走近科學|貨物不翼而飛,物流「黑箱」裡發生了什麼?

2020-12-06 澎湃新聞

編者按

本文圍繞2018年上海市科技進步獎一等獎「融合北鬥的貨櫃物流跟蹤與監控技術及國際標準制修訂」項目展開，該獎項由華東師範大學經濟與管理學部國際航運物流研究院包起帆教授領銜的團隊獲得。

貨物不翼而飛，「黑箱」裡發生了什麼？

2011年12月，一批從上海運往美國的蘋果手機，卸貨時離奇「變成」與手機同樣大小、重量的塑料板。這1680部iPhone 4S，從組裝廠倉庫出發，在抵達美國卸貨開箱，究竟在哪個環節被「狸貓換太子」了呢？

1680部iPhone 4S被盜竊嫌犯「潛伏」一年半調包（來源：東方早報）

根據從美國寄回來的塑料模塊，偵查員們發現裡外兩層包裝箱都是原裝的，換進去的塑料模塊重量與手機的重量完全吻合，因此在裝上飛機前的稱重中，工作人員根本沒有察覺出異常。

從2011年12月26日這批裝箱的手機離開A公司，3天後抵達美國。其間一共經歷了從A公司倉庫打包到裝上貨車，由物流公司(以下簡稱B公司)運輸到其設在浦東機場的倉庫，再從該倉庫運輸到航空公司堆場，經航空運輸到美國四個環節。

究竟是哪個環節出現紕漏的呢？順著重要線索，警方順藤摸瓜，2012年2月初，終於破獲整個案件。原來是盜竊團夥，利用從A公司倉庫到B公司倉庫轉移的過程中給調包了。

像這樣貨物運輸途中被盜、調包、走私、偷渡的事件，在世界各國幾乎每天都在發生。據美國國土安全局統計，全球每年貨櫃失蹤、失竊的經濟損失高達300億～500億美元，無法讓「黑箱子」透明、有效實現貨櫃物流的全程定位和監控是業界長期以來的一大痛點。

當時，全球貨櫃信息採集手段仍十分落後，大部分貨櫃場站仍以人工或半人工方式進行信息抄錄，不僅效率低、出錯率較高，更重要的是，這種方式生成的信息流與貨櫃內貨物的實際情況分離，貨櫃抵達查驗關卡也無法確認貨品是否完整、有無被調包。

要想知道「黑箱」裡到底發生了什麼，關鍵就聚焦在了貨櫃物流的全程定位和監控上。如何提高物流的透明度和安全是全球熱切關注的重點。

北鬥破局物流監控盲點和痛點

那麼，GPS定位系統不能解決這一問題嗎？可以，但是這並非唯一途徑，也並非最優方式。

GPS由美國設計於20世紀70年代而成形於90年代，由美國主導的ISO18185系列標準源於伊拉克戰爭中的軍事物資監控，成本高，普通的GPS系統只能接受衛星發出的信號，無法向衛星發射信號，即 GPS只能讓用戶知道自己在哪裡。

北鬥相當於中國的GPS系統，是我國自主研製的集定位和通信於一體的衛星導航定位系統，不同於GPS的優勢是，北鬥獨創的「短報文」功能可以實現導航+通信的功能。用戶不僅可以知道自己的位置，還可以把自己的位置通過120字的信息發射回衛星，向外界傳達。

因此，北鬥衛星系統的通信功能能夠為貨櫃物流提供實時在線監控信息，針對全球佔比達88%的山區、海洋等無基站區域物流信息失聯的狀況，通過北鬥可以實現物流信息的傳遞，實現無盲區監控。

包起帆，華東師範大學國際航運物流研究院院長，他帶領的團隊深耕於貨櫃物流跟蹤與監控領域三十餘年。2011年，包起帆團隊就針對貨櫃物流領域的痛點，創新了物流無盲區實時跟蹤與監控技術，研製了以北鬥通信模塊和定位晶片為基礎的多種跟蹤與監控智能終端，滿足了物流監控路徑全覆蓋、多樣化、可視化、便捷化等需求。

