专利名称：集装箱壳体破裂探测装置、探测监控系统及方法
技术领域：
本发明涉及集装箱，尤其涉及一种集装箱壳体破裂探测装置、集装箱壳体破裂探测监控系统以及集装箱壳体破裂探测监控方法。
背景技术：
随着近年来国际走私及恐怖活动的猖獗，各个国家对集装箱的安全性能越来越关注，通用货物集装箱一般由封闭的前端、侧板、顶板、底架及具有活动门的后端组成，恐怖分子可通过在集装箱六面上开孔进行犯罪活动，会给集装箱货运造成巨大威胁，另外，如何避免犯罪分子利用集装箱从事犯罪活动、避免已经海关检查并施加关封的集装箱内再次装入货物、或集装箱遭非法破坏后能及时报警，成为人们关注的焦点。所以设计开发出具有更高安全性能并具有智能探测功能的集装箱，成为集装箱行业努力的重点方向之一。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种集装箱壳体破裂探测装置，当集装箱的壁体遭遇破裂时，能即时发出报警信号。
本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种集装箱壳体破裂探测监控系统，当集装箱的壁体遭遇破裂时，能及时将信息传送到监控终端，由监控终端决定对该破裂集装箱作如何处理。
本发明所要解决的再一个技术问题是，提供一种集装箱壳体破裂探测监控方法，采用该方法，能即时探测到集装箱遭遇破裂并发出报警信号。
根据本发明的一方面，提供一种集装箱壳体破裂探测装置，包括传感器、接口电路、接收模块、中央处理器及报警单元，由传感器产生的感应信号经接口电路和接收模块传送到中央处理器，中央处理器的输出信号传送到报警单元；所述传感器有多个，分布在所述集装箱的内表面，每个传感器都与一个识别码相对应。
作为优选，所述传感器包括感应板、检测电路及后端处理控制电路；所述感应板包括敷设在绝缘母板上的网状电路，所述网状电路与检测电路相连、检测电路与后端处理控制电路相连。
作为优选，所述接口电路包括有线或无线线路；其中，所述有线线路可以包括有线独立线路或有线中继线路，所述无线线路可以是无线独立线路或无线中继线路。
作为优选，所述报警单元可以是声音和/或可视信号报警装置。
作为优选，所述可视信号报警装置包括不可恢复的、肉眼可见的异常提示信号报警装置。
作为优选，所述绝缘母板可以是木材、PVC、塑料、橡胶或复合材料中的至少一种；所述网状电路可以由导电漆、导电薄膜、金属丝线、漆包线或金属箔条中的至少一种构成。
根据本发明的另一方面，提供一种集装箱壳体破裂探测及监控系统，包括用于探测集装箱壳体破裂的探测装置；用于存储经处理的探测信号的数据的存储器；用于发射所述存储数据的射频信号发送模块；用于接收发射数据的接收装置。
其中，所述探测装置包括传感器、接口电路、接收模块、中央处理器及报警单元，由传感器产生的感应信号经接口电路和接收模块传送到中央处理器，中央处理器的输出信号传送到存储器；所述传感器有多个，分布在所述集装箱的内表面，每个传感器都与一个识别码相对应。
作为优选，所述接收装置为数据阅读器。
作为优选，所述数据阅读器可以是固定式阅读器或便携式阅读器。
作为优选，所述阅读器可以通过互联网、RS232接口或无线局域网与本地监控终端通信连接。
作为优选，所述接收装置包括通过通信网络与射频信号发送模块通信连接的远程监控终端。
作为优选，所述通信网络可以包括通用分组无线业务(GPRS)、通用移动通信系统(UMTS)或无线局域网(WLAN)。
根据本发明的再一方面，提供一种集装箱壳体破裂探测监控方法，包括产生感应信号；将感应信号传送到中央处理器；对所述感应信号进行分析、处理；根据对感应信号的处理结果产生报警信号；
