专利名称：一种智能集装箱系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及应用于集装箱的通信系统，更具体地说，涉及一种智能集装 箱系统及其控制方法。
背景技术：
随着国际贸易的不断发展和扩大，集装箱运输因其具有货运能力大、运 输成本低等优点而已成为世界各国所广泛采用的重要货运手段。但是近年来， 由于世界各国普遍提高了防范风险，防范恐怖活动的安全意识。各国对于集 装箱在运输过程中的安全要求越来越高，但现在还不能够对集装箱在全球范 围内全供应链过程进行全程的跟踪监管，实现集装箱从发货封箱到到底目的 地交付开箱的全过程监管，确保集装箱货运运输过程的全程安全，防止全供 应链过程中的任何非法开启。 发明内容本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种智 能集装箱系统及其控制方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种智能集装箱系统， 包括设置在集装箱上，并对集装箱进行实时状态监测和记录的智能终端； 与所述智能终端进行数据通讯的读写设备；接收所述读写设备上传的数据的 后台监控系统。在本发明所述的智能集装箱系统中，所述智能终端包括集装箱内部环 境监测模块、集装箱开关门状态监测模块、集装箱壳体完整性监测模块、以 及集装箱上冷机设备监测模块。在本发明所述的智能集装箱系统中，所述智能终端进一步包括用于存 储集装箱箱门施封事件记录、激活事件记录、查询事件记录、解封事件记录、注销事件记录、以及非法开关箱门事件记录的存储器。根据本发明的另一个方面，提供一种智能集装箱系统的控制方法，包括 如下步骤a、 读写设备以有线或无线传输方式向智能终端发送操作命令；b、 根据所述操作指令，所述智能终端进行相应处理，并以有线或无线传 输方式向所述智能终端发送对应的响应数据；c、 所述读写设备将所述响应数据以有线或无线传输方式发送到所述后台 监控系统。在本发明所述的智能集装箱系统的控制方法中，所述步骤b还包括所 述智能终端监测集装箱内部环境、开关门状态、集装箱壳体完整性、以及集 装箱上冷机设备。在本发明所述的智能集装箱系统的控制方法中，所述步骤b进一步包括 所述智能终端记录集装箱箱门施封事件、激活事件、査询事件、解封事件、 注销事件、以及非法开关箱门事件。在本发明所述的智能集装箱系统的控制方法，所述操作命令包括查询 命令和控制命令；所述响应数据包括査询响应数据和控制响应数据。在本发明所述的智能集装箱系统的控制方法，所述查询命令包括査询 集装箱箱门开关状态、所述智能终端物理ID号、集装箱ID好、装箱单号、 机械铅封号、所述智能终端报警状态和激活状态、所述智能终端施封、激活、 解封、注销事件信息以及历史查询操作事件信息；所述査询响应数据包括 集装箱箱门开关状态、所述智能终端物理ID号、集装箱ID好、装箱单号、 机械铅封号、所述智能终端报警状态和激活状态、所述智能终端施封、激活、 解封、注销事件信息以及历史査询操作事件信息。在本发明所述的智能集装箱系统的控制方法，所述控制命令包括施封 命令、激活/预激活命令、解封命令、注销命令；根据所述控制命令，所述智 能终端进行相应的处理，并向所述读写设备发送相应的响应数据。在本发明所述的智能集装箱系统的控制方法，所述操作指令和所述响应 数据是明文数据或加密数据，并以ASCII码进行传输。在本发明所述的智能集装箱系统的控制方法中，所述操作指令和响应数据是经过简化的PPP-HDLC协议进行包装的报文。在本发明所述的智能集装箱系统的控制方法中，所述智能终端与所述读 写设备之间以TTL、 RS232、 RS485、 I2C-bus、 CAN-bus或TCP/IP的工业总线 方式进行数据通信，或者以125KHZ、 433MHZ、 915MHZ、 2. 4GHZ的频段进行无 线数据通信。