CN112770989B - 混合式智能复合集装箱和操作该集装箱的方法 - Google Patents

Abstract

一种装运集装箱包括：集装箱框架，该集装箱框架沿着具有矩形形状的装运集装箱的边缘布置；侧壁面板，所述侧壁面板由复合材料制成；附接元件，所述附接元件附接在集装箱框架与侧壁面板之间；计算机单元，该计算机单元具有通信装置；以及多个传感器，所述多个传感器测量装运集装箱的环境参数并布置在侧壁处，所述多个传感器通过通信装置可操作地连接到计算机单元。

Description

混合式智能复合集装箱和操作该集装箱的方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2018年9月18日提交的序列号为PCT/IB2018/057139的国际专利申请的优先权，此处通过引用将该申请的整个内容并入。

技术领域

本发明涉及货物集装箱、制造货物集装箱的方法、以及在装运过程中管理货物集装箱的方法、或者用于常规和专用货物的货物集装箱的智能管理的领域。

背景技术

在例如经由卡车、货物列车和轮船进行的货物的装运和运输领域中，使用标准尺寸的装运和货物集装箱。然而，这些装运集装箱很重，由于运输路线的环境条件而遭受快速变质，并且对于某些专用货物的运输是次优的，货物诸如但不限于敏感的易腐烂货物和集装箱液袋。而且，在集装箱的物流管理方面，管理解决方案依赖于其序号和其运输工具（即轮船、卡车或货物列车）的地理位置。

更具体地，在囊状袋充满非危险液体并放入标准的钢制集装箱中的集装箱液袋工业中，出于安全原因，载荷重量极限为24公吨甚至18公吨，如德国劳埃德船级社（Germanischer Lloyds）在其报告之一中建议的。原因是在运输期间由液体施加在侧面板上的力造成了钢板或柔性袋变形或甚至破裂的风险。然后，损坏的钢制集装箱无法装载在其它集装箱旁边，必须修理集装箱，并且货物必须经常卸载并移动到另一运输模式。

而且，货物状况的跟踪和实时分析目前非常复杂和有限。当可能时，这种活动依赖于必须放置在集装箱内的第三方传感器，这些传感器在运输期间仅具有有限的通信能力。由此可见，运输中的集装箱迄今为止大部分是黑箱，并且几乎仅能在卸载操作期间，可能在装载之后的数周，通过视觉检查或通过将传感器数据手动加载到计算机来评估集装箱和其中的货物的状况。

而且，集装箱船队或单个集装箱的管理是集装箱本身不承担主动部分的过程。这意味着，关于集装箱的信息由管理实体手动或电子地收集，处理的数据和关于要采取的有关特定集装箱的行动的决定被传送给相关的利益相关者。该组织方式意味着在特定管理实体已经计划的通常通信信道之外，只有非常少的信息可用，这抑制了灵活性并且显著增加了关于不良事件的响应时间。该过程的另一个缺点是信息经常丢失、错误地传输或冗余地传输，这导致信息瓶颈和减少传输的相关信息量。在将结果和初步决定发送给其他利益相关者之前，没有关于集装箱、其管理和其内容物的信息当前由集装箱内部处理。

因此，鉴于现有装运集装箱及其管理的上述缺陷，期望实质上改进的集装箱和管理方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种装运集装箱。优选地，装运集装箱包括：集装箱框架，该集装箱框架沿着装运集装箱的边缘布置；侧壁面板，所述侧壁面板由复合材料制成；计算机单元；以及多个传感器，所述多个传感器测量装运集装箱的环境参数，多个传感器可操作地连接到计算机单元。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造复合货物集装箱的方法。优选地，制造复合货物集装箱的方法包括以下步骤：提供用于货物集装箱的金属框架；通过将第一层材料层压在中心框架面板上而形成侧壁，并在中心框架面板的一侧形成端壁架；通过第二层压材料加强端壁架和中心框架面板的边缘；将附接元件附接到金属框架的梁；以及通过粘合剂将侧壁附接到金属框架的附接元件。

根据本发明的另一方面，一种在智能混合集装箱上执行的集装箱管理方法，该智能混合集装箱包括：集装箱框架，该集装箱框架具有矩形形状；侧壁面板，所述侧壁面板由复合材料制成；附接元件，所述附接元件附接在集装箱框架与侧壁面板之间；计算机单元，该计算机单元具有通信装置；以及多个传感器，所述多个传感器测量装运集装箱的环境参数并布置在侧壁处，多个传感器通过通信装置可操作地连接到计算机单元，该方法优选地包括以下步骤：通过计算机单元访问多个传感器的数据；在计算机单元处记录数据的时间和值；以及分析数据以便检测所访问的数据的异常。

通过参考示出本发明的一些优选实施方式的附图研究以下描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且将最好地理解本发明本身。

附图说明

本文中并入并构成本说明书的一部分的附图例示了本发明的当前优选实施方式，并且与上面给出的一般描述和下面给出的详细描述一起用于说明本发明的特征。

图1示出了根据本发明的一个方面的混合集装箱装置的示例性分解透视图；

图2示出了根据本发明的另一方面的没有侧壁的集装箱支撑框架的示例性透视图；

图3A示出了根据本发明的另一方面的侧壁元件和集装箱框架的示例性局部剖视图；

图3B示出了根据本发明的又一方面的侧壁元件和集装箱框架的另一示例性局部剖视图；

图4A示出了根据本发明的一个方面的中央单元的系统核心架构；

图4B示出了中央单元与传感器网格之间的通信策略；

图5对应于集装箱与外部环境之间的通信的图；

图6示出了用于生成和训练机器学习和人工智能模型的数据流；

图7A和图7B示出了现有技术的解决方案，其中，集装箱液袋已经放置到具有不能承受施加到长侧壁上的侧向压力的结构和侧壁的传统集装箱中，这导致集装箱的侧壁通过凸出部分而向外凸出，其中图7A示出了装载到具有凸出侧壁的卡车上的传统集装箱，图7B示出了在正被填充的集装箱内部的集装箱液袋，其中，由于用液体填充集装箱液袋，侧壁已经向外膨胀，这导致集装箱液袋的侧壁无法承受的高侧向压力；以及

