基于RFID技術(shù)的軍用貨物運(yùn)輸安全系統(tǒng)方案

需求解析

　　未來信息化戰(zhàn)爭空前劇烈，戰(zhàn)場物資消耗猛增劇漲，軍事物流保障的任務(wù)更加繁重、責(zé)任更加重大，軍事物流活動(dòng)的結(jié)果直接影響著戰(zhàn)爭的勝負(fù)。信息化的戰(zhàn)場環(huán)境要求軍事物流必須適時(shí)、適地、適量的為作戰(zhàn)部隊(duì)提供物資保障，即在準(zhǔn)確的時(shí)間與地點(diǎn)向作戰(zhàn)部隊(duì)提供數(shù)量適當(dāng)?shù)能娪梦镔Y，這給軍事物流保障的快速性、機(jī)動(dòng)性和準(zhǔn)確性等提出了更高要求，要求軍事物流信息準(zhǔn)確、可靠、快速、高效的傳輸、采集、處理和交換，對物資保障的全過程實(shí)施指揮控制，建立“精確型”戰(zhàn)場物資保障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物資保障決策的科學(xué)化和快速化，提高戰(zhàn)場物資保障效率和效益。

　　RFID技術(shù)利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到自動(dòng)識別目的，具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如、可識別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標(biāo)簽等優(yōu)點(diǎn)，操作快捷方便，特別適合于實(shí)現(xiàn)軍事物流系統(tǒng)的自動(dòng)化管理。

　　為了適應(yīng)未來信息戰(zhàn)的要求，我軍正在積極的致力于物流信息化建設(shè)。但是對RFID技術(shù)在軍事物流系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和潛力還缺乏明確的認(rèn)識，對于軍事物流系統(tǒng)中物資管理和跟蹤的研究尚處于起步階段，總體水平較低，突出表現(xiàn)為：一方面，庫存物資管理信息化程度普遍不高，大部分倉庫管理主要依賴人工操作，無法很好的適應(yīng)未來戰(zhàn)爭對于快速準(zhǔn)確保障的要求;另一方面，由于保障物資種類和數(shù)量繁多，因而當(dāng)物資發(fā)出后，無法實(shí)時(shí)跟蹤了解在途物資的位置、狀態(tài)等信息;同時(shí)，在瞬息萬變的戰(zhàn)場環(huán)境下，當(dāng)部隊(duì)的實(shí)際需求發(fā)生變化時(shí)，也無法及時(shí)將在途物資重新調(diào)配。

　　存在這些問題的原因，主要是現(xiàn)在的管理方式難以實(shí)現(xiàn)軍事物流信息的實(shí)時(shí)采集和傳輸。在軍事物流保障中應(yīng)用RFID技術(shù)，將實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)識別，能很好的解決物流信息的實(shí)時(shí)采集和傳輸問題，而且迅速準(zhǔn)確，大大加快了各項(xiàng)業(yè)務(wù)的處理速度，實(shí)現(xiàn)物資保障從供應(yīng)地到需求地的全程可視，實(shí)現(xiàn)對戰(zhàn)場在途物資的實(shí)時(shí)追蹤和指揮控制，必將大大改善我軍的物資保障現(xiàn)狀，提高軍事物流保障能力。

