基于近场通信的集装箱电子箱封系统及其标准

江霞 包起帆 孟舒 彭德艳

集装箱运输过程的安全性和透明性一直是业界关注的焦点。根据美国国土安全部的数据，每年因集装箱货物失窃造成的损失高达300亿～500亿美元，且物流过程中走私、偷渡现象频发。引发上述问题的主要原因是，集装箱的机械封条容易被非法打开或偷换。此外，机械封条没有自动识别功能，每次安装封条后都必须手工录入相关信息，不仅效率低下，而且容易出现抄录错误。本文介绍基于近场通信（near field communication，NFC）的集装箱电子箱封系统，并结合智能手机的应用分析其操作流程和相关标准，以期提升集装箱运输的安全性和信息化水平。

1 集装箱电子箱封系统发展历程

随着电子技术的发展，无线射频识别（radio fre-quency identification，RFID）电子箱封应运而生，实现封条自动识别和安全鉴别，这方面的研究案例包括：包起帆[1]介绍上海港集装箱物流全程实时在线监控系统及其在世界上首条集装箱电子箱封航线中美航线上的应用示范，这一阶段性研究成果为增强集装箱运输过程安全性和透明性提供解决方案，实现对集装箱相关信息的实时采集、实时追踪和实时管理;徐蓉[2]介绍以色列 TWT 公司研究开发的系列电子箱封及其关键技术，提出利用该系列电子箱封实现集装箱运输自动监控和跟踪功能，并简要阐述该系列电子箱封在美国的应用情况;南京三宝集团[3]研究RFID电子关锁关键技术，并将该技术应用到厦门海关系统。上述集装箱电子箱封系统解决方案的核心技术均为RFID技术，需要在路径节点安装固定式读写器，并在被监控物体上安装电子标签。随着经济全球化持续推进，集装箱运输呈现跨区域、跨国界发展趋势。在此背景下，RFID电子箱封系统推广应用面临以下困难：不同区域、不同部门、不同国家的读写器难以统一;需要配备大量专用手持读写器，使用和维护成本高昂。

随着移动互联网的飞速发展，终端设备（如智能手机等）的规模、功能和性能日新月异，其商业应用模式不断创新发展。结合移动互联网的应用，集装箱电子箱封系统迎来巨大发展机遇，具体表现为：（1）移动智能终端的普及和网络技术的应用使电子箱封系统应用彻底摆脱对专用识别和通信接入设备的依赖，实现用户随时、随地使用操作;（2）NFC技术的成熟推动RFID的应用，实现RFID从识别到联结的重大变革，促使更多物品快速接入互联网，从而为集装箱电子箱封系统发展提供新的技术支持。

结合互联网应用建立的基于NFC的集装箱电子箱封系统具有以下特点：（1）在机械封条内嵌入NFC芯片，利用智能手机对封条进行识读、校验，并将操作时间、操作地点、操作人及照片等关键物流信息接入互联网;（2）系统不再安装固定式读写器，依靠智能手机读取NFC标签，其操作流程与现有集装箱物流流程一致;（3）NFC标签不可更改、不可复制且全球唯一，出厂时写入的电子封条号不可更改，并与芯片号相互对应，无法伪造;（4）NFC箱封的价格与机械箱封相当，具有广泛的应用前景。

2 基于NFC的集装箱电子箱封系统架构与操作流程

基于NFC的集装箱电子箱封系统包括电子箱封、系统平台和智能手机应用程序。智能手机是连接电子箱封和系统平台的桥梁，电子箱封的安全认证和各类物流信息的操作均通过智能手机应用程序完成。此外，智能手机能够与系统平台实现数据交互，结合智能手机的定位和摄像功能，自动采集操作时间、地理位置、照片和视频等信息。

基于NFC的集装箱电子箱封系统操作流程与现有机械箱封系统一致，仅增加信息采集环节。以集装箱物流为例：在集装箱起运前，安装电子箱封并进行初始化，利用智能手机读取电子箱封，通过唯一性验证后，进行上封操作，同时将操作人、时间、地理位置、照片等信息上传至系统平台;在集装箱运输过程中，通过智能手机对电子箱封进行巡检，并自动将巡检时间和地理位置信息上传至系统平台;集装箱运输结束后，在取下电子箱封之前，利用智能手机验证电子箱封，确定解封，待将操作人、时间、地理位置、照片等信息上传至系统平台后，剪断电子封条。

3 基于NFC的集装箱电子箱封系统应用

3.1 电子箱封

電子箱封结合NFC标签和机械箱封，采用无源电子封条，其机械部分构成与机械箱封相同，操作流程也与机械箱封一致。在投入使用前，电子箱封须通过辐射干扰、静电放电抗扰度、工频磁场等电磁兼容性测试，以检测其在集装箱运输环境中的可用性。

