集装箱监视系统以及相关方法

专利名称：集装箱监视系统以及相关方法
技术领域：
本发明涉及用于对集装箱进行在线识别、跟踪以及监控的集装箱监视系统以及相关方法。
背景技术：
关于集装箱的数据获取以及信息管理在增加效率和收益率方面是非常关键的。因此，无线集装箱跟踪系统和服务最近在运输和后勤行业吸引了越来越多的注意。这样的系统和服务被提供用来在全球性、地区性或本土层次上在供应链中跟踪和监控货物及装备，也就是说，在经由以下方式的集装箱的运输期间在全球范围内通过集装箱运输船或空运货物，在地区性范围内通过集装箱列车以及海上饲给船中的货柜车，以及在本地范围内在仓库和零售中心通过公路卡车。
在这里，许多货物需要被运输和跟踪。而且，诸如食品或药品等易腐烂的货物需要在特定的温度和/或大气条件下运输。昂贵的电子、花卉是可能被过高的温度或不适合的大气条件损害的多种货物的其它实例。
所以，在后勤行业使用具有用于温度和/或大气条件控制的装备的集装箱来运输这样的敏感性货物。第一个实例是冷藏集装箱，它包括由冷却机组、温度传感器、以及空气循环系统组成的所谓冷藏单元，从而保证集装箱的整个装载能够良好地保持在规定的温度和大气条件下。
另一个实例是运载诸如水果或蔬菜等货物的受控大气CA集装箱，该集装箱还允许监视和控制集装箱内的大气成分。通过这种方法，在运输期间有可能影响水果和蔬菜成熟过程的速度。
这样的冷藏集装箱和CA集装箱(在随后的说明中通常称之为冷藏集装箱)被装备了具有小型显示器和键盘的控制设备。这个控制设备允许对必要的温度范围以及其它参数进行编程，它还允许观察集装箱内编程的和实际的温度/大气条件。而且，该控制设备能够在预定的时间间隔内将温度值记入日志。串行接口被提供用来将日志下载到例如便携式计算机。
而且，该冷藏单元包括使该控制设备能够独立于任何外部电源自主运行的小型电池。相反地，每个冷藏单元的实际冷却系统依赖于外部电源。由于该冷藏集装箱是绝热的，所以，在没有电源的情况下，必需的温度/大气范围可以在冷藏集装箱内持续几分钟直到多个小时的时间，这取决于必需的温度/大气范围。但是，当远距离运输该冷藏集装箱时，该冷藏集装箱被固定到例如集装箱运载船或空中运货飞机的电力系统上。相反地，在通过公路或铁路的内陆运输期间，没有这样的外部电源可用。对于短途运输，这可能不是问题，因为对于保持温度来说，集装箱的绝热已经足够了。相反地，对于延长运输或者温度很关键的货物，即使是在陆上运输中也需要电源。为了这个目的，所谓的发电机组是可以获得的，它可以附加到冷藏集装箱上。这些发电机组包含燃料提供动力的发电机，该发电机具有在延长的时间期间给冷藏单元供应电力的能力。
除了上述与集装箱有关的组件外，运输期间的集装箱监视还要求从出发点到最终目的地以及到返回都提供集装箱监控系统和用于识别、跟踪和监控集装箱的方法。这样的系统和方法被用来为接收集装箱的用户、集装箱提供者和/或货物的承运人产生状态报告。如US-A-5,712,789所述，组合的计算电信系统可以用于执行这些与集装箱监视有关的任务。
另一个自动的集装箱识别和跟踪系统已经在DE 195 34 948 A1中描述了，DE 195 34 948 A1描述了一种用于通过集中式后备系统来监视冷藏集装箱和相关设备内大气的方法。特别要提到的是通过卫星通信与集中式系统通信的集装箱船。
一种相似的方法在US-A-5,831,519中描述。特别地，这个文档建议把无线移动通信系统用于状态和控制数据交换，而把卫星通信用于定位从而实现跟踪服务。
上面概述的现有技术中的一个问题就是，特别地，与用于状态和控制数据交换的长距离通信相关的、硬件和软件层次上的系统组件不是以一种有效的方式使用的。其原因是，要么每个集装箱被提供它自己专用的基于卫星的跟踪和监控系统从而导致过高的成本，要么在牵引单元中固定地安装昂贵的通信设施并因此当搬运集装箱的牵引单元不工作时该通信设施也不能使用。
另一个问题与标记的应用相关。例如，在US-A-5,565,858中描述了堆叠的集装箱的一种电子存货清单系统。在这里，从一组集装箱中定位一个集装箱的设备就利用电子标记。该电子标记能够被定位到非常接近集装箱中的一个。该电子标记还包括至少一个长距离无线电收发机部分和至少一个短距离无线电收发机部分。每个长距离无线电收发机部分能够与和另一个电子标记相关的短距离无线电收发机部分通信，或者与询问器单元通信。每个短距离无线电收发机部分能够与另一个电子标记的长距离无线电收发机部分通信。总之，当集装箱以堆叠或嵌套的配置存放时，定位集装箱的设备支持集装箱相对于其它集装箱的定位。
此外，在DE 197 04 210 A1中描述了一种使用异频雷达收发机的集装箱识别和跟踪系统，该异频雷达收发机被附加到每个集装箱用于识别目的。优选地，每个集装箱在外壳中还具有定位接收机单元、移动通信设备和存储器单元。
异频雷达收发机是无源射频识别标记的实例，它们被用来在没有自己的电源的情况下操作。它们使用来自异频雷达收发机读出器产生的电磁场的能量，以便给充当短期电源的电容器充电。此外，异频雷达收发机简单地调制读出器场而不需要任何电源，异频雷达收发机发射信号给读出器的方法被称为调制的反向散射。
