CN213688452U - 集装箱监控终端及集装箱监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于集装箱管理技术领域，提供了一种集装箱监控终端及集装箱监控系统，所述集装箱监控终端包括控制单元，以及分别与所述控制单元连接的定位单元、传感单元和通信单元；其中：所述定位单元，用于采集集装箱的位置信息，并将所述位置信息传输至所述控制单元；所述传感单元，用于采集集装箱的状态信息，并将所述状态信息传输至所述控制单元；所述控制单元，用于对所述位置信息和所述状态信息进行融合处理，得到所述集装箱的定位数据，并将所述定位数据传输至所述通信单元；所述通信单元，用于将所述定位数据发送至集装箱管理平台。采用上述集装箱监控终端，可以对集装箱在装卸、运输等各个作业环节的状态进行监控。

Description

集装箱监控终端及集装箱监控系统

技术领域

本实用新型属于集装箱管理技术领域，特别是涉及一种集装箱监控终端及集装箱监控系统。

背景技术

集装箱运输是目前国际国内贸易货物运输最重要的方式之一。随着信息技术和物联网技术的发展，市场对集装箱的需求多样化、管理精细化提出了更高的要求。因此，实时地对集装箱在装卸、运输等各个作业环节中的状态信息进行监控就显得十分必要。

集装箱在各个作业环节中的状态包括集装箱当前所处的位置。目前，对于集装箱的定位主要是通过在集装箱内部安装一个长时间待机的定位终端来进行的。定位终端采集到的定位数据可以通过相应的通信技术发送至集装箱管理平台。

但是，受信号漂移等诸多因素的影响，定位终端采集的定位数据可能并不准确，据此确定的集装箱的位置可能与集装箱的真实位置存在较大误差。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种集装箱监控终端及集装箱监控系统，以解决现有技术中采用定位终端对集装箱进行定位，精度较差的问题。

本实用新型的第一方面提供了一种集装箱监控终端，包括控制单元，以及分别与所述控制单元连接的定位单元、传感单元和通信单元；其中：

所述定位单元，用于采集集装箱的位置信息，并将所述位置信息传输至所述控制单元；

所述传感单元，用于采集集装箱的状态信息，并将所述状态信息传输至所述控制单元；

所述控制单元，用于对所述位置信息和所述状态信息进行融合处理，得到所述集装箱的定位数据，并将所述定位数据传输至所述通信单元；

所述通信单元，用于将所述定位数据发送至集装箱管理平台。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，所述定位单元包括：

定位天线，用于接收定位系统发送的定位信号；

与所述定位天线连接的滤波电路，用于接收所述定位天线传输的所述定位信号，并对所述定位信号进行滤波处理；

与所述滤波电路连接的放大电路，用于接收所述滤波电路传输的处理后的定位信号，并对处理后的定位信号进行放大，获得所述集装箱的位置信息；

与所述放大电路连接的定位芯片，用于将所述位置信息传输至所述控制单元。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，所述滤波电路为双级滤波电路，所述双级滤波电路包括分立元件滤波电路和声表面波滤波电路；所述定位芯片为双模定位芯片，所述双模定位芯片为北斗卫星导航系统BDS和全球卫星定位系统GPS双模定位芯片。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，所述传感单元包括与所述控制单元连接的内部传感单元和外部传感单元，所述外部传感单元包括外部传感器接入单元，以及与所述外部传感器接入单元连接的至少一个分离式传感器。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，所述至少一个分离式传感器包括门磁传感器、光感传感器、温度传感器、湿度传感器或重量传感器中的至少一个。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，所述集装箱监控终端还包括与所述控制单元连接的应急定位通信单元，所述应急定位通信单元集成有北斗卫星无线电定位系统RDSS芯片；

所述应急定位通信单元，用于在所述通信单元无信号时，通过北斗RDSS通信链路，将所述集装箱的定位数据发送至所述集装箱管理平台。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，所述集装箱监控终端还包括与所述控制单元连接的自组网单元；

所述自组网单元，用于建立当前集装箱监控终端与多个其他集装箱监控终端之间的通信连接，根据多个集装箱监控终端的通信单元的信号强度，确定目标监控终端，通过所述目标监控终端将多个集装箱的定位数据发送至所述集装箱管理平台。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，所述集装箱监控终端还包括与所述控制单元连接的防拆单元；

所述防拆单元，用于在检测到作用于所述集装箱监控终端的压力大于预设压力值时，生成防拆告警信息。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，所述集装箱监控终端还包括分别与所述集装箱监控终端的各个单元连接的供电单元，所述供电单元包括电池供电模块和太阳能供电模块；

所述供电单元，用于为所述集装箱监控终端的各个单元进行供电。

本实用新型的第二方面提供了一种集装箱监控系统，包括集装箱，安装于所述集装箱中的集装箱监控终端，以及与所述集装箱监控终端通信连接的集装箱管理平台，所述集装箱监控终端为上述第一方面任一项所述的集装箱监控终端。

