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应用 RFID 于运输监控领域之携带式设备功能探索
作者：李明堂 陈志全、黄国晋
来源：台湾“经济部”RFID公领域应用推动办公室
日期：2009-11-23 10:27:35
摘要：在“高雄港转口柜免押运计划”之货柜运输安全监控系统中应用到的RFID 硬体设备，含携带式的RFID 读取器、一次性使用的电子封条
在“高雄港转口柜免押运计划”之货柜运输安全监控系统中应用到的RFID 硬体设备，含携带式的RFID 读取器（查验方式如图1）、一次性使用的电子封条（开仓时须破坏，如图2）。
在此监控系统中于进出货柜码头时，用手持机来确认电子封条是否正常；及电子封条的明、暗码是否正确。由于电子封条是加封之后才能读取，所以需要事先将明码、暗码对应资料安全妥善的存入手持机中。
为了不增加使用者在手持机操作上的负担或困扰，当要查核电子封条时，我们手持机系统操作，设计成在封条读取的操作页面上，只需按扣手持机手把上的板机，手持机就会去读取电子封条，使用者即可由画面的显示判断电子封条查核的结果（如图3）。
从图4所示，目前就手持机人工读取的读取率部分，往往因不明原因造成无查核记录，读取状况不稳定甚至比自动化门哨略低，探其原因并非读取器一次性读取效能的问题。归纳主因为：人为疏忽，状况有以下几点。
专责人员必须依据系统的资料，立即判断是否进行封条押运的标准作业，但因货柜进出频繁，一方面必须维护出入秩序分秒必争，另一方面押运柜只占一少部分货运量，所以在繁重的工作情况下，专责人员容易疏漏。
教育训练不足
系统导入之初期，使用者必须正确操作携带型读取设备，操作方式虽然简易，系统也有声音及画面的提示，但使用者仍必须执行应用程式，确认何地、何时、动作结果，但是往往容易因读取距离或角度问题，造成未完成查核而无正确读取记录的疏失。
缺乏即时监控之后台系统
因设备使用的驱动者是专责人员，因此若有即时监控的后台系统，当天的货运状况或者使用状况，可以即时检视分布于各查核地点的携带式设备查核状况，进而即时提醒进行改善的工作。一则提醒使用者，另外可以即时进行故障排除的作为，也可让系统即时产生安全监控的效益。
系统设备维护状况
一般携带式设备，读取功能方面，功率小、读取距离短；另外，长时间使用时，电力续航的问题也是一大考验，所以设备必需强化部分功能与特性。
系统改善
为简化系统的操作复杂度，强化人员的教育训练，建立即时之后台监控系统等，目前随着计划的试行与扩大，相关单位均逐步进行强化与改善，所谓“工欲善其事，必须利其器”，携带设备的功能要求，以下将进一步探讨。
设备基本功能要求
移动方便，随时随地使用
在海关稽核或航商稽核的查核情境中，电子封条需要被读取的环境并无法都架设固定式装置，而且架设固定设备的成本远高于使用行动设备。因此目前使用之离线操作为事先下载稽核明暗码对照表于手持机中，查核完毕后，依规定地点定期上传资料，以供后续的查照作业。在本研究期间，第一线使用者说明受限于上传频率，海关人员无法即得知封条第一时间的使用状况，另外考量于广大的港口范围布建WIFI 上网的基础建设有相当的困难度，因此建议利用3.5G上网，以解决查核者与监控端资料同步的问题。
读取角度更有弹性
行动式设备相对提供了更有弹性的读取方式，使用者可自由改变天线的方向以及角度，就能有效提高标签被读取的成功率。这项特性在自动门哨无法读取时，可有效的评判读取问题，一方面回馈系统上封条加封的正确性或者封条的良率，并对照查验自动门哨系统是否正常？一方面及时处理厘清押运柜是否有人为错误疏失。
适用于例外处理
