JP2008041104A - 貨物コンテナに関するデータを集める方法 - Google Patents

Abstract

【課題】追跡すべき資産のローカル・エリア・ネットワークを使用して、輸送中の商品の状態や完全性を監視する。
【解決手段】 輸送中の貨物に近接して配置された自律性の電子センサが、マターモードのトランシーバを介して、商品のコンテナに取り付けられた資産追跡装置と通信する。追跡装置は、要求により、例外的に、または中央局により設定された所定のスケジュールで、貨物センサ・データを中央局に中継する能力を有する。貨物センサと追跡装置との間の通信は一方向（すなわちセンサから追跡装置へ）または両方向で行われる。
【選択図】図２

Description

本発明は資産の追跡に関するものであり、更に詳しくは宇宙をベースとした広域測位システム（ＧＰＳ：ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を使用して、物資や運搬装置等の資産の追跡に関するものである。本発明は、位置を報告すると共に、輸送されている商品の状態および完全性を報告するように、このような資産追跡システムを改善する。

製造工場、倉庫または通関港から目的地へ輸送される商品は通常、適時に安全に引き渡しが行えるよう追跡される。従来の追跡の一部は、輸送文書および流通証券を使用して行われてきた。これらの内のあるものは商品と一緒に運ばれ、他のものは郵便または定期便によって受領目的地に送られる。この紙の追跡により記録が得られるが、これは商品が安全に引き渡しされて受領された場合のみ完了する。しかし、輸送中の商品の位置を知ることが必要になることがある。商品の位置の情報は、在庫管理、日程管理および監視に使用することができる。

輸送者は、自分の運搬装置を追跡し、それらの運搬装置にどんな商品が積み込まれるかを知ることにより、商品の位置についての情報を提供してきた。商品は、たとえば輸送コンテナまたはコンテナ・トラックに積み込まれることが多く、輸送コンテナ、コンテナ・トラックは鉄道車両に積み込まれる。このような運搬装置を追跡するために種々の装置が使用されてきた。鉄道車両の場合には、鉄道車両に取り付けられている受動的な無線周波（ＲＦ）トランスポンダを使用して、各鉄道車両が中間局を通過するときに各鉄道車両の問い合わせを容易にし、鉄道車両の識別標識を供給する。次にこの情報は、放射信号または陸上線路により、鉄道車両の位置を追跡している中央局に送られる。しかしこの手法には、特定の鉄道車両が長時間にわたって待避線に止まっている間は中間局を通過しないという欠陥がある。更に、中間局の設備は高価であるので、鉄道線路のレイアウトに応じて、間隔を変えて中間局を設置するという妥協が必要となる。したがって位置情報の精度は、鉄道線路上の場所に応じて変わる。

最近、列車等の種々の運搬装置を追跡するために移動追跡装置が使用されてきた。通信はセル状移動電話またはＲＦ無線リンクによって行われてきた。このような移動追跡装置は一般に、すぐ使える電源のある機関車に据え付けられる。しかし、輸送コンテナ、コンテナ・トラック・トレーラおよび鉄道車両の場合には、類似の電源は容易には得られない。コンテナおよび運搬装置に取り付けられ得る移動追跡装置は、確実で経済的な動作を行うために電力効率が良くなければならない。通常、移動追跡装置は、一組の航行局から送信される航行信号に応答する航行装置、たとえば宇宙をベースとした広域測位システム（ＧＰＳ）の受信器または他の適当な航行装置を含む。上記の航行局は宇宙局であっても、地上局であってもよい。いずれの場合も、航行装置は、航行信号に基づいて運搬装置の位置を表すデータを供給することができる。更に、追跡装置は、運搬装置に取り付けられた検知素子から取得された運搬装置の位置データおよび他のデータを遠隔位置に送信するための適当な電磁放出器を含むことができる。現在の資産位置測定方法では、位置を決定して中央局に報告するハードウェアを各被追跡品目に個別に設けなければならない。このように、被追跡資産は輸送中の他の資産についてまたは自分自身に対する他の資産の可能な関係について全く「知らない」。中央局に報告する際に、このようなシステムでは、報告されている資産の数にほぼ比例した帯域幅を必要とする。このようなシステム全体の総電力消費も被追跡資産の数に比例する。更に、航行装置および電磁放出器は一般に、付勢されたとき移動追跡装置の総電力消費の大きな部分を必要とするので、このような装置をそれぞれ作動させる比率を制御して、それぞれのデューティサイクルを制限することにより、移動追跡装置の総電力消費を最小にすることが望ましい。

