RFID电子封条在高雄港，货柜安全防护更有效率(上)

　　高雄港每年有一佰万只以上之转口柜进出口，因港区地理环境区分为五个货柜中心，转口柜装卸船时须运出港警查验登记站，经由课税区运往其他货柜中心，私枭经常利用此港口特性在运送途中从事调包走私，最近10年，海关平均每年缉获转口柜重大走私桉件约9件，显示走私相当猖獗，海关不得已采用人工押运措施，每年押运之转口柜约四、五万只，航商每年需支付可观之押运费用。为减低航商营运成本、加速货柜通关及提升高雄港国际竞争力，台湾“行政院”经济建设委员会于九十二年五月二十九日召开“结合港区登记站影像辨识系统与柜动库系统”（又称转口柜免押运计画）会议，历经数次协商，最后决议以科技设施取代人工押运，由高雄“港务局”负责建置“影像辨识系统”以自动辨识货柜及拖车号码、“人车资料读取系统”以自动自动辨识司机身分证号码，由海关负责建置“电子封条监控系统”以自动辨识 RFID 电子封条号码，俟高雄港自动化门禁系统建置完成，因可对转口柜之司机、拖车及货柜进行全面监控，且RFID电子封条之晶片记忆体含有不可更改之唯一ID号码，无法被伪造，故海关可放心的将押运之转口柜交由自动化门禁系统控管，届时“高雄港转口柜免押运计画”即可实施。
 
　　高雄“关税局”自93年至95年共办理4次“电子封条监控系统”招标采购，惟得标厂商之读取率始终未能达95％之合格标准而宣告失败，主要原因为台湾省内厂商对被动式电子封条之长距离读取准确度与稳定度之关键性技术尚未掌握。台湾“行政院”经济建设委员会乃指示经济部技术处从事技术面评估，嗣评估结果认为可行，决定由台湾“经济部”技术处以科专计画方式委由中山科学研究院与资策会协助高雄关税局建置“高雄港转口柜RFID电子封条押运示范系统 ”。
 
 
　　挑战技术极限与创新应用 
 
“高雄港转口柜RFID电子封条押运示范系统”简介：
 
一、 建置环境与需求
 
　　不同于物流与其他领域之RFID应用，高雄关税局之系统具有下列严峻条件与系统需求是导致过去失败之主因：
 
　　基于成本与回收机制尚未完整，被动式RFID系统规划需克服最远达7公尺之有效读取距离。
 
　　不停等且车速60公里/小时快速通过查验站时，在200ms瞬间需完成至少95%以上读取率。
 
　　金属背景条件不一致及加封位置变异之所有各式货柜锁均需读取之挑战。
 
 　　高雄港室外高温、高盐分、潮湿及多颱风恶劣状况下，现有RFID硬体须能支持系统维持全年、每天24小时运作。
 
　　系统须达成高可靠度工作并与现有高雄港务局之On line影像辨识系统完整跨接结合运作，且不能影响现有系统之限制对RFID系统建置之技术瓶颈克服。
 
二、全系统设计
 
　　目前台湾省内外货柜安全仍以无防伪功能之机械结构锁佔大多数，而在国外运用无法复制有唯一识别码特性之RFID解决方案，大多数都是应用大约比传统货柜封条之价格多出约四十倍的主动式RFID 来解决，而其唯一较符合经济效益的使用方式就是再回收使用，但如此更增加了额外的追踪与管理之行政成本。
 
　　除此之外，主动式系统也必须考虑电池续电等技术上的问题，因此造成主动式RFID 电子封条难以被大量广泛的应用。而现行转口货柜进出港区须配合海关执行人工押运，目前的作业流程既耗费人力也可能让走私集团有可趁之机；电子封条监控系统即运输业人员于货柜卸船进储或装船出口时，加封RFID电子晶片封条，电子封条读取设备读取RFID电子晶片封条的加密资料并储存于电子封条监控系统；当货柜车运抵港警查验登记站时，透过系统整合介面取得电子封条内码加密资料，再与原自动化门禁管制系统接收之车牌柜号、驾驶身份等资料，同步进行比对，以确保人员、货物不被调包。
 
　　藉由被动式RFID电子封条内全球唯一而无法伪造之晶片码，可分别由 RFID手持机读取及在货柜车不停等情况下通过港区自动化车道，被已安装在门哨之固定式RFID 读取器读取及自动辨识，而达到自动化安全押运效益，一旦货柜车之被动式RFID电子封条被破坏或未封妥或剪断即无法读取，为安全性极高之货柜运输押运方式，符合全球货柜运输之发展趋势。

 
图1、系统架构与主要项目

三、 资讯流设计
 
　　高雄港货柜押运係透过柜动库系统以电子资料交换方式传送进口货柜清单及押运转口货柜清单给运输业者及高雄港务局自动化门禁管制系统，告知须向海关申请押运之货柜，并由运输业人员于货柜卸船进储或装船出口时，加封本桉之RFID电子封条，码头货柜集散站业者于货柜车拖离管制站时，将货柜（物）运送单（C/N）出站讯息传送柜动库系统，并由柜动库系统分送至港务局自动化门禁管制系统。货柜车运抵起运地查验登记站时，由电子封条读取器读取加封于货柜之RFID电子封条资料，并将读取之电子封条明码资料与自动化门禁系统接收来自柜动库系统之资料比对，如有比对不符或无法正常读取时，自动化门禁管制系统即发出警讯，由港警或海关进行异常处理。如读取无误或异常处理完毕后，货柜车可快速通过港警查验登记站，并透过自动化门禁管制系统将货柜（物）运送单（C/N）出区讯息以电子资料方式传送目的地之港警查验登记站及柜动库系统，在查验站之RFID读取及与OCR辨识柜号比对结果将分别传送至柜动库与及时监控系统，而当装船结桉时，柜动库系统会透过封条管理系统传送AY/AL动态资讯予监控系统，表示该笔封条资料已被核销。

　　图2、系统与高雄港、高雄关线上已运作系统资讯流整合

四、 电子标籤读取系统参数与性能模拟

      对于判别标籤是否能被读取器读取到，和标籤回应的讯号能量有关， 利用可进行分析、视觉化及发展的高阶语言Matlab数学模型及M-script 语言写成，而建立之物理模型简述如下：

电磁波先由读取器天线发射出，之后被标籤上的天线接收到，感应线圈上 的电流使得标籤上的晶片将内部资讯回应出，再将雷达波反射回读取器。读取器的天线接收后，得到讯号。

图3、验证高雄港RFID建置与安装环境的模拟软体开发



图4、读取器读到标籤时之前视图



图5、读取器读到标籤时之侧视图

　　而当读取器接收到从标籤反射出足够强的回波（即Signal Power大于某门槛值）时，则代表此标籤可以被读取；但若要建构较为真实的模型，则还要根据标籤天线面的方向与读取器天线面的方向来建构。即根据天线面製作出与角度有关之天线增益场型(Antenna Gain Pattern)。在此为说明方便，不考虑天线面积，新的模型可依旧的模型加上空间几何的关係。
 
　　根据上述建构的模型，设定一个Signal Power的门槛值，除了标籤在不同的位置时，其他参数固定，可在三度空间形成一个天线包络图，若要模拟天线有面积的情形，则需要使用积分运算，对动态展示而言，又更难以实现。 

 （文/高雄“关税局” 张克从、台湾“中科院”电子所 李明堂）