СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ И СКЛАДИРОВАНИЯ КОНТЕЙНЕРОВ, ОСНАЩЕННЫХ РАДИОЧАСТОТНЫМИ ИДЕНТИФИКАЦИОННЫМИ МЕТКАМИ, НА СТАЦИОНАРНЫХ И ПОДВИЖНЫХ СКЛАДАХ Российский патент 2009 года по МПК B65G65/00 B61L25/04 G01S1/02 G01S5/02 

Предлагаемое изобретение относится к системам организации и обеспечения грузоперевозок железнодорожным, морским, автомобильным и авиационным транспортом, включая складирование грузов преимущественно с помощью стандартных крупногабаритных грузовых контейнеров, оснащенных радиочастотными идентификационными метками. Информация об идентификации контейнеров может собираться в базу данных компьютеров, входящих в состав вычислительной сети, охватывающей пункты маршрута транспортировки грузов, и сохраняющих информацию о пунктах отправления и назначения контейнеров и об их месторасположении на складах.

Известны традиционные технологии организации грузоперевозок, обеспечивающие регистрацию контейнеров на диспетчерских пунктах отправления и назначения и, при необходимости, на пунктах контроля вдоль маршрута их перемещения. При этом проработаны организационные и технические решения различного уровня для автоматической регистрации перемещения транспортных средств, отслеживания грузов и создания автоматизированных складов (http://www.pcweek.ru/?ID=53443&4Print=1).

Для оперативного получения информации в реальном масштабе времени о местонахождении контейнеров и всех его перемещениях используют системы, построенные на принципах радиочастотной идентификации меток контейнеров. Основу систем составляет метод дистанционного получения данных о контейнере посредством передачи радиосигнала от RFID-метки (Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация), расположенной на поверхности контейнера, на устройства распознавания (считывания) меток с последующей записью полученной информации в базу данных компьютеров, образующих вычислительную сеть. Такие всемирно известные компании как Wal Mart, METRO Group, Gillette, Procter & Gamble, Tesco, Benetton и др. на своем практическом опыте применения демонстрируют выгоды от использования технологии RFID в организации автоматизированного складского учета и контроля грузоперевозок (http://www.ssi-schaefer.ru/index.php?id=153).

Радиочастотная метка RFID cargo tag имеет размеры 15×15×1,2 см и разработана для крепления на гладких металлических поверхностях, таких как стенки стандартных 40-футовых контейнеров. В сочетании с основой из алюминиевого листа это обеспечивает оптимальное отражение радиосигнала. Интегрированная микрополосковая антенна используется для приема и передачи поляризованных радиосигналов в диапазоне частот от 860 до 960 МГц в широком угле направленности. Метка является универсальной и допускает монтаж на различных других поверхностях: деревянных, пластмассовых и др. (http://www.tendo.ru/RFID_cargo_tag.htm).

Известна система автоматической идентификации (САИ) объектов подвижного состава железнодорожного транспорта (локомотивов, вагонов, а также крупнотоннажных контейнеров) «Пальма» (ЮНИСКАН/GS1 Russia, www.gs1ru.org), включающая корпоративную вычислительную сеть, кодовые бортовые датчики (КБД) и оборудованные в опорных точках пункты считывания, при прохождении которых с КБД (RFID-меток) автоматически снимается информация о местонахождении контролируемого объекта (http://css-rzd.ru/zdm/07-2003/03088-1.htm).

Недостатком данной САИ «Пальма» являются ограниченные функциональные возможности системы, заключающиеся в том, что информация с RFID-метки считывается только в момент прохождения объекта мимо специально оборудованного пункта считывания информации (считывателя). Дальнейшее месторасположение объекта, например на складе, автоматически не регистрируется, что снижает достоверность и оперативность использования САИ при решении задачи складирования грузов.

Наиболее близкой к предлагаемой системе автоматической идентификации и складирования контейнеров является радиочастотная система для отслеживания и погрузки грузовых многотонных контейнеров, которая применяется в азиатских морских портах (http://www.shtrihm.ru/production/produce_526.htm1). Метки устанавливаются на днища контейнеров для сканирования считывателями, установленными на подъемных кранах. Система автоматически обеспечивает регистрацию информации в реальном времени о факте нахождения конкретного контейнера в порту, а именно, в захвате подъемного крана, с необходимостью последующей дополнительной организации учета месторасположения контейнеров на грузовой складской площадке.