現在のほとんどの資産追跡システムは陸上形システムであり、その中では資産上の無線装置は公衆陸上移動無線ネットワークまたはセル状ネットワークのような固定のネットワークの中間局に情報を送信する。これらのネットワークは広範な通達範囲を有しておらず、資産追跡装置は高価である。オムニトラックス（ＯＭＮＩＴＲＡＣＫＳ）として知られているクアルコム社（Ｑｕａｌｃｏｍｍ Ｉｎｃ．）によって開発された衛星をベースとしたトラック追跡システムが、米国およびカナダで稼働している。このシステムを動作させるためには専用の指向性アンテナおよびかなりの電力が必要であり、２つの衛星から求められる運搬装置の位置は約１／４ｋｍの精度で得られる。米国特許第５，１２９，６０５号には、列車の機関車に設置されるための鉄道車両測位システムが説明されている。この鉄道車両測位システムは、ＧＰＳ受信器、車輪タコメータ、トランスポンダ、および機関士からの手動入力を使用することにより、位置報告を作成するための入力信号を供給する。

１９９５年６月７日出願の米国特許出願第０８／４８４，７５０号および米国特許出願第０８／４８７，２７２号に開示されている資産追跡システムでは、「マター（ｍｕｔｔｅｒ）モード」のローカル・エリア・ネットワークに基づく追跡システムを使用してデータを発生して、このデータを中央局に送信している。この資産追跡システムには、２つの通信モードがある。１つのモードは中央局と追跡装置との間の通信であり、これは通常、衛星を介して行われる。他のモードは、「マターモード（ｍｕｔｔｅｒ ｍｏｄｅ）」と呼ばれ、追跡装置相互の間のローカル・エリア・ネットワークである。その中の１つの追跡装置はマスタ装置と呼ばれ、中央局と通信する。この資産追跡システムは移動中の資産を追跡するための信頼性のある正確なシステムであるが、輸送される商品の状態や完全性も監視することが必要な状況がある。商品の中には温度や衝撃に敏感なものもあり、また本来価値の特に高い商品もある。
米国特許第５，１２９，６０５号

したがって、本発明の目的は、被追跡資産のローカル・エリア・ネットワークを使用して、移動中の商品の状態および／または完全性を監視する方法を提供することである。

本発明によれば、自律性の電子センサが輸送中の貨物に取り付けられるか、またはその中に配置される。これらのセンサは、上記の１９９５年６月７日出願の米国特許出願第０８／４８４，７５０号および米国特許出願第０８／４８７，２７２号に説明されている種類のマターモードのトランシーバを介して資産追跡装置と通信する。追跡装置は、要求により、例外的に、または中央局により設定された所定のスケジュールで、貨物センサ・データを中央局に中継する能力を有する。貨物センサと追跡装置との間の通信は一方向（すなわちセンサから追跡装置へ）であってもよいし、両方向であってもよい。多数のセンサが各追跡装置と通信してもよい。

新規性があると考えられる本発明の特徴は特許請求の範囲に記載されている。しかし、本発明ならびに本発明の上記以外の目的および利点は、付図とともに以下の説明を参照することにより最も良く理解することができよう。

図１はＧＰＳ衛星の配列からの航行信号を用いる移動追跡装置を示すが、上記のようにＧＰＳの代わりに他の航行システムを使用することができる。追跡または監視すべきそれぞれの積み荷を運ぶ運搬装置、たとえば車両１２Ａ−１２Ｄに一組の移動追跡装置１０Ａ−１０Ｄが取り付けられる。各移動追跡装置（以後まとめて１０と表す）と中央局１８との間に、通信リンク１４、たとえば通信衛星１６を介した衛星通信リンクを設けることができる。中央局１８には、一人以上の操作員が配置され、移動追跡装置を有する各運搬装置に対する位置および状態の情報を表示するための適当な表示装置等が設けられている。適当な検知素子で測定された運搬装置の状態または事象を送信するために、通信リンク１４を都合よく使用することができる。通信リンク１４は片方向（移動追跡装置から遠隔の中央局へ）または両方向とすることができる。両方向の通信リンクでは、メッセージおよび指令を追跡装置に送ることができるので、通信の信頼度が更に向上する。ＧＰＳ衛星の配列、たとえばＧＰＳ衛星２０Ａおよび２０Ｂは、非常に正確な航行信号を供給する。これらの航行信号は、適当なＧＰＳ受信器によって取得して、運搬装置の位置および速度を決定するために使用することができる。

