HK1172991A - 含有集成地理鎖定系統的裝運箱 - Google Patents

Description

含有集成地理锁定系统的装运箱

技术领域

本发明涉及运送小型箱中的贵重物件的装置和方法。更具体地说，本发明涉及诸如由快递员运输的那些东西那样的便携式坚固耐用包装箱的跟踪和安全性。

背景技术

诸如货物跟踪那样的安全应用的重要性与日俱增。全球远洋货运基础设施是全球经济福祉的基石，但自2001年9月11日以来发生了危机。经由海洋运输系统(MTS)的国内货运每年货物总共超过$850B，对美国国内生产总值的贡献达到$2T。国内海当前运量在未来20年内预计将增加一倍。国际海运在同一时期预计将增加两倍。许多港口设施都受到来自几方面的经济压力，包括过时的技术、环境的限制、当时的制造途径、重叠的联邦/州/地方管辖、和为多式联运(intermodal)财产安全监测和跟踪协调全球网络的基本技术基础设施的缺乏。土地竞争和环保法规将进一步限制当前港口设施的地域扩张。并且，管理供应链信息系统仍然在很大程度上依赖于人工数据输入处理。

除了担忧MTS经济效率低下之外，重新强调美国国土安全是显而易见的。恐怖威胁给MTS带来了新现实。各种袭击有可能侧重于经济途径来影响现代世界的改变。只需看一下装箱货物的开放运送，就有可能找出造成大规模经济损失的简单、有效、和高效的途径。对几个主要港口的破坏可能在几周内使我们的经济完全停顿和削弱国家的力量。其结果是支持MTS的港口系统的效率与安全性之间的冲突。

对于提高MTS的效率和安全性的技术解决方案存在使文件齐全的需要。2004年有900万个箱子经由MTS进入美国。美国海关人工检查这些箱子不超过5％，仅靠智能来对箱子“画出轮廓(profile)”。海岸警卫队和美国海关没有足够的资源检查进入美国的每个箱子。因此，需要投资在适当跟踪和监测技术上来提高安全性和经济效率。既不能牺牲效率也不能牺牲安全性。因此，必须开发出跟踪和监测技术来提供更高的效率，同时确保全球供应链安全。

实时监测状况和位置的能力有许多保险衍生品。船舶和货物的保险人特别对安全漏洞和欺诈造成的货物损失和被盗感兴趣。在2004年11月30日之前的12个月内，经由MTS装运了7000亿美元的货物。一些私营企业估计落水、伤害或直接盗窃造成的损失每年高达总箱数的7-10％，在供应链中每年损失高达400亿美元。保险公司为此支付了大量的费用，反过来，这些损失作为保费和预留损失传递给货主，承运商并最终到消费者。承运商、货主和制造商承受最终还是传递给最终消费者的剩余损失。分销链中的实体预计会接受通过更安全服务提供商装运的较低保险费。

当前商品市场上用于物流应用和箱子安全性的产品只提供一点点安全。作为已经用了几十年的机械封条的无线启用形式的电子封条并不提供确保箱子安全的途径。

人们已经描述了多种类型的封条，包括：Swift U.S.Pat.5,116,091；TuttleU.S.Pat.5,406,263和5,831,531；Wilk U.S.Pat.5,528,228；White U.S.Pat.5,755,175；Gagnon U.S.Pat.5,939,982；Kadner U.S.Pat.6,069,563；Wilhelm U.S.Pat.6,464,269；Fuehrer U.S.Pat.6,513,842；Palzkill U.S.Pat.6,846,024；PirnieU.S.Pat.6,928,843；和Moreno U.S.Pat.7,044,512和7,178,841。一般说来，封条侧重于检测篡改，而不是提供真正的锁定机构。在最好情况下，封条起到威慑作用，而在最坏情况下，它可能传达了一种虚假的安全感。有几项研究对封条作过考察，发现它们在当前形式下只提供一点点或根本没有安全性，只用作一种威慑功能。

人们还描述了多种类型的锁具，包括：VanderWyde U.S.Pat.4,422,313；Yulkowski U.S.Pat.6,259,352；Strodtman U.S.Pat.6,581,419；和Brown U.S.Pat.6,581,425。这些解决方案往往侧重于永久性地对ISO标准箱进行硬件改造和/或安装，但引起了昂贵的和实质性的安装和维修问题。箱子是租借的；托运人几乎没有什么能力来实现这些解决方案。箱子拥有者/出租人几乎没有什么动机来实现它们，因为这意味着净运营成本的增加。

在发明名称为“Access Bar for a Shipping Container”的美国专利6,364,584中，Taylor描述了同时确保两扇门安全并将角柱用作“重力”锁定机构的系统。

如Galley在发明名称为“Reusable Self Container Electronic DeviceProviding In-Transit Cargo Visibility”的美国专利6,975,224中讲述的锁定和跟踪系统附着在门闩上，需要两个设备(每扇门一个)才能工作。