当辨识到异常短缺时，使用者可在现场使用行动式设备立即进行检查，而不需透过繁复的例外处理程序，有效弥补固定式读取器的不足，提供更快速有效率的处理流程。
针对特定标签读取
虽然固定式读取器可同时读取多个封条，功能固然强大，但由于无线电波难以掌控，有时需要针对特定封条操作时反而有其限制。行动式设备则可针对特定标签进行操作，提供第一线人员判断货柜封条状态。
与条码等周边结合
在此货柜运输的过程，所有监控资料都必须对照货柜运输准单，比对所通行的人、车、柜资料。在异常处理时，准单上的条码记录了通行的车号及柜号，因此可借助整合RFID以及条码读取功能的行动装置，快速输入查核的车号及柜号，并记录查核结果，以供后续分析与查核。
设备延伸功能要求
在利用电子封条于运输安全的本研究中，携带式读取器之硬体获得及应用软体开发时，必须兼顾室外使用环境、白天日照及夜间使用之读取与显示、各式天候状况下防雨、防尘功能、使用者不慎掉落时是否有耐摔结构、保固时期读取效能问题及电池寿命等因素均为考虑重点。
故设计时需以工业等级PDA 为讨论，其主要考量因素则是系统开发的相容性、尺寸、重量、设备强固性（耐摔与防尘、防水）及搭配RFID 的读取功能。
读取效能
由于行动式设备必须考虑携带使用的便利性，所以在重量与体积上有其先天的限制，因此往往无法容纳太大的天线设计，而且在供电上也必须仰赖电池而不若固定式可提供较强的电力，这些限制理所当然会反映在读取距离等效能指标上。以同为900MHz，UHF EPCGen2标准的系统而言，固定式读取器搭配大型天线读取距离可达到10公尺，但PDA可能仅有20公分~3公尺左右。但我们不能单纯以读取距离的远近来判定其效能，由于行动式设备原本就有其特定功能性，所以必须有正确的认知并配合适当的流程，才能达到整体的效益。在本研究中，封条在正确加封之后，读取器才能读取，读取时并还需确认封条外码与通行准单上的记录是否一致，因此不需如一般物流应用强调读取距离。
天线设计与防护
在硬体机构上，读取器（与天线）与PDA的机体位置最好能保持一定的距离才会有较佳的读取效果；大多数的工业用RFID PDA在机构设计上，都会着重对天线部分的保护以避免天线因为震荡或冲撞而受到损坏或脱离机体。在考量目前成本及使用者携带的位置，建议需有1.2m以上的防摔，及IP 54 等级以上防泼水及防尘功能，以利使用。
电力
由于RFID读取器必须常常发送与接收无线电波，因此相对一般行动设备的外接模组更为耗电，在设计上必须提供更为持久与稳定的电源以支撑足够的使用时间。一般而言，工业用PDA方能提供实务上所需较为充足的电力，而海关执勤为三班制，因此至少需要8 小时以上的使用电力，并提供一天以上的待机时间。
资料过滤与整合
由于行动设备的硬体规格（CPU时脉、记忆体空间）往往不若一般的桌上型电脑，因此在RFID大量资料被读取时，更需注重多余资讯的过滤，以避免其必须做复杂的资料处理，否则不但会增加硬体的负荷，在程式执行效率上也会大打折扣。
产品维护服务
承商之后续维运要求，因设备数量有限，而港口运输十分繁忙及重要。因此，必须要有线上客服处理解决第一线之问题，并提供备品，以供不时之需。
价格考量
目前携带式设备单机价格仍高，未来加入3.5G通讯装置及设备2年保固条件后，相信价格亦不一定会降低，因此必须引入国内外产品竞争，并提升国内产品的品质功能及价格优势，一方面较有客制化的支援，一方面较有维护及客服的效率。
其它需求
机密资料安全议题，手持机必须建置资产管理系统，限定使用者、使用地及使用时机。手持机离线资料必须加密，并限定存取。承商必须签署保密协议。
结论