图8示出了由智能集装箱（例如混合集装箱100）执行的示例性方法的流程图。

在本文中，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图共同的相同元件。而且，为了例示的目的，简化图像。

具体实施方式

可以设想混合连接的复合集装箱的不同应用和用途。根据本发明的一个方面，目标是提供一种新型集装箱的高效且现代化的用途，作为当前使用的钢制集装箱的另选方案，该集装箱在箱外连接并且在运输期间提供准确的状况测量。

本发明的另一个目标是提供一种集装箱，该集装箱能够处理来自传感器的数据，并提供关于集装箱内的货物管理或集装箱本身的管理的决策支持。传感器和数据处理单元都集成到集装箱中，并提供可用于提供决策支持的智能集装箱设置。示例是通过数据处理单元分析入侵检测传感器，智能集装箱可以使用该分析来通过使用船上或集装箱上的智能逐集装箱地确定盗窃或安全破坏的概率。该信息可以在到达港口或其他政府机构时主动地被发送或以其他方式可供顾客使用，并用作检查优先级准则。内部处理单元被配置为从大量传感器读取可用信息，以计算发生预定情况的概率密度，预定情况诸如非法篡改货物、非法交易或简单地由港务局进行检查程序。通常，集装箱的内部处理单元能够确定它处于哪种情况并且主动地通知正确的利益相关者。另一个示例是使用热和湿度传感器来在货物变质的概率超过限定阈值的情况下生成警报、或者其它手动或数学限定的触发，并且需要减轻活动，诸如改变路线或运输模式以加速货物的到达。

如图1所示，集装箱装置包括集装箱框架，该集装箱框架可以由刚性材料制成，例如钢或复合材料，复合夹层板作为侧壁固定在该集装箱框架上。使用复合材料，即由至少两种不同材料组成的材料，面板显著地增加了集装箱的整体刚度、抗弯性或抗凸出性以及物理特性。例如，可以有皮重减轻、改进的空气动力学、更好的热绝缘、更好的射频和X射线透明度、基本上无腐蚀和无锈、更高的刚度、更好的性能和抗疲劳强度。优选地，集装箱装置具有矩形长方体形状。更优选地，集装箱装置具有标准ISO装运集装箱尺寸，该尺寸为8英尺（2.43 m）宽、8.5英尺（2.59 m）高，并且可用于两种长度：20英尺（6.06 m）和40英尺（12.2m）。基于标准ISO定义的超高装运集装箱，也称为高集装箱，可以具有9.5英尺（2.89 m）的高度。

此外，集装箱100可以包括被配置为几乎实时地监测集装箱环境和内部货物状况的强大的嵌入式计算系统（ES）单元或数据处理单元。ES可包括数据处理器、储存器的数据存储器、网络接口和到各种感测装置的数据接口。ES可以包括在密封的外壳中，该外壳封装在集装箱结构本身内，例如位于形成智能中央单元的门40内部，而传感器30被调度为测量集装箱内的值，例如布置在侧面板10内以监测整个集装箱结构的活动，诸如但不限于热传感器，与市场上可获得的隔离测量单元形成对比。最后，基于使用可操作地连接到为单元供电的ES的光伏面板SP和低能耗，ES在整个集装箱寿命（例如但不限于十（10）至十五（15）年的寿命周期）期间是完全自主的。光伏面板SP可放置在集装箱100的一个或多个侧面上，并且其尺寸可被设计为允许ES和传感器30的自主操作，而且允许对与ES相关联的电池进行充电。

ES还可与加热或冷却单元HVAC可操作地连接，该加热或冷却单元HVAC被配置为加热或冷却集装箱100的内部。在这方面，ES可以在所有运输操作期间实时记录温度的时间和值以用于监测目的，或者类似地，当温度下降到某一阈值以下时记录温度的时间和值，并且可以控制加热单元HVAC以将集装箱内部的温度升高到阈值以上的值，例如以防止所运输的货物的冻结，所运输的货物例如为在集装箱液袋90中运输的货物。在集装箱100由具有用于不是集装箱100本身的一部分的用于若干集装箱的冷却或加热系统的交通工具运输的情况下，ES可向任何外部冷却或加热系统提供信号以控制温度。

特定于集装箱液袋应用，可以通过以下方式执行监测货运集装箱的方法：利用包括到侧壁面板10的传感器30测量参数，然后计算温度或其它值以确定集装箱液袋90内的液体的温度值。这可以通过以下方式来进行：测量传感器30的若干值，然后使用预存储的查询表或ES处的人工智能来确定集装箱液袋内的液体的温度的平均值。