实施本发明的智能集装箱系统及其控制方法，具有以下有益效果满足 集装箱在运输过程中的安全要求越来越高，且实现对集装箱在全球范围内全 供应链过程进行全程的跟踪监管，以及集装箱从发货封箱到到底目的地交付 开箱的全过程监管，确保集装箱货运运输过程的全程安全，防止全供应链过 程中的任何非法开启。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中 图1是本发明智能集装箱系统的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，在本发明的智能集装箱系统中，包括用于监测集装箱状态的智能终端l,和与智能终端1进行数据通讯的读写设备2，以及后台监控系 统3。通过读写设备2对智能终端1进行读写数据、数据采集、和控制实现对 集装箱的监控，通过读写设备2将数据上传到后台监控系统3，从后台监控系 统3远程监控集装箱的位置与状态。智能终端1包括集装箱内部环境监测模 块，集装箱门开关状态监测模块，集装箱壳体完整性监测模块，集装箱上冷 机设备监测模块。智能终端1是智能集装箱的中央监控单元，负责与智能集 装箱中其它监测终端的对话与通讯，以及智能集装箱与外部读写设备2之间 的数据对话与通讯。该集装箱智能终端1通过集装箱箱门状态实时监测、实时记录集装箱箱 门施封事件、激活事件、查询事件、解封事件、注销事件以及非法开关箱门事件，从而通过判断集装箱门开关状态和授权情况来判断集装箱在整体物流 链过程中安全与否，从而判别集装箱的风险程度。智能终端1中各种数据通过读写设备利用TCP/IP、 RS232、 RS485等有线方式或GPRS、 CDMA、 3G等无 线方式将数据发送到后台监控系统3,实现在全供应链范围内对监控集装箱的 身份、托运装箱单号、托运公司、箱门状态信息、不同用户对集装箱箱门开 关、施封、激活、查询、解封、注销等操作事件的自动记录、识别和对非法 开启箱门事件进行记录和报警，并在海关和堆场进出关管理等场合可实现集 装箱的全自动绿色通关检查，实现全供应链范围内的集装箱物流和安全状态 信息透明化、确保集装箱货运安全和资产便捷管理。本发明智能集装箱系统中集装箱智能终端1与固定或移动读写设备2之 间利用通讯协议实现智能终端1与读写设备2之间的双向数据通讯。该协议 具有特殊的数据协议格式，以保证系统在恶劣工况下能准确无误的进行安全 可靠的数据传输，同时方便了通讯设备双方进行数据打包和解析。所述协议 包括读写设备下发到集装箱智能终端的施封、激活/预激活、查询、解封、注 销等操作命令，包括用于査询终端设备记录的各种事件数据，包括集装箱箱 门是否被非法开启的报警数据、不同用户对终端设备进行各种操作的事件数 据，并对集装箱上的智能终端进行施封、激活/预激活、査询、解封、注销操 作；智能终端设备响应读写设备施封、激活/预激活、查询、解封、注销等操 作命令，上报集装箱箱门是否被非法弁启的报警数据、各种不同用户采用手 持终端或固定终端设备对其进行各种操作的事件数据；所述协议中读写设备 到智能终端的所有命令下发后，智能终端都有对应的响应数据；所述协议中 通讯数据包括明文数据或加密数据；采用加密数据传输时，所有通讯数据在 传输过程中都是通过DES/3-DES或其他加密算法进行数据加密，以保证数据 传输过程的安全性和保密性。其还包括用于普通授权用户、特殊授权用户(如 海关政府部门)的两大类型授权管理模式，通过读写设备对智能终端进行不 同权限的操作管理模式。所有传输的数据都采用ASCII码来实现；通讯协议中各指令数据格式包 含该指令的全部数据，例如施封命令数据格式包含数据有命令类型代码、目的地址、源地址、操作用户类型、操作用户名、智能终端物理ID号、集装 箱ID号、读写设备隶属公司、操作日期时间、集装箱单号、机械铅封号、激 活标志。数据包在发给串口等通讯端口之前，采用简化的PPP—HDLC协议来 包装成一个报文。