摘要：利用RFID技術進行裝箱優化設計提升裝箱軟體的適應性達到裝箱空間優化。RFID是一種重要的自動識別技術，特點是資訊標識與非接觸自動獲取，利用RFID技術特點對大批量貨物和集裝箱相關資訊的自動採集，結合安全性指數的考量和多種演算法模擬計算，引導現場優化裝箱，達到集裝箱裝箱空間利用率最優化。集裝箱空間利用率的提高將有助於物流企業在市場的竟爭力。
關鍵詞：集裝箱 RFID技術 空間利用率 裝箱優化
目前在我國物流行業領域，尤其是涉及裝箱運輸的行業，裝箱優化軟體已經得到了較為廣泛的認可，如LoadMaster 和Maxload Pro就是國內外知名度比較高的裝箱優化軟體。一方面是因為現有的裝箱軟體可以適用於計算貨櫃裝箱、集裝箱拼箱、托盤裝箱等，裝箱演算法成熟穩定。另一方面由於現有的裝箱軟體主要解決了集裝箱空間利用率最大化問題，而且裝箱優化計算大多適用整箱貨物裝箱，或簡單種類的貨物拼箱。在貨物種類複雜情況下，光貨物資訊的採集就將成為一個很大的問題，因此，還不能滿足現代物流企業對資訊化建設的更高需求，在物流企業中大規模應用存在一定的困難。
目前物聯網技術在產業資訊化改造中顯露出強勁的生命力，作為物聯網技術的核心技術之一RFID技術應用十分廣泛，RFID技術的關鍵是資訊標識與非接觸式資訊自動獲取。基於RFID的裝箱優化技術是通過無線自動感應的方式遠端提取集裝箱貨物電子標籤內有效資料並自動進行裝箱優化計算，綜合解決複雜貨物資料智慧化的批量錄入及模擬運算。通過自行開發的程式嵌入PDA無線智慧終端裝置實現引導裝箱貨物在集裝箱內的精確落位及裝卸箱的優化流程。同時可解決集裝箱空間利用率與穩定性綜合優化，倒箱優化、二次倒箱優化，資料匹配自動呼叫，以及集裝箱多箱複雜形態貨物裝箱優化等問題。本系統的研究可以提升我國物流行業資訊科技水平，提高同類軟體國際市場的競爭性。
一、系統組成與工作原理
1、RFID技術原理
RFID是一種目前廣泛應用的自動識別技術，它的特點是資訊標識與非接觸式自動資訊獲取，依據無線電工作頻率可分低頻、高頻、超高頻及微波四個無線電頻段工作，低頻、高頻系統採用電感耦合原理;超高頻、微波系統採用電磁波反射原理來實現資訊的讀寫。RFID系統一般由電子標籤、閱讀器(含天線)和應用軟體三大部分組成。電子標籤通過閱讀器來進行資訊讀寫，RFID閱讀器可以有多種形式的介面(如RJ45、串列埠)與後臺應用系統交換資料，實現對電子標籤的'資訊讀寫。
2、系統組成
集裝箱裝箱優化系統充分利用了RFID非接觸資訊獲取技術優勢來實現大量貨物與集裝箱相關資訊的自動獲取，資訊標識與自動快速獲取是系統應用的關鍵與基礎。整個系統從資訊獲取、網路傳輸、資訊處理與應用三層模型來認識屬於經典的物聯網三層架構思想。資訊獲取層包括前端手持式PDA終端、臺式髮卡器、普通讀寫器和各式電子標籤等，主要完成標籤製作、貨物與集裝箱等相關資訊的標識與讀取，通過手持式PDA實現裝箱引導資訊的獲取並輔助引導現場工作人員裝箱工作。網路傳輸層主要由前端無線網路(如WIFI、GPRS等)、各種網路交換裝置等構成，完成由資訊獲取層得到的大量貨物、集裝箱等資訊的準確完整傳輸，實現前端感知裝置與資訊服務中心的各類管理與系統資訊互動。資訊處理與應用層是整個應用系統的中心，分硬體與系統應用軟體二大部分。硬體由大量的伺服器與交換路由裝置構成，軟體由資料庫管理模組、裝箱模擬計算模組、穩定性綜合優化模組、系統配置模組和資訊交換模組等組成。
3、基本工作原理
各類電子標籤在使用前都要進行初始化工作，由臺式髮卡器完成這項工作。貨物出廠時(包括集裝箱)由廠家錄入貨物相關資訊到電子標籤並進行儲存。一旦貨物被明確需要裝箱時，就使用手持PDA終端(或其它型別閱讀器)進行成批貨物電子標籤資訊的讀取，這些資訊經PDA預處理後實時經網路上傳給雲端資訊服務處理中心存貯。當所有裝箱貨物與對應的集裝箱資訊獲取完畢後，雲端資訊服務系統處理軟體就可以根據使用者的具體要求，依據多種演算法進行裝箱模擬計算，產生相應的裝箱方案並儲存到歷史裝箱資料庫中。現場作業人員利用手持PDA終端所具有的引導裝箱功能，在呼叫雲端資訊服務系統中的裝箱方案後，就可按步完成裝箱。另外在裝箱過程中如發現問題，也可實時修正資訊上傳給雲端重新優化計算裝箱方案。
二、PDA終端系統
1、PDA終端
PDA終端採用由廣東華信金溢資訊科技有限公司生產的W8700A。W8700A是國內首款搭載4核CPU的工業級物聯網手持移動終端。它採用SamSung ARM Cortex-A9四核Exynos 4412 CPU1.4GHz，基於android4.0作業系統，內建920～925MHz頻段RFID模組，具有6米的有效讀卡距離，空口採用IO18000-6C/EPC Class1 Gen2標準，具有讀取全方位、距離遠、防衝撞、單次讀取數量多等優點。具有豐富的通訊介面如WCDMA、藍芽、WIFI和內建的3G模組，通過WIFI或GPRS網路將現場採集的資料實時與雲端伺服器進行互動。
2、PDA終端軟體
W8700A(PDA終端)嵌入式軟體主要由五大模組組成，分別包括：資料採集模組，裝箱管理模組，資訊傳輸模組和配置管理模組和介面設計等。在安桌平臺下全部模組都採用JAVA語言實現。
資料採集模組是整個裝箱系統優化處理的基礎模組，利用PDA內嵌的超高頻RFID讀寫器對智慧集裝箱和各類包裝箱電子標籤內的基本資料(如貨物包裝的長、寬、高，承載毛重，易碎度等等)進行讀寫處理，並將資料在使用者端進行呈現，同時可通過手持PDA智慧終端進行區域性檢驗的方式驗證錄入資料的正確性，也可實現資料的增加、修改和刪除等操作。由於可能存在貨物同時大量堆疊出現的情況，資料採集模組要具備電子標籤防碰撞讀寫功能，一般可以採用如基於ALOHA防衝撞衝突演算法及其改進演算法解決同時對多標籤的讀寫能力。
裝箱管理模組是PDA終端系統的核心模組，是裝箱優化系統的實際操作指引模組。裝箱引導的基礎是雲端服務資訊系統根據早前獲得的集裝箱資訊和裝箱貨物資訊通過多種模擬計算產生的裝箱方案，或者是裝箱歷史資料庫中儲存的方案。使用者輸入引數，資訊處理中心解算完成的裝箱引導方案實時被呼叫傳送給PDA終端，引導現場作業人員按給出的具體步驟和要求完成裝箱，同時也可修改進一步做到裝箱優化。