人们还描述了多种类型的跟踪系统，包括如下：Camhi在发明名称为“System for the Security and Auditing of Persons and Property”的美国专利5,825,283中公开了车辆和人员跟踪系统以及地理围栏(geofence)应用，但未提及装运箱或这样箱子的锁定。Radican在发明名称为“Container InventoryMonitoring Methods and Systems”的美国专利6,148,291中公开了装运箱的盘点系统，但未提及这样箱子的安全性或锁定。Carson在发明名称为“ContainerTracking System”的美国专利6,577,921中公开了储藏和运输场内的定域(localized)跟踪但未提及这样箱子的安全性或锁定。Ghaffari在发明名称为“Real Time Total Asset Visibility System”的美国专利6,662,068中公开了货物的跟踪系统但未提及装运箱，或这样箱子的安全性或锁定。Lareau在发明名称为“Monitoring and Tracking of Assets by Utilizing Wireless Communications”的美国专利6,972,682中公开了箱子位置的无线跟踪和三角测量，但未提及装运箱的安全性或锁定。Shafer在发明名称为“Method and System forCommunicating with Identification Tags”的美国专利7,165,722中公开了RFID标签的IP寻址但未提及这样箱子的安全性或锁定。Twitchell在发明名称为“Communications within Population of Wireless Transceivers Based onCommon Designation”的美国专利7,221,668中公开了装运箱内的自组网络形式以提供位置和状况，但未提及箱子安全性或锁定。Neher在发明名称为“Security Tracker”的美国专利7,242,322中公开了监控位置和状况用于以后卸载的隐蔽跟踪系统，但未提及箱子的安全性或锁定。

目的和优点

本发明的目的包括如下：提供含有只有当箱子到达所选地理位置时才能解锁的锁定设备的安全装运箱；提供含有能够将监测数据发送给中心管理器的锁具和监控器组合体的小型、坚固装运箱；提供在GPS系统内同时监测箱子的状况和箱子的位置的便携式货箱的锁定设备；以及提供监测指定快递员的附近和如果箱子与快递员分开则发出警告信号的安全、坚固、便携式箱子。本发明的这些和其它目的和优点通过结合附图阅读如下说明而变得显而易见。

发明内容

按照本发明的一个方面，一种装运装置包含：包含两个相对部分的基本刚性外壳，所述两个相对部分相互连接并被配置为形成能够打开和闭合的箱子；以及配置成将所述箱子固定在闭合位置上的锁定设备，所述锁定设备包含：微处理器；全球定位系统(GPS)接收器；电源；以及机电闩锁机构，其被配置成致动所述锁定设备，并且当所述装运箱到达所选地理位置时，根据来自所述微处理器的信号允许解锁所述锁定设备。

按照本发明的另一个方面，一种装运装置包含：包含集成锁定设备的基本刚性可锁定外壳，所述锁定设备包含：包括双向通信系统的感测设备，所述感测设备进一步包括GPS接收器；以及电源。

按照本发明的另一个方面，一种装运装置包含：包含两个相对部分的基本刚性、便携式外壳，所述两个相对部分相互连接并被配置为形成能够打开和闭合的箱子；携带所述箱子的手柄；以及配置成将所述箱子固定在闭合位置上的锁定设备，所述锁定设备包含：微处理器；全球定位系统(GPS)接收器；电源；以及机电闩锁机构，其被配置成致动所述锁定设备，并且当所述装运箱到达所选地理位置时，根据来自所述微处理器的信号允许解锁所述锁定设备。

附图说明

将伴随本说明书和形成本说明书的一部分的附图包括进来描绘本发明的某些方面。本发明、以及配有本发明的系统的部件和操作的更清楚概念通过参照例示在附图中的示范性，因此非限制性的实施例而变得更加显而易见，在附图中相同标号(如果它们出现在不止一个图形中)表示相同元件。附图中的特征未必按比例画出。

图1是将锁定组件和进入棒部署在装运箱上以确保门安全的本发明的一个实施例的示意性例示。

图2是与装运箱分开的本发明的一个实施例的示意性例示。

图3A例示了按照本发明的一个方面的进入棒中的功能部件的方块图。

图3B例示了按照本发明的另一个方面的进入棒中的功能部件的方块图。

图4例示了按照本发明的一个方面的本地和全球通信的几个方面。

图5例示了依照本发明的一个方面确定货物安全的一种方法。

图6例示了依照本发明的另一个方面确定货物安全的一种方法。

图7例示了依照本发明的另一个方面的刚性、便携式装运箱。

具体实施方式

本发明将可锁定装运箱与多种无线通信技术(包括但不限于：射频标识、蜂窝式通信、和卫星通信)和传感器接口结合，以便使所选事件或环境因素得到检测(包括但不限于：倾斜、振动、和防拆开关、气压，温度和湿度传感器、和诸如存在化学、生物、放射性、核、和爆炸剂那样的危险状况的检测器)。并且还并入如下面专利文献更全面所述，在箱子到达所选目的地之前防止未授权打开箱子的基于地理锁具：2008年11月20日提交、序号为12/313,428、和发明名称为“Integrated tracking，sensing，and security system forintermodal shipping containers”的本申请人共同待审申请；以及2008年11月20日提交、序号为12/313,427、和发明名称为“Locking apparatus for shippingcontainers”的本申请人共同待审申请，在此通过引用并入其全部内容。

在如下的例子中，显而易见，同时确保两扇门安全的可跟踪、可移动和安全设备提供了多式联运装运企业的许多已知担忧的独特解决方案。一些值得注意的好处包括：1.只需一个设备就可以确保两扇门安全。2.跟踪锁具是跟踪箱子的方便代理。3.本发明的设备可供托运人或承运人重新使用，并且，因为它是小型、贵重部件(与空箱相比)，所以当不使用时，可以比永久地集成到箱子中的类似部件更方便储藏。4.不会中断货物的正常流动，或妨碍合法接近货物。5.允许按照通信和信息的所选层次予以访问。