根据本发明的一个方面，ES通过以下方式被配置为在整个集装箱寿命期间是自主的：一方面具有小的功耗，另一方面具有足够的电池容量来提供能量，包括布置在集装箱100的外表面上、优选地在门、顶板或顶部元件上的光伏面板。与ES可操作地连接的传感器网格可以收集关于集装箱环境和货物状况的完整信息。例如，传感器30可以包括但不限于热或温度传感器、气体传感器、压力传感器、湿度传感器、位置传感器（例如GPS传感器）、加速度传感器（例如惯性测量单元（IMU））、绝对定向传感器、光度或光传感器、例如检测门打开的位置检测传感器和开关（例如使用电容传感器）、放射性检测传感器、体积传感器。这些传感器被封装在集装箱结构本身内，或者位于主外壳内，例如以测量集装箱容积内部和外部的环境条件。如上所述，优选地，至少一些传感器30布置在侧壁面板10上。

为了高效地设计嵌入式系统电源，使用至少两个核心MCU，一个用于传感器的数据聚合，另一个用于与外部通信和嵌入式智能相关的一切。由此，ES能够在船上运行数据分析、机器学习或人工智能，这使得集装箱成为与更全局的智能船队交互的智能节点。最后，从通信的角度来看，ES被配置为接近实时地通信，并且具有备份储存器，以防到数据库的连接中断。通信协议匹配现有机器对机器（M2M）通信协议以确保对现有解决方案的通用性和适应性。可以使用许多通信标准（用于接触、短距离和长距离通信），诸如但不限于RFID、LPWAN、GPRS。通信将是双边的（上行链路和下行链路），因为ES将能够在系统级和应用级利用回滚能力在固件更新的空中鲁棒性的帮助下更新自身，以便部署专有和/或第三方固件更新、OS更新和应用，并且还可以从远程数据处理装置（例如，集中管理多个集装箱的计算机）接收指令。ES可以包括卫星通信控制器和天线、或者用于其他类型的长距离通信网络的发射器和接收器，例如，如图5例示的具有可选的回退NB-IoT的嵌入式全球模块Cat1或Cat-M1。对于本地无线通信，例如，对于与本地传感器30或HVAC单元的通信，可以使用嵌入式NFC，例如，蓝牙低功耗（BLE）、以及嵌入式LPWAN、LoRa WAN、SigFox等。

根据本发明的一个方面，与标准钢制集装箱相比，该集装箱系统和装置在几个方面是高度创新的。例如，它主要使用复合材料作为结构元件，并且能够将电子器件封装在这些材料内，以设计常规地由钢制成的标准化联运集装箱。这可以是由ISO 6346或基于ISO668:2013标准定义的货物集装箱。该集装箱具有可被视为子部件的若干单独元件。每个子部件在其构建材料选择、设计、制造过程和组装过程中可以具有变化。

本发明的一个方面是使用刚性集装箱框架50，如图2中的示例性实施方式所示。集装箱的框架50或骨架是给予集装箱一定程度的形状和整体刚性的基本元件。它由水平轨道60和角柱62组成，如图2所示。常规上由钢制成，本文提出的集装箱装置使用框架材料元件，这些框架材料元件使用复合材料，更具体地，是由玻璃纤维（GFRP）、碳纤维或其组合或任何其它FRP材料制成的拉挤梁。在混合集装箱设计中，结构框架50也可由钢制成以便于快速制造过程。然而，在这种情况下，框架必须被修改以优化集装箱面板的组装（关于这更多地在制造和组装部分中）。

本发明的另一方面是提供作为侧壁的面板及其组装。如图1所示，复合侧壁面板10可以组装或以其它方式附接到集装箱框架50。复合侧壁面板10以以下这种方式设计：由货物（例如集装箱液袋90（如图7B所示））的压力在集装箱运输期间推动集装箱100的侧向侧壁而生成的重要分布载荷容易承受。而且，数据处理单元ES，例如工业级个人计算机或嵌入式计算装置，集成到集装箱100的门20中，例如放置在门板内，或附接在门框的开口内但对集装箱100的外部可见。侧壁面板10包括可以嵌入其中的不同传感器。优选地，侧壁面板10具有分布在侧壁面板10上的多个温度传感器32，这些传感器被配置为测量集装箱100内不同位置处的内部温度。例如，至少一个温度传感器32可以被放置成使得其可以测量集装箱液袋90与侧壁面板10的内表面的接触位置。而且，温度传感器32例如以无线或有线的方式可操作地连接到数据处理单元ES。

关于可由集装箱100运输的集装箱液袋90，当使用常规的金属货运集装箱时，这种集装箱液袋90的填充和重量已经成为关注的问题。集装箱液袋90基本上是大的合成袋，其可以填充集装箱100的内部容积的大部分。对于本发明的常规集装箱，不可以装载超过24吨的液体。下面讨论的加强的夹层复合侧壁面板10与它们的用于与预先存在的框架50互连的附接元件一起允许用目前可以的更大的重量来填充集装箱液袋90。另外，提供附加的绝缘允许降低冷却或加热的成本，并且提供传感器30和数据处理单元ES允许在局部水平上提供集装箱100的内容物的智能监测，基于阈值进行周期监测，并且例如在通过卫星通信或通过其它电信网络与ES直接通信是不可能的情况下，记录用于后分析的数据。

而且，多个传感器30还可以包括弯曲或力测量传感器34，这些传感器被配置为测量侧壁面板10的弯曲或力应变，例如沿着每个侧壁面板10的纵向和横向，并且这些传感器34例如以无线或有线的方式可操作地连接到数据处理单元ES。这允许对集装箱100的机械完整性进行周期性测量，例如通过周期性地监测施加到侧壁面板10上的机械应变，并将数据处理单元ES处的测量值与安全阈值进行比较。机械应变可以是集装箱100的填充的结果，但也是由于集装箱100以不寻常的方式堆叠或过度堆叠的结果。机械应变的另一个来源可以是运输期间的恶劣天气，例如由于风推动堆叠的集装箱100，或者导致运输集装箱100的轮船摇晃的狂涌或波浪。