其中，传送到处理器的所述感应信号包括集装箱壳体破裂信息及破裂位置的区位信息。
作为优选，所述感应信号还包括集装箱门的开关信息。
作为优选，还包括存储经处理的感应信号的数据、发送和接收所述存储的数据。
作为优选，所述发送和接收存储的数据包括向阅读器发送数据。
作为优选，还可以将阅读器接收到的数据通过互联网、RS232接口或无线局域网向本地监控终端发送。
作为优选，所述发送和接收存储的数据包括通过通用分组无线业务(GPRS)、通用移动通信系统(UMTS)或无线局域网(WLAN)向远程监控终端发送数据。
作为优选，所述集装箱门的开关信息包括开关时间、开关次数、开门状态延长时间。
作为优选，所述产生感应信号可以包括在集装箱壳体破裂面积大于4平方厘米或裂缝长度大于20厘米时发生。
作为优选，所述将感应信号传送到处理器包括采用有线方式或无线方式传送，其中，有线方式包括有线中继模式、有线独立模式，无线方式包括无线中继模式、无线独立模式。
作为优选，根据对感应信号的处理结果产生报警信号包括产生声音和/或可视报警信号。
作为优选，所述可视报警信号包括不可恢复的、肉眼可见的异常提示信号。
采用本发明的集装箱壳体破裂探测装置、系统和方法，可以及时发现集装箱壳体破裂，对集装箱的安全情况实现实时监控，有效地防止走私分子的夹带行为及犯罪分子的破坏活动。
图1所示为根据本发明实施例的集装箱壳体破裂探测装置的示意框图；图2A所示为根据本发明实施例的有线独立式接口电路结构的示意图；图2B所示为根据本发明实施例的有线独立式接口电路的方框图；图3A所示为根据本发明实施例的有线中继式接口电路结构的示意图；图3B所示为根据本发明实施例的有线中继式接口电路的方框4A所示为根据本发明实施例的无线独立式接口电路结构的示意图；图4B所示为根据本发明实施例的无线独立式接口电路的方框图；图5A所示为根据本发明实施例的无线中继式接口电路结构的示意图；图5B所示为根据本发明实施例的无线中继式接口电路的方框6所示为本发明实施例集装箱壳体破裂探测监控系统的示意图；图7所示为本发明实施例集装箱壳体破裂探测监控方法的流程示意图。
以下结合附图通过实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施例方式
图1所示为根据本发明实施例的集装箱壳体破裂探测装置的示意框图。如图所示，该装置包括多个传感器。根据本发明，这些传感器由感应板、检测电路及后端处理控制电路构成。感应板包括敷设在绝缘母板上的网状电路，通过网状电路与板材的有机结合而形成。所用感应板母材可以是木材、PVC、塑料、橡胶、复合材料中的任一种，具有防水和防腐功能。网状电路可以由导电漆、导电碳浆、导电薄膜、金属丝线、漆包线、或金属箔条等构成。
感应板、检测电路及后端处理控制电路分布固定在集装箱的六个内表面上，感应板之间通过接口连接，形成一个箱型的整体监测网络。例如，感应板的形状可设计成拼图玩具形——板与板之间凹凸相嵌。当集装箱六面出现一定面积(如大于4平方厘米)的裂洞或出现长条状(如长于20厘米)裂缝时，造成感应板上的网状电路断开，引起电压或电流发生变化，从而被检测电路探测到。
检测电路探测到的感应信号经传感器后端处理控制电路处理后，通过接口电路传递到集装箱信息终端。集装箱信息终端可以安装在集装箱后端门上，其包括接收模块、中央处理器、存储器、RF发射模块。传感器与集装箱信息终端的信号传递方式可以是有线或无线模式，即接口电路可以是有线式或无线式，如图2-图5所示。
参考图2A和2B，在本发明的一个实施例中，采用有线独立模式的接口电路，各个传感器1通过电缆直接将感应信号传递到集装箱信息终端6中的接收模块中。接收模块可以由矩阵电路构成，因而从接收模块输出的信号包含传感器的ID代码信息，可以用来指示传感器所处位置的区位。