与现有技术相比，本实用新型包括以下优点：

本实用新型，通过集装箱监控终端中的定位单元和传感单元分别采集集装箱的位置信息和状态信息，然后由控制单元对上述位置信息和状态信息进行融合处理，有助于去除信号漂移，得到精确度高的定位数据，实现对集装箱的精确定位。

其次，集装箱监控终端可以基于定位单元，采用包括北斗、GPS等多种定位方式在内的高精度定位技术对集装箱的位置信息进行采集，并进行铁路、公路、海上航线的路径匹配，可以消除轨迹漂移现象。

第三，监控终端可以采用高精度定位算法与多种传感器算法相融合，通过自适应方式调整定位上报频率，在节能的同时，满足实时定位需求。

第四，监控终端可以基于自组网单元，采用自组网技术，选择信号最强或电量最多的集装箱监控终端作为对外通信的渠道，既解决了箱体重叠导致的信息屏蔽问题，又能进一步提高监控终端电池的利用率问题。

第五，监控终端通过结合门磁、光感、温湿度、重量等多种传感器，可以对集装箱及其货物进行监控，有效的确保货物安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一种集装箱监控终端的结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种集装箱监控终端的工作流程示意图；

图3是本实用新型提供的另一种集装箱监控终端的结构示意图；

图4是本实用新型提供的一种定位单元的结构示意图；

图5是本实用新型提供的一种电子围栏的示意图；

图6是本实用新型提供的一种集装箱监控终端自组网的示意图；

图7是本实用新型提供的一种无固定网关的通信方式的示意图；

图8是本实用新型提供的一种固定网关通信方式的示意图；

图9是本实用新型提供的一种供电单元的结构示意图；

图10是本实用新型提供的一种集装箱监控系统的示意图；

图11是本实用新型提供的一种集装箱管理平台的功能示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型。然而，本领域技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本实用新型。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

下面通过具体实施例来说明本实用新型的技术方案。

参照图1，示出了本实用新型提供的一种集装箱监控终端的结构示意图，集装箱监控终端(以下简称监控终端)可以安装于集装箱中，每个集装箱可以分别安装有一个监控终端，用于对该集装箱在装卸、运输等各个作业环节中的状态进行监控。该监控终端包括控制单元101，以及分别与控制单元101连接的定位单元102、传感单元103和通信单元104。

在本实用新型中，定位单元102可以采集集装箱的位置信息，并将位置信息传输至控制单元101。传感单元103可以采集集装箱的状态信息，并将状态信息传输至控制单元101。

在具体实现中，定位单元可以基于北斗卫星定位系统BDS或全球卫星定位系统GPS实现对集装箱位置信息的采集。

传感单元103采集的集装箱的状态信息可以包括集装箱当前的速度、加速度、姿态角度、重量，以及集装箱内外部的温度、湿度等信息。

在本实用新型中，控制单元101是整个监控终端的核心单元，其主要功能是完成与其他各个单元的连接、控制，实现监控终端的数据采集、数据处理、数据存储分析以及数据上报等功能。

在本实用新型中，控制单元101可以对定位单元102采集的位置信息和传感单元103采集的状态信息进行融合处理，得到集装箱的定位数据。通过控制单元101融合处理后的定位数据，能够有效去除信号漂移，提高定位精度。

控制单元101融合处理后的定位数据，可以被传输至通信单元104，由通信单元104将定位数据发送至集装箱管理平台，从而通过集装箱管理平台实现对全部集装箱的监控及管理。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，集装箱的状态信息可以包括集装箱的温度、湿度、重量、姿态角度等信息。通信单元104也可以将传感单元103采集的上述状态信息发送至集装箱管理平台，通过对状态信息进行处理，可以判断集装箱当前是否处于异常状态。

例如，通过对集装箱的姿态角度进行识别，可以判断集装箱是否出现侧翻或倾斜的情况；通过将温度、湿度与设定的集装箱标准温度、湿度进行比较，可以判断集装箱内部的货物是否出现变质等情况。

如图2所示，是本实用新型提供的集装箱监控终端的工作流程示意图。按照图2所示的流程，监控终端可以接收集装箱管理平台发送的待绑定的集装箱的箱号，并完成与集装箱的绑定。在使用监控终端对集装箱进行监控时，监控终端可以首先启动各个单元进行数据采集。例如，定位单元可以采集集装箱的位置信息，传感单元可以采集集装箱的状态信息。控制单元在接收到上述位置信息和状态信息后，可以结合状态信息对集装箱的位置信息进行融合处理，得到优化后的定位数据，该定位数据可以是精确度较高，能够准确反映集装箱当前所处位置的数据。另一方面，控制单元还可以单独对状态信息进行分析，判断集装箱当前是否存在异常状况。如果集装箱存在异常状况，则监控终端可以针对该异常状况生成告警信息，并将告警信息和优化后的定位数据一起上报至集装箱管理平台。若集装箱当前并不存在任何异常状况，则监控终端可以将传感单元采集到的状态信息和优化后的定位数据上报至集装箱管理平台，便于集装箱管理平台对该集装箱的状态进行实时监控。

