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关键词: 集装箱跟踪，业务性能提升，迪拜环球港务集团，杰贝阿里港，无线射频识别技术
Mohamed K. Watfa, Umaima Suleman, Zaer Arafat Faculty of Computer Science and Engineering University of Wollongong in Dubai, U.A.E
RFID系统在杰贝阿里港的实现
摘要 在本文中，我们重点讨论RFID（无线射频识别）技术及其基础设施在杰贝阿里港（Jebel Ali Port）的实施，从而帮助UAE（阿拉伯联合酋长国）增加港口的可靠性和工作效率。RFID技术是一项能使对象实现自动识别，而无需要人为干预的技术。将这项技术应用到港口旨在增强港口的可控性、可靠性和集装箱业务的安全性。标记每个集装箱的RFID标签可以帮助各种各样位于各个位置的阅读器实时识别和跟踪集装箱，从而使集装箱的跟踪和控制达到更高的水平。从长远的角度看，这种系统通过减少每个集装箱的处理时间，来提高港口的工作效率。在我们的解决方案中，针对UAE --杰贝阿里港（Jebel Ali）的结构和业务操作提出了一套体系架构。此外，我们详细分析了基于FCAPS网络管理模型的解决方案及其实施所需的投资估算。
1 引言
港口业一直被视为是传统的行业，采用传统的方法进行业务流程。然而，因为全球化在当今世界已经引起了许多变革，诸如对许多商业和工业部门的影响，当然对海上港口作业活动也产生了影响。在一个港口环境中，不确定性是推动港口具有高竞争力的重要因素[6]。为了应对不确定性，港口正试图通过采用新技术来提高工作效率，从而确保自己在竞争方面的领先地位。无线射频识别技术已经存在了很多年，现在被广泛的应用于许多有用的应用程序中，目的是提高业务流程。这项技术的主要优点是它允许物体实现无需人为干预的自动识别。如果应用在港口环境，它对提高集装箱的可跟踪性和集装箱装卸作业效率具有很大的潜力。本文主要是对中东最繁忙的港口——迪拜的杰贝阿里港集装箱装卸RFID系统的应用进行研究。
A 问题陈述
港口集装箱管理越来越被视为是一个战略进程。在集装箱码头有效和高效地传递信息对集装箱运输的发展至关重要。迄今为止，这一过程仍在很大程度上通过手动来进行操作。 然而，在日益激烈的竞争面前，港口正在通过采用领先的技术加快创造一个自给自足的、能够对集装箱进行实时监视和跟踪系统的研究步伐[10]。虽然杰贝阿里港已经部署了各种复杂的信息系统，但是记录集装箱的出入境仍是采用手动的方式进行，导致每个集装箱的处理时间显著延迟。除此之外，集装箱的安全性也是一个需要解决的重要问题。
B 该研究的目的
在本文中，我们提出了一个解决方案，即在杰贝阿里港实现集装箱跟踪RFID系统。这个解决方案是建立在将无线射频识别技术集成在一个强大的数字应用程序的基础上，从而实现对正在进行的实时画面进行检索跟踪。这将帮助港口管理部门在任何危急情况下都能快速的做出反应，实现高效管理。
我们相信此系统开发完成投入使用后，能够带来以下的优势：1.减少集装箱的停留周转时间2.增加集装箱的安全性。
论文的其余部分安排如下。第二节介绍RFID技术和在本文中使用的与杰贝阿里港有关的一些关键术语。第三节主要描述RFID系统在杰贝阿里港集装箱跟踪解决方案中的实现方法。第四节主要对所提出的RFID系统进行介绍并阐述它的好处和主要组成部件。第五节对该系统在杰贝阿里港的应用进行详细分析，还对在该系统的设计中所使用的FCAPS模型及其实施所需的投资估算进行分析。第六节总结全文的主要研究成果并对未来的发展提出一些具有建设性的建议。
2 背景
A 杰贝阿里港- DP世界旗舰港