举例

本申请人的共同待审申请描述了如图1和2一般地所示的，配置成安全地锁定装运箱的可移动进入棒。本申请人设想，在许多应用中，将进入棒配置成具有如图所示的，与标准装运箱的某些特征尺度相容的形状因素。可以看出，在图中所示的实施例中，进入棒可以利用门上的凹道，以便可以给予许多电子部件稍多的保护，同时使进入棒平靠在箱子上，并且因此使可能干扰自动箱子管理的相对于正常箱子尺度的凸出或其它偏离最小化。尽管在图中未示出，但应该懂得，本发明的概念可以同样好地适用于只作过例行工程改造的其它几何形状的箱子。例如，可以将进入棒配置成具有抓住标准鼓或桶的边缘，从而防止桶在运输期间打开的环状锁定机构。

举例

如图3A一般地所示的，除了别的以外，进入棒10包含GPS电路18，GPS电路18起到在箱子到达所选目的地之前防止进入棒被解锁的作用。进入棒10可选地包括至少是如下的装备：一个或多个所选传感器插件19；以及可以包括射频标识、数据无线电、蜂窝式、和卫星通信的一个或多个无线通信系统16。最好将合适的天线21与设备集成地布置，以便使凸出最小化并保护系统免受机械伤害。附加的RFID部件可以处在设备的侧面上。

举例

尽管设备的一些元件(特别是RFID标签)可能基本上是无源器件，但可以设想，在许多应用中，最好是含有板上电源15。这可以利用电池、燃料电池等来实现，并且也可以为经由配置成在，例如，海洋运输期间接受来自船上发电机的电力的充电座(cradle)或充电缆(umbilical)再充电或保持电量作好准备。

举例

传感器插件19可以包括执行各种安全和跟踪功能的许多器件。该设备可以允许多种传感器(化学、生物、放射性、核、爆炸、温度、湿度、振动、加速度等)和信息源(摄像机、键板、PDA、蜂窝式电话、卫星电话、手持询问机、RFID阅读器等)的无线通信。传感器插件19可以包含测压元件(loadcell)、应变计、或监测锁定棒12上的张力的其它途径，以便如果锁定棒12被切断，或甚至如果箱门上的棍棒被切断就触发报警状况。该设备与传感器节点无线通信，该传感器节点检测多种成分和状况，暂时或永久地安装在多式联运箱中，在道路拖车上，或封装在运输工具中。

应该懂得，无线通信可以包括诸如串行无线电、蜂窝式无线电、卫星无线电等那样的熟悉协议。无线设备最好按从串行无线电开始的通信成本的次序使用，就读者力所能及而言，串行无线电代表最低成本。当无法识别有效串行无线电链路时，可以激活蜂窝式无线电。当无法识别有效蜂窝式链路时，可以激活与多个低地球轨道卫星系统之一的卫星通信。这个过程优化了基于全球的数据通信的成本。

举例

如上所述，本发明的进入棒可以包含诸如化学、生物、或辐射传感器那样的各种感测元件，或可以与布置在箱子中或上的其它地方的传感器通信。这样的传感器可以用于提醒托运人未经授权的材料已被装在箱子中。但是，应该懂得，现代的集装箱船只可能携带多达6000个集装箱。因此，进入棒可能检测到相邻集装箱中的辐射源，并且用作在船只上的其它地方存在危险品的警示。如果在船上的其它地方存在放射源，则可以三角测量或许来自十几个广泛分布传感器的数据，并将所得数据用于在船只抵达港口之前提醒当局，以及甚至在船只未卸货或甚至接近人口稠密地区之前给出可疑集装箱的大致位置的指示。

上文的例子例示了本发明的重要方面，也就是说，系统管理器通过获取来自多根进入棒的报告，固有地推导出更高层次的状况意识，因此所得信息对于各种客户来说具有显著附加值。

还应该懂得，背景辐射的一般水平绕着地球不同地方都不一样。因为本发明包括GPS定位数据，所以可以对由已知局部地球物理效应引起的背景波动加以校正。并且，通过在给定地理区域中设有多根进入棒，背景辐射可以通过数学平均来识别，并报告给系统管理器或用于分析局部放射模式以确定威胁性。

举例

进入棒可以配有一个或多个用于局部数据输入/输出的部件22。坚固耐用的键板可以用于输入像布防/撤防、锁定/解锁等那样的某些功能和命令。可替代的是，为了输入像装运清单那样的更详细信息，可以配备USB端口或像蓝牙无线链路那样的其它标准数据总线。

举例

在一个实施例中，该设备使用两个电控机械设备：一个机构13将设备支承在箱门之一上(安装/卸装)，而另一个机构12锁定通过机械门闩14闭合(锁定/未锁定)的箱门，机械门闩14可以通过内部安装机电门闩固定在锁定位置上。每个设备12、13可以根据长方形地理围栏(geofences)接合或脱离。安装/卸装地理围栏通过本发明局部定义和评估，并且锁定/未锁定地理围栏由基于服务器跟踪系统远程定义和评估。安装/卸装机构13也可以通过从跟踪系统发送或通过进入棒10外部上的坚固耐用键板或其它I/O设备22输入的单次使用码接合或脱离以便不定期检查。

举例

一般地说，本申请人设想，锁定棒12具有与棘轮机构啮合的一系列齿，在解锁状况下，棒12可以自由地完全滑出设备。本领域的技术人员应该懂得，这种配置适合实现成可以像挂锁那样操作的稍小设备，从而确保设计成含有栓状锁的任何封闭体的安全。