针对市售携带式读取器的既有规格、当前产品功能，检讨目前的使用状况，以及未来可分别从硬体周边功能规范与应用流程改造验证，希望提供给业界做为未来在港口货柜运输应用上的设备评估、流程导入时之规范与参考。
（文/中山科学研究院电子系统研究所空用电子组 李明堂组长、资拓科技 陈志全、黄国晋）
图1、手持机电子封条查核示意图
在此监控系统中于进出货柜码头时，用手持机来确认电子封条是否正常；及电子封条的明、暗码是否正确。由于电子封条是加封之后才能读取，所以需要事先将明码、暗码对应资料安全妥善的存入手持机中。
为了不增加使用者在手持机操作上的负担或困扰，当要查核电子封条时，我们手持机系统操作，设计成在封条读取的操作页面上，只需按扣手持机手把上的板机，手持机就会去读取电子封条，使用者即可由画面的显示判断电子封条查核的结果（如图3）。
图2、开仓时封条使用画面
图3、手持机电子封条查核画面
从图4所示，目前就手持机人工读取的读取率部分，往往因不明原因造成无查核记录，读取状况不稳定甚至比自动化门哨略低，探其原因并非读取器一次性读取效能的问题。归纳主因为：人为疏忽，状况有以下几点。
图4、系统读取绿统计图
专责人员必须依据系统的资料，立即判断是否进行封条押运的标准作业，但因货柜进出频繁，一方面必须维护出入秩序分秒必争，另一方面押运柜只占一少部分货运量，所以在繁重的工作情况下，专责人员容易疏漏。
教育训练不足
系统导入之初期，使用者必须正确操作携带型读取设备，操作方式虽然简易，系统也有声音及画面的提示，但使用者仍必须执行应用程式，确认何地、何时、动作结果，但是往往容易因读取距离或角度问题，造成未完成查核而无正确读取记录的疏失。
缺乏即时监控之后台系统
因设备使用的驱动者是专责人员，因此若有即时监控的后台系统，当天的货运状况或者使用状况，可以即时检视分布于各查核地点的携带式设备查核状况，进而即时提醒进行改善的工作。一则提醒使用者，另外可以即时进行故障排除的作为，也可让系统即时产生安全监控的效益。
系统设备维护状况
一般携带式设备，读取功能方面，功率小、读取距离短；另外，长时间使用时，电力续航的问题也是一大考验，所以设备必需强化部分功能与特性。
系统改善
为简化系统的操作复杂度，强化人员的教育训练，建立即时之后台监控系统等，目前随着计划的试行与扩大，相关单位均逐步进行强化与改善，所谓“工欲善其事，必须利其器”，携带设备的功能要求，以下将进一步探讨。
设备基本功能要求
移动方便，随时随地使用
在海关稽核或航商稽核的查核情境中，电子封条需要被读取的环境并无法都架设固定式装置，而且架设固定设备的成本远高于使用行动设备。因此目前使用之离线操作为事先下载稽核明暗码对照表于手持机中，查核完毕后，依规定地点定期上传资料，以供后续的查照作业。在本研究期间，第一线使用者说明受限于上传频率，海关人员无法即得知封条第一时间的使用状况，另外考量于广大的港口范围布建WIFI 上网的基础建设有相当的困难度，因此建议利用3.5G上网，以解决查核者与监控端资料同步的问题。
读取角度更有弹性
行动式设备相对提供了更有弹性的读取方式，使用者可自由改变天线的方向以及角度，就能有效提高标签被读取的成功率。这项特性在自动门哨无法读取时，可有效的评判读取问题，一方面回馈系统上封条加封的正确性或者封条的良率，并对照查验自动门哨系统是否正常？一方面及时处理厘清押运柜是否有人为错误疏失。
适用于例外处理
当辨识到异常短缺时，使用者可在现场使用行动式设备立即进行检查，而不需透过繁复的例外处理程序，有效弥补固定式读取器的不足，提供更快速有效率的处理流程。
针对特定标签读取
虽然固定式读取器可同时读取多个封条，功能固然强大，但由于无线电波难以掌控，有时需要针对特定封条操作时反而有其限制。行动式设备则可针对特定标签进行操作，提供第一线人员判断货柜封条状态。