　　相對于我軍，目前外軍中對RFID技術(shù)應(yīng)用最具代表性的是美軍。美國國防部對RFID技術(shù)的應(yīng)用源于現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要：1991年海灣戰(zhàn)爭中，美國向中東運(yùn)送了約4萬個(gè)集裝箱，但由于標(biāo)識不清，其中2萬多個(gè)集裝箱不得不重新打開、登記、封裝并再次投入運(yùn)輸系統(tǒng)。戰(zhàn)爭結(jié)束后，還有8000多個(gè)打開的集裝箱未能加以利用。后來美軍估計(jì)，如果當(dāng)時(shí)采用了RFID技術(shù)來追蹤后勤物資的去向并獲得集裝箱的內(nèi)容清單，將可能為國防部節(jié)省大約20億美元的支出。海灣戰(zhàn)爭后，美軍為解決物資在請領(lǐng)、運(yùn)輸、分發(fā)等環(huán)節(jié)中存在的嚴(yán)重現(xiàn)實(shí)問題，給作戰(zhàn)部隊(duì)提供快速、準(zhǔn)確的后勤保障，提出了全資產(chǎn)可視性計(jì)劃，要實(shí)現(xiàn)后勤保障中資產(chǎn)的高度透明化。而RFID技術(shù)的應(yīng)用使美軍實(shí)現(xiàn)后勤物資透明化成為可能，為自動(dòng)獲取在儲、在途、在用資產(chǎn)可視性信息用提供了方便靈活的解決方案。

　　RFID技術(shù)已經(jīng)被美軍廣泛應(yīng)用于軍事物流保障領(lǐng)域，如特定物品尋找系統(tǒng)、運(yùn)輸途中物資可見性系統(tǒng)、單兵電子病歷卡、生理狀態(tài)監(jiān)測器和服裝發(fā)放裝置等，極大的改革了傳統(tǒng)物流跟蹤方式，并在歐洲回撤、索馬里維和、阿富汗戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭等實(shí)戰(zhàn)活動(dòng)中取得了理想的效果。通過采用RFID技術(shù)，使美軍的平均后勤補(bǔ)給時(shí)間大大縮短。

　　伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍通過給每個(gè)運(yùn)往海灣的集裝箱上加裝SAVI科技的射頻衛(wèi)星芯片，準(zhǔn)確地追蹤了國防部發(fā)往海灣的 4萬個(gè)集裝箱，從而實(shí)現(xiàn)對“人員流”、“裝備流”和“物資流”的全程跟蹤，并指揮和控制其接收、分發(fā)和調(diào)換，使物資的供應(yīng)和管理具有較高的透明度，大大提高了軍事物流保障的有效性。RFID技術(shù)的應(yīng)用，使得美軍后勤補(bǔ)給能力變得前所未有的強(qiáng)大，可以輕松掌握所有后勤補(bǔ)給的實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)對后勤物資從工廠到士兵的全程追蹤，也使美軍實(shí)現(xiàn)了由“儲備式后勤”到“配送式后勤”的轉(zhuǎn)變。與海灣戰(zhàn)爭相比，伊拉克戰(zhàn)爭中的海運(yùn)量減少了87%，空運(yùn)量減少了88.6%，戰(zhàn)略支援裝備動(dòng)員量減少了89%，戰(zhàn)役物資儲備量減少了75%。這種新的運(yùn)作模式，為美國國防部節(jié)省了幾十億美元的開支。

電子封條技術(shù)簡介

　　所謂電子封條技術(shù)，是指能夠記錄車廂或者其他硬包裝是否曾經(jīng)被偷偷打開，并且能夠在被非法開啟的時(shí)候自動(dòng)報(bào)警的一種驗(yàn)證貨物完整性的鑒別技術(shù)。電子封條能夠?qū)崿F(xiàn)對于貨柜的自動(dòng)識別，將貨物運(yùn)輸中的相關(guān)信息記錄到箱體的電子標(biāo)簽中，成為貨物運(yùn)輸信息的載體，在運(yùn)輸過程中實(shí)行貨物狀態(tài)和運(yùn)輸信息的有效監(jiān)控和實(shí)時(shí)管理。一旦電子封條遭到破壞，將會(huì)反映給計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

