CN209728785U - 实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签，包括处理器、自组网的短距无线通信单元、检测气压的气压传感器、无线通信单元，其中，所述短距无线通信单元、气压传感器、无线通信单元分别与所述处理器连接。本实用新型还提供了一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签系统。本实用新型的有益效果是：即使安装在集装箱堆垛中底层集装箱上也能够通过短距无线通信单元有效传输无线信号，实现数据的转发。

Description

实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签及其系统

技术领域

本实用新型涉及物联网，尤其涉及一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签及其系统。

背景技术

集装箱作为人类货物运输历史上重要发明之一，伴随着全球货运量的高速增长，在世界经济活动中被广泛使用，发挥举足轻重的作用。物流运输中使用的集装箱通常由专业的集装箱公司制造和拥有，货运公司承揽到货运业务后，向集装箱公司租赁集装箱，装载货物后由船公司承担运输，在集装箱运输业务完成后或者租赁期结束后退还给集装箱公司。

随着集装箱数量和物流业务的剧增，集装箱公司、货运公司和船公司都想要实时获取集装箱的位置信息，以此来通过管理系统实现调度优化，提升集装箱的使用效率。随着自动识别技术和计算机技术的发展，集装箱处于货运状态时，通过集装箱码头的管理系统（TOS）在堆场和运输环节已经能够实现较好的跟踪，但是对于未使用的空箱，集装箱公司、货主和集装箱码头的卸载、堆放作业通常比较随意，没有进行跟踪，尤其是在某些小的集装箱堆场或货主的场地，无法实现位置的跟踪，导致集装箱大量被分散滞留，造成资产的闲置。根据统计数据，在集装箱的被租赁出去的业务周期，绝大多数时间在堆场，处于运输和装卸环境的时间不足60%，因此导致集装箱被租赁后，有相当长周期是无法被跟踪的。

随着现代智能集装箱技术的发展，通过在集装箱上安装电子标签，可以实现集装箱位置参数的采集和向后台管理系统的传送，使集装箱租赁公司可以及时召回闲置的集装箱，提高集装箱的周转率，增加单箱的经济效益。

为增加堆场的利用率，集装箱在堆场是采用堆叠方式来存放，根据集装箱作业的安全规范，一般允许堆叠4～6层，每排集装箱间留有少于30厘米的间隙，由此形成一个的金属“峡谷”，“峡谷”中的任何无线发送的信号都会在集装箱箱体形成的墙壁间反复折射和反射，导致无线信号质量严重下降，无线传输距离严重缩短，因此堆放在底层的集装箱上的电子标签难以与后台进行有效通信，因此导致实际应用效果不佳。

通过在集装箱上安装无线装置来实现集装箱位置参数或环境参数采集的技术已经被广泛研究和应用，但由于集装箱在堆场或运输船堆放时箱体形成的“峡谷效应”，导致在实际应用中存在如下问题：

1.由于“峡谷效应”对无线信号干扰，堆垛中底层集装箱上无线装置的信号难以传送出去；

2.无线装置一般通过内置的卫星定位单元（北斗或GPS）对集装箱进行定位，但是由于卫星定位固有的5～10米的误差，以及“峡谷效应”对卫星信号的干扰，卫星定位单元无法实现空间定位，导致无法准确获取集装箱的堆层信息（被堆放在第几层）；

3.由于集装箱堆垛的遮蔽和“峡谷效应”的对卫星信号的干扰，位于底部的无线装置内置的卫星定位单元无法接收到有效的卫星数据。

因此，如何提供一种即使安装在集装箱堆垛中底层集装箱上也能够有效传输无线信号的电子标签是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签及其系统。

本实用新型提供了一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签，包括处理器、自组网的短距无线通信单元、检测气压的气压传感器、无线通信单元，其中，所述短距无线通信单元、气压传感器、无线通信单元分别与所述处理器连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述电子标签还包括检测振动的振动传感器，所述振动传感器与所述处理器连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述电子标签还包括卫星定位模块，所述卫星定位模块与所述处理器连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述电子标签还包括电池，所述电池分别与所述处理器、短距无线通信单元、气压传感器、无线通信单元、振动传感器、卫星定位模块连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述无线通信单元为NB-IOT通信模块。

本实用新型还提供了一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签系统，包括如上述中任一项所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签。

作为本实用新型的进一步改进，所述电子标签系统还包括无线通信基站和后台管理系统，所述电子标签的无线通信单元通过所述无线通信基站与所述后台管理系统无线通信连接。

作为本实用新型的进一步改进，在通信范围内的电子标签通过短距无线通信单元进行短距无线通信，组成一个电子标签无线网络。

作为本实用新型的进一步改进，位于堆垛底层或内部的电子标签将数据发送给位于堆垛顶层或者外侧的电子标签，位于堆垛顶层或者外侧的电子标签经所述无线通信基站将数据转发给后台管理系统。