但是，在某些应用中，由电池供电的有源标记因为如下原因是优选的-使用有源标记，可以实现标记和读出器之间更高的距离；-有源标记能够比无源异频雷达收发机存储和发射更多的数据；-使用有源标记能够实现更复杂的协议，例如，关于通信安全，包括接入控制以及机密性等；-有源标记可以自己发起与读出器的通信而不必等待读出器来查询它；-有源标记可以与诸如冷冻集装箱、车辆系统等的传感器、定时器、控制单元等外部硬件相连接。
然而，有源标记的主要缺陷是需要提供电池。由于大量的标记以及它们地理位置的分布，即，典型地，没有每个标记都有规律地经过的单个位置，对电池进行在大多数应用中经常是不实际的。因此，大多数标记应用要求几年的电池寿命，然而有源标记需要非常紧凑从而不允许有很大的电池。

发明内容
由于以上所述，本发明的一个目标就是，为了增加重用性而避免将广域移动通信设备固定地分配到集装箱监视系统的组件。
根据本发明，提供了一种移动通信设备，用于监视至少一个由运输单元来搬运的被运输单元。该移动通信设备包括短距离数据通信单元和长距离数据通信单元，该短距离数据通信单元适合于与附加到被运输单元的至少一个标记进行短距离无线数据交换，该长距离数据通信单元适合于将长距离无线数据交换到运输监视系统。为了实现上面的目标，建议只在监视被运输单元的时间期间，将移动通信设备附加到被运输单元的操作装备上。此后，该移动通信设备可以从被运输单元或运输单元上拆卸下来以便供随后可能需要监视的不同的被运输单元来使用。
所以，本发明允许解决移动通信设备到被运输单元的一对一的分配问题，还允许以灵活的方式将移动通信设备只分配到需要监视的那些被运输单元。此外，在特定的监视任务结束时，移动通信设备可以被重新分配到不同的被运输单元或运输单元，最小化该移动通信设备不为运营商产生收入的空闲时间是可能的。
另一个特别的优点是，无论如何操作装备必须在准备运输被运输单元的期间被搬运。在移动通信设备被附加到所述操作装备的情况下，不需要有到运输装备的额外物理联系，而对集装箱的远程访问在操作装备的附加期间仍然是可能的。
总之，本发明允许实现显著的成本收益，运输公司只需要拥有比冷藏集装箱的数目少得多的移动通信设备。
根据本发明的优选实施例，该操作装备是发电机组，而被运输单元是冷藏集装箱。
在这里，再次使用以下这个事实发电机组的数目比集装箱航线所拥有的冷藏集装箱的数目小得多。仅仅在内陆运输时才需要发电机组，但是当冷藏集装箱在集装箱船上、在用户地点、集装箱装卸站或港口码头时就不需要。因此，只给发电机组装备昂贵的广域通信设备，并且然后只将低成本的短距离通信模块附加到冷藏集装箱上将带来显著的成本收益。
然而，在运输最关键的期间(即，内陆分支)进行监控是可能的。当集装箱在集装箱船上或者位于集装箱码头时，典型地，以合理的可靠性可获得电力，但是考虑到内陆分支，在远程访问在今天还是不可能并且电源是最不可靠的那部分运输期间，本发明允许以合理的成本进行远程监控。
因此，在诸如发电机组中的低油位或冷藏集装箱故障之类的问题发生的情况下，防止负载受到损害是可能的。例如，当故障在铁路运输期间发生时，特定冷藏集装箱的维护将被安排在下一个火车站进行。这在今天是不可能的，因为在停留期间没有足够的时间来检查每一个冷藏集装箱。对于集装箱航线或铁路或卡车运营商来说，对用户更少的要求以及由此引起的更低的保险费会产生。
此外，在拆除发电机组以前在运输结束时，日志协议可以自动地通过长距离通信无线电下载到后端系统。据此，在发生问题的情况下，该日志协议是很容易获得的，不需要人工跟踪以及物理访问冷藏集装箱。
根据本发明另一个优选实施例，该移动通信设备可以包括卫星或其它任何合适的定位单元。
在这种情况下，昂贵装备(例如发电机组和冷藏集装箱)的地理位置以及在被运输单元中运载的昂贵负载的情况将总是精确已知的。这防止了装备和货物的丢失和失窃。更进一步，由于装备和负载的到达时间可以更好地预测，所以它允许更好地作计划。所以，集装箱航线或铁路或卡车运营商线路可以使用更少的备用装备。
本发明另一个目的是在具有规定边界的受限制区域内提供实时无线跟踪系统。
迄今，根据本发明提供了一种用于在集装箱码头监视至少一个被运输单元的移动通信设备，该移动通信设备具有短距离数据通信单元和长距离数据通信单元，该短距离数据通信单元适合于与附加到被运输单元的至少一个标记进行短距离无线数据交换，而该长距离数据通信单元适合于将长距离无线数据交换到集装箱码头监视系统。此外，该移动通信设备被固定到集装箱码头边界内的交换单元或操作门上。
因此，这个移动通信设备支持集装箱码头内的无线跟踪系统，无论什么时候该集装箱被移动或被搬运，该系统都自动更新每个集装箱的状态，从而只需要非常少的人工工作并消除了人为错误的风险。所实现的是为集装箱运输船和各个用户提供了实时、高质量识别、跟踪和监控数据。
因此，根据本发明，建议了通过将如上面所概述的移动通信设备附加到集装箱码头边界内的交换单元或操作门上，从而实现对集装箱码头的无线电覆盖。在集装箱由交换单元搬运或者当交换单元搬运不同的集装箱时通过一个集装箱的情况下，状态和控制信息可以自动地转发到集装箱码头的控制系统。