簡単に述べると、ＧＰＳは米国国防省によって開発され、１９８０年代を通じて次第に稼働されてきた。ＧＰＳ衛星は拡散スペクトル技術を使用して、Ｌバンドの周波数の無線信号を絶えず送信する。送信される無線信号は擬似ランダム系列を伝える。これらの擬似ランダム系列により、ユーザは地表上の位置（約１００フィート以内）、速度（約０．１ＭＰＨ以内）、および精密な時間情報を決定することができる。ＧＰＳ衛星のそれぞれの軌道が全世界を包含するように選択されているという点で、そしてこのような非常に正確な無線信号が米国政府により無料でユーザに提供されているという点で、ＧＰＳは使用するのに特に魅力的な航行システムである。

図２は移動追跡装置１０を示す。移動追跡装置１０は航行装置５０を含み、航行装置５０は運搬装置の位置に事実上対応するデータを発生することができる。航行装置の選択は、移動追跡装置に航行信号を供給するために使用される特定の航行システムによって左右される。好ましくは航行装置は多チャネル受信器のようなＧＰＳ受信器であるが、対応する航行システムから信号を取得するために設計された他の受信器を代わりに用いてもよい。たとえば、航行装置は、運搬装置の位置の所要の精度に応じて、ロランＣ（Ｌｏｒａｎ−Ｃ）受信器、またはＧＰＳ受信器に比べて精度の低い他のこのような航行受信器を含んでいてもよい。また、航行装置は、本来、中央局と両方向通信を行い、このような両方向通信を実行するために別個に付加的な構成要素を動作させる必要の無いトランシーバを含んでいてもよい。簡単に述べると、このようなトランシーバにより、衛星距離測定手法を実行することが可能になる。この衛星距離測定手法では、宇宙での位置がわかっている２つの衛星から運搬装置および中央局までの距離測定値を使用するだけで運搬装置の位置が決定される。このような航行装置は電力を必要とするので、電源をそなえていない運搬装置（たとえば貨物コンテナ、貨物を運ぶために使用される鉄道車両、トラック・トレーラ等）に搭載の移動追跡装置の確実で経済的な動作に対して厳しい制約を課す。たとえば、代表的な現在のＧＰＳ受信器は一般に、２ワットもの電力を必要とする。ＧＰＳ受信器が位置決定を行うためには、ＧＰＳ受信器をある最小期間付勢して、与えられた一組のＧＰＳ衛星から充分な信号情報を取得することにより航行解を求めるようにしなければならない。本発明の主要な利点は、移動追跡装置の航行装置および他の構成要素の作動率または使用率を選択的に下げることにより、移動追跡装置の所要エネルギを大幅に下げられるということである。特に、運搬装置が停止している間、航行装置の作動率を下げれば、移動追跡装置の所要エネルギは大幅に、たとえば少なくとも１／１００に減らすことができる。

移動追跡装置１０は、航行装置５０から機能的に独立した通信トランシーバ５２を含む。航行装置にトランシーバが含まれていれば、トランシーバ５２の機能は航行装置５０のトランシーバで行うことができる。通信トランシーバ５２と航行装置５０の両方とも、制御器５８によって作動される。制御器５８は、クロック・モジュール６０からクロック信号を受信する。トランシーバ５２は通信リンク１４（図１）を介して中央局に運搬装置の位置データを送信し、同じリンクを介して中央局から指令を受信することができる。ＧＰＳ受信器が使用される場合には、ＧＰＳ受信器とトランシーバを都合よく単一の装置として一体化して、設置と動作の効率を最大限にすることができる。このような一体化装置の一例が、米国カリフォルニア州サニベール所在のトリムブル・ナビゲーション社（Ｔｒｉｍｂｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）から入手できるギャラクシー・インマーサット・シー・ジーピーエス（Ｇａｌａｘｙ Ｉｎｍａｒｓａｔ Ｃ／ＧＰＳ）一体装置である。これは、中央局と移動追跡装置との間のデータ通信および位置報告に都合のよいように設計されている。ＧＰＳ信号取得と衛星通信の両方に対して単一の低プロフィールのアンテナ５４を使用することができる。