在本实用新型中，通过集装箱监控终端中的定位单元和传感单元分别采集集装箱的位置信息和状态信息，然后由控制单元对上述位置信息和状态信息进行融合处理，有助于去除信号漂移，得到精确度高的定位数据，实现对集装箱的精确定位。

参照图3，示出了本实用新型提供的另一种集装箱监控终端的结构示意图，图3中的集装箱监控终端(以下简称监控终端)可以包括控制单元301，以及分别与控制单元301连接的定位单元302、传感单元303、通信单元304、应急定位通信单元305、自组网单元306、防拆单元307和供电单元308。

如图3所示，传感单元303可以包括与控制单元301连接的内部传感单元3031和外部传感单元3032；其中，外部传感单元3032包括外部传感器接入单元3032A，以及与外部传感器接入单元3032A连接的至少一个分离式传感器3032B。分离式传感器3032B可以包括门磁传感器、光感传感器、温度传感器、湿度传感器或重量传感器中的至少一个。

在图3所示的监控终端中，供电单元308不仅与控制单元301连接，还与监控终端的其他各个单元连接，即供电单元308分别与控制单元301、定位单元302、传感单元303、通信单元304、应急定位通信单元305、自组网单元306，以及防拆单元307连接，供电单元308可以为监控终端的上述各个单元进行供电。

下面分别对监控终端的各个单元进行介绍。

(1)控制单元：

控制单元是整个监控终端的核心，它的主要功能是完成和其他各个单元的相互连接、控制，实现监控终端的数据采集、数据处理、数据存储分析，以及数据上报等功能。

控制单元通过控制供电单元，可以控制其他各个单元的电源供应。并且，控制单元还可以通过接收供电单元的电压数据，实时掌握监控终端当前的电量，检测得到的电量信息可以上报至集装箱管理平台。当电量较低时，控制单元还可以生成低电量告警信息，通过将低电量告警信息上报至集装箱管理平台，可以提醒相关工作人员及时更换监控终端的供电单元，或者对监控终端供电单元的电池包进行处理，保证供电单元有充足的电量维持监控终端的正常工作。

控制单元可以控制通信单元的连接和断开、实现对通信单元工作模式的切换。控制单元还可以对通信单元接收到的数据进行分析、处理并存储。

控制单元可以控制应急定位通信单元的连接和断开、工作模式，实现对应急定位通信单元工作模式的切换。控制单元还可以对应急定位通信单元接收到的数据进行分析、处理并存储。通过控制单元可以实现通信单元和应急定位通信单元之间切换。

控制单元可以控制定位单元的连接和断开、实现对定位单元工作模式的切换。控制单元通过接收定位单元采集的位置信息，并将其与其他单元接收或采集的状态信息进行算法融合，得到优化处理后的定位数据。控制单元可以将定位数据进行存储，控制通信单元或应急定位通信单元将定位数据上报至集装箱管理平台。

控制单元可以对传感单元进行控制，实现对内部传感单元及外部传感单元的开关控制和数据接收。控制单元可以接收传感单元采集的数据，通过数据分析，确定集装箱是否存在异常状况。控制单元可以控制通信单元将集装箱的状态信息和异常告警信息上报至集装箱管理平台。

控制单元可以对防拆单元进行监控。一旦接收到防拆单元被破坏的信号，控制单元可以向集装箱管理平台发送监控终端被非法除拆的告警信息。

控制单元可以通过控制自组网单元，在当前监控终端与安装于其他集装箱中的监控终端之间形成自组网关系，并根据预先设定的自组网规则，接收其他监控终端的定位数据和状态信息，或将当前集装箱的定位数据和状态信息发送给其他监控终端。

(2)定位单元：

定位单元可以实现集装箱位置的实时监控和滤波优化功能，定位单元所采用的定位方式包括但不限于北斗定位、GPS定位、辅助GPS(Assisted GPS，A-GPS)、移动通信基站定位(LBS)等等。

定位单元可以包括定位天线、滤波电路、放大电路和定位芯片等等。其中，滤波电路分别与定位天线和放大电路连接，放大电路连接至定位芯片。

通过定位天线可以接收定位系统发送的定位信号；滤波电路在接收定位天线传输的定位信号后，可以对定位信号进行滤波处理，然后将处理后的定位信号传输至放大电路；放大电路接收到滤波电路传输的处理后的定位信号后，可以对处理后的定位信号进行放大，获得集装箱的位置信息；该位置信息可以被传输至定位芯片，由定位芯片传输至控制单元作进一步处理。