而且，侧壁面板的多个传感器30还可以包括湿度传感器36或能够测量集装箱100内部的气氛的条件的其它类型的传感器。这些传感器36也以有线或无线方式可操作地连接到数据处理单元ES。类似地，传感器36与数据处理单元ES结合允许跟踪和记录集装箱100内的环境条件（例如在易腐货物或者在湿度和温度方面需要处于给定环境条件下的货物在集装箱100内运输的情况下），或者测量集装箱内货物的包装的任何劣化，诸如可能出现在桶上的霉菌，这显著降低了它们的市场价值，甚至在客户不满意的情况下导致返回。

可以可操作地连接到数据处理单元ES的其它类型的传感器包括：湿度传感器，这些湿度传感器测量集装箱100内部湿度；压力传感器，这些压力传感器测量集装箱100内部大气压力；光传感器，这些光传感器测量集装箱100内部光强度或照明，例如这提供信息以检测集装箱的门的状态，例如它是打开还是关闭；加速度传感器或惯性测量单元（IMU）；绝对定向传感器，该绝对定向传感器确定集装箱是水平放置还是相对于装运交通工具（诸如卡车、集装箱船、货运列车、航空运输工具）以适当的方向堆叠；门状态传感器，诸如但不限于位置传感器，测量门40状态或给出关于门40已经打开多少的反馈的角度测量传感器；GPS或其它类型的全球定位传感器，这些传感器用于提供关于集装箱100的位置的信息；重量传感器或体积传感器，这些传感器可以提供关于目前在集装箱100内部的货物的重量或体积信息；火灾检测传感器；气体传感器，诸如但不限于氧气传感器、臭氧传感器、一氧化碳和二氧化碳传感器、硫化氢传感器（h2s）、甲硫醇传感器、二甲硫醚传感器或其它类型的生化气体传感器，这些传感器提供关于集装箱内部的气体含量的信息，例如确定易腐烂货物的状态或由于打开集装箱时的气体排放而对工人造成的健康风险；以及用于有机化合物感测的其它类型的传感器。

而且，代替使用预先存在的金属框架50，可以使用由复合材料制成并且具有与金属框架50相同或相似尺寸的框架50，该框架具有水平条60（形成矩形的四个下部条和四个上部条）和竖直柱62（连接两个矩形的四个柱）。例如，复合框架可以由矩形碳纤维或玻璃纤维增强管制成，这些管与相同或类似材料的角配件一起布置。

如图2、图3A和图3B所示，示出了结构框架50和侧壁面板10与框架50的剖视图。利用本文提出的集装箱100的构造，装载能力可以高达30公吨，并且在侧壁面板10的复合夹层板的情况下，如图3A和图3B中示例性示出的，它们容易承受，与钢制集装箱相反，在钢制集装箱中，这种重要的装载至少会永久变形或甚至使壁破裂，这使得集装箱不再可能使用。根据本发明的一些方面，侧壁面板10因此能够弯曲而不断裂。这可以通过以下方式来进行：提供由两个外部硬壳蒙皮和结构内芯制成的复合夹层结构，该硬壳蒙皮例如但不限于GFRP、碳、凯夫拉尔、天然纤维，内芯例如但不限于轻木、PET、PVC、蜂窝状结构，如下文进一步描述的。

例如，侧壁面板10装配到集装箱框架50的矩形侧开口67中，侧壁面板10互连到框架50，互连到水平轨道60和角柱62。这用图3A和图3B的剖视图示例性地示出，这些图是按比例示出的。在这两个图中，使用了预先存在的集装箱框架50，而没有侧面板和门。例如，对于图3A的实施方式，在上端处，以剖视图示出了形成预先存在的集装箱框架50的水平轨道60的金属梁，该金属梁具有基本上正方形的形状。L形托架65附接到该金属梁，两侧具有基本相同的长度，例如60 mm到60 mm，以提供将侧壁面板10附接到集装箱框架50上的固定表面。L形托架65可以通过用结构粘合剂69粘合而附接到水平轨道60或角柱62，并且可以通过诸如GFRP或CFRP的FRP的拉挤工艺制成，其中厚度取决于所选择的纤维类型和布局。在另一变型中，L形托架65由金属制成，并且也可以通过其它装置焊接或附接到框架50的水平轨道或梁60。而且，侧壁面板10可以是中心框架面板12的一种模式，该面板可以由具有隔热能力和结构基础的芯结构泡沫制成，诸如但不限于GFRP蒙皮（四轴玻璃纤维+环氧/乙烯基酯树脂）和PVC/PET/Balsa芯，该芯提供机械结构和隔热，并夹在两个层压材料外层16之间。在侧壁面板10的边缘处，壁逐渐变细或变窄，使得层压材料16的层结合在一起，以提供从侧壁面板10的延伸表面突出的刚性端壁架14，这形成附接到L形托架65的结合凸缘。L形托架65可以形成为矩形框架，以覆盖围绕一个侧壁面板10的两个水平轨道60和两个角柱62。