低電力で短距離の無線リンクにより、近傍の追跡装置をネットワークに加わらせて、このようなネットワークの電力消費を最小にし、高い信頼性と機能を維持することが可能になる。各追跡装置は、図２に示すように、電源６２（これは充電回路６４を介して太陽電池のアレー６６によって充電することができる蓄電池パックを含んでいる）、ＧＰＳ受信器５０、通信トランシーバ５２、ならびに種々のシステムおよび運搬装置のセンサ６８Ａ−６８Ｄに加えて、低電力のローカル・トランシーバ７０およびマイクロプロセッサ７２を含む。マイクロプロセッサ７２は追跡装置の他の要素のすべてと連絡して、それらを制御する。トランシーバ７０は、現在の無線ローカル・エリア・ネットワークで使用されているような市販のスペクトル拡散（ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）トランシーバとすることができる。スペクトル拡散トランシーバ７０には、それ自身の低プロフィールのアンテナ７４が設けられる。

ローカル・トランシーバ７０を利用して、マイクロプロセッサ７２は通信範囲内の他のすべての追跡装置と通信して、動的に構成されたローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）を形成する。この動的に構成されたＬＡＮを以後「マター（ｍｕｔｔｅｒ）ネットワーク」と呼ぶ。このようなマターネットワークが全体的に図３に示されている。図２に示されるような形式の追跡装置を取り付けた多数の貨物車両８２₁ ，８２₂ ，．．．，８２_n が列車に含まれるときには、これらの装置のすべては情報を交換する。各マイクロプロセッサはそれ自身のそれぞれの追跡装置の電源に結合されているので、各追跡装置の利用できる電力の状態も交換することができる。一旦この情報が利用可能になれば、最も大きな利用可能電力（すなわち、最も充分に充電された蓄電池）を有する追跡装置がマスタとして指定され、他の追跡装置がスレーブとなる。マスタ追跡装置はＧＰＳ位置および速度受信機能を遂行し、これらのデータを列車上の他のすべての追跡装置の識別標識（ＩＤ）とともに組み立て、この情報を単一のパケットで周期的に通信衛星８６を介して中央局８４に送信する。

監視すべき商品の中または上に配置される形式のセンサが、図４にブロック図形式で示されている。基本回路は、アンテナ１０２に結合された送信器１００、マイクロ制御器１０４、およびクロック１０６を含む。クロック１０６により送信器がトリガされて、周期的に（たとえば１５分毎に）データを送信する。クロック、マイクロ制御器および送信器はすべて、蓄電池１０８から電力が与えられる。一つ以上の環境センサが、たとえば、商品が輸送中に受ける温度および衝撃をそれぞれ監視するための温度センサ１１０および加速度計１１２が、マイクロ制御器１０４に結合されている。環境センサの出力信号がマイクロ制御器１０４に供給される。マイクロ制御器１０４は信号をアナログ・ディジタル変換し、データをフォーマット化して、送信器１００から送信させる。アンテナ１０２から放射された信号は、追跡装置のアンテナ７４（図２）によって受信される。

図４に示されたセンサは各々、両方向素子であってもよい。この場合、送信器１００はトランシーバに置き換えられる。これにより追跡装置はマイクロ制御器１０４をポーリングして、商品の現在の状態を調べることができる。このようなポーリングはたとえば中央局が開始してもよく、あるいは周期的にセンサをポーリングするように追跡装置をプログラミングしてもよい。