　　一般電子封條采取的是物理封條與RFID組件的混合形式，大多數(shù)電子封條也同樣用到被動(dòng)式的和主動(dòng)式RFID技術(shù)。被動(dòng)式電子封條的主要特點(diǎn)是：使用距離短、成本低、一次性。由于被動(dòng)式封條不能提供持續(xù)的電力來檢測封條的狀態(tài)，所以它們也不能檢測和記錄損害行為發(fā)生的時(shí)間，而僅僅只能在通過裝有閱讀裝備的供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)時(shí)提供它們完整與否的信息。這種技術(shù)在使用重型金屬門的貨車上與車載計(jì)算機(jī)的通信出現(xiàn)了嚴(yán)重問題，而且司機(jī)操作這種電子封條的業(yè)務(wù)流程往往會(huì)耗費(fèi)幾分鐘的時(shí)間，這會(huì)讓有些司機(jī)覺得過于煩瑣，從而使其應(yīng)用拓展速度受到嚴(yán)重限制。被動(dòng)式封條是美國在“9.11事件”前首選的防止偷盜的安全解決方案，自“9.11”恐怖事件后，為防止恐怖組織利用船舶攜帶大規(guī)模毀滅性武器或恐怖分子進(jìn)入美國，美國政府不斷強(qiáng)化其港口和航運(yùn)的保安措施。CSI(集裝箱安全協(xié)議)就是美國政府基于此項(xiàng)考慮而出臺的一項(xiàng)措施。根據(jù)協(xié)議，美方對來自CSI對應(yīng)港口的貨柜實(shí)行優(yōu)檢，強(qiáng)烈刺激了電子封條技術(shù)的迅猛發(fā)展。主動(dòng)式封條因其更強(qiáng)的安全性能使得它在“9.11事件”后得到更多的使用需求和推廣。主動(dòng)式封條在結(jié)合GPS技術(shù)以后，能在集裝箱狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)實(shí)時(shí)將狀態(tài)變化發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)以及周圍的環(huán)境信息傳輸?shù)截浿骰蚬芾砣藛T的機(jī)器上去。更有一些主動(dòng)式電子封條能夠在損害行為發(fā)生時(shí)提供即時(shí)求救信號。從長遠(yuǎn)來看，主動(dòng)式電子封條提高了集裝箱運(yùn)輸?shù)陌踩潭群屯该鞫?，將使綜合運(yùn)輸成本大幅降低。而且隨著技術(shù)的成熟、成本的降低，主動(dòng)式電子封條技術(shù)的正越來越為更廣泛的貨物運(yùn)輸安全領(lǐng)域采用。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)

　　考慮到軍用列車應(yīng)用環(huán)境的特殊性，本公司在原有電子封條鎖的基礎(chǔ)上，著重從鎖體結(jié)構(gòu)和通訊方式兩個(gè)方面做了很大的改進(jìn)，以利于實(shí)際應(yīng)用中不僅做到性能可靠，而且部署和使用也相當(dāng)簡便。具體來說，本公司改進(jìn)型電子封條鎖具有如下特色：

　　1、識別、加密和傳輸一體化

　　電子封條鎖，內(nèi)嵌全球唯一ID號碼，作為每個(gè)封條鎖相互區(qū)分的唯一標(biāo)識。通常情況下，每個(gè)封條鎖需要有一個(gè)經(jīng)過授權(quán)的讀取設(shè)備與之通訊，以達(dá)到鑒別封條鎖是否曾被非法打開的目的，但這種方式的缺陷也很明顯，一是需要在每列車廂上都要加裝閱讀設(shè)備，會(huì)引起成本投入的明顯增加;二是加裝的閱讀設(shè)備會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，封條鎖發(fā)出的認(rèn)證信息需要經(jīng)過閱讀器轉(zhuǎn)發(fā)，如果由于非人為因素導(dǎo)致閱讀器不能正常工作，則系統(tǒng)發(fā)生誤報(bào)的幾率就會(huì)大大增加?？紤]到軍用列車取電的復(fù)雜性，本公司設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，對其通訊模式做了大幅改進(jìn)，可以由封條鎖自行接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，也就是說，基于有源RFID技術(shù)的電子封條鎖本身也是一個(gè)閱讀設(shè)備，可以相互傳遞數(shù)據(jù)，并且所有數(shù)據(jù)的傳輸都采用加密方式。從這個(gè)意義上說，封條鎖做到了“識別、加密和傳輸”的一體化。