設備載有監控溫度、溼度、振動、煙霧、開關箱門信號等多種傳感器，一旦鎖纜被剪斷或施加非正常外力、貨櫃門被打開，或是箱內貨物所處的環境出現異常，如溫度、溼度、振動超出用戶設定的閾值，系統會自動報警，通過北鬥衛星實時發送簡訊和郵件通知用戶。

設備具有在途突發事件實時告知、響應用戶主動查詢、自動休眠與喚醒、遠程修改配置等功能，根據用戶需要報告貨物所在位置、安全狀態和各類傳感信息。與物流相關的所有的人如貨主、海關、檢疫、邊檢、船公司、碼頭、收貨人等，都可以對在途貨物進行實時監控。

設備的應用場景也十分廣泛，例如冷藏箱可以監控溫度，危險品可以監控煙霧，軍用物資可以監控位置，快遞箱上裝一個終端可以監控貴重物品等。

山區、邊遠地區、江河、海上等沒有移動基站的環境下，無法實現實時信息交互。包起帆團隊將融合定位和通信兩大功能的北鬥衛星的星地交互技術引入監控系統，輕鬆解決了這一問題。

此外，包起帆團隊還創建了「移動網際網路+雲平臺+NFC封條+智慧型手機」為架構的電子封條新系統，以智慧型手機取代了專用手持機和固定式讀寫器，在大幅降低使用成本的同時，通過數據分布式存儲解決了真實性問題，提升了用戶數據採集、融合和共享的能力。

簡單來說，就是手機在手，物流信息實時監控。

如視頻中所示，操作簡單明了。首先對貨櫃進行施封（NFC電子封條已被嵌入鎖內），隨後只要在手機登錄帳號密碼，通過手機識讀封條，就可以實時看到自己關注的物流信息。用戶所需要做的準備工作只是在手機上下載一個APP登錄帳戶即可。

在整個過程中， NFC電子封條技術發揮著重要作用。NFC即近場通信（near field communication）的簡稱，使用了NFC技術的設備（比如手機）可以在彼此靠近的情況下進行數據交換。

包起帆團隊將NFC標籤置入機械封條，利用NFC全球唯一身份，結合封條使用時的操作記錄，系統自動比對電子封條的信息，確保了電子封條的唯一性，徹底改變了貨櫃運輸中機械封條容易被仿造的缺陷。並且，新發明的NFC電子封條可以使用智慧型手機和移動網際網路，生產成本低至2 元/個，僅為國際慣例中使用的RFID封條價格的1%。

而過去的貨櫃物流監控系統，需要專用手持機和在世界各地的碼頭大門、橋吊、倉庫大規模布設讀寫器，成本高且實際操作麻煩，還要用專網才能運行。

貨櫃NFC電子封條使用流程和信息流向

加入國際標準制定，開始掌控「遊戲規則」

雖然與GPS具備相同定位功能、且具備衛星通訊功能，我國的北鬥系統長期被隔絕在國際標準之外。最大的難題是，以貨櫃為代表的物流是全球化營運的，沒有國際標準的引領，就無法將中國的創新推廣至全球。

在港航界國際標準的制定中，發達國家長期掌控「遊戲規則」。貨運貨櫃國際標準中涉及的衛星定位內容由美國牽頭起草，只用GPS定位系統，且衛星定位系統的國際慣例也長期由GPS壟斷。儘管我國貨櫃生產量、運輸量、吞吐量均已為世界第一，但遺憾的是，在貨櫃物流領域的國際標準制定中鮮有中國的聲音，更難有擁有自主智慧財產權的中國創新技術進入國際標準。

貨運貨櫃的國際標準是由「國際標準化組織ISO/TC104 貨運貨櫃」技術委員會制定修訂，該委員會成立於1961年。委員會擁有一大批來自各國的資深專家，貨櫃物流跟蹤所涉及的無線射頻技術（RFID）位於信息化的前沿，涉及各國利益之爭，所以相關國際標準制定權的爭奪十分激烈。我國1979年恢復在該委員會成員國地位。