すべての種類の商品についての監視されるデータは同じでない。商品によっては、温度が非常に重要な環境因子であるので、温度センサ１１０が設けられる。衝撃に対して非常に敏感な商品に対しては、加速度計１１２が設けられる。本来的に価値の高い商品に対しては、商品の完全性のモニタとして商品の通し番号を報告してもよい。通し番号は、積み込み時にマイクロ制御器１０４の中の電子的にプログラミング可能な読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）にプログラミングしてもよい。この積み込み時にセンサは商品に取り付けるか、または他の方法で商品に対して位置決めされる。どんなデータを報告するかにかかわらず、センサの基本構成を安価に大量生産できる非常に集積化した設計とすることができる。

鉄道車両、トラック・トレーラまたは一本化されたコンテナのような金属コンテナの外側に追跡装置を取り付けるとき、追跡装置の真後ろのコンテナ壁に小さな孔があけられる。コンテナ壁のこの孔を丁度通り抜けるほどの小さい補助アンテナ７４Ａ（図２）が、この孔を通ってコンテナの内側に伸びる。追跡装置はこの補助アンテナを使うために２つの異なるやり方のいずれかで構成することができる。内部の補助アンテナ７４Ａと外部アンテナ７４を連続的にスペクトル拡散受信器７０に接続するか、或いはマイクロプロセッサ７２によって異なるアクセスモードの間にこれら２つのアンテナを切り換える。

数種類の標準のセンサを用いることができ、温度センサおよび衝撃センサは単なる例に過ぎない。通し番号を（独立に、または検知された環境状態と共に）送信することにより、各貨物に対する移動在庫品（または減損管理）の書式が得られる。その結果、積み込まれた時点から降ろされる時点までどの貨物が実際にコンテナの中にあるかという完全な照合が行われる。

顧客は中央局と通信することにより所望の種類のサービスを要求する。要求されるサービスの種類に基づいて、中央局はコンテナに搭載された追跡装置にメッセージを送信する。このメッセージにより追跡装置は動作モードとなり、輸送期間の間、所要のサービスが与えられる。１つの動作モードは、たとえば送信されたすべての温度信号を監視することである。どれかの貨物の温度が顧客から示された閾値を超えて上昇したり、閾値より下降した場合には、顧客の要求で定められたように、この事実が直ちに、または予め定められた通りに報告される。もう１つの動作モードは、コンテナの中のすべての貨物の通し番号を照合して、コンテナが動き始めたとき（たとえば、輸送開始時に）すべての貨物の通し番号を中央設備に報告することである。貨物の通し番号の報告の停止が生じたときにはいつでも、貨物の通し番号が内部の照合記録から除去されたことも報告される。これにより中央局は、個別の貨物のコンピュータ化された追跡を実時間で発送者または受領者に供給することができる。

貨物の中に配置されたセンサは小さくて安価であるのが望ましいので、センサは非常に低い平均消費電力で、蓄電池から電力を供給されることが好ましい。資産追跡装置も、同様な低電力の制約のもとにある。センサと追跡装置の両方の総消費電力を最小にするために、図５の流れ図に示されるように、センサと追跡装置との間のスケジュール作成または通信が行われる。追跡装置は非常に正確なクロックを有しており、これによりマイクロプロセッサ７４（図２）を所定の時点に付勢することができる。各センサは、たとえば、その信号を１５分毎に送信するように設定され、センサからのデータ・バーストは０．１秒間続く。センサからの後続の各送信は前の送信から１５分後に行われ、生じ得る誤差は０．３秒である。貨物の積み込みの間または中央局からの指令で、追跡装置は１５分より長い間連続して貨物を監視または「聴取」する。これは図５のステップ５０１に示され、追跡装置のトランシーバ７０（図２）の受信器部分をターンオンすることにより遂行される。判定ステップ５０２でセンサからの送信を受信したことが検出されると、ステップ５０３で貨物センサからのすべての信号の到着の正確な時点が追跡装置により記録される。判定ブロック５０４で試験が行われ、貨物センサの送信に対する聴取期間が終了したか判定される。聴取期間が終了していなければ、プロセスはステップ５０１に戻り、更に送信の聴取が行われる。貨物センサの送信に対する聴取期間が終了したときは、ステップ５０３で記録されるリストは完全になり、ステップ５０５で追跡装置は待機モードすなわち「スリープ」モードに入る。