报文头部添加3个域，分别是起始位(0x7e),标记位(0x41) 和序列号(每发出一个报文后自增一，在0 OxFF之间循环)，均占一个字。 之后是数据包的内容，最后在数据包的末尾添加2个域，分别是两字节校验 位和截止位(0x7e)。如下。在组成数据包的过程中，命令类型对应其中的type, 而命令内容都放在data数组中。多字节表示的数据结构中均是低位地址存放 数据的低字节，高位地址存放高字节。数据包的格式中包含数据格式报文的目的地址，报文的源地址、指令类 型、预留组标示、命令内容长度、命令内容。的报文目的地址为此报文发送 到的目的地址，源地址为此发送此报文的设备的地址编号。命令类型为终端 设备与读写设备之间交互命令的类型，采用两位十六进制字符标示。命令内容长度为交互命令内容的长度，不包含该变量本身的长度。校验位的校验字 釆用不包括校验位的字符本身的数据包中的全部字符的异或(XOR)来计算， 校验位的字符采用16进制的ASCII输出。数据包格式中，标记位预保留标示。 所述数据包格式中，序列号在每发出一个报文后自增一，在0 0xFF之间循 环。为避免报文中出现与起始位相同的字符，必须在报文打包前将与起始位 相同的字符进行替换，否则接收方不能正确的标记报文起止位。具体的方法 是将报文中除起始位和截止位之外的0x7e字符替换为0x7d和0x5e两个字符, 同时将0x7d替换为0x7d和0x5d两个字符。在接收报文时，先去掉替换字符 还原报文内容，然后去掉报文头部和尾部附加的起始位域、标记位和截止位， 得到数据包和校验位的内容。读写设备下发到智能终端的査询命令包括查询智能终端集装箱门开关 状态、智能终端物理ID号、集装箱ID号、装箱单号、机械铅封号、智能终 端报警状态和激活状态、智能终端施封、激活、解封、注销事件信息以及历 史査询操作事件信息。查询读写设备通讯范围内的所有智能终端，传输中使 用命令字为"65"，査询命令目的地址为广播地址，源地址为读写设备本身物理ID编号。如cimc用户操作设备所属公司cimc，査询目的地址 0x0D00000003CD3927，查询源地址0x0CD00000004CD2827,发送的指令十六 进制数据为"570D00000003CD39270CD00000004CD2827cimccimc"。 智能终端上传到读写设备的査询响应数据包括集装箱箱门开关状态、智能 终端物理ID号、集装箱ID号、装箱单号、机械铅封号、态智能终端报警状 态和激活状态、智能终端施封、激活、解封、注销事件信息以及之前的查询 操作事件信息。集装箱箱门开关状态用一个字节数据(8bit)或一个位(lbit) 表示，用其数值表示用户类型，如0表示监测到箱门关，1表示监测到箱门开。 智能终端物理ID号、集装箱ID号、装箱单号、机械铅封号分别由8、 11、 12、 8个字节表示，如智能终端物理ID号0D00000003CD3927,集装箱ID号 TESU0472633,装箱单号235000200678，机械铅封号22038699，其中，装 箱单号和机械铅封号如不足设定位字符数，则高位补零。报警状态用一个字 节(8bit)数据或一个位(lbit)表示，用其数值表示报警状态，如0表示无 报警，1表示监测到有报警事件。监测终激活状态用一个字节(8bit)数据表示， 用其数值表示激活状态，如0表示未激活，l表示已激活，2表示预激活，其 他数值保留。智能终端施封、激活、解封、注销事件信息以及历史査询操作 事件信息，以统一的事件数据格式记录及上传，数据组成包括事件记录序 号，智能终端物理ID号，集装箱ID号，装箱单号,机械铅封号，操作类型(指 施封、激活、解封、注销、査询操作)，操作用户名，读写设备所属公司，操 作日期时间，箱门开关状态，报警状态及时间。如施封操作用户名cimc， 读写设备所属公司cimc,施封时间2007-7-2 10:17:30;读写设备下发到智能终端的控制命令包括读写设备下发智能终端的施封、激活、解封、注 销控制命令。