根据本发明另一个优选实施例，上述实现的优点也可以通过用于监视至少一个被运输单元的手持通信设备来提供，该手持通信设备包括短距离数据通信单元和长距离数据通信单元，该短距离数据通信单元适合于与附加到被运输单元的至少一个标记进行短距离无线数据交换，而该长距离数据通信单元适合于将长距离无线数据交换到运输监视系统。
与先前实施例相反，该手持设备考虑了便携性并因此也增加了应用性。特别地，该手持通信设备可以由在集装箱码头工作的工作人员来操作，或者携带在牵引单元(例如卡车或火车)中。在这里，在监视被运输单元期间，手持通信设备没有固定到运输或被运输单元是必要的。此外，可以通过集成到例如在本领域已经使用的移动电话、PDA或管理器(organizer)这样的现有手持设备(例如，在本领域已经使用的移动电话、PDA或管理器)中来实现这种手持通信设备。
根据本发明另一个优选实施例，上面提到的短距离通信单元适合于短距离无线数据交换，例如蓝牙标准或其它一些合适的低功率短距离无线通信方法。
这允许以高效益的方式使用可用的电路组件来实现短距离通信单元。再进一步，低功率短距离无线通信便于维护使用相关短距离通信单元的不同设备。
根据本发明的另一个优选实施例涉及到一种用于附加到被运输单元的有源标记，该有源标记包括电源；存储器单元，用于至少存储与被运输单元相关的静态信息；短距离通信单元，适合于低功率短距离无线通信；以及控制器，适合于使用电力管理来控制有源标记的操作。
特别地，有源标记电力管理在本发明的意义上意味着有源标记的操作被分为循环周期。每个循环周期具有睡眠时间周期和读出器信号时间周期，在该睡眠时间周期，除了时间测量单元(例如，计数器)以外，有源标记被关掉，该读出器信号时间周期用于在该有源标记上检测读出器信号的存在。根据本发明，建议了在有源标记中具有可以根据操作环境变化的睡眠时间周期设置。
其原因是，有源标记“睡眠”以及有源标记“侦嗅”读出器信号的时间影响最小的时间，在该最小的时间，有源标记和例如诸如与该有源标记联系的移动通信设备之类的读出器必须在附近能达到，以便确保读出器知道有源标记的存在。该时间等价地称为通过时间，不过它通常由该有源标记所处的特定环境来规定。换句话说，有源标记可以在操作环境保持固定不变的更长时间周期(例如，在长期的拖运期间)“睡眠”，然而，在操作环境迅速变化的情形下(例如在码头搬运时)，该时间应该减少。这里，固定操作环境情形期间的睡眠时间周期的延长允许显著地降低有源标记的功耗。
此外，根据本发明实现了一种通过使用低功率通信而显著增加可操作性的标记。虽然合适的短距离无线通信方法的应用已经允许降低使用的功率，但是如上面所概述的，通过在不需要数据交换时将有源标记关掉，功耗会进一步改善。
根据该有源标记的优选实施例，有源标记还包括适合于与它附加的被运输单元的控制单元交换动态的状态和控制数据的接口单元。
当不仅要提供识别和跟踪服务，而且对被运输单元(例如CA集装箱或冷藏集装箱)的监控也是关键的问题时，这个优选实施例特别适合。
根据本发明的另一个优选实施例，迄今为止所描述的不同单元被用来建立集装箱监视系统中的数据获取子系统，所述不同单元是例如移动通信设备、手持通信设备和附加到被运输单元的标记。该数据获取子系统例如通过无线局域网或根据GSM标准的移动通信而连接到监视系统的后端子系统。该后端子系统包括服务器和数据库，该服务器适合于支持所述监视系统提供的实时监视服务，该数据库适合于存储被运输单元和/或运输单元的识别信息、跟踪信息和监控信息。
本发明的这个优选实施例允许支持为不同用户类别(例如，搬运器、港口和/或终端用户)的服务。根据用户需要，该服务器可以是简单的中继，它仅仅从数据获取子系统收集数据并将该数据传递到现有的后端子系统而不提供特定服务。另一方面，该服务器可以被按比例增加从而基于存储在数据库中的数据来提供新服务。
与现有监视系统相反，本发明允许实时和精确的跟踪和追踪信息。因此，搬运器可以给它们的用户提供更精确和更加新的信息，因此改善了它们服务的透明度和可靠性。其原因是，在数据获取子系统中，被运输单元再也不需要具有它们自己专用的永久性无线通信装备。这个装备的可拆卸性允许给被运输单元提供这种装备，其中，这不必提前进行，因此实现了相关的识别、跟踪和监控数据的改善的实时精确性。
根据本发明另一个优选实施例，该监视系统还包括用于通过例如无线应用协议(WAP)和/或因特网这样的标准通信来访问后端子系统的前端子系统。
本发明的优选实施例允许实现搬运器的用户更方便地访问他们需要用来管理其业务的数据。这样的一个实例是，制造商跟踪携带了他需要用于其工厂的零件的集装箱的状态，从而检查可实现的集装箱交付日程表。更进一步，标准化通信的使用允许解决迄今为止所使用的专用系统的缺陷。更进一步，它允许有效地实现新服务，例如通过因特网进行搬运器服务的记帐。
根据本发明另一个优选实施例，提供了一种可直接载入处理器或控制器内部存储器的计算机程序产品，该计算机程序产品包括软件代码部分，当该产品在处理器或控制器上运行时，所述软件代码部分用于执行根据本发明的方法的步骤。
因此，本发明也被提供用来在计算机或处理器系统上实现本发明的方法步骤。总之，这样的实现的结果是提供用于计算机系统或更具体地用于处理器的计算机程序产品。