电子箱封的使用步骤如下：在使用电子箱封前，将芯片的用户号、封条号和生产商号预录至系统平台;在使用电子箱封时，系统自动比对电子箱封信息，确保电子箱封的唯一性，从而克服了机械箱封容易被仿造的缺陷。

3.2 系统平台

系统平台是用于业务管理的独立、开放、专业化信息平台，通过管理实体电子箱封，实现包括电子箱封名称解析、注册管理、查询等核心功能在内的应用业务功能，同时提供手机应用程序和其他网络访问接口。通过系统平台可以得到电子箱封的相关信息，其中包括封/锁的目标（集装箱号、集卡车牌号等），授权操作的时间、地点、人员，以及封/锁操作过程、方式、状态等信息。

3.3 智能手机应用程序

智能手机应用程序通过移动通信、无线网络、全球定位系统、摄像头等实现通信、定位、拍照、录像等功能;此外，智能手机应用程序还具备注册、登录、查询等客户端功能。如图4所示，智能手机应用程序流程如下：首先，加载用户注册或登录界面;然后，在用户登录时通过服务器验证用户号和密码，获取令牌，令牌具有时效性，超过一定时间作登录过期处理;最后，成功获取令牌后即加载主界面，主界面使用TabLayout布局，分为2个功能标签，分别执行查询物流状态信息和操作电子箱封的功能。

4 基于NFC的集装箱电子箱封系统应用优势

基于NFC的集装箱电子箱封系统具有以下应用优势：（1）以智能手机为信息交互载体，实现自动识别和鉴别电子箱封、获取和查询信息等操作功能;（2）通过节点跟踪提高集装箱物流过程透明度，方便用户及时掌握物流动向，并且用户利用智能手机巡检的节点越多，物流轨迹就越精细;（3）以高效的巡检机制取代人工抄录，大大提升集装箱物流管理的信息化水平;（4）提供多功能接口，可与用户的企业资源管理系统融合。

5 基于NFC的集装箱电子箱封系统相关标准

2007年，国际标准化组织（International Organi-zation for Standardization， ISO）发布由美国主导的ISO 18185 《集装箱电子封条》系列标准。该标准源于美国SAVI公司在伊拉克战争中的应用实例，由于其要求电子封条同时满足433 MHz和2.4 GHz频段的信息交互，使用成本较高，且需要在全球大规模布设读写器，导致该标准从发布至今难以实现真正商用。

我国开展集装箱RFID技术和标准化研究已有十余年，取得丰富成果： 在标准方面，GB/T 23678―2009《供应链监控用集装箱电子箱封应用技术规范》、GB/T 29752―2013《集装箱安全智能锁通用技术规范》等国家标准相继发布;在应用方面，已有多条国际、国内集装箱RFID试验线投入运行。

为了进一步推动我国集装箱电子箱封的应用和发展，交通运输部于2017年下达交通运输标准项目任务书。2018年4月，课题组通过国家标准化管理委员会的立项答辩，并于2018年9月获批国家标准制定计划，项目名称为“基于NFC的集装箱电子箱封及系统”（项目编号20182064-T-469）。在该标准编制过程中，有百余家企业参与试用，由第三方鉴定封条硬件和应用程序软件性能，召开多场研讨会收集封条制造商、系统平台运营商、电子箱封使用单位的意见，以实现简化箱封系统操作流程、兼容相关国家标准、加强信息共享和安全的目标。

该标准内容覆盖系统构成、电子箱封、读写终端、系统平台通信协议和技术要求、电子箱封操作流程等方面。该标准的实施主体为箱封的使用者、生产者和信息平台运营方，具体包括货主、船公司、物流公司及其代理、海关、检验检疫部门、港口理货单位、电子箱封生产商、信息平台运营商等。

该标准的预期作用和效益包括：（1）提高集装箱运输安全性，减少因偷盗造成的货损;（2）提高集装箱运输透明度，有利于集装箱多式联运责任界定;（3）有利于海关和检验检疫等政府部门对集装箱运输实施监管;（4）有利于箱封生产商的转型升级及其对国际电子箱封市场的拓展。

6 结束语

目前，基于移动互联网的电子箱封广泛应用于货物防伪、检验检疫、食品运输、石油化工品运输、燃气管理等领域。移动互联网智能终端的发展推动箱封管理纳入信息管理系统，并在物流安全性和透明性及物流成本方面形成巨大应用优势。与此同时，相关国家标准的制定和完善也将进一步促进我国集装箱电子箱封的推广应用和国际竞争力的提升。

参考文献：

[1] 包起帆. 集装箱物流全程实时在线监控系统[J]. 水運工程，2011（1）：45-51.

[2] 徐蓉. 基于E-seal的集装箱监控系统的方案研究[J]. 中国水运（学术版），2007，7（4）：142-144.

[3] 南京三宝集团.基于RFID技术的电子关锁的应用[J].中国自动识别技术，2007（2）：64-67.

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2019-03-21）