示例性地，定位单元中的滤波电路可以为双级滤波电路，该双级滤波电路可以包括分立元件滤波电路和声表面波滤波电路SAW；定位芯片可以为双模定位芯片，该双模定位芯片可以为北斗卫星导航系统BDS和全球卫星定位系统GPS双模定位芯片，即通过该双模定位芯片可以采用BDS系统和/GPS系统进行定位，提高定位准确性。

如图4所示，是本实用新型提供的一种定位单元的结构示意图。图4所示的定位单元由有源内置天线、双级滤波(即图4中的分立元件滤波电路和声表面波滤波电路SAW)和放大电路(即图4中的低噪声放大器LNA)、振荡电路等组成。

在具体实现中，定位单元的天线接收到的位置信息经过双级滤波电路滤波处理后，去掉噪声信号，又经过低通放大电路进行放大，可以进一步提高定位数据的质量。

定位单元输出的定位数据和内、外部传感单元输出的状态信息通过控制单元进行算法融合，能够有效去除漂移，提高监控终端的定位精度。

本实用新型通过监控终端的多级滤波，可以达到去掉噪声，放大信号，从而提高定位数据质量和定位精度的效果，实现集装箱的精确位置信息实时监控的目的。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，针对现有技术中定位精度低、定位频率低，导致集装箱的定位轨迹偏移严重，无法了解每个集装箱真实的实时位置的问题，本实用新型可以基于定位单元，针对不同场景，分别采用不同的定位方式及数据上报频率，实现对集装箱的精确定位。

通常，集装箱的运输作业过程可以包括国外段、海上段、国内陆运段、国内铁运段等不同阶段。针对每个阶段可以采用不同的定位方式。

如图5所示，是本实用新型提供的一种电子围栏的示意图。按照图5所示的划分方式，可以将各个阶段划定为不同的电子围栏，每个电子围栏根据业务流程特点和所需时长设定不同的更新上报频率。集装箱管理平台可从平台端统一分组更新电子围栏。在图5中，包括货场电子围栏、海关电子围栏等。其中，货场电子围栏可以对应货场装运及海外堆放等作业阶段，海关电子围栏可以对应海关查验阶段。货场电子围栏和海关电子围栏之间的作业阶段可以属于陆路在途(包括国内陆运段、国内铁运段和国外段)和海路在途(海上段)。每个作业阶段可以采用如下的定位方式：

a.在国内陆运段，可以使用北斗+GPS+LBS+AGPS+差分全球定位系统(Differential Global Position System，DGPS)亚米级高精度定位，使用GPRS、4G公网回传位置信息。根据传感器融合算法，针对不同的路段，采用不同的频率进行数据上报。在直路，可以降低定位频率；在弯路，可以提高定位频率。例如，集装箱在经过一段转弯交叉路口非常多，非常复杂的路段时，这时如果采用低定位频率，最终就会发现定位轨迹完全不在道路上，根据无法监控到实时的运输路线。此时，应该根据定位和传感器的算法融合，判断当前路况信息，根据路况信息来动态调整定位上传频率，增强定位轨迹的平滑度。通过自适应的方式上报定位数据，并且对定位数据做公路地图匹配，可以解决漂移问题。

b.在国内铁运段，通过匹配运输线路，并根据多模高精度定位功能和传感器融合算法，动态自适应调整定位上报频率，实现无偏和实时的定位。

c.在海上段，可以使用北斗多模定位，通过集装箱的箱号关联船号，对接船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)系统，实现海上无公网位置上报；或者，还可使用北斗短报文实现位置上传。船上的AIS系统采用的定位天线是外置的蘑菇头定位天线，相比监控终端采用的内置天线，定位精度更高。而且，AIS系统不受电池寿命制约，上报的频率甚至可以达到1秒一次，定位打点非常密集，定位轨迹也可以更加平滑。

d.在国外段，可以使用北斗多模定位，通过漫游GPRS、4G网络等实现位置上报。

本实用新型针对物流业务场景化需求，将集装箱的作业过程划分为不同的电子围栏区域，根据不同电子围栏的作业模式，运输模式的差异，结合定位算法和内部传感器算法，判断出当前的路况信息，从而实现动态调节定位上传频率的目的。

(3)传感单元：

传感单元包括内部传感单元和外部传感单元。其中，内部传感单元包括速度、加速度，以及角速度测试单元等，主要用于实现监控终端的速度、加速度和姿态状态的检测功能。控制单元通过获取内部传感单元的速度、加速度和姿态数据，可用于判断集装箱是处于移动状态还是静止状态；护着，也可给合其他状态信息用于判断集装箱的是否处于异常状态。例如，碰撞、倾翻等异常状态。