　　2、可存儲物流信息，自動(dòng)識別物資走向路徑

　　電子封條鎖具有強(qiáng)大的RFID功能，可以大量存儲物流相關(guān)信息(比如將每節(jié)車廂內(nèi)的詳細(xì)物資信息記錄在封條鎖內(nèi)，提高物流管理效率和準(zhǔn)確性)，使物流信息跟隨物流傳遞，并在整個(gè)物流過程中完整記錄開關(guān)鎖信息。

　　3、自動(dòng)組網(wǎng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控

　　電子封條鎖可以自動(dòng)組網(wǎng)，每個(gè)封條鎖會(huì)自動(dòng)將自身數(shù)據(jù)發(fā)到離其最近的封條鎖，一旦有任何一個(gè)封條鎖遭遇破壞，則會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷或者收到的數(shù)據(jù)中缺乏某個(gè)封條鎖的ID號碼，觸發(fā)系統(tǒng)警報(bào)。各個(gè)封條鎖自從被施封后就一直發(fā)送ID信息，后臺接收器也一直保持與封條鎖的實(shí)時(shí)通訊狀態(tài)，因此，軍用列車一直處于實(shí)時(shí)監(jiān)控的狀態(tài)之下，一旦出現(xiàn)意外情況，則可以立即采取相應(yīng)措施。此項(xiàng)特色可以克服以前往往只有在事后發(fā)現(xiàn)貨物被盜而追查所產(chǎn)生的種種不便。

　　4、長距離傳輸，克服金屬影響

　　電子封條鎖的另一項(xiàng)顯著特色是它能長距離傳輸數(shù)據(jù)，并能有效克服金屬(列車車體)的影響。此項(xiàng)特色對實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)的自動(dòng)傳輸非常關(guān)鍵，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到各個(gè)封條鎖之間能否自動(dòng)組網(wǎng)，尤其是在列車門在車體尾部的情況下尤其如此。金屬對于無線通訊的影響非常大，本公司的封條鎖采用了特殊的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，有效傳輸距離能夠穩(wěn)定達(dá)到150米以上，足夠?qū)嶋H使用。

　　5、長期免維護(hù)使用

　　電子封條鎖內(nèi)嵌高能量電池，可以正常使用三年以上。封條鎖全部元器件采用低功耗設(shè)計(jì)。不投入使用時(shí)，封條鎖進(jìn)入休眠狀態(tài)，幾乎不耗能量。即使進(jìn)入工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)的接收、傳輸過程的耗電也非常節(jié)省。此項(xiàng)特色可以保證每個(gè)封條鎖能夠一個(gè)較為長期的免維護(hù)使用，無需投入額外的人力物力進(jìn)行電池更換和設(shè)備維修工作。另外，封條鎖能將自身的電池使用情況發(fā)送到后臺，一旦電量過低，可以自動(dòng)報(bào)警。

　　6、可靠設(shè)計(jì)，抵御惡劣應(yīng)用環(huán)境

　　電子封條鎖的另一項(xiàng)特色是其鎖體硬件全部采用高強(qiáng)度合金材料制造，可以有效抵御雨水、粉塵、油污的侵襲。由于軍用列車經(jīng)常性的穿山越嶺，惡劣的應(yīng)用環(huán)境將不可避免。并且，列車也會(huì)經(jīng)常性的遇到高溫(南方或沙漠地區(qū)夏天時(shí))和低溫(北方冬天時(shí))天氣，這些天氣將對系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生嚴(yán)峻的考驗(yàn)。本公司的封條鎖全部元器件均經(jīng)過嚴(yán)格挑選和各種惡劣環(huán)境下的測試，并且封條鎖整體采用高度氣密性設(shè)計(jì)，相關(guān)可靠性指標(biāo)均達(dá)到軍用級要求。