参考图3A和3B，在本发明的另一实施例中，采用有线中继模式的接口电路，各个传感器1通过有线中继线路将感应信号传递到集装箱信息终端6的接收模块中。在这种情况下，传感器1之间可以通讯，各个传感器1都要有一个存储ID代码的存储器，传递的感应信号包括该传感器的ID代码信息，用于指示传感器所处位置的区位。
参考图4A和4B，在本发明的又一实施例中，采用无线独立模式的接口电路，各个传感器1通过RF发射模块直接将感应信号发射到集装箱信息终端6中的接收模块中。在这种情况下，各个传感器1也都要有一个存储ID代码的存储器，传递的感应信号包括该传感器的ID代码信息，用于指示传感器所处位置的区位。集装箱信息终端6的接收模块是RF接收电路。
参考图5A和5B，在本发明的再一实施例中，采用无线中继模式的接口电路，各个传感器1的RF发射模块通过中继方式将感应信号传送到集装箱信息终端6中的接收模块中。在这种情况下，传感器1之间可以通讯，各个传感器1也都要有一个存储ID代码的存储器，传递的感应信号包括该传感器1的ID代码信息，用于指示传感器所处位置的区位。集装箱信息终端6的接收模块是RF接收电路。
在一个实施例中，例如，40英尺集装箱，大约尺寸为12米*2.5米*3米，为便于维护，系统必须能准确定位破裂的位置，所以，必须对集装箱六面进行单元划分(如40尺箱大约划分为60个单元)，当破裂出现时，可以定位破裂在具体某个单元面上，从而对该单元面进行快速修复处理。为便于对发生破裂的位置准确定位，快速修复，本实施例中，对集装箱六面划分为大约60个单元，各单元之间，集装箱单元终端(Container Unit Terminal)与集装箱信息终端(Container Data Terminal)之间的连接与通讯可以按图2至图5所示的几种方式。某一单元上有破裂事件发生时，集装箱信息终端可准确捕捉到该信息，从而可快速定位出破裂大体位置。
再回到图1，集装箱信息终端中的接收模块将带有ID代码的感应信号传送给中央处理器，中央处理器根据感应信号及所带的ID代码确定壳体破裂发生的区位，并向报警单元发出报警指令。
报警单元包括声音和/或可视报警装置，可产生即时短时间内的报警(声、光)信号，提醒承运人集装箱异常，并在集装箱信息终端面板产生不可恢复肉眼可见的异常提示(如钨丝强电流烧断灯泡雾化)，集装箱巡视人由此可判断集装箱是否发生过破裂。
还是如图1所示，集装箱信息终端还设置有存储器和RF发射模块，经中央处理器处理后的集装箱破裂报警数据存储在存储器中。另外，在集装箱上还可以设置集装箱门开关传感器及其它传感器(如箱内温度、湿度传感器等)，这些传感器探测到的信息经中央处理器处理后，其数据都可存储到存储器中。如集装箱门开关的时间、开关次数、开门延长时间，周期采集的箱内温度、湿度数据，形成历史记录。
图6所示为本发明实施例集装箱壳体破裂探测监控系统的示意图。如图中所示，当集装箱信息终端6到达阅读器覆盖范围内时，集装箱信息终端内部存储数据可以被阅读器7、8读出，如果存在报警信息，则提醒监控系统，对该集装箱进行处理；阅读器7、8还可以通过互联网、RS232接口或无线局域网与本地监控终端9通信连接，将数据传送到本地终端9。在本发明的一实施例中，移动式阅读器8还具有RF发射模块，可通过移动通信网络，例如通用分组无线业务(GPRS)、通用移动通信系统(UMTS)或无线局域网(WLAN)，将集装箱信息和报警信息发送到远程监控终端10和本地监控终端9。另外，破裂报警信息存储在集装箱终端存储器中的同时，RF发射模块还可以通过通信网络，例如通用分组无线业务(GPRS)、通用移动通信系统(UMTS)或无线局域网(WLAN)，将集装箱信息和报警信息发送到远程监控终端10，由远程监控终端10决定对该集装箱进行何种处理。