与条码等周边结合
在此货柜运输的过程，所有监控资料都必须对照货柜运输准单，比对所通行的人、车、柜资料。在异常处理时，准单上的条码记录了通行的车号及柜号，因此可借助整合RFID以及条码读取功能的行动装置，快速输入查核的车号及柜号，并记录查核结果，以供后续分析与查核。
设备延伸功能要求
在利用电子封条于运输安全的本研究中，携带式读取器之硬体获得及应用软体开发时，必须兼顾室外使用环境、白天日照及夜间使用之读取与显示、各式天候状况下防雨、防尘功能、使用者不慎掉落时是否有耐摔结构、保固时期读取效能问题及电池寿命等因素均为考虑重点。
故设计时需以工业等级PDA 为讨论，其主要考量因素则是系统开发的相容性、尺寸、重量、设备强固性（耐摔与防尘、防水）及搭配RFID 的读取功能。
读取效能
由于行动式设备必须考虑携带使用的便利性，所以在重量与体积上有其先天的限制，因此往往无法容纳太大的天线设计，而且在供电上也必须仰赖电池而不若固定式可提供较强的电力，这些限制理所当然会反映在读取距离等效能指标上。以同为900MHz，UHF EPCGen2标准的系统而言，固定式读取器搭配大型天线读取距离可达到10公尺，但PDA可能仅有20公分~3公尺左右。但我们不能单纯以读取距离的远近来判定其效能，由于行动式设备原本就有其特定功能性，所以必须有正确的认知并配合适当的流程，才能达到整体的效益。在本研究中，封条在正确加封之后，读取器才能读取，读取时并还需确认封条外码与通行准单上的记录是否一致，因此不需如一般物流应用强调读取距离。
天线设计与防护
在硬体机构上，读取器（与天线）与PDA的机体位置最好能保持一定的距离才会有较佳的读取效果；大多数的工业用RFID PDA在机构设计上，都会着重对天线部分的保护以避免天线因为震荡或冲撞而受到损坏或脱离机体。在考量目前成本及使用者携带的位置，建议需有1.2m以上的防摔，及IP 54 等级以上防泼水及防尘功能，以利使用。
电力
由于RFID读取器必须常常发送与接收无线电波，因此相对一般行动设备的外接模组更为耗电，在设计上必须提供更为持久与稳定的电源以支撑足够的使用时间。一般而言，工业用PDA方能提供实务上所需较为充足的电力，而海关执勤为三班制，因此至少需要8 小时以上的使用电力，并提供一天以上的待机时间。
资料过滤与整合
由于行动设备的硬体规格（CPU时脉、记忆体空间）往往不若一般的桌上型电脑，因此在RFID大量资料被读取时，更需注重多余资讯的过滤，以避免其必须做复杂的资料处理，否则不但会增加硬体的负荷，在程式执行效率上也会大打折扣。
产品维护服务
承商之后续维运要求，因设备数量有限，而港口运输十分繁忙及重要。因此，必须要有线上客服处理解决第一线之问题，并提供备品，以供不时之需。
价格考量
目前携带式设备单机价格仍高，未来加入3.5G通讯装置及设备2年保固条件后，相信价格亦不一定会降低，因此必须引入国内外产品竞争，并提升国内产品的品质功能及价格优势，一方面较有客制化的支援，一方面较有维护及客服的效率。
其它需求
机密资料安全议题，手持机必须建置资产管理系统，限定使用者、使用地及使用时机。手持机离线资料必须加密，并限定存取。承商必须签署保密协议。
结论
针对市售携带式读取器的既有规格、当前产品功能，检讨目前的使用状况，以及未来可分别从硬体周边功能规范与应用流程改造验证，希望提供给业界做为未来在港口货柜运输应用上的设备评估、流程导入时之规范与参考。
（文/中山科学研究院电子系统研究所空用电子组 李明堂组长、资拓科技 陈志全、黄国晋）
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