外部传感单元可以由集成于监控终端的外部传感器接入单元和外部分离式传感器组成，主要用于实现对外部的分离式传感器进行控制、接收外部分离式传感器采集的状态信息，实现对集装箱实时状态的监控。

外部分离式传感器可以由门磁、光感、温度、湿度，以及重量等传感器组成，可分散安装于集装箱内部，分别用于采集集装箱及其货物的状态信息，并且将状态信息通过外部传感器接入单元发送给监控终端，实现不同维度的货物与集装箱信息收集，并对异常的状态进行预警和报警，保证集装箱和货物的安全。外部分离式传感器可以采用紫峰(ZigBee)、蓝牙等无线网络方式将状态信息发送给监控终端。

各个外部分离式传感器可以实现以下功能：

a.温度检测：通过温度传感器监控环境温度及集装箱内部温度。通过温度检测，可以判断货物是否有异常，或者集装箱内外部是否存在火警的可能。

b.空重载检测：可以用于对集装箱的空、满状态进行监控，提高集装箱利用率。同时，通过与其他传感器数据相结合，也可以用于判断货物是否存在被偷盗的风险，确保货物安全。

c.开关门检测：通过在集装箱箱门内安装开关门探测传感器(如门磁或光感传感器)，可以检测箱门的开关状态，确保货物安全。

d.非规范作业检测：当集装箱处于转运区，正在被转运时，可以通过判断监控终端的速度数据和姿态数据，确定集装箱是否超过正常搬运的最大的速度值和姿态值。若是，则可以结合光感传感器，来判断集装箱是否存在被损坏的可能，从而进一步判断有是否存在操作不当的可能。

(4)通信单元：

通信单元负责对外通信，主要完成监控终端和集装箱管理平台之间的通信。通信单元采用的通信方式包括但不限于2G、3G、4G(例如CAT.1、CAT.4等)、窄带物联网(NarrowBand Internet of Things,NB-IoT)等。其中，由于4G通信技术的广泛应用，其适用场景相对较广且功耗较低，可以作为首选推荐的通信方式。

通信单元在实现监控终端和集装箱管理平台之间的通信时，可以根据控制单元的指令，将集装箱的位置信息、定位数据、状态信息，及各类告警信息、报警信息等上报至集装箱管理平台，并接收管理平台的相关信息或指令。

(5)应急定位通信单元：

应急定位通信单元可以集成有北斗卫星无线电定位系统(radio determinationsatellite system，RDSS)芯片。例如，北斗RDSS射频收发芯片、RDSS基带芯片、功放芯片及其他LNA电路，通过外接北斗用户身份识别模块(Subscriber Identification Module，SIM)卡和无源天线实现北斗RDSS的短报文通信功能和卫星定位功能。

应急定位通信单元可以在通信单元无信号时，通过北斗RDSS通信链路，将集装箱的定位数据等信息或数据发送至集装箱管理平台，实现监控终端的应急通信功能。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，针对集装箱在海运过程中，由于海上架设不了通信基站，监控终端无法通过无线传输的方式将定位数据实时上传至集装管理平台的问题，本实用新型可以采用监控终端的应急定位通信单元，对接船上AIS系统进行位置上报，从而实现对集装箱位置的监控。采用这种方式，不仅可以提高定位的精度，实现实时位置监控的目的，而且还可以最大限度降低监控终端的功耗，提高监控终端的使用寿命。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，可以结合电子围栏和监控终端的通信单元的信号强度，作为应急定位通信单元工作的切换开关，而应急定位通信单元是否有数据需要上报至集装箱管理平台又可以作为平台是否连接AIS系统的切换开关。

(6)自组网单元：

自主网单元可以采用无线传输技术实现多个监控终端之间的自组网及相互通信功能。多个监控终端之间的通信方式包括但不限于Zigbee、蓝牙、远距离无线电(LongRange Radio，LORA)等。

通过自主网单元实现的多个监控终端之间的自组网功能，主要用于解决箱体重叠无信号时，个别或部分集装箱监控终端无法与集装箱管理平台之间的通信的问题。例如，在建立当前集装箱监控终端与多个其他集装箱监控终端之间的通信连接后，可以根据多个集装箱监控终端的通信单元的信号强度，确定目标监控终端，目标监控终端可以是信号强度最强的监控终端。然后，通过目标监控终端将多个集装箱的定位数据等数据或信息发送至集装箱管理平台。

如图6所示，是本实用新型的一种集装箱监控终端自组网的示意图。图6中的集装箱可以通过自组网技术将附近的其他集装箱组成一个本地集群网络。来自集群的所有信息可以由一个监控终端进行收集，可以将多个集装箱中具有最佳信号强度和/或最佳电池电量的监控终端作为信息传输的目标监控终端。因此，如果将100个集装箱堆放在一起，即使有99个集装箱的监控终端出现信号屏蔽或信号弱的问题，只要其中一个集装箱监控终端有信号，就可以通过自组网的方式将全部集装箱的信息或数据上报至集装箱管理平台，从而解决信号重叠屏蔽问题。通过自组网，可以由一个监控终端与集装箱管理平台进行通信，能够有效降低其他监控终端的耗电量，提高监控终端的使用寿命。