总之，采用本发明的集装箱壳体破裂探测监控系统，可通过无线固定式阅读器7或者便携式阅读器8可将存储在信息终端内存中的数据读出，或使用RF发射模块通过通信网络直接将数据发送给本地、远程终端9、10。
集装箱壳体破裂探测系统主要作用是对集装箱的壳体破裂情况进行检测，一旦集装箱壳体有破裂情况，且破裂达到一定程度时检测电路将发送报警信号给集装箱信息终端(Container Data Terminal，CDT)。RF发送模块将集装箱信息终端(CDT)的信息以无线方式发送给远程数据终端。同时，阅读器也可以从集装箱信息终端(CDT)中读取集装箱状态即时信息和历史记录。集装箱信息终端(CDT)中存储的数据包含与集装箱相关的历史和即时数据记录，包括集装箱本次航程的的所有事件的记录，包括集装箱关门和开门、所有警报事件、以及当前状态等。
图7所示为本发明实施例集装箱壳体破裂探测监控方法700的流程示意图。方法700开始于步骤710，本发明的集装箱壳体破裂探测装置加电后即开始工作。
在步骤712，传感器产生感应信号，例如一旦集装箱遭遇破裂，如六面中出现一定面积(如大于4平方厘米)的裂洞或出现长条状(如长于20厘米)裂缝时，感应板上的网状电路断开，引起电压或电流发生变化，从而产生感应信号。另外，例如，在本发明的一实施例中，当集装箱箱门开/关时，也产生感应信号。又例如，在本发明的另一个实施例中，温度、湿度传感器定期产生温度、湿度感应信号。
之后，在步骤714，感应信号被检测电路探测到，经后端处理控制电路处理后通过接口电路传递到集装箱信息终端中的接收模块，进而传送到中央处理器。作为实施例，信号的传递可以通过有线独立模式、有线中继模式、无线独立模式及无线中继模式进行。
在随后的步骤716中，中央处理器对感应信号进行分析，如果是集装箱破裂的信息，判断破裂发生的区位，并向报警单元发出报警指令。本发明的一实施例中，中央处理器还对集装箱箱门开/关信息和箱内温度、湿度信息进行分析，如果属于异常，也向报警单元发出报警指令。
在步骤718，报警单元产生即时短时间内的报警(声、光)信号，提醒承运人集装箱异常，并在集装箱终端面板产生不可恢复肉眼可见的异常提示(如钨丝强电流烧断灯泡雾化)。
然后在步骤720，中央处理器将处理后的数据存储到集装箱信息终端中的存储器中。例如，这些信息包括集装箱壳体破裂信息(如破裂区位、破裂发生时间)、集装箱箱门开/关信息(如开关时间、开关次数、开门状态延长时间等)、集装箱内温度和湿度信息(如某时间段内的温度和湿度)。这些信息还可分为即时信信息和历史记录信息。
之后在步骤722，集装箱信息终端中的RF发射模块向外发射存储器中的存储数据。在步骤724，接收装置接收集装箱信息终端的存储数据。例如当集装箱信息终端到达阅读器覆盖范围内时，集装箱信息终端内部存储数据可以被阅读器读出，如果存在报警信息，则提醒监控系统，对该集装箱进行处理；阅读器还可以通过互联网、RS232接口或无线局域网与本地监控终端通信连接，将数据传送到本地终端。另外，破裂报警信息存储在集装箱终端存储器中的同时，RF发射模块还可以通过通信网络，例如通用分组无线业务(GPRS)、通用移动通信系统(UMTS)或无线局域网(WLAN)，将集装箱信息和报警信息发送到远程监控终端，由远程监控终端决定对该集装箱进行何种处理。
在步骤730，方法700结束。这可发生在当一次航程完毕；或集装箱遭遇破裂或异常后，正在修复或处理。之后系统复位，重新开始对集装箱的探测监控。