定义本发明功能的这些程序可以以许多形式交付给计算机/处理器，包括但不局限于，永久性存储在不可写存储介质上的信息，例如诸如可以通过处理器或计算机I/O附件读取的ROM或CD ROM盘之类的只读存储器设备；存储在可写介质上的信息，即软盘或硬磁盘机；或者经由调制解调器或其它接口设备，通过诸如网络和/或电话网和/或因特网之类的通信介质传达到计算机/处理器的信息。应当理解，当携带实现本发明概念的处理器可读指令时，这样的介质代表了本发明的替换实施例。


下面将参照附图描述实施本发明的最佳模式以及它另外的优点、目标和优选实施例，附图包括图1显示了根据本发明的具有附加到其上并耦合到发电机组的标记的冷藏或CA集装箱，该发电机组携带了移动通信单元；图2显示了根据本发明的标记的示意图；图3显示了根据本发明的移动通信单元的示意图；图4显示了根据本发明的不同集装箱监视组件的第一应用方案；图5显示了根据本发明的不同集装箱监视组件的第二应用方案；图6显示了根据本发明的不同集装箱监视组件的第三应用方案；图7显示了根据本发明的不同集装箱监视组件的第四应用方案；图8显示了根据本发明的监视系统的可缩放以及开放的系统结构；和图9显示了根据本发明的集装箱监视方法的流程图。
本发明的最佳模式以及优选实施例下面将参照附图解释实施本发明的最佳模式以及它另外的优选实施例、另外的优点和目标。由于本发明的不同特征参照其特定方面进行解释，所以应该理解，这些特征互相组合从而实现本发明各种其它的修改和变更。
图1图示了根据本发明对集装箱进行远程识别、跟踪和监控的基本原理。
如图1所示，集装箱10已经附加了至少携带静态状态信息(例如，集装箱ID、尺寸、捕焦油(tar weight)、所有者等)的标记12。该标记12可以通过短距离无线通信链路14与移动通信设备16通信。而且，该移动通信设备16适合于与远程的集装箱监视系统进行长距离无线通信，这将在下面详细描述。如图1所示，操作单元18也附加到集装箱单元10，例如可用于控制集装箱内的温度或大气。
图1所示集装箱的典型实例是冷藏集装箱，即用于运输冰冻或冷冻货物的货物集装箱。此外，集装箱可以提供为CA集装箱，即还允许控制和监控集装箱10内的大气成分的冷藏集装箱。这些CA集装箱主要用于运输水果或蔬菜，其中，腐烂过程可以由大气成分来影响。图1所示的操作装备18的实例是例如具有冷藏单元和发电机组的燃料动力发电机系统，该发电机组适合于在运输集装箱过程中没有外部电源可用时给冷藏单元提供电力。
如图1所示，本发明的第一个方面是，它依赖于将数据通信链路分成标记12和移动通信单元16之间的短距离链路以及移动通信单元16和远程集装箱监视系统之间的长距离通信链路。此外，第二方面是，移动通信单元16不是永久性地附加到集装箱10，而是可以在不需要对集装箱进行远程识别、跟踪或监控的时间期间从它拆卸下来。在此以前，移动通信单元16可以被独立于操作装备18来携带，或者与操作装备18一起附加到集装箱10或者从它拆卸下来。
图2显示了图1所示的标记12的示意图。
如图2所示，标记12包括短距离通信单元20、处理器/控制器22、存储器24、电源26以及控制器接口28。
操作地，为了与图1所示的移动通信单元16交换数据而提供了短距离通信单元20。特别地，状态和控制数据可以通过无线短距离低功率链路交换。这个链路可以基于蓝牙或任何其它在分配的ISM(工业、科学、医疗)频带内运行的短距离低功率无线电系统。根据具体的解决方案的需要来提供相关的无线电范围，例如达到30m的无线电范围。
此外，标记12的接口28允许实现标记12和附加到集装箱10的装备单元(例如，冷藏单元)之间的接口。通过这个接口，就能进行动态状态信息的交换。这样一种典型的情况就是跟踪冷藏集装箱，其中，标记12需要与冷藏单元18接口，以便例如读出或写入放置点、读出例如温度的当前传感器值。实际上，在冷藏集装箱中可能使用许多温度传感器以便所有相关的值都可以为了随后记入日志而读出。因此，接口28允许标记12通过短距离低功率无线电链路14向移动通信单元16发送数据。而本发明覆盖的另一部分是，移动通信单元16直接与操作装备18接口，例如以便读取油箱的油位或发电机的状态。
还是如图2所示，通过短距离通信单元20以及接口28交换的数据可以在处理器22的控制下存储到存储器24中。操作地，处理器/控制器22也可以为电源26实施电力管理从而避免不必要的电力消耗。特别地，一个选项是通过短距离通信单元20来指定一个或多个时间窗口，以便激活标记12中的组件来实现数据交换。在这些时间窗口之外，标记12可以然后被设置到睡眠模式从而避免功率损耗。这样一种睡眠模式可以占标记操作时间非常显著的部分，因此，它可能操作几年而不用任何维护。
特别地，根据本发明，有源标记被认为是使用有源标记的“睡眠”模式来实现电池电源的经济利用。在该睡眠模式中，有源标记的整个电路被完全切断，除了时间管理单元，例如处理器22中测量睡眠时间周期tsleep的计数器。当睡眠时间周期期满时，时间测量单元给有源标记剩下的电路通电，该剩下的电路然后就能够接收无线电信号从而确定诸如读出器等的移动通信单元是否试图与它通信。