在本实用新型的一种可能的实现方式中，通过自组网实现的通信方式可以包括两种，即无固定网关通信方式和固定网关通信方式。下面结合两个具体的示例，分别对无固定网关通信方式和固定网关通信方式进行介绍。

a.无固定网关通信方式

如图7所示，是本实用新型提供的一种无固定网关的通信方式的示意图。每个集装箱上的监控终端可以采用无线传输技术实现多个监控终端之间的自组网及相互通信功能。在具体实现中，由于Zigbee功耗更低，抗干扰能力更强，可以优先使用Zigbee方式进行组网。

每个监控终端可以作为一个节点，相连的节点通过比较接收到的通信信号的信号强度来区分是主节点还是次节点。例如，在图7中，序号为1，2，3，4，5的五个节点，经过比较，1号节点的信号最强。那么，可以将1号节点作为主节点，2，3，4，5号节点作为次节点。次节点将采集到的信息发送至主节点1，然后，由主节点1将全部信息一起打包传输至集装箱管理平台。例如，主节点可以通过图7中所示的无线网络将信息传输至集装箱管理平台。

节点1在将信息传输至集装箱管理平台前，还可以再次确认信号强度是否大于或等于预设值。如果当前的信号强度大于或等于预设值，则1号节点可以将打包后的信息上报集装箱管理平台。如果当前的信号强度小于预设值，则1号节点可以作为中继节点，将打包后的信息发送给相邻的其他节点，由其他节点进行信号传输。

例如，在图7中，经过多次比较和判断，最终可以确定由9号节点作为主节点，将信息上报至管理平台。因此，在本示例中，9号节点为主节点，1号节点和6号节点为中继节点，而其他节点为次节点。

由于各个监控终端接收到的信号强度是实时变化的，所以主节点、中继节点和次节点可能也一直在发生变化。因此，按照本示例实现的这种自组网方式是动态变化而且随机的。因此，由其中一个信号强度最强的节点上报监控信息，可以解决其他监控终端由于信息屏蔽、信号干扰等造成的信号弱，或无信号，无法实时上传监控信息的问题。同时也可以解决其他监控终端为了降低无线电干扰抵制网络的形成和维护，需要更大的功耗去传输信息，从而降低了电池寿命的问题，可以有效解决集装箱重叠时信号干扰或屏蔽的问题，并提高了电池的利用率。

需要说明的是，按照本示例所介绍的组网及通信方式，可能存在监控终端电池使用不平衡的问题。例如，某个监控终端由于所处的位置较好，在很长一段时间内信号一直是最好的，因此可能一直由它来作为主节点传输信息给集装箱管理平台，可能造成该监控终端电量使用过度的问题，导致其续航能力较差。

因此，在本示例中，还可以利用电量和信号强度两个条件进行综合判断，来平衡自组网中各个监控终端的用电量。例如，可以设定一个信号阈值Y，然后，根据信号阈值Y选出几个信号强度大于Y的节点，通过比较剩余电量值，从而可以选择其剩余电量值最充足的节点作为对外传输的主节点。

b.固定网关通信方式

如图8所示，是本实用新型提供的一种固定网关通信方式的示意图。固定网关可以在码头，货场，铁路站点等场景下固定设置，固定网关可以由固定场所提供的市电进行供电，因此固定网关可以不受电量控制。

与图7所示的无固定网关通信方式类似，在采用图8所示的固定网关通信时，各个节点可以通过比较通信信号的信号强度，判断出次节点、中继节点和主节点，最终由主节点将信息打包发送给固定网关，然后再由固定网关将其传输至集装箱管理平台。

(7)防拆单元：

防拆单元可以实现监控终端强行拆除的报警功能。当防拆单元检测到作用于集装箱监控终端的压力大于预设压力值时，可以生成防拆告警信息。防拆告警信息可以通过通信单元发送至集装箱管理平台。

防拆单元可以主要由多个强磁(钕铁硼永磁铁)和防拆装置组成。当强行拆除的力量超过磁铁吸力，导致监控终端被拆除时，可以触发防拆装置的报警功能。防拆单元可以通过控制单元及通信单元向集装箱管理平台发出监控终端被非法除拆的告警信息。

(8)供电单元：

供电单元可以实现充电、电源管理及不同供电模块之间的切换等功能，用于向监控终端的各个单元提供电源供应。供电单元包括电池供电模块和太阳能供电模块。电池供电模块可以一次性高容量、宽工作温度的电池包。