通常，ISO标准干货集装箱侧壁、前端由2mm钢板冲压而成40mm左右厚度的波纹板结构，后端门结构由钢板冲压成50mm左右厚度。地板由28mm左右厚度的多片木板拼合而成。在本发明的一个实施例中，传感器与监测系统中集装箱壳体破裂检测单元采用在集装箱壳体上布置导电网的方式对集装箱进行保护与破裂检测。具体方案是在集装箱的六个面上布置导电网(如导电漆、导电碳浆、漆包线、以及具体良好延展性的导电金属薄片等)，导电网与后端的处理电路形成一个通电回路，一旦在集装箱壳体上存在一定程度的破裂则会造成导电回路断开，从而为检测电路探测到，并将报警信号上传给集装箱信息终端(CDT)，数据经处理后经无线信号发射模块(DTM)将报警信号以及相关信息，存储在集装箱信息终端的存储器中，并在阅读器覆盖范围内时将信息发送给阅读器，或者通过广域网传送到相关监测中心。后端处理控制电路平时处于休眠状态，只有当闭环回路受到破坏时才被激活。
本发明破裂探测方式主要是采用多种方式来实现对集装箱完整性的保护(导电漆、导电薄膜、金属丝线，金属箔条，其它方式)，实现对集装箱内壁形成一完整的保护网，在集装箱上的任何大于一定面积的裂洞和大于一定长度的裂缝会造成集装箱内部所布保护网的破坏和断裂，保护网的破坏会产生一信号(如通断/开关信号)，集装箱上的信息终端可以捕捉到此信号，从而产生报警并形成存储单元中的报警信息。
本发明结合了机械与电子信息技术，达到实时监控、快速监测集装箱的安全的目的。
权利要求
1.一种集装箱壳体破裂探测装置，其特征在于，所述探测装置包括传感器、接口电路、接收模块、中央处理器及报警单元，由传感器产生的感应信号经接口电路和接收模块传送到中央处理器，中央处理器的输出信号传送到报警单元；所述传感器有多个，分布在所述集装箱的内表面，每个传感器都与一个识别码相对应。
2.根据权利要求1所述的集装箱壳体破裂探测装置，其特征在于，所述传感器包括感应板、检测电路及后端处理控制电路；所述感应板包括敷设在绝缘母板上的网状电路，所述网状电路与检测电路相连、检测电路与后端处理控制电路相连。
3.根据权利要求1或2所述的集装箱壳体破裂探测装置，其特征在于，所述接口电路包括有线或无线线路；其中，所述有线线路可以包括有线独立线路或有线中继线路，所述无线线路可以是无线独立线路或无线中继线路。
4.根据权利要求1或2所述的集装箱壳体破裂探测装置，其中，所述报警单元可以是声音和/或可视信号报警装置。
5.根据权利要求4所述的集装箱壳体破裂探测装置，其中，所述可视信号报警装置包括不可恢复的、肉眼可见的异常提示信号报警装置。
6.根据权利要求2所述的集装箱壳体破裂探测装置，其中，所述绝缘母板可以是木材、PVC、塑料、橡胶或复合材料中的至少一种；所述网状电路可以由导电漆、导电薄膜、金属丝线、漆包线或金属箔条中的至少一种构成。
7.一种集装箱壳体破裂探测及监控系统，其特征在于，所述系统包括用于探测集装箱壳体破裂的探测装置；用于存储经处理的探测信号的数据的存储器；用于发射所述存储数据的射频信号发送模块；用于接收发射数据的接收装置。其中，所述探测装置包括传感器、接口电路、接收模块、中央处理器及报警单元，由传感器产生的感应信号经接口电路和接收模块传送到中央处理器，中央处理器的输出信号传送到存储器；所述传感器有多个，分布在所述集装箱的内表面，每个传感器都与一个识别码相对应。
8.根据权利要求7所述的集装箱壳体破裂探测及监控系统，其中，所述接收装置为数据阅读器。
9.根据权利要求8所述的集装箱壳体破裂探测及监控系统，其中，所述数据阅读器可以是固定式阅读器或便携式阅读器。