應(yīng)用方案

　　一、工作流程

　　1、授權(quán)施封并上鎖：始發(fā)地，軍用物資裝入車廂完畢，經(jīng)過授權(quán)的施封人員將封條鎖鎖上，此刻電子封條進(jìn)入工作狀態(tài)開始監(jiān)控。待所有車廂的封條鎖均被鎖上并開始工作時(shí)，設(shè)置在列車上的后臺接收系統(tǒng)會(huì)接收到所有車廂上封條鎖的ID號碼和狀態(tài)信息，如果與事先設(shè)置的相關(guān)信息核對相符，表明所有封條鎖均已正常工作，顯然，與封條鎖直接一一對應(yīng)的列車車廂也已全部準(zhǔn)備就緒。

　　2、自動(dòng)組網(wǎng)：列車行進(jìn)中，所有封條鎖持續(xù)發(fā)送自身ID號碼到臨近封條鎖，依次傳遞數(shù)據(jù)到列車控制中心。此時(shí)，若任何一個(gè)封條鎖遭遇外來破壞，比如遭到惡意敲打或者剪斷線纜，該封條鎖將自動(dòng)停止工作。此時(shí)，列車控制中心將無法收到完整的ID號碼，進(jìn)而觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)。

　　3、授權(quán)解封開鎖：列車安全到達(dá)目的后，操作人員通過軍用網(wǎng)絡(luò)安全獲取的開鎖密碼對每個(gè)車廂的封條鎖進(jìn)行解鎖工作，并將 開鎖時(shí)間和所有封條鎖ID號碼存入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。解鎖后，封條鎖自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。以下為列車行進(jìn)過程中的數(shù)據(jù)傳輸示意：

　　負(fù)責(zé)最終收集完整封條鎖信息的協(xié)調(diào)器設(shè)置在列車最前面的牽引車警衛(wèi)室(或者相關(guān)位置)，自離其最近的第一節(jié)車廂(車廂1)開始，加載在各個(gè)車門口的電子封條鎖依次向上一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送身份數(shù)據(jù)。在列車加載完畢后，各個(gè)封條鎖之間的節(jié)點(diǎn)關(guān)系會(huì)自動(dòng)確立，即一個(gè)封條鎖接收到信息后將會(huì)按照優(yōu)先次序傳遞信息。我們采用自主知識產(chǎn)權(quán)的“概率事件驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)組網(wǎng)”協(xié)議，如果傳輸鏈條中一個(gè)節(jié)點(diǎn)遭遇破壞而停止工作，則其他相關(guān)節(jié)點(diǎn)會(huì)通過其他路徑將數(shù)據(jù)傳遞過去。該協(xié)議配合低功耗硬件系統(tǒng)，使整個(gè)電子封條功耗達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

　　每列火車可以自行組成一個(gè)封閉的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，也可以與軍方統(tǒng)一設(shè)立的監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。一旦發(fā)生重大盜搶事件，監(jiān)控中心可以在第一時(shí)間做出反應(yīng)，調(diào)集相關(guān)力量進(jìn)行后續(xù)應(yīng)對。

方案特點(diǎn)

　　•產(chǎn)品集RFID技術(shù)(自動(dòng)識別，可讀寫)、電子封條技術(shù)(傳感器，數(shù)據(jù)安全和授權(quán))、自動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)和電子鎖技術(shù)(牢固、易操作)于一體;

　　•所有系統(tǒng)硬件均按照嚴(yán)格環(huán)境條件設(shè)計(jì)制造，完全符合實(shí)際使用要求;

　　•實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)了解貨物運(yùn)輸狀況，第一時(shí)間獲悉異常狀況;

　　•高抗干擾：對現(xiàn)場各種干擾源無特殊要求，安裝方便簡單。

　　•超低功耗：設(shè)備使用時(shí)間長，系統(tǒng)投入低。

　　•電子封條鎖采用433M超高頻段通訊，通訊速度極快，火車在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下均不受影響。