作为本实用新型的进一步改进，通过所述气压传感器检测到的气压数据来识别集装箱所处的堆叠层数。

本实用新型的有益效果是：通过上述方案，即使安装在集装箱堆垛中底层集装箱上也能够通过短距无线通信单元有效传输无线信号，实现数据的转发。

附图说明

图1是本实用新型一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签的示意图。

图2是本实用新型一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1至图2所示，一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签，包括处理器101、自组网的短距无线通信单元106、检测气压的气压传感器103、无线通信单元，其中，所述短距无线通信单元106、气压传感器103、无线通信单元分别与所述处理器101连接。

如图1至图2所示，电子标签内部集成有微型的气压传感器103，气压传感器103的分辨精度可达10厘米。电子标签上传的参数中包括气压传感器103采集的数据。根据集装箱的国际标准，常规集装箱的高度为XX英尺（XX米），因此上下堆叠在一起的集装箱上安装的的高度差可达XX米，远大于气压传感器的分辨率，因此通过气压数据对比判别集装箱堆叠高度的相对关系。由于集装箱堆场的海拔高度是不定的，因此在后台管理系统300中对比堆场中集装箱上传的气压数据的差值来判别集装箱所处的堆叠层数。采用气压数据相对值判别集装箱所处堆叠层数的方法可以有效滤除掉由于海拔、天气等因素对大气压力数据的影响。

如图1至图2所示，所述电子标签还包括检测振动的振动传感器104，所述振动传感器104与所述处理器101连接。

如图1至图2所示，振动传感器104为常规微型电子MEM器件，可检测自身受到的振动参量并转换为数字信号。处理器101接收振动传感器104输出的振动参数，根据振动幅度和振动持续时间来判别电子标签所附着的集装箱是否在进行装卸或运输作业。

如图1至图2所示，所述电子标签还包括接受卫星定位数据的卫星定位模块102，所述卫星定位模块102与所述处理器101连接。

如图1至图2所示，卫星定位模块102为GPS定位、北斗定位或者二者兼容的集成模块，通过连接的置于电子标签内部的天线接收定位导航卫星的数据并转换为坐标数据。由于集装箱箱体的遮蔽，一般只有位于集装箱堆垛顶层或边缘的集装箱上的电子标签才能接收到良好的卫星信号，位于堆垛底层或内部的电子标签一般无法接收到卫星信号。由于卫星定位模块102启动、搜星时间一般要20～30秒，为减少卫星定位模块的工作功耗，在处理器程序中，如果电子标签接收到有效或良好的卫星信号，则会关闭卫星定位模块102，直至基于振动传感器104判别集装箱进行了一次装卸或运输作业才再次启动卫星定位模块102。同样，如果超过限时无法接收到有效的卫星信号，电子标签也会关闭卫星定位模块102，在下一次装卸或运输作业才再次启动卫星定位模块102。

如图1至图2所示，所述电子标签还包括电池105，所述电池105优选为锂电池，所述电池105分别与所述处理器101、短距无线通信单元106、气压传感器103、无线通信单元、振动传感器104、卫星定位模块102连接。

如图1至图2所示，所述无线通信单元优选为NB-IOT通信模块107，电子标签包括NB-IOT和短距无线通信两套通信单元，NB-IOT通信模块107用于与后台管理系统300无线通信，短距无线通信单元106用于形成自组网通信网络，实现数据的转发。

如图1至图2所示，NB-IOT通信模块107及其天线集成在电子标签内部，电子标签通过NB-IOT通信模块107与运营商基站建立通信链路，并经运营商的网络与集装箱管理软件系统实现数据交换，上传电子标签的数据。

如图1至图2所示，一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签系统，包括如上述中任一项所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签。

如图1至图2所示，所述电子标签系统还包括无线通信基站200和后台管理系统300，所述电子标签的无线通信单元通过所述无线通信基站200与所述后台管理系统300无线通信连接。

如图1至图2所示，在通信范围内的电子标签通过短距无线通信单元106进行短距无线通信，组成一个电子标签无线网络。

如图1至图2所示，短距无线通信单元106采用zig-bee通信模块，利用zig-bee自组网协议形成自组网网络。自组网网络中每个节点（短距无线通信模块）除存储路由表外，还存储能够与本节点直接通信的其他节点的ID编号。路由表和周边节点数据被上传给集装箱的后台管理系统300。

如图1至图2所示，位于堆垛底层或内部的电子标签将数据10发送给位于堆垛顶层或者外侧的电子标签20，位于堆垛顶层或者外侧的电子标签20经所述无线通信基站200将数据转发给后台管理系统300。

如图1至图2所示，电子标签带有自组网的短距无线通信功能，通信范围内的电子标签可自动组成一个无线网络，位于底层的电子标签10可以将数据通过处于堆垛顶层或边缘的集装箱上安装的，通信质量较好的电子标签20进行转发，由此实现整个集装箱堆垛中所有电子标签的数据被传送给后台管理系统300。电子标签组成自组网节点时，电子标签将自身周边节点的信息也上传给后台管理系统300，由后台管理系统300根据节点间路由关系推算平面位置信息。

如图1至图2所示，通过所述气压传感器103检测到的气压数据来识别集装箱所处的堆叠层数，电子标签内置气压传感器103，检测数据上传给后台管理系统300，后台管理系统300通过比较判别集装箱所处堆层。