10.根据权利要求8或9所述的集装箱壳体破裂探测及监控系统，所述阅读器可以通过互联网、RS232接口或无线局域网与本地监控终端通信连接。
11.根据权利要求7所述的集装箱壳体破裂探测及监控系统，其中，所述接收装置包括通过通信网络与射频信号发送模块通信连接的远程监控终端。
12.根据权利要求所11所述的集装箱壳体破裂探测及监控系统，其中，所述通信网络可以包括通用分组无线业务(GPRS)、通用移动通信系统(UMTS)或无线局域网(WLAN)。
13.一种集装箱壳体破裂探测监控方法，其特征在于，所述方法包括产生感应信号；将感应信号传送到中央处理器；对所述感应信号进行分析、处理；根据对感应信号的处理结果产生报警信号；其中，传送到处理器的所述感应信号包括集装箱壳体破裂信息及破裂位置的区位信息。
14.根据权利要求13所述的集装箱壳体破裂探测方法，其中，所述感应信号还包括集装箱门的开关信息。
15.根据权利要求13或14所述的集装箱壳体破裂探测方法，其中，还包括存储经处理的感应信号的数据、发送和接收所述存储的数据。
16.根据权利要求15所述的集装箱壳体破裂探测方法，其中，所述发送和接收存储的数据包括向阅读器发送数据。
17.根据权利要求16所述的集装箱壳体破裂探测方法，其中，还可以包括阅读器将接收到的数据通过互联网、RS232接口或无线局域网向本地监控终端发送。
18.根据权利要求15所述的集装箱壳体破裂探测方法，其中，所述发送和接收存储的数据包括通过通用分组无线业务(GPRS)、通用移动通信系统(UMTS)或无线局域网(WLAN)向远程监控终端发送数据。
19.根据权利要求14所述的集装箱壳体破裂探测方法，其中，所述集装箱门的开关信息包括开关时间、开关次数、开门状态延长时间。
20.根据权利要求13所述的集装箱壳体破裂探测方法，其中，所述产生感应信号可以包括在集装箱壳体破裂面积大于4平方厘米或裂缝长度大于20厘米时发生。
21.根据权利要求13所述的集装箱壳体破裂探测方法，其中，所述将感应信号传送到处理器包括采用有线方式或无线方式传送，其中，有线方式包括有线中继模式、有线独立模式，无线方式包括无线中继模式、无线独立模式。
22.根据权利要求13所述的集装箱壳体破裂探测方法，其中，根据对感应信号的处理结果产生报警信号包括产生声音和/或可视报警信号。
23.根据权利要求22所述的集装箱壳体破裂探测方法，其中，所述可视报警信号包括不可恢复的、肉眼可见的异常提示信号。
全文摘要
本发明公开了一种集装箱壳体破裂探测装置、探测监控系统及方法。探测装置包括传感器、接口电路、接收模块、中央处理器及报警单元，由传感器产生的感应信号经接口电路传送到中央处理器，中央处理器的输出信号传送到报警单元；所述传感器有多个，分布在所述集装箱的内表面，每个传感器都与一个识别码相对应。传感器包括感应板、检测电路及后端处理控制电路；感应板包括敷设在绝缘母板上的网状电路。系统包括用于探测集装箱壳体破裂的探测装置、用于存储经处理的探测信号的数据的存储器、用于发射所述存储数据的射频信号发送模块及用于接收发射数据的接收装置。本发明结合了机械与电子信息技术，能够实现对集装箱的安全的实时监控、快速监测。
文档编号G08B21/18GK1916638SQ20051003673
公开日2007年2月21日 申请日期2005年8月17日 优先权日2005年8月17日
发明者刘荣, 周晨光, 袁文清, 陈晓春, 周受钦, 朱建彬 申请人:中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司, 南通中集特种运输设备制造有限公司