施封指令包含数据有命令类型、目的地址、原地址、操作用 户类型、操作用户名、智能终端物理ID、集装箱ID、操作设备所属公司、操作日期时间、集装箱单号、机械铅封号、激活标志。施封操作使处于出厂状 态或注销状态的智能终端在集装箱箱门关闭条件下进入施封状态，开始监测工作。传输中使用命令字为"53"。解封指令包含数据有命令类型、目的地址、源地址、操作用户类型、操作用户名、操作设备所属公司。其中目的地址标明需要操作的智能终端物理ID号。解封处于施封状态的智能终端，使其 停止监测。本协议中使用命令字为"55"。如cimc用户操作设备所属公司cimc， 解封目的地址0x0D00000003CD3927，解封源地址0x0CD00000004CD2827， 用户操作类型为海关用户，发送的指令十六进制数据为 "550D00000003CD39270CD00000004CD282701cimccimc"，其中操作用户类型 "01"表示海关用户类型。注销与激活/预激活指令包含数据有命令类型、 目的地址、源地址、操作用户类型、操作用户名、操作设备所属公司。激活/ 预激活指令指对已处于施封或预施封状态下的智能终端进行激活/预激活操 作；激活操作的同时，与本次激活事件相关的数据被上传至数据服务器进行 认证和记录。预激活的智能终端在有网络环境下被扫描到并激活时，该预激 活事件和激活事件数据一并上传至数据服务器进行认证和记录。监测终激活 状态用一个字节数据(8bit)表示，用其数值表示激活状态，如0表示未激活， l表示已激活，2表示预激活，其他数值保留。注销操作将处于解封状态的智 能终端设置为注销状态，并上传监测数据中心，标示该智能终端行程的终点。 智能终端上传到读写设备的控制响应数据包括智能终端响应读写设备下发 的施封、激活、解#^、注销控制命令。智能终端响应施封指令数据包括命 令类型、目的地址、源地指、返回标志。本协议中施封响应使用命令字为"54"。 如对专利说明书8中列举的施封指令，智能终端施封成功，返回施封指令响 应数据为"540CD00000004CD28270D00000003CD392701",其中，最后一字节 的施封响应返回标志"0x01"表示施封成功。智能终端响应解封、注销、激活指令数据包括命令类型、目的地址、源地指、返回标志。通讯数据的加 密为确保智能终端与手持、车载、船载或固定终端数据传输的可靠性和安全性，所有数据发送端数据可进行加密后再传输，采用DES、 3-DES或其它加 密算法，加密密钥可以修改。数据接收端采取逆转换将数据解密后再做解析 处理。所述智能终端还包括微处理器核心模块、智能终端通讯模块(无线或有 线)、门开关探测模块以及其他外围电路，并安装在集装箱箱门上，其门开关 探测模块实时监测集装箱箱门开关状态，依据通讯协议工作。读写设备还包括微处理器核心模块、终端通讯模块(无线或有线)、GPRS/CDMA/TCP/IP通讯 模块以及其他外围电路，并依据的通讯协议与智能终端通讯，并与监测数据 中心通讯。智能终端在出厂前进行浇铸，之后一直处于工作状态，按照通讯协议与读 写设备进行通讯。处于施封并激活状态的智能终端实时监测与其绑定的集装 箱箱门开关状态，响应读写设备下发的各种查询控制命令，并记录对其进行 施封、激活、解封、注销、查询的事件数据，从而实现在全球范围内的对监 控集装箱的身份、托运装箱单号、托运公司、箱门状态信息、不同用户对集 装箱箱门开关、施封、激活、査询、解封、注销等操作事件的自动记录、识 别和对非法开启箱门事件进行记录和报警，并在海关和堆场进出关管理等场 合可实现集装箱的全自动绿色通关检查，实现全球范围内的集装箱物流和安 全状态信息透明化、确保集装箱货运安全和资产便捷管理。
权利要求
1、一种智能集装箱系统，其特征在于，包括设置在集装箱上，并对集装箱进行实时状态监测和记录的智能终端；与所述智能终端进行数据通讯的读写设备；接收所述读写设备上传的数据的后台监控系统。