举例

在其最简单形式下，如图3A所示，地理锁包含如下部件：机电锁致动器或闩锁机构14′、包括适当天线21的GPS接收器18、CPU或配置成当满足某些GPS定位要求时允许操作锁致动器14′的其它逻辑器件、和能够在适当时段内提供足够电力来操作所有部件的电源15。

举例

如上所述，本发明进入棒的关键元件是设计成只有当满足某些地理条件(通常指示箱子到达所选目的地)时才允许开锁的地理锁。本申请人设想，在正常操作条件下，地理锁主要受GPS数据支配。但是，本申请人认识到，如果对手拥有足够的资源，并且能够将复杂的RF仪器放置得与GPS单元足够近，则有一些途径可用于欺骗GPS接收机。因此，本发明的进入棒可选地可以配有交叉检验GPS数据的冗余途径。一些优选途径包括如下：

1.小型加速度计可以与时钟一起用于通过航位推算(dead reckoning)计算近似位置；如果GPS位置与航位推算位置相差某个所选误差容限，则没有另外授权就不打开锁具。加速度计可以并入传感器插件19中。

2.时钟电路可以用于以类似于即使拥有密码(combination)也禁止晚上解锁的银行金库锁的方式防止在近似预定到达时间之前的任何时间解锁。

3.系统管理器(或进入棒本身中的内部存储器)可以接收箱子位置的周期性更新结果。如果所指位置与前一次更新位置差别很大，则可以以这样的方式提出实际上不可能移动那么多而指示报告状况，并且不打开锁具。

4.除了满足地理锁所需的GPS位置之外，还可以需要进入码。

5.可以设想，可以让给定船只(或火车)上的几个(或许多)箱子配有本发明的进入棒。因此，如果一个箱子的所指GPS位置突然不同于假设一起旅行的其它箱子的GPS位置，则可以提醒系统管理器。

商用无线通信模块的一些例子包括如下：1.串行网格无线电(例如，RFMonolithics，Inc.4441Sigma Road，Dallas，TX 75244制造的ZMN2405HP；2.四频带GSM蜂窝(例如，Telit Wireless Solutions，Inc.3131RDU Center Drive，Suite 135，Morrisville，NC 27560制造的GM862-GPS)；3.LEO卫星(例如，Stellar Satellite Communications Ltd.，46050Manekin Plaza，Suite 100，DullesVA 20166制造的DS100)。就形状因素、数字调节、和功率调节特性而言，上文所有模块都适合包括在本发明设备中。

商用传感器插件的一些例子包括如下：1.角速度传感器和陀螺仪(例如，Analog Devices，3Technology Way，Norwood，MA 02062制造的ADXRS)；2.压力传感器(例如，Tekscan，Inc.，307West First Street，South Boston，MA02127-1309制造的Flexiforce)；3.磁强计(例如，PNI Sensor Corporation，133Aviation Blvd.，Suite 101，Santa Rosa，CA 95403制造的MicroMag)；4.加速度计(例如，Analog Devices，3Technology Way，Norwood，MA 02062制造的ADXL)。诸如温度和湿度传感器、防拆开关等那样的其它传感器在技术中都是众所周知的。就形状因素、数字调节、天线配置、和功率调节特性而言，上文所有插件都同样适合包括在本发明设备中。检测和测量化学、生物放射性、核、和爆炸剂的在技术中已知的系统也适合包括在本发明进入棒中。

存在许多适合的商用中央处理单元和微处理器；例如，本申请人发现如下设备适合实现本发明：ARM Ltd.，110Fulbourn Road，Cambridge，UK制造的ARM9。就形状因素、数字调节、和功率调节特性而言，这种和许多类似器件都适合包括在本发明设备中。

举例

本发明的进入棒可以进一步适配为经由无线串行网格无线电的拼箱货(less-than-load)跟踪应用。箱子中的单独货物成分(单独包裹、单独货架等)都可以附上可以是网格无线电的兼容串行无线电，以便报告给进入棒。本发明的进入棒可以汇集这些器件，以便提供在其旅途中的任何点上对适当装备箱子进行实时盘点的能力。

举例

进入棒的另一个方面是用作码头、堆场、货栈、仓库等的远程汇集点。汇集点包括串行网格无线电和卫星上行链路或互联网的直接接入点的组合，以便发送有关进入棒的状态、状况、和位置的信息。远程上行链路可以汇集这些器件，以便提供在任何地理位置上进行箱子的实时盘点的能力。

举例

本发明方法的另一个重要方面是包括管理系统以及汇集进入棒信息，分发客户信息，和进行高级物流增值和风险或威胁分析的自动和/或人工系统的网络运营中心44。如上所述，本领域的技术人员应该懂得，这个系统从箱子向团体，向地区，向全世界提供更高层次的状况意识以及通用运行图。这种状况意识不仅改进了总体物流运行，而且可以提供多种化学、生物、放射性、核和爆炸威胁的预警安全系统的关键要素。

举例

锁定棒12可以通过各种传统方法制造，只要所得结构具有承受服务时正常应力和对篡改或入侵企图提供足够抵抗力的足够强度即可。该棒最好是诸如经过冲压、弯曲、和加工/穿孔的钢、挤压铝、钛或其它适当结构合金那样的金属。可以进一步为耐腐蚀性而配有诸如镀铬、聚合物浸涂、油漆、金刚石薄膜那样的所选涂层，并且可以加以热处理硬化以抵抗切割或锯开。可以将装饰涂料、贴花等加在保护外壳11上，以标识设备的拥有者或为了品牌、广告、或其它所希望目的。外壳11可以由具有足够强度的任何合适金属构成；在许多情况下，它是经过铸造、冲压、深拉、加工、或成形的金属、金属合金、或金属基复合材料。可替代的是，它可以是聚合物或陶瓷基复合材料。取决于外壳11的介电性，可以配备如在现有技术中众所周知的RF透明窗或天线馈孔，以便使单向或双向通信信号进入外壳11中或从外壳11出来。