而且，侧壁面板10和端壁架14的边缘还包括在面板10和壁架14两侧的第二机械增强层15，作为附加的叠层。增强层可以由GFRP（四轴/双轴和乙烯基酯/环氧树脂）制成。在组装位置，L形托架65和侧壁10被成形为使得集装箱100的外表面基本上是平坦的。然后，预先存在的水平轨道60或角柱62以及侧壁面板的外表面都覆盖有第三外保护层17，该保护层覆盖水平轨道60或角柱62与侧壁10之间的界面，例如以完全覆盖内部INT和外部EXT上的L形托架65。这提供了额外的密封、机械强度和绝缘。另外，第三外保护层17可提供整个集装箱100的光滑外表面，这允许在由卡车或货车在公路运输中运输时将风阻和空气阻力减小高达7%。另外，非金属侧面板10和后壁5对X射线是透明的，这便于自动化检查。

侧壁面板10的端壁架14被制成其厚度比具有中心框架面板12的侧壁面板10的主体的厚度小。这允许基于预先存在的集装箱框架50形成集装箱100，其中，内部容积和尺寸没有减小，并且仍然提供标准的内部尺寸。同时，集装箱100通过中心框架面板12与预先存在的集装箱相比具有改进的热绝缘，并且重量更轻且机械上更坚固。

图3B示出了一种变型，其中，形成结合凸缘的端壁架14与面板10的外侧壁和轨道60或柱62齐平布置，然后附接到结合板63的内表面。结合板63可以形成为矩形框架，以覆盖围绕一个侧壁面板10的两个水平轨道60和两个角柱62。结合板63可以焊接到预先存在的水平轨道60或角柱62，或者可以作为定制框架50的不可或缺的部分制成，或者通过螺钉、铆钉或粘合材料附接到其上。在端壁架14与轨道60或柱62之间的区域可以填充粘合剂69，用于结合和绝缘。粘合剂69和层15、16、17被制成使得它们可以承受严酷的海洋条件，例如通过对层15、16、17使用海洋等级纤维增强塑料（FRP）材料。因此，侧壁面板10是夹层板，该板由中心框架面板12和三层增强层15、16、17制成。

如上所述，混合集装箱100包括由预先存在的金属矩形箱形状制成的集装箱框架50，并且组装可以通过使用包括复合面板的侧壁面板10和形成用于互连预先存在的框架50和面板10的附接元件的整体式L形梁或L形托架65来完成，例如参见图3A，或者通过使用附接到轨道60或柱62的外表面的金属凸片或结合板63来完成，该轨道或柱形成用于互连预先存在的框架50和面板10的另一种类型的附接元件，例如参见图3B。这些设计允许提供基于一些现有特征的集装箱设计，从而降低成本并保持尺寸标准，该尺寸标准足够强以符合例如22GP类型集装箱的货运集装箱的ISO 1496-1:2013测试认证。复合侧壁面板10及其到集装箱框架50中的集成被配置为支撑至少28吨的分布力，这比当前预先存在的金属设计可能的分布力多16%。而且，在集装箱100的与门20相对的端处形成侧壁的后面板5可支撑24吨的分布力。该新设计还显著增加了集装箱100的热绝缘，这允许减少集装箱100的加热或冷却的能量。

本发明的另一方面是集装箱100的门20的设计和布置、以及集装箱100的内部容积空间的封装。集装箱100的门40可用作ES的容器，该ES与集装箱100可操作地连接，换言之，ES可集成到集装箱的门中。为了确保几乎没有任何载荷施加到ES的外壳上，门框以其支撑施加到集装箱结构50上的大部分约束的这种方式来设计。门可以由钢、铝或复合材料制成。然后将ES外壳安装到集装箱100的门40的面板上。为了增加外壳的抗冲击性并由此更好地保护ES，固定策略考虑了阻尼策略，例如但不限于在不同定向轴线中使用静音块、弹簧、减震器。在这方面，计算单元40可被放置在门40的腔内，并且可通过弹簧悬挂在腔中。然而，即使门是最佳位置，嵌入式系统的至少一些部分也可以被置于别处。

关于集装箱框架的各个角的角配件，在集装箱的各个角处，可以放置角配件，这些角配件被配置为由诸如起重机的设备抓住以移动集装箱并将集装箱维持在适当位置。这些角配件也可由诸如但不限于钢、玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉尔等材料制成，但考虑到较高的冲击发生率和经常更换它们的必要性，本发明的集装箱创新在其设计中维持由钢制成的角配件。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于操作具有数据处理单元ES和多个传感器30的智能集装箱的方法，该集装箱例如如上所述的集装箱100。该方法的示例性表示可在图8中找到。方法可包括其中开始操作的第一步骤S05。这可以通过在数据处理装置ES处例如从远程服务器RS或例如经由电信网络与数据处理装置ES可操作连接的移动装置MD（例如参见图5）接收外部信号、通过数据处理装置ES处的手动操作、当门锁状态传感器（例如通过使用像检测集装箱100内的黑暗的光传感器或门处的开关传感器之类的另一传感器）提供或使得指示集装箱100的安全关闭的信号可用时自主地通过检测集装箱100的门20的关闭和锁定来进行。也可以在集装箱关闭之前，例如一旦由IMU传感器或由检测集装箱装载的应变或力传感器检测到集装箱100的装载，或通过由装载利益相关者通过短距离通信（例如NFC）手动登录，就从步骤S05开始测量。为此，可以访问将提供关于集装箱100的装载的这种信息的某些传感器30，并且数据处理单元ES可以测量数据，以通过使用力传感器来确定门20是打开的，或者打开到一定程度，并且集装箱100正在被装载。