本实用新型提供的一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签及其系统，位于通信范围内的电子标签，通过短距无线通信单元106形成自组网通信网络，彼此间可进行数据通信和数据转发，能够与后台管理系统300通过NB-IOT通信模块107进行通信的电子标签，通过NB-IOT通信模块107与后台管理系统300实现数据通信，上传位置坐标等参数，同时在自组网网络路由中标记自己可以与后台管理系统300通信，因信号遮蔽无法通过NB-IOT与后台通信的电子标签，可以通过短距无线通信经由自组网内其他终端的转发将数据转发出去，即使在集装箱堆垛中由于屏蔽和“峡谷效应”无法与外界通信，通过基于自组网技术的数据转发也可实现数据的上传。

无线通信单元（或者移动通信单元）用于与移动通信运营商的公共通信基站或者用户私有的无线通信基站200建立无线数据通信，将电子标签的数据通过无线通信基站200传送给后台管理系统300。无线通信单元优选NB-IOT通信模块107，根据用户的实际应用环境也可更换为GPRS通信模块、 4G通信模块，或者特定的远距离数传模块。

短距通信单元106用于堆放距离较近的集装箱上的电子标签间建立无线自组网网络，电子标签可以依据无线自组网网络将数据传送给另一个电子标签，可以根据路由表将数据通过一个甚至几个电子标签进行转发。

集装箱在堆场堆放时，堆垛底层和内部的集装箱上安装的电子标签10即使由于“峡谷效应”无法使用NB-IOT通信单元107与后台管理系统300通信，也能够通过自组网网络，将数据传送给NB-IOT通信质量好的电子标签20，并由其转发给后台管理系统300，实现集装箱位置的跟踪。

本实用新型提供的一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签及其系统，电子标签带有气压传感器103，测量数据被传送给后台管理系统300，后台管理系统300将气压数据换算为高度值，计算集装箱的堆叠层数。

本实用新型提供的一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签及其系统，通过振动传感器104采集的振动信号来判别集装箱是否进行了一次装卸或运输作业。当判定作业结束时，电子标签通过NB-IOT通信单元107直接或者通过自组网网络转发向后台管理系统300传送新的位置与环境参数。如果判定位于堆场（长时间检测不到运动信号），电子标签进入低功耗模式，周期性的（每隔几个小时甚至十几个小时）通过NB-IOT通信单元107直接或者通过自组网网络转发向后台传送新的位置与环境参数，由此在保证后台管理系统300能够获取集装箱最新位置信息的同时能降低功耗，确保电池105能够满足最长租赁周期（2～3年）的电量需求。

本实用新型提供的一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签及其系统，电子标签供电使用可的更换锂电池，为适应集装箱运输及存储过程中的高低温环境，采用工作温度范围较大的锂亚电池。电池105位于电池仓内，通过电池仓盖实现防水防尘保护。电子标签通过处理器101内置的AD转换功能检测锂电池电压，并在向后台传送到参数中包括电池电压低压告警标志，由后台在相应管理界面进行展现，并为显示低压告警的电子标签安排电池更换业务。

本实用新型提供的一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签及其系统，涉及物联网技术，尤其涉及用于跟踪集装箱位置信息的电子装置，即使安装在集装箱堆垛中底层集装箱上也能够有效传输无线信号。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签，其特征在于：包括处理器、自组网的短距无线通信单元、检测气压的气压传感器、无线通信单元，其中，所述短距无线通信单元、气压传感器、无线通信单元分别与所述处理器连接。

2.根据权利要求1所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签，其特征在于：所述电子标签还包括检测振动的振动传感器，所述振动传感器与所述处理器连接。

3.根据权利要求2所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签，其特征在于：所述电子标签还包括卫星定位模块，所述卫星定位模块与所述处理器连接。

4.根据权利要求3所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签，其特征在于：所述电子标签还包括电池，所述电池分别与所述处理器、短距无线通信单元、气压传感器、无线通信单元、振动传感器、卫星定位模块连接。

5.根据权利要求1所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签，其特征在于：所述无线通信单元为NB-IOT通信模块。

6.一种实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签系统，其特征在于：包括如权利要求1至5中任一项所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签。

7.根据权利要求6所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签系统，其特征在于：所述电子标签系统还包括无线通信基站和后台管理系统，所述电子标签的无线通信单元通过所述无线通信基站与所述后台管理系统无线通信连接。

8.根据权利要求7所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签系统，其特征在于：在通信范围内的电子标签通过短距无线通信单元进行短距无线通信，组成一个电子标签无线网络。

9.根据权利要求8所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签系统，其特征在于：位于堆垛底层或内部的电子标签将数据发送给位于堆垛顶层或者外侧的电子标签，位于堆垛顶层或者外侧的电子标签经所述无线通信基站将数据转发给后台管理系统。

10.根据权利要求9所述的实现集装箱租赁全业务周期位置跟踪的电子标签系统，其特征在于：通过所述气压传感器检测到的气压数据来识别集装箱所处的堆叠层数。