除了显示在图中的特定示范性，以及因此非限制性配置之外，应该懂得，本发明也可以有利地利用诸如Asher一般地公开在美国专利6,364,584中的那种那样的重力型锁定系统来实现。

除了如上所述的徽标或其他广告的被动显示之外，本发明的设备可以进一步配有可视显示装置，从而可以向路人或尾随车辆显示消息。应该懂得，该设备具有特别可用于动态广告的几方面特性，也就是说，它具有与系统管理器通信的能力，并且它的地理位置是已知的。因此，系统管理器可以与该设备交互，使它显示特定消息或广告，尤其是位置，从而可以使这样广告的价值最大化。可替代的是，可视显示装置可以用于提醒到达点的工人箱子经历了一些非正常状况，以及提供系统正在正常工作的可视确认。

举例

在图5中一般地示出本发明方法的一个方面用50，其中各步操作是：

51 装载箱子；

52 在第一扇门上安装进入棒10；

53 在第二扇门上安装锁定棒12并使用闩锁机构14拉紧锁定棒；

54 监测途中状态和位置，最好经由GPS 18；

55 与系统管理器/服务器通信；

55A 每隔所选间隔向服务器报告一次；

55B 向服务器报告警报、警示、或偏差；

55C 接收来自服务器的确认/更新/受权消息；

56 到达航点；

57 根据时间、位置、和/或进入码解锁；

58 最后航点？

59 根据时间、位置、和/或进入码卸载。

举例

在图6中60一般地示出本发明方法的另一个方面用，其中各步操作是：

61 行程编排；发出与地理/日程表存在差异的警报；

62 在起点？

63 保持未闩锁/未锁定状态；

64 正确安装？

65 向服务器报告状态；

66 正确锁定？

67 向服务器报告状态；

68 向服务器报告状态；

69 运行“行程”；

70 向服务器报告警报、警示、或偏差；

71 接收来自服务器的确认/更新；

72 等待键板输入；

73 代码有效？

74 向服务器报告事件；

75 对于该代码位置有效？

76 向服务器报告事件；

77 对于该位置和代码时间有效？

78 向服务器报告事件；

79 解锁；

80 行程结束？

81 等待键板输入；

82 代码有效？

83 向服务器报告事件；

84 卸闩(卸装)和睡眠。

这个例子例示了本发明提供GPS数据的冗余确认以便如果GPS受到电子篡改或欺骗则防止未经授权打开的一些方式。

举例

按照本发明的一个方面使用本发明的一般方法可以描述如下：最好是在其包装时，在供应链中的某个点上将带有其板上电子插件的进入棒附在箱子上。板上插件记录安装，报告全球定位系统(GPS)的位置、时间戳、和任何传感器的状况。该系统在多式联运的整个旅程中保持在适当位置(相对于箱子)上。如果在旅行期间，发生多种传感器状况，则机构可以通过选择的无线媒体报告警告状况，或可以简单地将状况记录在板上存储器中以便以后到达时下载。可报告传感器状况可以包括电池不足、篡改、移除、温度超范围、湿度超范围、或存在感兴趣的化学、生物、放射性、核、或爆炸物质。该设备可以进一步根据请求或根据预定时间间隔通过选择的无线媒体向系统管理器报告。报告可以包括诸如GPS坐标、电池状况、开关位置的那样参数、和来自配置成响应温度、湿度，或化学、生物、放射性、核、或爆炸剂的传感器的读数。该设备可以编程成马上向系统管理器报告诸如GPS坐标的大偏差或存在放射性物质那样的某些状况，而像翻倒/倾斜或冲击/加速度读数那样的较不重要传感器状况可以在到达时报告，以便可以马上检查货物是否有损坏。

本发明系统可以利用所谓的自组无线联网(串行网格无线电)。自组串行网络无线电的一些特性包括：1：使用多种信息安全、加密、和确认协议确保信息交换安全；2.可伸缩成混杂化扩频(HSS)无线电格式；3.自动寻找范围内的其它相关设备；4.如果存在两个或更多个相关设备，自动形成团体；以及5.根据团体的每个个体的最小周期设置为整个团体“挑选”发言人以便收集和发送跟踪和安全信息(TSI)。

举例

本发明可以进一步使用防止恶意攻击干扰本发明的正常运行的智能RFID标签的反“欺骗”系统的协议。该协议利用板上电路根据收集的历史、地理、和设备的状况生成通用唯一标识码。这个代码变成本发明解决方案提供的分布式智能的一部分。

本领域的技术人员应该懂得，本发明系统为多式联运财产提供了可移动，但安全的平台。模块化性质综合了可交换/混合和匹配积木架构下的跟踪、感测、和安全，其中特定用户可以选择感兴趣的传感器插件、要使用的标识和报告协议、和最适合用户和装运的财产的通信方法。

本发明系统被设想成特别可用在为万维网准备/万维网友好数据可视化和报告应用中的、全球多式联运运输管理系统中，该全球多式联运运输管理系统由用于地理位置和状况信息的捕获、存储、检索、分析、和行动(警告，警报等)的设施组成。这样，形成了全面启用地理信息系统(GIS)，以及定制的产业特定应用围绕GIS核心/平台构建。基于万维网的跟踪服务可以提供对财产位置和状况的实时访问、自动定制警告、和可全球地从任何具有上网功能终端访问的客户需要的内容。物流信息可以直接从网站推拉到用户的内部资源管理系统。本发明系统可以利用定制、增值客户服务得到进一步改进，从而加强基本跟踪系统的功能。