根據科研成果，包起帆團隊提出了一套相對完整且成熟的物流跟蹤與監控系統，並將這套系統逐步加入該領域的國際標準。但是，這個過程障礙重重。

國際標準制定流程分為八個階段，通常需經歷3～6年的時間，甚至十幾年。確定新的貨櫃RFID國際標準需要多方協調，使其制定、審議、發布比其他標準難度更大。由於中國首次參與該領域的國際標準制定，ISO18186標準提案起初並不被國際同行接受，項目組首輪申報就在投票環節失敗，發達國家幾乎都投了反對票。

項目組不畏挫折，帶領各國專家考察了中國發明應用的現場，向國際專家做了大量細緻的情況介紹和交流溝通，最終第二輪提案投票獲得成功。

ISO中央秘書處正式發文，國際標準新項目的編號為ISO/NP 18186，同時任命包起帆負責領導該標準的制定。

2011年12 月1 日，歷經釜山、漢堡、巴黎、上海、華盛頓、聖地牙哥等7 次國際會議交鋒和交融，與國外專家開展了百餘次的對話和郵件溝通，《ISO18186:2011 貨櫃RFID貨運標籤系統》在日內瓦ISO中央秘書處正式發布。

之後，又歷經了5年維護拓展，目前已被英國、法國、日本、俄羅斯等9個國家採納為國家標準，美國和德國在覆審投票中也已確認在本國實際應用。

▲項目參評日內瓦國際發明展，評委豎起了大拇指

國際標準的認可，切實地解決了貨櫃物流行業的痛點和盲點，也提升了我國在物流和物聯網領域國際標準制定的話語權。

率先將擁有美國和中國發明專利的「基於網際網路的貨櫃全球跟蹤管理方法和解決方案」融入中國領銜制定的國際標準《ISO18186∶2011貨櫃-RFID貨運標籤系統》，成為我國自1978 年加入國際標準化組織至2011 年間，在物流、物聯網領域首個由中國發起、起草和主導的國際標準。

北鬥定位和通信及相關發明納入國際標準《ISO/TS 18625：貨運貨櫃-貨櫃跟蹤和監控系統》，打破了國際上定位即為GPS的慣例，已被歐洲發布為PD標準，被荷蘭採納為國家標準。

從科研成果推廣到產業應用，從參與到主導國際標準的制定，包起帆團隊打造了這套「可以實現貨櫃物流全程無盲區實施跟蹤和監控」的物流系統，並突破了國際標準的局限。

每個「科創細胞」都應向國際水平挑戰

項目的實施引領了物流安全、便捷和低成本的發展。成果已在貨櫃運輸、檢驗檢疫、軍隊、糧食能源運輸、大型超市等領域的百餘家企業和單位得到應用，應用單位杜絕了物流過程中被盜和調包等事件；NFC封條每年以百萬件的批量出口至英國、義大利、美國、俄羅斯等國；近三年累計產生經濟效益2.1億元。

對於這些來之不易的成果，包起帆教授說：「我們只是中國科技創新中的一個細胞。在上海科技創新的建設中，每一個科研人員都是主力軍，每個人都是創新細胞，只有每個細胞有活力，我國才能夠真正參與到國際科技的大舞臺。」

2020年6月23日，中國北鬥三號系統最後一顆組網衛星發射成功，北鬥全球導航系統星座部署完成。這意味著，中國和全球公眾可以享用由北鬥三號系統提供的導航、定位、國際搜救等種種服務。隨著北鬥三號衛星完成組網並向全球提供服務，項目研發的各類融合北鬥通信和定位的智能終端將通過物流的管道進入全球，為中國北鬥進入國際市場撬開一道門縫。

包起帆教授表示，他會帶領團隊將已被確定為國際標準的技術做好長期維護和進一步優化，拓展出可覆蓋更多領域和地區的應用場景，並在將我國創新的物流技術推向國際標準的道路上繼續努力前行。