接着，一旦操作已经通过步骤S05开始，该方法包括：由读取或以其它方式收集数据的数据处理单元ES从可用传感器30进行周期性、规则或零星测量以测量集装箱100的不同参数的步骤S10、以及将周期测量的数据存储在存储装置内的步骤S20，该存储装置与数据处理单元ES可操作地连接、位于数据处理单元ES内部或是其不可或缺的部分。在该步骤中，可以读取和存储可用传感器30的所有数据，例如在数据日志或文件中，并且例如通过使用实时时钟为每个条目给数据加时间戳。接着，在步骤S30中，可在数据处理单元ES处处理可用数据以进行校准，例如以计算SI系统内的值以便进行相对比较，并且可执行步骤S40，该步骤用于分析和计算关于集装箱100内的货物的状态的附加数据，例如以检测来自传感器30的测量和访问数据的任何类型的异常。例如，可以进行特定于所运输的易腐货物的状态和状况的数据处理。例如，该步骤可以包括计算滑动平均值或中值，以查看状况是否稳定或它们是否正在改变。优选地，进行测量的步骤S10、存储步骤S20、校准步骤S30和分析步骤S40可以在数据处理单元ES的低功率条件期间进行，以增加数据处理单元ES的操作时间。而且，关于步骤S40，执行附加步骤，其中，将测量数据与上限或下限阈值或阈值范围进行比较，以确定一个或多个测量值是否位于安全或可接受的范围或值之外。

凭借该步骤S40，数据处理单元ES定期或不定时地根据用户要求和船上智能来确定一个或多个测量数据是高于还是低于可接受的阈值，或者一个或多个测量数据是否在安全或可接受的范围之外。例如，测量和监测集装箱100的线性和角加速度，并且当这些加速度中的一个位于可接受范围之外或超过可接受值时，生成数据旗标或警报，并且将其与该测量相关联，例如作为元数据。作为另一示例，如果集装箱100内的温度降到某一值以下，或超过某一值，则生成这种数据旗标或警报并将其与数据相关联。作为另一示例，可以测量与数据处理单元ES相关联的电池组中的能量的状态和容量、以及当前由太阳能面板SP供应的能量，ES然后因此可以管理其自身、数据处理、采样频率、通信策略。作为另一示例，可以测量集装箱100的绝对取向，以确定集装箱100是否已经被不正确地移动、是否被放置在错误的角度、是否已经倾斜。

可以并行执行的另一步骤S50是触发或设置数据处理单元ES与传感器30的测量间隔。例如，若步骤S40中确定状况稳定，那么可以增大测量间隔。相反，如果确定测量间隔不太稳定，或者接近阈值之一或者接近安全范围的边界，则可以减小测量间隔。例如，作为默认值，测量间隔可以是大约5分钟，但是如果例如来自传感器的测量值已经示出为稳定的，或者如果电池容量已经被确定为低，使得需要额外的电力节省，则测量间隔可以增加到更大的值，以利用该方法继续操作智能集装箱100。而且，可能的是测量间隔通过外部装置的干预来改变，例如通过中央或远程服务器RS的用户接口或例如经由卫星数据连接与数据处理单元ES通信的移动装置MD来改变，参见图5。

可以执行另一步骤S60，该步骤类似于步骤S10，但是具有来自传感器30的快速数据获取速率，以从传感器30收集更多的数据，用于从一些或所有传感器测量的数据的更详细观察和存储。例如，当在步骤S40确定来自对应传感器30的一个或多个测量值位于可接受范围之外，或高于或低于可接受阈值时，可将所选一个或多个传感器30的数据获取速率提高到100 ms或更低的间隔。如果发生这种情况，则可以执行步骤S60，其中，访问具有无关或偏离测量值的特定传感器40，并且以快得多的速率存储数据，并且用步骤S20，由数据处理单元ES存储或记录数据。还可能的是，来自一个传感器30的一个测量触发另一个传感器30的步骤S60，该另一个传感器30将由ES以显著增加的数据获取速率读出。例如，如果数据处理单元ES用步骤S40确定来自力测量传感器的侧壁10之一上的力突然增加，则可能的是，步骤S60将开始用于绝对定向传感器的测量，以查看集装箱100是否处于稳定位置，以更好地理解集装箱100的当前运动，例如力的增加是否是货物由于巨浪移位、或者撞击或碰撞的结果。当然，同时，力测量传感器也可以是步骤S60的快速获取速率的一部分。作为另一示例，当用步骤S40确定门20已经打开时，用步骤S60可以快速地读出力传感器、重量传感器或体积传感器，以更详细地获取关于卸载过程的数据。

而且，步骤S40还可触发附加步骤S70，该步骤生成报警、警报或信令，其被发送到远程服务器RS或移动装置MD，并且还可存储在日志数据中，例如当情形的严重性需要立即关注时，或者在远程服务器RS或移动装置MD处需要通知和数据传输时。例如，当S40检测到严重异常时可以触发该步骤S70，异常例如为但不限于高于特定第二阈值的破坏性温度、在不对应于运输交通工具的当前运输路线的位置的地方由GPS确定的集装箱100的位置、在正常运输条件下不可能的集装箱100的定向（即集装箱不在水平位置）、集装箱100内的火灾检测。

在步骤S40期间，数据处理装置40可对测量数据进行其它相关和测量。例如，集装箱100内的测量温度可与正在运输的特定货物相关，并与固定或适应的温度阈值比较，从而还计算外部热源将货物设定在期望温度所需的能量，由此推断如果已经施加外部热源则可从集装箱100卸载货物的时间或时间范围。在步骤S70，该信息可被发送到远程服务器RS或移动装置MD以用于进一步处理和分析，并且用于远程地对集装箱100进行附加控制。