在图4中示意性地例示如应用于海洋运输的本发明方法的一般特征。

举例

在图4中示意性地示出可以应用在本发明方法中可以利用的通信链路的一些方面。集装箱船只41携带多个集装箱，其中至少一个装配了本发明的进入棒10。可以与船41上的收发器建立局部通信42。卫星通信43在船只41与系统管理器44之间传送数据。系统管理器又可以将所选数据报告转发给用45一般性表示的一个或多个客户。客户45可以包括货物的托运人或拥有者；航运公司或船只拥有者；以及各种政府机构。

本发明系统被设计成以如下方式解决全球财产跟踪和控制解决方案的如下关键属性。

该系统包括如下部件：1.刚性遵循ISO标准集装箱锁定设备-利用集装箱的固有特性保护集装箱不受侵犯的物理锁定系统。2.具有鲁棒性的有源RFID技术-必须使财产在极端恶劣无线多径干扰条件下可看见(例如，在港口的堆放场中，在船只的甲板上，在船只的货舱中，或在仓库中基于集装箱或分集装箱财产的局域联网)。3.卫星和/或蜂窝式通信-在远区中使用广域通信来确认安全性和满足物流优化运营需要的能力。4.智能传感器网络-确定集装箱和货物的完整性和状况的利用通用寻址方案的“即插即用”智能传感器。5.智能信息系统-能够分析地理统计和地理空间信息和模式(例如，地理信息系统)以便创建战略财产情报。6.先进电池技术-使电池寿命超过三年。

本发明系统的优选能力包括如下：1.安全无线通信系统-必须保护经由无线和有线网络发送的信息以防止窃听(例如，物理层安全、数据加扰、加密、身份认证等)。2.实时定位-GPS、先进电视信号处理、航位推算、或提供在恶劣多径条件下实时精确定位财产的其它基于位置技术代表有理由使投资得到迅速回报的港口、船只、和仓库管理的效率的大幅提高。3.智能融合-具有实时警告能力的通用运行图(COP)。4.网络安全性-用于财产跟踪和分析的多层安全方案。5.多用户访问方案-无线设备必须具有在给定区域中经阅读器同时与大量标签(＞5000)通信以便接纳现代装运码头附近的大量集装箱的能力。6.全球可用免执照射频-需要单个免执照RF频带来保证局域联网和RFID应用或频率和协议灵活RFID系统中的互操作性。

应该懂得，该系统依靠多种方式的无线通信。存在三种在恶劣多径环境下使无线RFID通信具有鲁棒性的基本途径，即，对等(网格联网)解决方案、超宽带解决方案、和混杂化扩频解决方案。本申请人偏爱混杂化扩频(HSS)解决方案，因为它最佳地坚持了整体解决全球财产跟踪和控制系统的性能规范：HSS途径允许设计窄谱、宽带解决方案为，例如，＞900MHz频率(高数据速率和对环境状况的较高抵抗力)，这是眼下在恶劣多径干扰条件(即，无线通信的传统障碍)下为具有鲁棒性的无线通信提供的唯一出现全球可用免执照频带。HSS技术的技术发展水平基于利用以独特方式组合并采纳先进信号处理概念的时间定序(多用户访问量增加)、快速跳频(对多径干扰的高级抵抗力)、和直接序列扩频(对来自相同地理区域的两种其它RF应用的干扰的高级抵抗力)协议而构成高级防冲突无线通信解决方案。

本质上，HSS系统能够将原始信号与短程多径反射信号区分开。第一次尝试就成功通信的统计概率对于HSS途径在位级上是99.99％。这种网络可靠性水平降低了冗余发送的需要，从而比当前可用商业技术延长了电池寿命。根据对多径干扰基本免疫的窄带解决方案，该系统将支持对港口中，船只上，船只的货舱中，和仓库中的装运集装箱在标准堆放条件下的各自标签进行的无线电定位(实时3维1米精度)。HSS解决方案可以根据无线电定位和收发器架构(每个标签是阅读器和发射器)建立取决于环境性质的智能切换模式的地理优化网格联网能力。HSS解决方案的时间定序方面具有在每个100秒时窗内经阅读器单元与多达10,000个单独标签双向通信的潜力，在海洋船只和港口环境下这是关键。最终结果是在据此可以将加密、数据加扰和认证安全分层的物理层(根据生成波形的方式)具有固有安全性的具有鲁棒性的多用户有源RFID无线跟踪和通信解决方案。由于这些原因，HSS途径对于全球部署RFID总财产可视解决方案来说似乎是最合乎逻辑和合理的解决方案。

在2004年2月进行的研究中，HSS解决方案在查尔斯顿(Charleston)港口莞岛(Wando)码头APM码头公司北美设施上首次得到证实，并且于2004年6月为国土安全部、国土安全高级研究项目署再次证实。HSS技术以近乎完美的精度证明了使用2.45GHz RFID解决方案与标准堆放的冷藏集装箱实时通信的能力。2004年8月进行了另外一次测试，证实了在“干箱”装运集装箱的标准堆放条件(长10个×高3个)下的通信能力。