如图9所示，是本实用新型提供的供电单元的结构示意图。监控终端各个单元的主要供电来源是图9中的一次性电池包。一次性电池包可以采用多颗一次性高容量锂电池并联进行供电，或者，也可以采用串连方式进行供电。

供电单元采用一次性电池包的原因是监控终端固定安装于集装箱中，不方便采用有线或无线的方式进行充电，且充电方式维护成本过高。产品的特性决定监控终端对电池的续航能力要求比较高，相对于可充电锂电池，一次性高容量锂电池的自放电量低，使用寿命更长。在图9中，一次性电池包可以加上一个超级电容，用于解决一次性电池瞬间放电量较低，无法满足监控终端在工作过程中电流较大的需求。通过增加一个超级电容，可以瞬息通过超级电容放电来满足电流供应的需求。

如图9所示，太阳能供电模块包括太阳能供电板和太阳能采集充电电路。其中，太阳能采集充电电路由太阳能采集电路、蓄电池充电电路和蓄电池组成。太阳能供电模块通过太阳能供电板对太阳能进行采集，将采集到的光能转化为电能，并存储在蓄电池中。蓄电池的电量可以补充作为监控终端待机电流使用。通过使用太阳能供电，可以进一步提高监控终端的使用寿命。

在图9中，一次性电池包和太阳能供电模块均可以连接至相应的电源检测电路。电源检测电路用于检测一次性电池包和蓄电池的电量，并将检测到的电量数据发送至控制单元。控制单元根据检测到的电量进行相应的控制处理。当电量低于设定值时，监控终端可以向集装箱管理平台发送告警信息。

图9中的隔离电路主要用于隔离一次性电池包和太阳能供电模块，防止电流回窜。

在蓄电池有电且工作电流较低的情况下，太阳能供电模块的电压相对较高。此时，电源管理模块PMU可以将监控终端的供电模式自动切换为由太阳能供电模块来供电。而在工作电流较高的情况下，太阳能的电流供应不上，电压就会降低。此时，PMU可以自动切换成由一次性电池包进行供电。因此，供电单元中的太阳能供电模块主要用于补充休眠状态的用电。

图9中的PMU可以完成监控终端电源的处理和分配，为监控终端所有需要供电的单元进行供电，同时接受控制单元的控制指令，实现电源的合理分配和控制。

在本实用新型中，集装箱监控终端可以基于定位单元，采用包括北斗、GPS等多种定位方式在内的高精度定位技术对集装箱的位置信息进行采集，并进行铁路、公路、海上航线的路径匹配，可以消除轨迹漂移现象。其次，监控终端可以采用高精度定位算法与多种传感器算法相融合，通过自适应方式调整定位上报频率，在节能的同时，满足实时定位需求。第三，监控终端可以基于自组网单元，采用自组网技术，选择信号最强或电量最多的集装箱监控终端作为对外通信的渠道，既解决了箱体重叠导致的信息屏蔽问题，又能进一步提高监控终端电池的利用率问题。第四，监控终端通过结合门磁、光感、温湿度、重量等多种传感器，可以对集装箱及其货物进行监控，有效的确保货物安全。

如图10所示，是本实用新型提供的一种集装箱监控系统的示意图。图10中的集装箱监控系统可以包括集装箱(图中未示出)，安装于集装箱中的集装箱监控终端，以及与集装箱监控终端通信连接的集装箱管理平台。

图10中的集装箱监控终端可以通过各自的自组网单元实现自组网。自组网后的多个集装箱监控终端可以将根据定位系统得到的定位数据通过无线网络等方式发送至集装箱管理平台的服务器。用户在集装箱管理平台中完成的业务操作可以通过电脑WEB端或手机APP等方式实现。

如图11所示，是本实用新型提供的集装箱管理平台的功能示意图。整个集装箱管理平台可以包括如下功能：

(1)物流业务系统接入功能

集装箱管理平台通过接入物流业务系统(包括海铁联运航线系统，物流系统，作业系统等)，可以实现数据共享。并在此基础上，结合其他功能单元或模块，提高集装箱位置监控的精度，为告警信息的分析、时效信息的分析提供依据，作为大数据分析的主要信息来源之一。

(2)集装箱资产管理功能

集装箱资产管理功能主要是对集装箱进行资产登记，将集装箱信息录入系统，并将监控终端和集装箱进行关联，实现资产绑定。通过电脑WEB端或手机APP端向用户提供资产信息查询功能，包括所有箱体位置状态(地图展示当前存放地点、空/满箱等)，箱体基本信息(箱号、尺寸、类型、箱属等)。

(3)集装箱位置监控功能

集装箱位置监控功能主要是实现位置信息的获取，优化及显示功能。

主要是通过监控终端实时获取集装箱的位置信息，并将获取到的位置信息结合电子围栏信息，地图匹配技术，物流航线匹配技术进行滤波优化，提高定位精度和轨迹平滑度，并将优化的位置信息实时显示在集装箱管理平台WEB端或手机APP上的监控地图上。