当有源标记接收到读出器信号时，它将保持加电状态，并且只要需要，就开始与相关的读出器通信。如果有源标记没有接收到读出器信号，则只要需要，它就保持有源，从而保证在一个时间周期中不存在读出器信号，该时间周期在后面被称为无线电信号时间或等价地称为“侦嗅(sniff)周期”tsniff。
然后，除了将在另一个睡眠时间周期期满之后再次唤醒有源标记的时间测量单元以外，有源标记将再次关掉。
根据本发明，假设读出器信号时间周期比睡眠时间周期低得多(例如几个数量级)，从而使得有源标记的寿命与“总是加电”方案相比被相应地延长(例如几个数量级)。
对于根据本发明的发明性标记非常重要的是，睡眠时间周期和读出器信号时间周期tsniff的(在下文中称为周期时间)总和对时间施加更低的限制，在所述时间内，有源标记和移动通信单元必须互相之间可以达到对方，以便保证移动通信单元知道有源标记的存在。相关的时间周期在下面将被称为通过时间tpass。
但是，通过时间tpass通常是由特定的环境来规定。例如，通过时间可以在特定的环境下很长，例如，当货物集装箱上的有源标记正在与卡车头上或者运载集装箱的底盘上的读出器通信时，可以是很多小时，该通过时间在其它环境下可以很短，例如当货物集装箱上的有源标记正在高速通过固定的读出器时还不到一秒。对于根据本发明的所有应用，每个有源标记将在其寿命期内有时在具有更高通过时间的环境中，有时在具有更短通过时间的环境中。
根据本发明，睡眠时间周期因此这样选择，它与最短的可想象出的通过时间tpass，min相适合。换句话说，根据有源标记的每个操作环境，如下关系应该得到满足tsleep≤tpass，min-tsniff根据有源标记的特定环境，例如在它的生命周期中或者在供应链中，这可以通过以动态的方式给有源标记分配睡眠时间周期来实现。
每当移动通信单元与有源标记通信时，它就通过考虑特定移动通信单元的位置和功能、从有源标记读出的数据或在移动通信单元中可获得的其它信息，来对有源标记的睡眠时间重新编程。
相关的实例可以是，装备了有源标记的集装箱由提顶臂(toplifter)、万能自动装卸机或者合适的车辆放到卡车上。这个合适的车辆被装备了有源标记读出器，而卡车和拖车没有装备有源标记读出器。期望卡车以相对较高的速度驱动通过港口或集装箱仓库的出口处固定的有源标记读出器。因此，提顶臂或类似车辆上的读出器需要以短的睡眠时间周期(例如，以大约0.5秒)对有源标记进行编程。
但是，当卡车进入港口或集装箱仓库时，然后接下来期望的措施就是，万能自动装卸机或其它车辆从卡车上拿起集装箱。在万能自动装卸机移动集装箱的同时，集装箱上的有源标记将与万能自动装卸机的有源标记的读取器在扩展的时间周期(例如，几分钟)中保持联系。因此，港口或集装箱仓库的进口大门处的读出器可以将有源标记的睡眠时间周期设置为更高的值，例如20秒。
上面概述的想法的分支可以是，根据情况，读出器可以将睡眠周期序列编程到有源标记中去。例如，当集装箱被装载到船上时，当该船在海上时，有源标记每小时只醒来一次可能是足够的。但是，一旦该船被预期接近目的港口，可能就要求更短的睡眠周期，以便保证卸载集装箱的起重机上的读出器能够与该有源标记建立联系。在这个实例中，将集装箱装载到船上的起重机上的读出器可以按如下方式对该有源标记编程首先持续三天每小时醒来一次，然后每十秒醒来一次。
另一个方案是，读出器与标记一起移动，并且可以根据地理位置来修改睡眠时间周期。例如，可以假设在集装箱被拖引时，集装箱上的有源标记和拖引集装箱的卡车的读出器可以不变地互相通信。只要集装箱与它的目的地足够远，读出器就可以对有源标记进行编程从而使它睡眠扩展的时间间隔，例如，一小时。当读出器被装备了GPS接收机或其它定位装备时，它就可以确定集装箱什么时候到达其目的地。一旦这个发生了，读出器就可以对有源标记进行编程从而更频繁地醒来，例如每秒钟醒来一次。
虽然关于有源标记说明了上面的电力管理方法，但是在货物集装箱或其它货物通过海运、公路、铁路或航空等运输的货运过程中，对于本领域那些技术人员来说应该理解的是，它也可以应用到动物的运输、用于公路焦油收集的车辆的识别、防盗等、以及储备管理和供应链管理。
下面将参照图3更详细地解释图1所示的移动通信单元16。
如图3所示，移动通信单元16包括进一步的短距离通信单元30、长距离通信单元32，可选地包括卫星定位单元34、处理器/控制器36、存储器38和电源40。
操作地，图3所示的短距离通信单元30实现了到上面参照图2解释的标记12的无线短距离、低功率通信链路。此外，无线通信单元16被提供了长距离通信单元32，它根据GSM、PDC或DAMPS无线通信标准或使用无线局域网WLAN、另外的Mobitex、GPRS、UMTS等来实现到远程集装箱监视系统的链路。正如本领域那些技术人员所清楚地注意到的，任何这样的标准要被认为不是本发明的限制，在本发明的意义上，其它可获得的无线通信标准也可以应用到长距离无线通信。在地面移动通信系统不可获得的情况下，实例是像铱、Project 21、奥德赛(Odyssey)、全球星、ECCO、伊里普索(Ellipso)、氚(Tritium)、泰利戴斯克(Teledesic)、天路(Spaceway)、奥巴克姆(Orbcom)、黑曜岩(Obsidian)或阿里斯(Aries)等卫星数据通信标准。