本发明系统为商业多式联运财产管理和国土安全二者的需要提供了实时财产跟踪：1.实时全球定位跟踪以及详细航行历史以便提供所有海运船舶的综合“观点(view)”。2.作为远程卫星上行链路和串行网格无线电的组合的货栈、码头、仓库等的远程汇集和上行链路点；3.跟踪集装箱位置和状况以及篡改通知和内部环境、生物、化学和辐射状态。4.利用核查跟踪对到达美国水域和港口的船只和集装箱的预警/威胁识别。5.检测和监控可疑装运活动(非事先安排港口呼叫等)。6.基于需知原则将安全数据馈送给客户和利益相关者。7.在集装箱和货物两者的水平上识别长期活动模式。8.促进通过港口、运河、和检查点的“低风险”、快速跟踪通关协议。9.多式联运盘点管理，为订单管理、空间分配、调度、负载平衡、供应链管理、港务管理、和港口/集装箱管理沿着船只、铁路和卡车运输线综合跟踪。

卫星和蜂窝式网络提供了全球实时跟踪和监测财产的广域网(WAN)能力，以及在一个地方有效集中所有信息的能力。这样就提供了安全、容错、数据备份/归档、和数据库维护等方面的优点。中央网络运营中心将多种信息源与发送的本发明进入棒状态、位置、和状况结合，以支持客户日期需要、先进增值商业物流、和风险和威胁分析。在开放系统架构下将两者与GIS、GPS、实时警告系统、高性能集群计算(HPCC)、互联网中的商用技术结合，以建立实时跟踪和财产管理系统。该中心为全球管理移动财产的实时物流支持提供了单个地点。本发明系统可以进一步包括允许个人和机构经由具有严格信息保护协议的互联网实时管理财产的基于万维网跟踪系统。信息将基于需知原则通过安全交易分发给相关方，因此排除了以盗窃财产为目的的系统使用。

如前所述，进入棒是小型的，一般具有比空装运箱高的价值。因此，有可能在一些应用中，希望在不必返还空箱的情况下将许多进入棒返还给它们的原点。应该懂得，可以构建与标准集装箱匹配和具有与箱门(参见，例如，图1)上的棒间隔相当地隔开的多条平行棒的金属架。大量进入棒可以固定在该架子上，并且编程成在它们到达所希望位置之前不能从架子上移走。该架子在运输期间继而比在航行中将进入棒简单地堆放在空箱中更安全地支承着进入棒。

还应该懂得，本发明可以有用地应用在除了海洋运输之外的物流设置中。这样的其它设置可以包括：路上拖车、货运列车、所有类型的封闭式运输工具，以及用在多种产业中的其它尺寸和结构的集装箱。因此，本发明不局限于使用“标准”海运集装箱，而是可以容易于适用于其它尺寸和几何形状。尤其，本发明可以适应于显著小于多式联运货物集装箱的装运箱和小箱；尤其，如下面的例子，适用于适合像小型仪器、文件、货币或证券、首饰、硬币或贵金属、药品、危险品等那样的小型、贵重或负有责任的物件的便携式箱子。这里，本发明的锁定系统提供了支持物流应用的安全和实时财产可见平台。本发明的锁具使得几乎不可能在破坏现场不留下破坏证据地破坏箱子的完整性。本发明的锁具可以无需真实钥匙地自主起作用，只要与通过人工直接输入锁中或无线发射提供的至少一个其它进入码结合满足适当位置和时间就可以进入。而且，该锁具可以提供谁在如时如地试图和允许进入的核查跟踪。

举例

图7示意性地给出了像典型公文箱或行李箱那样配置成以翻盖形式打开和闭合的刚性、带铰链箱子。同行业中常见的合适坚固耐用箱子像如下产品那样可从几个制造商那里购得：Pelican(Pelican^TM Products，Inc.23215EarlyAvenue，Torrance，CA 90505)；Storm(Hardigg Industries，Inc.147North MainStreet，South Deerfield，MA)；以及Zero Case(Zero Manufacturing，Inc.，500West 200North，North Salt Lake，UT 84054)的产品。这些箱子也可以用众多材料定制，这些材料包括塑料、聚合物、金属、陶瓷、复合陶瓷材料、布料等。集成到箱子90中的是机电锁94、至少包括微处理器和GPS接收器的电子插件92、天线阵列91、和电池或其它合适电源(诸如燃料电池、电力回收设备等)95。可选的是，可以配备用于输入编码数据等的键板93。因为许多设想的应用都牵涉到所谓“便携式”箱子，所以应该懂得，在图7中所示的箱子可以配有各种传统手柄、小轮子等(未示出)，它们是方便携带公文箱、手提箱等的众所周知特征。

锁定系统可以进一步包括用于温度、湿度、灯光、音响、气压、位置、冲击、振动、和身份等的一个或多个商用传感器。该锁具可以与要包括在箱子内的用于温度、湿度、灯光、音响、气压、位置、冲击、振动、和身份等一个或多个商用无线传感器通信。

举例

在上文的例子中，一个共同特征是地理锁定设备呈现一般包括有关其地理位置的信息的各种程度状况意识。对于在图7中所示的设备，许多设想的应用牵涉到在一些情况下可能是授权(或要求)保持箱子的物理监护的唯一承运人或人员的快递员。对于这样的应用，电子插件92可以进一步包含配置成连续监控携带箱子的人员或运输箱子的卡车的附近的近场/附近RF设备。如果系统检测到指示快递员暂时丧失对箱子的物理监护的分离，则根据出发或装运时编程到系统中的指令，可以禁用锁具，可以指示警告状况，或可以采取其它动作。