Недостатком данной САИ являются ограниченные функциональные возможности системы, заключающиеся в отсутствии одновременной автоматической регистрации информации о координатах месторасположения контейнера (при позиционировании контейнеров на складе) в горизонтальной плоскости грузовой складской площадки порта или транспортного средства (палубы или трюма судна-контейнеровоза), а также в отсутствии возможности одновременной автоматической регистрации координат месторасположения контейнера по вертикали (уровня местонахождения контейнера по высоте при установке стандартных контейнеров один на другой). Данный недостаток является исключительно существенным и повышающим трудозатраты погрузочно-разгрузочных работ при организации и выполнении работ по поиску, сортировке или перестановке контейнеров на складе, что также снижает достоверность и оперативность использования САИ при решении задачи складирования грузов.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение функциональных возможностей системы и повышение оперативности складирования контейнеров, а именно, одновременное с идентификацией контейнера автоматическое определение и компьютерная регистрация в базе данных его горизонтальных и вертикальных координат позиционирования на грузовых площадках стационарных (наземных) и подвижных (на транспортных средствах) складов, а также увеличение надежности каналов передачи в базу данных компьютеров вычислительной сети информации о координатах месторасположения контейнера на складской площадке и, следовательно, обеспечение достоверности их складского учета.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой системе автоматической идентификации и складирования контейнеров, оснащенных радиочастотными идентификационными метками, на стационарных и подвижных складах, включающей установленные в диспетчерских пунктах складов вычислительные устройства удаленного и локального доступа, оснащенные датчиками и захватами контейнеров подъемно-транспортные механизмы со считывателями радиочастотных идентификационных меток, при этом каждое из локальных вычислительных устройств дополнено устройством беспроводной цифровой связи по радиоканалу с дальностью действия до 2 км и радиочастотой 2,4 ГГц, каждый из подъемно-транспортных механизмов снабжен локальным вычислительным устройством и устройством регистрации уровня позиционирования контейнера по вертикали, а каждый из захватов подъемно-транспортных механизмов укомплектован датчиками позиционирования контейнера по горизонтали и вертикали, датчиком ускорения движения захвата и локальным вычислительным устройством, при этом все локальные вычислительные устройства диспетчерских пунктов стационарных и подвижных складов, подъемно-транспортных механизмов и захватов взаимосвязаны и синхронизированы по беспроводным радиоканалам, осуществляющим передачу в базу данных вычислительных устройств удаленного доступа диспетчерских пунктов информации о координатах позиционирования контейнеров на складах по горизонтали и вертикали через устойчиво взаимодействующую в каждый текущий момент времени произвольную последовательность связанных по радиоканалу локальных вычислительных устройств.

Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами:

фиг.1 - структурно-функциональная схема размещения элементов системы автоматической идентификации и складирования контейнеров, например, в порту;

фиг.2 - структурно-функциональная схема конструкции захвата подъемно-транспортного механизма, например, подвесного типа.

На чертежах обозначено:

1 - стандартные крупногабаритные грузовые контейнеры;

2 - подвижный склад, например судно-контейнеровоз;

3 - диспетчерский пункт подвижного склада, размещенный, например, в рубке управления судном-контейнеровозом 2;

4 - вычислительные устройства удаленного доступа, например компьютеры, подключенные к глобальной информационной сети Интернет или к корпоративной информационной сети предприятия, осуществляющего контейнерные грузоперевозки и складирование грузов;

5 - вычислительное устройство локального доступа, оснащенное микроконтроллером и дополненное устройством беспроводной цифровой связи по радиоканалу с дальностью действия до 2 км и радиочастотой 2,4 ГГц (разрешенный диапазон радиочастот для свободного выхода радиоустройств в эфир);

6 - стационарный склад, например грузовая складская площадка порта;

7 - диспетчерский пункт стационарного склада 6;

8 - подъемно-транспортные механизмы, например портовые грузоподъемные краны, автопогрузчики и др.;

9 - захваты контейнеров, например, подвесного типа в составе конструкционного оснащения подъемно-транспортных механизмов 8;