还是如图3所示，移动通信单元16包括用于对移动通信单元16附加到的集装箱进行定位的定位单元34。在这里，要注意的是，定位单元34的提供是可选的，并且在不要求跟踪和定位的情况下可以被忽略。一种定位的方法是使用卫星定位系统，例如GPS或GLONASS。另一种方法是利用移动通信网络对无线通信单元16进行定位。在这里，有些定位技术纯粹是基于移动通信网络的，例如EOTD，而其它的依赖于基于卫星和移动通信网络组合的定位技术，例如辅助GPS。
操作地，移动通信单元16中的处理器/控制器36和存储器38允许控制移动通信单元16、图1所示的标记12和将在下面解释的远程监视系统之间的数据交换，它还允许存储这样的数据。操作移动通信单元16的组件所需的电力通过电源40来提供。
虽然移动通信单元16已经显示为专用的独立单元，但是类似功能也可以通过把短距离通信单元30以及可选地把卫星定位单元34集成到手持设备(例如集装箱码头的工作人员、卡车司机、乘务员使用的便携式设备，或者在航空货运领域由操作工作人员、航空货运搬运人员或交换单元操作员等使用的便携式设备)中而实现。另一个实例是用于工业和后勤应用的专用手持计算机，例如Psion Teklogix。在每种情况下，优点是已经存在的长距离无线通信装备也可以用于集装箱识别、跟踪和监控等目的。
下面将参照图4到图8来解释应用发明性标记12和移动通信单元16的不同应用方案。只要涉及将移动通信单元16附加到不同的运输单元或被运输单元或从它们拆卸下来，任何可解决的附加都被本发明所覆盖，例如，磁固定、用螺丝钉、轨道、钩子、球、吸住安装来机械固定，还有任何电可实现的附加，例如电磁铁，其它还有诸如胶布、透明胶带、胶水和胶带(pasted tape)等可逆的化学固定。
图4(a)和4(b)显示了根据本发明的标记和移动通信单元的第一应用方案。
如图4(a)所示，与公路运输相关的一个选项是在移动通信单元的公路运输期间可逆地将该移动通信单元固定到集装箱的操作装备，例如发电机组。在这样的情况下，当集装箱10被卡车牵引时，移动通信单元可以很容易地与集装箱10的标记12通信，因此，无论怎样都不需要任何的更改。在集装箱10的公路运输期间，如果移动通信单元16被附加到牵引卡车(例如，拖车或底盘)，那么可以应用同样的选项，如图4(b)所示。另一个选项是将移动通信单元作为上述手持设备来提供，然后再在集装箱10的监视期间将该手持设备携带到卡车车厢内。
图5(a)和5(b)显示了与铁路运输相关的发明性标记和移动通信的第二应用方案。
特别地，图5(a)显示了移动通信单元被可附加地固定在火车头或火车车厢上以便短距离无线通信到位于无线移动通信单元16内的短距离通信单元范围内的那些集装箱。如图5(b)所示，无线通信单元16也可以被附加到被火车头牵引的集装箱10的操作装备。这个无线通信单元16然后就不仅可以实现与携带操作装备的集装箱的标记12的短距离通信，还可以实现与携带操作装备的集装箱的移动无线通信单元16附加到的前面或后面集装箱的标记的通信。
相同的原理可应用到发明性集装箱监视组件的第三应用方案，如图6所示。在这里，对于在海运期间要识别、跟踪或监控的每个集装箱，必须在附加到该集装箱的标记12的短距离通信单元的范围内提供无线通信单元16。第一个选项是根据无线通信单元的附加方案来修改装载方案。可替换地，可拆卸的无线通信单元16在集装箱船上的分布可以根据依照其它约束和参数来确定的装载方案而被确定。再次，用于集装箱监视的无线通信单元16灵活的附加/拆卸允许避免不会给运营商产生收入的任何固定资产。换句话说，一旦不需要再监视集装箱时，移动通信设备就可以容易地从集装箱船拆卸下来，或者用在不同的集装箱或任何其它运输设备上。
虽然上面已经参照长距离的全球、区域或本地的运输描述了发明性监视组件的应用，下面将参照图7解释发明原理在受限制区域内的应用。
特别地，受限制区域内短距离和长距离无线通信的分割将以任何方式应用到诸如集装箱码头、集装箱港口或制造方等受限制区域内搬运集装箱的所有车辆和设备。这包括这样的码头以及任何种类的搬运车辆(例如，顶部装卸机、侧面装卸机、堆码机(reach stacker)、移动式集装箱吊运车、拖车(hustler)、起重机、万能自动装卸机等)的输入门和输出门。
在这里，根据本发明，该方法通常不是只使用单个移动通信单元16来搜索特定的集装箱，而是提供遍布在码头的多个移动通信单元16，并且每次集装箱被钩到像起重机或堆码机的搬运设备时，都接收状态和控制信息。换句话说，当集装箱经过移动通信单元时，这个事件被用来更新相关的状态和控制信息，在这种意义上，该方法就是事件驱动的。
图8显示了根据本发明的集装箱监视系统的可缩放的开放系统结构。
如图8所示，用于集装箱监视的发明性组件，即，标记12-1、12-2......被附加到集装箱10-1、10-2......，而且至少一个移动通信单元16可以集成到状态数据和控制数据获取系统中，这依赖于与在标记和无线通信单元之间以及无线通信单元与随后的监视系统之间的分离的短距离和长距离链路的无线通信。