DP世界在世界各地掌管着50多个海运码头[3]。在迪拜，它有两个重要的港口，分别是拉希德港和杰贝阿里港。迪拜环球港务集团利用现代技术实现卓越运营，它是第一个将具有四重集装箱提升能力的门式起重机应用到港口的公司 。这些起重机每次具有携带4个20英尺集装箱或2个40英尺集装箱的能力[2]。因此，他们在船舶集装箱装卸作业缩短耗费时间方面做出贡献。此外，为了达到高标准，迪拜环球港务集团在其货物装卸作业方面先后引进了许多先进的信息系统。它通过门户网站ww.dubaitrade.ae向客户提供了许多电子服务。一些服务如电子令牌和电子支付，为客户在港口的货物进出提供了方便，并提供在线支付功能[2]。杰贝阿里港，迪拜环球港务集团的旗舰工厂，是中东地区最繁忙的港口之一。它于2008年被评为第六届最佳集装箱终端港口[2]。2010年，被评选为中东连续16年最好的海港[3]。RFID技术在杰贝阿里港的部署将会使其在集装箱装卸作业方面做出显著改善，从而成为世界五大港口之一。
B 术语的定义
在本文中使用的主要术语如下：
- 集装箱：用于存储和运输货物的标准箱。
- 集装箱码头：指集装箱被装载到船上或从船上卸下的区域。
- 停站时间：集装箱在港口停留的时间。
- 泊位：海港船舶的停车位。
- TEV：集装箱容量的计量单位。 1 TEU等价于一个20英尺的集装箱。
- 门式起重机：用于将集装箱装载到船上或从船卸下。
3 研究方法
A 该研究的目的
在本文中，我们提出了一个解决方案，以提高杰贝阿里港集装箱装卸作业的工作效率。所提出的解决方案主要是对RFID系统在港口集装箱跟踪方面的使用评估。
如果此系统能够实现，那么将会带来如下的优势：
- 尽量减少集装箱的停留时间
bull;可避免集装箱的延迟搜索，即：提高集装箱的搜索效率。
bull;海关部门可加快对被标记以及已知货物集装箱的处理过程。
- 增强集装箱的安全性
bull;降低了集装箱在运输过程中被篡改的机率。
bull;政府部门的安全法规能够通过确保没有集装箱因为没有在海关被处理而还停留在海关内的方式得到保障。
bull;自动从集装箱上捕获的数据可以用来对集装箱进行“虚拟检查”。
B 假设
在本文所做的主要假设如下：
1）通过港口的集装箱已经假定使用了多个通讯信息端口。
2）所提出的方案主要集中在集装箱的进口过程中，对于出口可以假定类似的程序。
3）假设港口当局愿意基于该系统安装后所产生的结果对他们的操作过程进行一定的调整。
4）指定的所有距离和特定地区都是基于对实际数字的估计。
5）在杰贝勒阿里港集装箱的停留时间被假定为2-3天，具体的信息目前无法收集，依情况而定。
6）设计的解决方案是假设港口集装箱的吞吐量等于其最大容量。
7）在所有的集装箱中，其长度有一半被假定为20英尺，其余的被假定为40英尺。
C 范围和局限性
该解决方案是专为杰贝阿里港设计的。在创建该系统的大体框架时就考虑了港口的布局。然而，我们的总体思路还是会建立在不考虑港口设计的基础上实现RFID系统。唯一随着不同港口的设计、工作流程和吞吐量发生变化的就是阅读器和标签的数量，以及系统的拓扑结构。这项研究是基于对杰贝阿里港的实际数据开展的。然而，并非所有突发状况都会在港口的具体实施过程中被找到。因此，虽然本研究客观条件上是成立的，但是它也是基于几个实际的假设才能具体实施。此外，此解决方案并没有解决射频影响和干扰的问题。未来的研究需要在调查了港口对射频信号可能的有害影响和干扰下开展。
4 提出的RFID系统
该解决方案由有源标签标记的集装箱组成。每一个标签都会在集装箱到来之前被准备好。它包括集装箱号、参考号、货物等级、集装箱的重量、港口的源地址/目的地址和相关的货运公司。集装箱号是与每个集装箱相关联的唯一号码。参考号可以链接数据库中的数据，提供有关集装箱内货物的详细信息。货物等级是让阅读器或者软件立即了解集装箱中已有货物种类现状的属性。存储每个标签信息的目的是为了加快海关区域货物的通关过程。