10 - кабина управления подъемно-транспортным механизмом 8;

11 - устройство регистрации уровня позиционирования контейнеров 1 по вертикали, установленное в кабине управления 10 подъемно-транспортного механизма 8, причем каждое из устройств регистрации уровня 11 совмещено по взаимодействию с локальным вычислительным устройством 5 соответствующего подъемно-транспортного механизма 8;

12 - кодовый бортовой датчик (радиочастотная идентификационная RFID-метка), установленный преимущественно на верхней поверхности контейнера 1;

13 - считыватели радиочастотных идентификационных RFID-меток, причем каждый из считывателей совмещен по взаимодействию с локальным вычислительным устройством 5 соответствующего захвата 9;

14 - датчик позиционирования контейнера 1 по горизонтали, например приемник глобальной навигационной системы ГЛОНАС, GPS или GALILEO, причем каждый из датчиков позиционирования 14 совмещен по взаимодействию с локальным вычислительным устройством 5 соответствующего захвата 9;

15 - датчик позиционирования контейнера 1 по вертикали (датчик регистрации уровня местонахождения контейнера 1 по высоте на грузовой складской площадке 2 или 6 при установке стандартных контейнеров один на другой), причем каждый из датчиков позиционирования 15 совмещен по взаимодействию с локальными вычислительными устройствами 5 соответствующего захвата 9 и подъемно-транспортного механизма 8;

16 - датчик ускорения движения захвата 9.

Датчик 16 ускорения движения взаимодействует с локальным вычислительным устройством 5 соответствующего захвата 9 и вырабатывает управляющий сигнал после успокоения (установки и прекращения движения) контейнера 1 в позиции складирования и выполнения операции считывания RFID-метки данного контейнера.

Синхронизация и алгоритм взаимодействия вычислительных устройств удаленного 4 и локального 5 доступа, устройств регистрации 11, датчиков 14 и 15 позиционирования контейнеров 1 по горизонтали и по вертикали, датчиков ускорения движения 16, считывателей 13 и КБД 12 осуществляется специализированным программным обеспечением компьютеров, входящих в состав предлагаемой системы автоматической идентификации и складирования (а именно, вычислительных устройств удаленного доступа 4), и микроконтроллеров в составе вычислительных устройств локального доступа 5.

Функционирует предлагаемая система автоматической идентификации и складирования контейнеров, оснащенных радиочастотными идентификационными метками, на стационарных и подвижных складах следующим образом.

В соответствии с разработанным алгоритмом управления (программным обеспечением) после активизации (включения) предлагаемой системы автоматической идентификации и складирования происходит синхронизация работы и устанавливается устойчивое взаимодействие всех локальных вычислительных устройств 5 системы, находящихся на взаимном расстоянии менее 2 км, по беспроводным каналам радиосвязи на частоте 2,4 ГГц.

Перед подъемом контейнера 1 подъемно-транспортным механизмом 8 считыватель 13 захвата 9 идентифицирует КБД 12 (RFID-метку) данного контейнера 1.

При установке контейнера 1 на грузовой площадке стационарного 6 или подвижного 2 складов датчик 16 ускорения движения после успокоения (прекращения движения) контейнера 1 в позиции складирования вырабатывает управляющий сигнал воздействия, поступающий на вход соответствующего локального вычислительного устройства 5 захвата 9, в результате чего происходит повторная идентификация контейнера 1 с помощью считывателя 13, управляющий сигнал с выхода которого, в свою очередь, позволяет локальному вычислительному устройству 5 захвата 9 осуществить:

- определение координат контейнера 1 по горизонтали с помощью датчика позиционирования 14 соответствующего захвата 9;

- определение координат контейнера 1 по вертикали с помощью датчика 15 позиционирования контейнера 1 по вертикали и устройства регистрации уровня позиционирования 11;

- передачу координат позиционирования данного контейнера на складской площадке по горизонтали и вертикали по беспроводному каналу радиосвязи устойчиво взаимодействующих локальных вычислительных устройств 5 (находящихся на взаимном расстоянии менее 2 км) в базу данных вычислительных устройств (компьютеров) удаленного доступа 4 диспетчерских пунктов 3 и 7.