如图8所示，当在无线通信单元中提供定位单元34用于跟踪目的时，移动无线通信单元16将接收例如全球定位服务GPS信号或者应用差分GPS。但是，应该注意的是，本发明并不局限于GPS，而是例如GLASSNOS信号或任何其它合适的定位方法也可以根据本发明来使用，例如，基于移动通信网络的或者基于组合的移动通信网络和卫星的定位方法。
还是如图8所示，移动无线通信单元16与后端子系统42通信。这个后端子系统42可以包括通过GSM、WLAN、Mobitex等与无线通信单元16通信的本地通信系统44。另外的组件可以是构成本领域已经安装的现有专用跟踪系统的计算系统46和数据库48。
此外，根据本发明建议了使用服务器50和相关数据库52来扩展后端子系统。服务器50适合于支持由发明性监视系统提供的实时监视服务。此外，数据库52适合于存储被运输的集装箱10-1、10-2和/或运输单元的识别信息、跟踪信息和监控信息。
因此，根据本发明建议了由服务器50和数据库52来扩展专用系统从而实现一个最优平台，用于向外部用户供应后勤服务，克服了专用的数据格式和通信过程。
为了改善服务能力和数据交换，图8还显示了发明性监视系统包括用于访问后端子系统的前端子系统54。优选地，这个访问以无线的方式(例如使用无线应用协议WAP)和/或通过因特网来实现。
根据本发明，在每个码头操作一个服务器50是可能的，但是根据用户要求，这个可以简单地按比例缩小或按比例扩大。服务器50使得能够支持不同客户种类(例如，搬运器、港口和/或终端用户)的服务。
这依从这样一个趋势，即综合后勤网络和使用轮船、飞机、卡车、火车等的模态间(inter-modal)运输的增加的复杂度。另外，考虑到对用户服务渐增的要求以及成本效率，从中央监视局开始到实际的装船，发明性监视系统显著地改善了使用分散的可缩放的开放系统结构的用户服务中的信息和文件质量。
为了进一步说明发明性集装箱监视系统的操作，图9显示了根据调查至少一个集装箱运输的发明性方法的流程图。
如图9所示，开始，在步骤S2中开始运输之前，移动通信单元被附加到集装箱上。此后，根据步骤S3对状态执行连续的监控，对集装箱的定位执行连续的跟踪。在步骤S4中以规则的时间间隔检查是否发生异常状态。在肯定的情况下，在步骤S5中产生要转发给监视系统的告警，从而起动并实施恢复机制以便从异常状态中恢复过来。否则，在步骤S6与监视系统交换状态和控制数据，并最终实施对集装箱的远程控制。然后在步骤S7询问运输是否已经到达其最终目的地。在肯定的情况下，移动通信单元在步骤S8从集装箱上拆卸下来以便在监视系统中重用。否则，该方法分支回到步骤S3从而继续监控集装箱的状态和位置。
虽然上面已经参照本发明优选实施例的附图描述了本发明，但是应该指出，本发明明显地也可以在本发明的范围和精神内使用其变更和修改来实现，该变更和修改对于本领域的技术人员而言是显而易见的并且很容易地作出。例如，上述功能可以以软件、硬件或者两者的组合来实现。
因此，所附权利要求的范围不打算局限于这里阐述的说明书，而是权利要求应该被解释为包含本发明中值得推荐的新颖性的所有特征，包括本发明所属领域那些技术人员将看作其等价物的所有特征。
权利要求
1.一种用于监视至少一个由运输单元来搬运的被运输单元的移动通信设备，包括短距离数据通信单元，适合于与附加到被运输单元的至少一个标记进行短距离无线数据交换；长距离数据通信单元，适合于与运输监视系统进行长距离无线数据交换；其中，在监视被运输单元期间，移动通信单元被固定到被运输单元的操作装备上，或者固定到运输单元上，当不必调查被运输单元时，移动通信单元可以从被运输单元或运输单元上拆卸下来。
2.根据权利要求1的移动通信设备，其特征在于，在运输期间，被运输单元的操作装备被附加到被运输单元上。
3.根据权利要求2的移动通信设备，其特征在于，操作单元是发电机组，而被运输单元是冷藏集装箱。
4.一种用于在集装箱码头监视至少一个被运输单元的移动通信设备，包括短距离数据通信单元，适合于与附加到被运输单元的至少一个标记进行短距离无线数据交换；长距离数据通信单元，适合于无线数据交换到集装箱码头监视系统；其中，移动通信单元被固定到集装箱码头边界内的交换单元或操作门。
5.根据权利要求4的移动通信单元，其特征在于，交换装置被从包括顶部装卸机、侧面装卸机、堆码机、移动式集装箱吊运车、拖车、起重机、交换卡车、拖车操作、万能自动装卸机和转轨器的组中选出。
6.根据权利要求1到5中任何一个的移动通信单元，其特征在于，它还包括卫星定位单元。
7.根据权利要求1到6中任何一个的移动通信设备，其特征在于，所述短距离通信单元适合于蓝牙类型的短距离无线数据交换。
8.根据权利要求1到6中任何一个的移动通信设备，其特征在于，所述短距离通信单元适合于在ISM频带内进行短距离无线数据交换。
9.根据权利要求1到8中任何一个的移动通信设备，其特征在于，所述短距离通信单元适合于在达到30m的距离上进行短距离无线数据交换。
10.一种用于监视至少一个被运输单元的手持通信设备，包括短距离数据通信单元，适合于与附加到被运输单元的至少一个标记进行短距离无线数据交换；长距离数据通信单元，适合于长距离无线数据交换到运输监视系统。
11.根据权利要求10的手持通信设备，其特征在于，它是移动电话、PDA或管理器、或者专用的手持计算机。
