警监控；结合配套的海关监管业务流程和相关制度与操作规程，构建基于物联网的集装箱货物可视化安全智能锁监管体系，体系架构如图2所示。

图2 集装箱安全智能锁可视化监控系统架构

2.3 集装箱安全智能锁可视化监控系统介绍

在安全智能锁集装箱可视化监管预警应用基础上，宁波海关成功开发了“宁波海关集装箱安全智能锁可视化监控系统”（安全智能锁监控平台），该监控平台主界面如图3所示。

图3 集装箱安全智能锁可视化监控系统主界面

2.3.1 基于安全智能锁的动态监管功能

（1）获取实时智能安全锁数据，实现集装箱动态监控功能利用安全智能锁、车载阅读器与GPS车载终端，采集集装箱箱门信息与车辆信息，并通过电信网络实时传输至后台系统，通过后台系统加工实现集装箱状态、车辆位置、轨迹等动态监控功能。

（2）结合车辆监控综合监管功能在物流监控中心，海关监控人员结合宁波海关车辆监控系统实时分析系统中的集装箱动态信息和预警信息，实时进行车辆信息核实，互为补充，互相印证。

2.3.2 电子地图显示系统功能

根据集装箱车辆动态信息信号，实现按比例尺在电子地图上准确绘制标示实时监控位置的功能，结合海关物流监控的实际需要，将集装箱监控系统中集装箱相关的车辆信息、驾驶员信息、车队信息数据进行系统整合，通过加工制作的电子地图以形状不同、颜色变化实时显示车辆类型、速度、经纬度坐标等基本信息。

2.3.3 智能锁安全锁管理预警、处置功能

（1）整合港务数据，实现集装箱信息监控功能；

（2）叠加海关审批信息，实现施封、验核、异常解锁、途中超时等预警功能；

（3）结合车辆监控系统，实现监控信息比对功能；

（4）结合卡口电子验封有效范围，实现进卡口物理解锁报警功能，避免安全智能锁设备出境。

3 效 益

从2011年9月开始，宁波海关利用集装箱货物可视化安全智能锁监控系统实现出口拼箱场站至各集装箱码头的在途运输可视化监管。当年安装安全智能锁设备进行监管的车辆共计287辆，对14409车次的集装箱车辆进行了途中监管；2013年启动转码头国际中转箱的在途运输可视化监管试点，试点应用涉及7个码头，业务量规模达15万箱次/年。

使用安全智能锁可视化监管可以实现海关转关或直通货物的实货放行，在货物转关或直通运输途中实时记录集装箱货物非法出箱时间和出箱次数，并与GPS联动实时报警，有效防止了犯罪分子途中卸货、换货的可能性，威慑和打击了走私、骗税、骗汇等违法行为，在减轻海关查验工作量的同时，提高了通关效率，方便企业通关作业发挥了十分积极的作用。

3.1 整合资源，实现动态、可视化监管

通过集装箱货物可视化安全智能锁监控平台，实现转关运输管理、转场（码头）管理等子系统的一体化操作，不但能实现集装箱监管车辆的运行状态在监控平台上集中体现，还可以通过点击集卡车图标就能及时掌握该集卡车向海关申报信息，途中监管施、验封信息以及各种预警信息，严密海关监管，实现对进出口物流实行全方位、可视化管理和对进出口物流的有效跟踪监控。

3.2 提高效率，节约监管成本

彻底改变了传统机械铅封全过程采用人工操作，肉眼识别的落后、繁琐、费时、费力的监管方式，转变成全程自动操作，24小时监控，大大降低了现场关员和武警的人工操作量，减少信息输入错误，节省了人力成本，提高了效率。

3.3 由单一监管、被动监管转化为差异化监管、主动监管

一方面系统实现海关监管车辆与监管货物一体联动的业务监管，提高相关监管资源分配的针对性、有效性和智能化水平，使海关的监管工作由原先被动监管转为主动监控、全面监控；另一方面通过加强监控力度，深化对车辆、货物、监管场所、运输企业的差异化管理，进一步合理分配监管力量，将监管资源向高风险监管对象和环节倾斜。