2、 根据权利要求1所述的智能集装箱系统，其特征在于，所述智能终端 包括集装箱内部环境监测模块、集装箱开关门状态监测模块、集装箱壳体 完整性监测模块、以及集装箱上冷机设备监测模块。
3、 根据权利要求1所述的智能集装箱系统，其特征在于，所述智能终端 进一步包括用于存储集装箱箱门施封事件记录、激活事件记录、査询事件记录、解封事件记录、注销事件记录、以及非法开关箱门事件记录的存储器。
4、 一种智能集装箱系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤a、 读写设备以有线或无线传输方式向智能终端发送操作命令；b、 根据所述操作指令，所述智能终端进行相应处理，并以有线或无线传 输方式向所述智能终端发送对应的响应数据；c、 所述读写设备将所述响应数据以有线或无线传输方式发送到所述后台 监控系统。
5、 根据权利要求4所述的智能集装箱系统的控制方法，其特征在于，所述步骤b还包括所述智能终端监测集装箱内部环境、开关门状态、集装箱壳体完整性、以及集装箱上冷机设备。
6、 根据权利要求5所述的智能集装箱系统的控制方法，其特征在于，所 述步骤b进一步包括所述智能终端记录集装箱箱门施封事件、激活事件、查询事件、解封事件、注销事件、以及非法开关箱门事件。
7、 根据权利要求4至6任意所述的智能集装箱系统的控制方法，其特征 在于，所述操作命令包括查询命令和控制命令；所述响应数据包括查询 响应数据和控制响应数据；所述查询命令包括査询集装箱箱门开关状态、 所述智能终端物理ID号、集装箱ID好、装箱单号、机械铅封号、所述智能 终端报警状态和激活状态、所述智能终端施封、激活、解封、注销事件信息以及历史査询操作事件信息；所述査询响应数据包括集装箱箱门开关状态、 所述智能终端物理ID号、集装箱ID好、装箱单号、机械铅封号、所述智能 终端报警状态和激活状态、所述智能终端施封、激活、解封、注销事件信息 以及历史查询操作事件信息；所述控制命令包括施封命令、激活/预激活命 令、解封命令、注销命令；根据所述控制命令，所述智能终端进行相应的处 理，并向所述读写设备发送相应的响应数据。
8、 根据权利要求4至6任意所述的智能集装箱系统的控制方法，其特征 在于，所述操作指令和所述响应数据是明文数据或加密数据，并以ASCII码 进行传输。
9、 根据权利要求8所述的智能集装箱系统的控制方法，其特征在于，所 述操作指令和响应数据是经过简化的PPP-HDLC协议进行包装的报文。
10、 根据权利要求4至6任意所述的智能集装箱系统的控制方法，其特 征在于，所述智能终端与所述读写设备之间以TTL、 RS232、 RS485、 I2C-bus、 CAN-bus或TCP/IP的工业总线方式进行数据通信，或者以125KHZ、 433MHZ、 915MHZ、 2. 4GHZ的频段进行无线数据通信。
全文摘要
本发明涉及一种智能集装箱系统及其控制方法，该系统包括设置在集装箱上，并对集装箱进行实时状态监测和记录的智能终端；与所述智能终端进行数据通讯的读写设备；接收所述读写设备上传的数据的后台监控系统。实施本发明的智能集装箱系统及其控制方法，可满足集装箱在运输过程中的安全要求越来越高，且实现对集装箱在全球范围内全供应链过程进行全程的跟踪监管，以及集装箱从发货封箱到到底目的地交付开箱的全过程监管，确保集装箱货运运输过程的全程安全，防止全供应链过程中的任何非法开启。
文档编号G05B19/418GK101221440SQ200810065030
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月9日 优先权日2008年1月9日
发明者昕 伍, 周受钦, 汤焱彬, 王元聪 申请人:中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司