12.根据权利要求10或11的手持通信设备，其特征在于，所述短距离通信单元适合于蓝牙类型的短距离无线数据交换。
13.根据权利要求10或11的手持通信设备，其特征在于，所述短距离通信单元适合于在ISM频带内进行短距离无线数据交换。
14.根据权利要求10到13中任何一个的手持通信设备，其特征在于，所述短距离通信单元适合于在达到30m的距离上进行短距离无线数据交换。
15.一种用于附加到被运输单元的有源标记，包括电源；存储器单元，用于至少存储与被运输单元相关的静态信息；短距离通信单元，适合于低功率无线通信；控制器，适合于使用电力管理来控制有源标记的操作，这样以致于有源标记的操作被分为循环周期，每个循环周期具有睡眠时间周期，在该睡眠时间周期，除了时间测量单元以外，有源标记被关掉，读出器信号时间周期，用于在该有源标记上检测读出器信号的存在；其中睡眠时间周期设置是可以根据操作条件而变化的。
16.根据权利要求15的有源标记，其特征在于，所述操作条件包括有源标记的位置或者搬运该有源标记附加到的被运输单元的车辆的类型。
17.根据权利要求15或16的有源标记，其特征在于，所述睡眠时间周期设置是可以根据睡眠时间周期序列而变化的。
18.根据权利要求15的有源标记，其特征在于，它还包括适合于与它附加到的被运输单元的控制单元交换动态的状态和控制数据的接口单元。
19.根据权利要求15或18的有源标记，其特征在于，所述短距离通信单元适合于在达到30m的距离上进行无线通信。
20.一种用于由运输单元搬运的至少一个被运输单元的监视系统，包括后端子系统，它具有适合于支持所述监视系统提供的实时监视服务的服务器；适合于存储被运输单元和/或运输单元的识别信息、跟踪信息和监控信息的数据库；和数据获取子系统，它具有附加到具有短距离通信单元的被运输单元的标记，该短距离通信单元适合于短距离无线传递与被运输单元相关的状态数据；具有短距离数据通信单元和长距离数据通信单元的移动通信单元，该短距离无线数据通信单元适合于与所述标记进行短距离无线数据交换，该长距离无线数据通信单元适合于与所述后端子系统进行长距离无线数据交换；其中在监视被运输单元期间，所述移动通信单元被固定到被运输单元上或者其运输单元上，当不必调查被运输单元时，所述移动通信单元可以从该被运输单元或运输单元上拆卸下来。
21.根据权利要求20的监视系统，其特征在于，所述标记还包括适合于与被运输单元的控制单元交换动态的状态和控制数据的接口单元。
22.根据权利要求20或21的监视系统，其特征在于，它还包括用于通过无线应用协议(WAP)和/或因特网来访问后端子系统的前端子系统。
23.一种在运输开始位置和运输目标位置之间调查至少一个被运输单元的运输的方法，包括如下步骤在开始监视之前将移动通信单元附加到被运输单元或移动被运输单元的运输单元；为了在监视期间交换状态和/或控制信息，在所述移动通信单元和附加到被运输单元的标记之间实施短距离无线数据通信，在所述移动通信单元移动通信单元和运输监视系统之间实施长距离无线数据通信；在监视结束时，将所述移动通信单元从被运输单元上拆卸下来。
24.根据权利要求23的方法，其特征在于，所述移动通信单元被附加到冷藏集装箱的发电机组。
25.根据权利要求23或24的方法，其特征在于，它还包括步骤在监视期间基于卫星进行定位以便跟踪所述被运输单元。
26.根据权利要求23到25中任何一个的方法，其特征在于，它还包括步骤在监视所述被运输单元期间，当发生异常状态时产生告警。
27.一种有源标记电力管理方法，包括如下步骤将有源标记的操作分为循环周期，以便每个循环周期具有睡眠时间周期，在该睡眠时间周期，除了时间测量单元以外，有源标记被关掉，读出器信号时间周期，用于在该有源标记上检测读出器信号的存在；和设置根据操作条件而变化的睡眠时间周期。
28.根据权利要求27的有源标记电力管理方法，其特征在于，操作条件包括根据电力管理方法操作的有源标记的位置或者搬运该有源标记附加到的被运输单元的车辆的类型。
29.根据权利要求27或28的有源标记电力管理方法，其特征在于，所述睡眠时间周期设置被设置可以根据睡眠时间周期序列而变化。
30.一种可直接载入处理器内部存储器的计算机程序产品，包括软件代码部分，当该产品在处理器上运行时，所述软件代码部分用于执行权利要求23到29中任何一个的步骤。
全文摘要
为了避免广域移动通信设备固定地分配到集装箱监视系统的组件从而增加重用性，提供了一种用于监视运输单元搬运的至少一个被运输单元的移动通信设备，包括短距离数据通信单元(30)，它适合于与附加到被运输单元的至少一个标记进行短距离无线数据交换；长距离数据通信单元(32)，它适合于长距离无线数据交换到运输监视系统；其中，在监视被运输单元期间，移动通信单元被固定到被运输单元的操作装备上，或者固定到运输单元上，当不必调查被运输单元时，移动通信单元可以从被运输单元或运输单元上拆卸下来。
文档编号G06Q10/00GK1513149SQ02810788
公开日2004年7月14日 申请日期2002年3月12日 优先权日2001年3月27日
发明者K·波曼, A·布斯波姆, K 波曼, 共 申请人:奥尔塞特跟踪技术股份有限公司