4 展 望

安全智能锁是基于海关监管需求研制的，主要应用于海关集装箱货物运输监管，如进出口转关、区港联动、直通关等。也可应用于具有途中运输安全需求的多个领域，如武器、油品、烟草、金融等一切贵重敏感物品的途中监管。为了让安全智能锁更好地适应各种环境下的可视化监管要求，目前尚需解决和完善以下问题：

（1）电源续航能力：无线定位和远程传输是安全智能锁的基本功能。在启运地，一旦一体式安全智能锁施封上锁，无线定位和远程传输模块开始工作，接收并更新锁体的GPS信息、施解封信息、报警信息，登陆网关定时和网关通信，直至到达指运地解锁后无线定位和远程传输模块才停止工作。因此为保证安全智能锁能够长时间使用，除了使用高容量的电池，必须采用合适的低功耗控制技术防止监管途中电池耗尽。

（2）抗干扰能力：抗干扰指的是阅读器和安全智能锁之间的无线通信需要抗干扰措施，海关卡口一般存在多条车道，相邻几条车道可能存在同频干扰，因此在技术设计中要提高通信速率、增加通信信道，以提高无线通信的可靠性与频率资源的利用率，从而避免安全智能锁无线通讯过程中的相互干扰。

（3）紧急开启功能：紧急开启接口是应对电子锁失灵的必备技术措施，电子密匙在没电或SIM卡无信号等特殊情况下，可使用“后门”密匙打开，密匙授权可以根据实际情况由监控中心授权，因此也需同时考虑“后门”技术带来的安全隐患。

（4）北斗导航兼容：目前一体式安全智能锁一般利用GPS定位系统，有的已采用双模技术，但价格较高或体型偏大，双模定位可以充分利用北斗导航卫星定位系统的长处，精度和可靠性更强。

5 结 语

物联网技术已成为海关加强监管的重要手段之一，宁波海关利用科技手段转变传统监管理念，对集装箱货物可视化安全智能锁监管应用进行了长达4年的有益探索，一方面满足了海关对集装箱监管货物途中实时监控的要求，延伸了海关监管时空，减低了海关执法风险；另一方面保障了企业集装箱货物运输的安全性，降低了物流成本；取得了显著的社会和经济效益，也为安全智能锁早日取代传统一次性铅封并在全国转关监管领域推广应用打下了坚实的基础。

参考文献

[1] 吴清一.物流基础[M].北京：清华大学出版社，2000.

[2] 张建雄.物联网技术在海关管理中的应用[J].中国公共安全（综合版），2012（13）：134-137.

[3] HS/T 37-2012.海关物流监控前端集成系统建设（2012）[S].

[4] 工业和信息化研究院.物联网白皮书（2011）[R].2011.

[5] 沈振华，陈定方.基于RFID/GPS的物流控制系统的研究[J].湖北工业大学学报，2009， 24（2）：74-75 .

[6] 陈实武. 海关物流监控系统的电子关锁设计[D]. 武汉：武汉理工大学，2006.

[7] 邢成岗，匡荣.智能防伪电子铅封管理系统的研制[J].供用电，2010，27（3）：66-68.

[8] 蔡红，胡志华，刘伟.空间定位技术在集装箱流程可视化中的应用[J]. 机电一体化，2010（6）：98-101.

[9] Christopher M. Logistics and Supply Chain Management；Strategies for Reducing Cost and Improving Service，Financial Times Prentice Hall，2003.

[10]唐承佩，唐焯宜.基于多频异构技术的无线定位关锁设计[J] .制造业自动化，2011，33（2）：147-150.

[11]王东剑，邹玲，高洁.一种915MHz低功耗RFID无源电子标签[J].湖北工业大学学报，2009，24（5）：27-29.