Если в захвате 9 отсутствует контейнер 1, то в соответствии с алгоритмом взаимодействия (программным обеспечением) вычислительных устройств предлагаемой системы считыватель 13 (ввиду отсутствия вблизи RFID-метки) не вырабатывает управляющий сигнал для включения устройств определения координат захвата и передачи информации по каналам связи в базу данных компьютеров.

Учитывая величину реального перемещения подъемно-транспортных механизмов 8 (оснащенных локальными вычислительными устройствами 5) по территории грузовых складских площадок, а также равномерность их месторасположения по территории складов, дальность действия устройств радиосвязи до 2 км (в составе каждого из локальных вычислительных устройств 5) является достаточной для формирования в каждый текущий момент времени устойчиво взаимодействующей и функционирующей сети локальных вычислительных устройств, осуществляющих получение и передачу информации о координатах складируемых контейнеров в базу данных компьютеров (вычислительных устройств удаленного доступа 4) диспетчерских пунктов стационарных и подвижных складов.

Таким образом, реализация изобретения позволяет решить все поставленные задачи.

Изобретение относится к системам организации и обеспечения грузоперевозок железнодорожным, морским, автомобильным и авиационным транспортом, включая складирование грузов преимущественно с помощью стандартных крупногабаритных грузовых контейнеров, оснащенных радиочастотными идентификационными метками. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы и повышение оперативности складирования контейнеров, а также обеспечение достоверности их складского учета. Система автоматической идентификации и складирования контейнеров, оснащенных радиочастотными идентификационными метками на стационарных и подвижных складах, содержит установленные в диспетчерских пунктах складов вычислительные устройства удаленного и локального доступа, подъемно-транспортные механизмы, оснащенные датчиками и захватами контейнеров и считывателями радиочастотных идентификационных меток. Каждое из локальных вычислительных устройств дополнено устройством беспроводной цифровой связи по радиоканалу с дальностью действия до 2 км и радиочастотой 2,4 ГГц. Каждый из подъемно-транспортных механизмов снабжен локальным вычислительным устройством и устройством регистрации уровня позиционирования контейнера по вертикали, а каждый из захватов подъемно-транспортных механизмов укомплектован датчиками позиционирования контейнера по горизонтали и вертикали, датчиком ускорения движения захвата и локальным вычислительным устройством. Все локальные вычислительные устройства диспетчерских пунктов стационарных и подвижных складов, подъемно-транспортных механизмов и захватов взаимосвязаны и синхронизированы по беспроводным радиоканалам, осуществляющим передачу в базу данных вычислительных устройств удаленного доступа диспетчерских пунктов передачу информации о координатах позиционирования контейнеров на складах по горизонтали и вертикали через устойчиво взаимодействующую в каждый текущий момент времени произвольную последовательность связанных по радиоканалу локальных вычислительных устройств. 2 ил.

Система автоматической идентификации и складирования контейнеров, оснащенных радиочастотными идентификационными метками, на стационарных и подвижных складах, включающая установленные в диспетчерских пунктах складов вычислительные устройства удаленного и локального доступа, оснащенные датчиками и захватами контейнеров подъемно-транспортные механизмы со считывателями радиочастотных идентификационных меток, отличающаяся тем, что каждое из локальных вычислительных устройств дополнено устройством беспроводной цифровой связи по радиоканалу с дальностью действия до 2 км и радиочастотой 2,4 ГГц, каждый из подъемно-транспортных механизмов снабжен локальным вычислительным устройством и устройством регистрации уровня позиционирования контейнера по вертикали, а каждый из захватов подъемно-транспортных механизмов укомплектован датчиками позиционирования контейнера по горизонтали и вертикали, датчиком ускорения движения захвата и локальным вычислительным устройством, при этом все локальные вычислительные устройства диспетчерских пунктов стационарных и подвижных складов, подъемно-транспортных механизмов и захватов взаимосвязаны и синхронизированы по беспроводным радиоканалам, осуществляющим передачу в базу данных вычислительных устройств удаленного доступа диспетчерских пунктов информации о координатах позиционирования контейнеров на складах по горизонтали и вертикали через устойчиво взаимодействующую в каждый текущий момент времени произвольную последовательность связанных по радиоканалу локальных вычислительных устройств.