在步骤S40期间，可能的是分析湿度水平以识别集装箱100的泄漏，例如当在外海时，但是也可以与集装箱100内的测量温度和测量压力相关，以确定是否可能存在任何潜在的潮湿和霉菌积累的问题，特别是当运输食品时。在步骤S40，数据处理装置ES可分析加速度数据、绝对定向数据或这两者，以基于当前运输的货物确定是否必然存在对货物的不可修复的损坏，或者它们是否可能已损坏。例如，如果运输对加速度敏感的货物，诸如由玻璃或其它易碎材料制成的测量设备或货物，则将可以说货物是否很可能无损地到达，并且步骤S70可能已经生成警报。

而且，步骤S40还可分析侧壁10的壁压和气压以检查正在运输的发酵货物的发酵水平，例如正在集装箱100中由集装箱液袋90运输的诸如葡萄酒的发酵货物。通过访问传感器30而能够由数据处理单元ES分析和比较的其它数据可以是通过门打开传感器、光传感器并且还利用集装箱100的当前位置以及与预定路线相关的历史风险的知识进行的入侵检测，由此减轻货物篡改和非法交易的风险，或者至少生成可以通过步骤S70的警报发送到远程服务器RS或其它远程装置的早期知识。

步骤S70还可生成信息，该信息将允许逐个集装箱得出集装箱100的货物或货品丢失或不可修复地损坏的结论。例如，在货物实际到达并在港口或仓库处被人工检查之前，由数据处理单元ES检测到的火灾检测与较长时间的高温结合，随后温度敏感装置失效，可以用来发送指示货物完全损失的报告或警报。一旦将该信息发送到中央服务器RS，就可以将该信息用作物流管理信息，以通知接收者、或调度员、或负责物流的其他人货物损失，并且需要购买新的货物以便替换或及时到达。

可以由单独集装箱操作和控制的方法执行的另一步骤S80是数据收集、格式化和报告生成的步骤，例如以生成报告RR。该步骤S80可以仅在数据处理装置ES处执行，或者也可以在远程服务器RS处部分或全部执行。报告生成可以在远程服务器RS或其它装置（例如移动装置MD）发出和发送的请求时执行，可以由集装箱100自身处的事件或远程控制例如移动装置MD触发自动生成，例如但不限于当步骤S40通过GPS确定集装箱100已经到达卸载或卸货的港口，集装箱100已经在门200处被打开（如由门打开传感器检测的），并且货物仍然在集装箱内（通过重量、力或体积传感器检测的）时，或者报告生成可以由极端事件触发，例如已经触发警报、报警或警示的事件，该警报、报警或警示也已经或可能已经触发步骤S70。

报告生成步骤S80可以生成文件或数据集DS，该文件或数据集可以包括从在数据处理装置ES处开始测量步骤S05起的整个测量周期或其部分周期的所有存储和记录的传感器数据，例如由预存储的指令或从外部接收的指令（例如服务器RS的指令）确定。该文件或数据集DS可以被发送到远程服务器RS以进行进一步处理，例如用于图形用户界面上的可视化、统计数据呈现、数据挖掘、存储、归档、数据分析和处理。而且，可以在数据处理装置或远程服务器RS处针对统计信息和概要分析存储在数据处理装置40中的数据，并且可以将该数据呈现为可以由图5所示的系统显示、由系统的用户查看和使用的报告RR。该报告RR可以是针对给定时间段或轨迹（例如从装载到卸载由集装箱100运输的货物）的质量控制报告。报告RR可以包括自动生成的运输质量等级，以高可能性指示货物是否安全到达目的地。报告RR可以用于避免或减少仓库质量控制或其它类型的质量控制的量，因为报告RR提供了集装箱在运输期间没有经历任何重大问题的信息。在类似的方法中，集装箱船队到达同一仓库可能优先考虑其自身必须被运送。通常，报告RR可以包括指示货物和集装箱100本身的状态、转换和其他总结数据的数据。

而且，报告RR可以是专用于边界处的海关监管的报告。例如，报告RR可以具有到达时集装箱100的等级或简单的篡改/未篡改指示，其可以被发送到海关当局或以其他方式安全地提供给海关当局。在这方面，报告RR可以指示在给定时间段或给定轨迹期间，例如从集装箱100的装载开始的轨迹，门20是否已经打开，或者集装箱100是否存在一些结构分解，例如在侧壁10或集装箱100的其它结构元件上形成孔，例如通过监测可能允许所运输货物的去除、引入或其它篡改的空气压力。

步骤S80生成报告RR也可由用户或事件触发。例如，如果货船受到火灾、海盗攻击、恶劣天气、狂涌、异常天气温度的影响，则远程服务器RS的操作者可以向一个或多个集装箱100（例如向货船的所有智能集装箱100）发出请求以发送回报告RR，以查看是什么状态，例如，所运输的货物中的任何一个当前是否受到事件的影响，或者查看是否有货物将受到事件影响的可能性，并且允许物流管理者逐集装箱地采取任何潜在的补救行动。

如图6指示，诸如分类、回归、聚类、CNN、决策树、马尔可夫链、神经网络、遗传或群体智能算法的训练模型可用于分析来自数据处理单元ES的原始或校准数据，例如通过ES本身或通过另一远程装置，以生成诸如报告RR的报告，报告RR总结或以其它方式收集并计算关于已运输的货物的状态和质量的特定信息。

接着，可以执行步骤S90，其中，例如通过使用图形用户界面将报告RR或数据集DS显示在计算机屏幕上，或者例如在远离或离开集装箱100的位置处，例如在由操作员或用户（例如但不限于物流管理员、海关官员、质量控制管理员）访问远程服务器RS的终端处，通过打印机打印出报告RR或数据集DS。而且，可执行步骤S95，其中，停止或终止方法，使得数据处理单元ES停止从传感器30存取数据并记录数据。这可以手动地、本地地或通过远程控制来完成。