輸送の間、予定された次の貨物センサ・メッセージの０．５秒前まで「スリープ」モードにとどまる。この予定された時点はステップ５０６で検出され、その時点にステップ５０７で内部のマターモードのスペクトル拡散トランシーバ７０（図２）がターンオンされる。判定ステップ５０８で試験が行われ、貨物センサ・メッセージが受信されたか判定される。貨物センサ・メッセージが受信された場合には、ステップ５０９で、次のメッセージに対して追跡装置を付勢するスケジュールのため、その到着時点が記録される。今受信したメッセージで必要とされた処置がステップ５１１で実行された後、電力を節約するためステップ５０５に戻って追跡装置は再び「スリープ」モードに入る。予定されたメッセージが受信されない場合には、ステップ５１２でこのことが記録された後、プロセスは機能ブロック５０５に戻る。

本発明のいくつかの好ましい特徴だけを例示し説明してきたが、熟練した当業者は多数の変形および変更を考えつき得よう。したがって、本発明の真の趣旨の範囲に入るこのようなすべての変形および変更を包含するように特許請求の範囲を記述してあることが理解されるはずである。

移動追跡装置を用い、本発明の方法に従って動作する代表的な資産追跡システムのブロック図である。 図１に示された資産追跡システムで使用されるような移動追跡装置を更に詳細に示すブロック図である。 資産追跡システムによって実現される移動ローカル・エリア・ネットワークの構成を示すブロック図である。 図１に示される資産追跡システムの貨物運搬装置に用いられるセンサのブロック図である。 図１に示される資産追跡システムで、追跡装置がセンサの送信を検出して、メッセージを中央局に中継するプロセスを示す流れ図である。

符号の説明

１０ 移動追跡装置
１２ 運搬装置
８４ 中央局
１１０ 温度センサ
１１２ 加速度計

Claims (13)

1. 追跡装置を取り付けられ、貨物の識別標識と環境状態とを検知するセンサ手段が関連付けられた貨物コンテナに関するデータを集める方法に於いて、
   前記追跡装置において、第１の所定の期間の間、前記センサ手段からの送信を監視するステップ、
   前記追跡装置において、前記センサ手段からの送信の受信の時点を記録するステップ、
   前記追跡装置において、前記センサ手段からの送信を第２の所定の期間の間監視するステップ、および
   前記追跡装置において、前記センサ手段によって送信されたデータを記録するステップを含むことを特徴とする方法。
2. 前記第２の所定の期間の後、前記センサ手段からの送信の監視を停止するステップを更に含む請求項１記載の方法。
3. 前記追跡装置は、ＧＰＳ衛星の配列からの航行信号を用いる請求項１記載の方法。
4. 前記センサ手段からの送信を検出し損なったことを前記追跡装置において記録するステップを更に含む請求項１記載の方法。
5. 記録されたデータを中央局に送信するステップを更に含む請求項１記載の方法。
6. 前記記録されたデータが周期的に前記中央局に送信される請求項５記載の方法。
7. 前記追跡装置が前記中央局によりポーリングされるときに、前記記録されたデータが前記中央局に送信される請求項５記載の方法。
8. 例外的状態が検出されたとき直ちに前記記録されたデータが前記中央局に送信される請求項５記載の方法。
9. 前記コンテナが動き始めたときに前記記録されたデータが前記中央局に送信される請求項５記載の方法。
10. 更に、複数の追跡装置をによって少なくとも１つの動的な移動ローカル・エリア・ネットワークを形成し、該ローカル・エリア・ネットワークのノードを各々の追跡装置で構成するステップ、前記ローカル・エリア・ネットワーク内の１つの追跡装置をマスタ追跡装置と指定し、他の追跡装置をスレーブ追跡装置とするステップ、および前記ローカル・エリア・ネットワークのすべてのノードからのデータを、マスタ追跡装置だけから中央局へ送信するステップを含む請求項１記載の方法。
11. 前記センサ手段が温度センサを含んでいる請求項１記載の方法。
12. 前記センサ手段が衝撃センサを含んでいる請求項１記載の方法。
13. 前記センサ手段は、前記追跡装置を取り付けたコンテナの中の商品に関連する識別番号を送信する請求項１記載の方法。

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