举例

除了地理位置之外，可以将设备进一步配置成包括各种授权协议。例如，可以将地理锁编程成在箱子被递达到特定地理位置(例如，军事基地、大使馆等)之前保持锁着。一旦满足地理条件，该箱子就可以允许一个或多个授权用户打开它(例如，经由像通用访问卡(CAC)那样的军方发放感应卡，CAC是作为标准标识为现役军事人员、预备役人员、文职雇员、非国防部其他政府雇员和国民警卫队的国家公务员以及合格的承办人员发放的美国国防部(DoD)计算机可读“智能卡”)。

与前面所述的多式联运集装箱设备一样，便携式设备可以经由卫星、蜂窝式、和定域射频设备无线地通信它的位置、状态、状况、通知、警告、警报、和处在箱子内外的远程传感器的状态和状况，卫星、蜂窝式、和定域射频设备又可以将这样的信息重发给远程服务器，远程服务器可以捕获，存储，分析这样的信息，并以包括通知、警告、和警报的核查质量方式将这样的信息输出到万维网或其它计算机可读媒体。这样的服务器信息可以用于包括会计/计费系统、商业或政府物流保障系统、和专业或个人使用的各种用途。

Claims (19)

1.一种装运装置，包含：

包含两个相对部分的基本刚性外壳，所述两个相对部分相互连接和被配置为形成能够打开和闭合的箱子；

配置成将所述箱子固定在闭合位置上的集成锁定设备，所述锁定设备包含：

微处理器；

全球定位系统(GPS)接收器；

电源；以及

机电闩锁机构，其被配置成致动所述锁定设备，并且当所述装运箱到达所选地理位置时，根据来自所述微处理器的信号允许解锁所述锁定设备。

2.如权利要求1所述的装置，进一步包含定时电路。

3.如权利要求1所述的装置，进一步包含从由如下组成的组中选择的至少一种无线发射器：UHF和微波低地球轨道卫星调制解调器；四频带全球移动通信系统(GSM)调制解调器；以及包括具有无线电网格联网能力的那些的无源和有源射频标识(RFID)设备。

4.如权利要求1所述的装置，进一步包含从如下组中选择的至少一种感测设备：加速度计；倾斜传感器；冲击传感器；测压元件；应力计；热传感器；化学传感器；辐射传感器；湿度传感器；气压传感器；生物传感器；RFID标签阅读器；近场/附近RF器件；以及计算机可读RF标识卡。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述感测设备的至少一个包含在所述外壳内。

6.如权利要求4所述的装置，其中所述感测设备的至少一个安装在远离所述外壳的地方，并且所述感测设备被配置成在所选时间上与所述微处理器无线通信。

7.如权利要求1所述的装置，进一步包含从由如下组成的组中选择的一种数据输入设备：键板；USB端口；以及无线数据链路，从而可以将所选数据输入所述微处理器中。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述微处理器被配置成根据来自所述GPS接收器的输入确定所述箱子的地理位置。

9.如权利要求8所述的装置，其中除了所述GPS接收器之外还配备了第二电路，并且所述微处理器被配置成除了请求来自所述GPS接收器的所述输入之外，还请求来自所述第二电路的所选输入。

10.一种装运装置，包含：

包含集成锁定设备的基本刚性可锁定外壳，所述锁定设备包含：

包括双向通信系统的感测设备，所述感测设备进一步包括GPS接收器；以及

电源。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述双向通信系统被配置成与处在远离所述箱子的地方的系统监控器通信，所述系统监控器被配置成在所选时间接收来自所述感测设备的数据，以及在所选时间与所述感测设备通信。

12.如权利要求10所述的装置，其中所述双向通信系统包含从由如下组成的组中选择的至少一种无线发射器：UHF和微波低地球轨道卫星调制解调器；四频带全球移动通信系统(GSM)调制解调器；以及包括具有无线电网格联网能力的那些的无源和有源射频标识(RFID)设备。

13.如权利要求10所述的装置，进一步包含从如下组中选择的至少一种感测设备：加速度计；倾斜传感器；冲击传感器；测压元件；应力计；热传感器；化学传感器；辐射传感器；湿度传感器；气压传感器；生物传感器；以及RFID标签阅读器。

14.如权利要求10所述的装置，进一步包含配置成提供所述GPS接收器的输出的冗余检验的第二电路。

15.如权利要求10所述的装置，其中所述双向通信系统被配置成与附近设备通信，以便可以连续监控所述装置相对于指定承运人的附近。

16.一种装运装置，包含：

包含两个相对部分的基本刚性、便携式外壳，所述两个相对部分相互连接和被配置成能够打开和闭合的可锁定箱子；

用于携带所述箱子的手柄；以及

配置成将所述箱子固定在闭合位置上的锁定设备，所述锁定设备包含：

微处理器；

全球定位系统(GPS)接收器；

电源；以及

机电闩锁机构，其被配置成致动所述锁定设备，并当所述装运箱到达所选地理位置时，根据来自所述微处理器的信号允许解锁所述锁定设备。

17.如权利要求16所述的装置，进一步包含近场RF通信系统，其被配置成与附近设备通信，以便可以连续监控所述装置相对于指定承运人的附近。

18.如权利要求17所述的装置，所述指定承运人是个人，并且所述近场RF通信系统被配置成监测所述个人保持所述箱子的物理监护的状况。

19.如权利要求17所述的装置，所述指定承运人是车辆，并且所述近场RF通信系统被配置成监测所述箱子保持在所述车辆内的状况。