而且，利用该方法，可以生成报告以对在智能集装箱100中运输的货物进行运输中库存。物流管理者可以实时知道货物在哪里、状态是什么以及到达时间，这可以允许极大地降低仓库处的内部库存成本，从而使用通过轮船、卡车和货运列车移动货物作为移动运输中仓库，这促进即时操作。根据由来自传感器30的数据确定的结果，ES将能够确定集装箱是哪种运输模式，即列车、卡车、驳船或轮船。

如图8所示的步骤的执行的指示顺序仅仅是示例性的，并且至少一些步骤也可以以不同的顺序执行。例如，校准步骤S30可以在存储步骤S20之前进行，终止步骤S95可以在任何时间进行。此外，作为示例，高频数据测量和收集的步骤S60可以与测量步骤S10并行进行，或者可以在给定时间段内代替步骤S10进行。而且，方法的步骤可由包括一个或多个智能集装箱100的系统执行，每个智能集装箱具有数据处理单元ES、具有用户终端RS、MD的通信和网络基础设施，如图5和图6中示例性地示出的。

虽然已经参考某些优选实施方式公开了本发明，但在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可以对所述实施方式及其等同物进行大量修改、变更和改变。因此，预期的是本发明不限于所述的实施方式，而是根据所附权利要求的语言给出最广泛的合理解释。

Claims (13)

1.一种装运集装箱（100），该装运集装箱包括：

集装箱框架（50），该集装箱框架具有矩形箱形状，所述集装箱框架（50）包括具有水平轨道（60）和竖直柱（62）的边缘柱；

至少一个侧壁面板（10），所述至少一个侧壁面板由布置在由四个边缘柱形成的矩形区域内的复合结构构成，所述至少一个侧壁面板（10）包括隔热中心框架面板（12）和沿着侧壁面板（10）的边缘延伸的结合凸缘（14）；以及

附接元件，所述附接元件布置在所述集装箱框架（50）的四个边缘柱与所述至少一个侧壁面板（10）之间，所述至少一个侧壁面板的结合凸缘（14）附接到所述附接元件，

其中，所述附接元件包括L形托架（65），所述L形托架（65）的一侧的外表面粘合地结合到所述边缘柱，并且，所述L形托架的另一侧的内表面粘合地结合到所述结合凸缘（14）；或者，所述附接元件包括金属结合板（63），所述金属结合板（63）的内表面附接到边缘柱的外表面和结合凸缘（14）的外表面。

2.根据权利要求1所述的装运集装箱（100），其中，所述至少一个侧壁面板（10）还包括机械增强层（15），所述机械增强层覆盖隔热中心框架面板（12）的至少一部分和所述结合凸缘（14），所述机械增强层（15）朝向隔热中心框架面板（12）的中心逐渐变细。

3.根据权利要求1所述的装运集装箱（100），其中，所述附接元件、所述至少一个侧壁面板（10）和边缘柱的外表面被成形为基本上平坦。

4.根据权利要求1所述的装运集装箱（100），其中，所述附接元件和边缘柱之间的间隔填充有结构粘合剂（69），使得由边缘柱和附接元件形成的装运集装箱（100）一侧的外表面形成平滑的表面。

5.根据权利要求1所述的装运集装箱（100），其中，所述金属结合板（63）焊接到边缘柱的外表面，或者粘合地结合到所述边缘柱的外表面。

6.根据权利要求1所述的装运集装箱（100），其中，所述结合凸缘（14）的外边缘和边缘柱的面向结合凸缘（14）的表面之间形成间隔，所述间隔填充有结构粘合剂（69）。

7.根据权利要求1所述的装运集装箱（100），其中，所述至少一个侧壁面板、所述附接元件和边缘柱的外表面由逐渐变细的叠层覆盖，以形成齐平的外表面。

8.根据权利要求1所述的装运集装箱（100），其中，所述至少一个侧壁面板（10）被配置为经由附接到L形托架（65）而被装配到由两个水平轨道（60）和两个竖直柱（62）形成的矩形区域内，所述L形托架（65）被焊接到所述两个水平轨道（60）和所述两个竖直柱（62）。

9.根据权利要求1所述的装运集装箱（100），其中，所述集装箱框架（50）、所述至少一个侧壁面板（10）和所述附接元件被布置成符合ISO 1496-1:2013测试认证。

10.根据权利要求1所述的装运集装箱（100），还包括：

具有通信装置的计算单元（ES）；

多个传感器（30），所述多个传感器测量布置在侧壁面板处的装运集装箱（100）的环境参数，所述多个传感器（30）由通信装置操作性地连接到计算单元（ES）；以及

操作性地连接到计算单元的无线通信接口。

11.根据权利要求10所述的装运集装箱（100），其中，所述计算单元被集成到至少一个侧壁面板（10）中或被集成到门板（20）中。

12.根据权利要求10所述的装运集装箱（100），其中，所述计算单元（ES）被配置为在测量周期期间收集来自多个传感器（30）的在集装箱（100）内测量的值的数据、基于多个传感器（30）的数据检测来自异常情况的触发信号，并生成被发送到外部服务器（RS）的报告（RR），所述报告（RR）包括关于所述装运集装箱（100）内部的传输的货物的完整性的数据。

13.根据权利要求12所述的装运集装箱（100），其中，所述报告（RR）包括传输的货物的库存。

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