图1 港口集装箱的操作过程图
图1所示的是一个集装箱在到达港口后的进口处理过程。该过程通过把被标记的集装箱看成点进行简化。我们假设，每一个集装箱当它从船上卸载下来的时候都会被工作人员手动标记。每个标签都是在集装器到来之前被预先编好的，与特定的集装箱有关。有可能某些航运公司自己已经标记了他们的集装箱。在这种情况下，假定所需要的数据已经被编译到标签中了。因此，并不是所有的集装箱都需要在港口进行标记。集装箱会被堆放在港口一段时间，在此之后它们将被运往客户需要的地方，并最终到堆场。我们提出的解决方案涉及集装箱装卸的两个问题。第一个需要解决的问题是减少集装箱的停留时间，第二个需要解决的问题是保证集装箱的安全性。
集装箱的停留时间是指集装箱在港口被接受的收件人取走（进口的情况下）或发运（出口的情况下）之前的存放时间。长时间的停留对港口和码头来说是一个需要考虑的重要问题，因为它可能造成生产力的下降和成本的增加。而港口供应链的所有利益相关者都会受到此问题的影响[7]。集装箱的停留时间受许多进程的影响，例如，在港口花费时间寻找一个已经到达的集装箱会增加集装箱的总停留时间。这是因为集装箱从船舶上卸载下来的时候不一定是按照一个确定的顺序堆放的[6]。针对这一问题，我们的RFID架构包括若干个与后端管理应用程序相关联的阅读器，以便有效地管理集装箱。每个终端的所有阅读器被放置在集装箱堆中，并可以跟踪被标记集装箱的位置。这将有助于减少从终端向海关大门移动集装箱所用的时间。第二个需要被解决的问题就是集装箱的安全问题。这个问题是因为在港口发生了许多丢失，错放和篡改集装箱的实例。因此，我们建议，一个集装箱应在任何时候都被跟踪，以确保它是安全的。我们的解决方案是假定终端和储存堆场之间集装箱所经过的路径是一个预先确定的路径。当每辆卡车或拖车承载集装箱通过这一路径时，部分阅读器就会追踪集装箱的移动过程。所提出的RFID系统是由有源RFID标签和RFID阅读器组成的。标签和阅读器在约2.45千兆赫频率的情况下可产生高达100米的读取范围。为简单起见，我们假设两个阅读器的读取范围等于或大于200米时不会发生碰撞，每个标签可以装载最多1 KB的数据。所有的阅读器都是联网的，使用TCP / IP与运行数据库和Web应用程序后端服务器进行通信。
5 将RFID系统应用到杰贝阿里港
在本节中，我们分析所提议的RFID系统在杰贝阿里港的应用情况。首先，我们估计要使用的标签和读取器的总数并确定每个阅读器的位置。其次，我们对所使用的基于FCAPS网络管理模型的体系结构进行详细分析。最后，估计实现这一解决方案所需的预算。
A 估算需要的标签和阅读器
了解杰贝阿里港的总体布局对计算实现该解决方案所需的阅读器和标签的总数非常重要。在本文所讨论的布局仅限于在该港口进行集装箱货物装卸作业的区域。
图2.杰贝阿里港鸟瞰
杰贝阿里港由两个集装箱码头--1号集装箱码头和2号集装箱码头组成。这两个码头的总处理能力为每年大约1500万个标准集装箱，其中1000万在1号集装箱码头剩余的500万在2号集装箱码头[1]。虽然吞吐量可能还没有达到1500万标准箱每年，但是我们将立足于我们的估算，假设港口以最大能力运行。集装箱装卸操作都是由一组门式起重机操作。一旦卸载，拖车或卡车就会将它们携带到堆放它们的点上。放在一起的一组集装箱被称为堆栈。根据我们的解决方案，每个堆栈需要两个固定的阅读器用于标记每个集装箱的位置。
表1 杰贝阿里港的现状 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
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