(4)集装箱状态监控功能

主要是通过监控终端接收监控终端内部传感器和外部分离式传感器信息，包括门磁，光感，温湿度，重量等传感信息，对集装箱的状态和货物的状态进行实时监控分析，并且针对异常状态通过集装箱管理平台WEB端或手机APP向用户发出告警信息。同时监控告警信息的处理情况，直到告警信息被关闭。

(5)时效分析功能

时效分析功能主要是根据获取到的位置信息对集装箱的时间节点信息进行统计、分析以及预测等。通过时效分析，可以对集装箱在每个物流节点停留的时间，物流节点之间运输时长等进行统计分析。结合每个物流节点上集装箱位置信息和状态信息，可以对物流节点的状态进行分析。通过对接业务系统，分析和统计冗余节点，并对时效异常的节点进行告警，实现监控告警信息的处理，直到告警信息被关闭。

(6)智能路线规划功能

根据历史信息，结合接入的业务平台，进行大数据分析，预计运输时长，对冗余时效进行智能分析，智能规划调度和物流路线。

本实用新型中的集装箱监控终端的相关功能可以参见前述实施例中的介绍，在此不再赘述。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集装箱监控终端，其特征在于，包括控制单元，以及分别与所述控制单元连接的定位单元、传感单元和通信单元；其中：

所述定位单元，用于采集集装箱的位置信息，并将所述位置信息传输至所述控制单元；

所述传感单元，用于采集集装箱的状态信息，并将所述状态信息传输至所述控制单元；

所述控制单元，用于对所述位置信息和所述状态信息进行融合处理，得到所述集装箱的定位数据，并将所述定位数据传输至所述通信单元；

所述通信单元，用于将所述定位数据发送至集装箱管理平台。

2.根据权利要求1所述的集装箱监控终端，其特征在于，所述定位单元包括：

定位天线，用于接收定位系统发送的定位信号；

与所述定位天线连接的滤波电路，用于接收所述定位天线传输的所述定位信号，并对所述定位信号进行滤波处理；

与所述滤波电路连接的放大电路，用于接收所述滤波电路传输的处理后的定位信号，并对处理后的定位信号进行放大，获得所述集装箱的位置信息；

与所述放大电路连接的定位芯片，用于将所述位置信息传输至所述控制单元。

3.根据权利要求2所述的集装箱监控终端，其特征在于，所述滤波电路为双级滤波电路，所述双级滤波电路包括分立元件滤波电路和声表面波滤波电路；所述定位芯片为双模定位芯片，所述双模定位芯片为北斗卫星导航系统BDS和全球卫星定位系统GPS双模定位芯片。

4.根据权利要求1-3任一项所述的集装箱监控终端，其特征在于，所述传感单元包括与所述控制单元连接的内部传感单元和外部传感单元，所述外部传感单元包括外部传感器接入单元，以及与所述外部传感器接入单元连接的至少一个分离式传感器。

5.根据权利要求4所述的集装箱监控终端，其特征在于，所述至少一个分离式传感器包括门磁传感器、光感传感器、温度传感器、湿度传感器或重量传感器中的至少一个。

6.根据权利要求4所述的集装箱监控终端，其特征在于，还包括与所述控制单元连接的应急定位通信单元，所述应急定位通信单元集成有北斗卫星无线电定位系统RDSS芯片；

所述应急定位通信单元，用于在所述通信单元无信号时，通过北斗RDSS通信链路，将所述集装箱的定位数据发送至所述集装箱管理平台。

7.根据权利要求1-3或5-6任一项所述的集装箱监控终端，其特征在于，还包括与所述控制单元连接的自组网单元；

所述自组网单元，用于建立当前集装箱监控终端与多个其他集装箱监控终端之间的通信连接，根据多个集装箱监控终端的通信单元的信号强度，确定目标监控终端，通过所述目标监控终端将多个集装箱的定位数据发送至所述集装箱管理平台。

8.根据权利要求7所述的集装箱监控终端，其特征在于，还包括与所述控制单元连接的防拆单元；

所述防拆单元，用于在检测到作用于所述集装箱监控终端的压力大于预设压力值时，生成防拆告警信息。

9.根据权利要求1-3或5-6或8任一项所述的集装箱监控终端，其特征在于，还包括分别与所述集装箱监控终端的各个单元连接的供电单元，所述供电单元包括电池供电模块和太阳能供电模块；

所述供电单元，用于为所述集装箱监控终端的各个单元进行供电。

10.一种集装箱监控系统，包括集装箱，安装于所述集装箱中的集装箱监控终端，以及与所述集装箱监控终端通信连接的集装箱管理平台，其特征在于，所述集装箱监控终端为权利要求1-9任一项所述的集装箱监控终端。

Images