本篇报道围绕2018年上海市科技进步奖一等奖“融合北斗的集装箱物流跟踪与监控技术及国际标准制修订”项目展开，该奖项由华东师范大学经济与管理学部国际航运物流研究院包起帆教授领衔的团队获得。
项目参评日内瓦国际发明展，评委竖起了大拇指
货物不翼而飞，“黑箱”里发生了什么？
2011年12月，一批从上海运往美国的苹果手机，卸货时离奇“变成”与手机同样大小、重量的塑料板。这1 680部iPhone 4S，从组装厂仓库出发到抵达美国卸货开箱，究竟在哪个环节被“狸猫换太子”了呢？
根据从美国寄回来的塑料模块，侦查员们发现里外两层包装箱都是原装的，换进去的塑料模块重量与手机的重量完全吻合，因此在装上飞机前的称重中，工作人员根本没有察觉出异常。
从2011年12月26日这批装箱的手机离开A公司，3天后抵达美国。其间一共经历了从A公司仓库打包到装上货车，由物流公司（以下简称B公司）运输到其设在浦东机场的仓库，再从该仓库运输到航空公司堆场，经航空运输到美国四个环节。究竟是哪个环节出现纰漏的呢？顺着重要线索，警方顺藤摸瓜，2012年2月初，终于破获整个案件。原来是盗窃团伙，利用从A公司仓库到B公司仓库转移的过程中给调包了。
像这样货物运输途中被盗、调包、走私、偷渡的事件，在世界各国几乎每天都在发生。据美国国土安全局统计，全球每年集装箱失踪、失窃的经济损失高达300亿～500亿美元，无法让“黑箱子”透明、有效实现集装箱物流的全程定位和监控是业界长期以来的一大痛点。
当时，全球集装箱信息采集手段仍十分落后，大部分集装箱场站仍以人工或半人工方式进行信息抄录，不仅效率低、出错率较高，更重要的是，这种方式生成的信息流与集装箱内货物的实际情况分离，集装箱抵达查验关卡也无法确认货品是否完整、有无被调包。
要想知道“黑箱”里到底发生了什么，关键就聚焦在了集装箱物流的全程定位和监控上。如何提高物流的透明度和安全是全球热切关注的重点。
北斗破局物流监控盲点和痛点
那么，GPS定位系统不能解决这一问题吗？可以，但是这并非唯一途径，也并非最优方式。
GPS由美国设计于20世纪70年代而成形于90年代，由美国主导的ISO 18185系列标准源于伊拉克战争中的军事物资监控。成本高且普通的GPS系统只能接受卫星发出的信号，无法向卫星发射信号，即 GPS只能让用户知道自己在哪里。
北斗相当于中国的GPS系统，是我国自主研制的、集定位和通信于一体的卫星导航定位系统，不同于GPS的优势是：北斗独创的“短报文”功能可以实现导航+通信的功能。用户不仅可以知道自己的位置，还可以把自己的位置通过120字的信息发射回卫星。
因此，北斗卫星系统的通信功能能够为集装箱物流提供实时在线监控信息，针对全球占比达88%的山区、海洋等无基站区域物流信息失联的状况，通过北斗可以实现物流信息的传递，实现无盲区监控。
包起帆，华东师范大学国际航运物流研究院院长，他带领的团队深耕于集装箱物流跟踪与监控领域三十余年。2011年，包起帆团队就针对集装箱物流领域的痛点，创新了物流无盲区实时跟踪与监控技术，研制了以北斗通信模块和定位芯片为基础的多种跟踪与监控智能终端，满足了物流监控路径全覆盖、多样化、可视化、便捷化等需求。
设备载有监控温度、湿度、振动、烟雾、开关箱门信号等多种传感器，一旦锁缆被剪断或施加非正常外力、集装箱门被打开，或是箱内货物所处的环境出现异常，如温度、湿度、振动超出用户设定的阈值，系统会自动报警，通过北斗卫星实时发送短信和邮件通知用户。
设备具有在途突发事件实时告知、响应用户主动查询、自动休眠与唤醒、远程修改配置等功能，根据用户需要报告货物所在位置、安全状态和各类传感信息。与物流相关的所有的人，如货主、海关、检疫、边检、船公司、码头、收货人等，都可以对在途货物进行实时监控。
设备的应用场景也十分广泛，例如冷藏箱可以监控温度，危险品可以监控烟雾，军用物资可以监控位置，快递箱上装一个终端可以监控贵重物品等。
山区、边远地区、江河、海上等没有移动基站的环境下，无法实现实时信息交互。包起帆团队将融合定位和通信两大功能的北斗卫星的星地交互技术引入监控系统，轻松解决了这一问题。
此外，包起帆团队还创建了“移动互联网+云平台+NFC封条+智能手机”为架构的电子封条新系统，以智能手机取代了专用手持机和固定式读写器，在大幅降低使用成本的同时，通过数据分布式存储解决了真实性问题，提升了用户数据采集、融合和共享的能力。简单来说，就是手机在手，物流信息实时监控。首先对集装箱进行施封（NFC 电子封条已被嵌入锁内），随后只要在手机登录账号密码，通过手机识读封条，就可以实时看到自己关注的物流信息。用户所需要做的准备工作只是在手机上下载一个APP登录账户即可。NFC即近场通信（near field communication）的简称。
在整个过程中， NFC 电子封条技术发挥着重要作用。使用了NFC技术的设备（比如手机）可以在彼此靠近的情况下进行数据交换。
包起帆团队将NFC 标签置入机械封条，利用NFC 全球唯一身份，结合封条使用时的操作记录，系统自动比对电子封条的信息，确保了电子封条的唯一性，彻底改变了集装箱运输中机械封条容易被仿造的缺陷。并且，新发明的NFC 电子封条可以使用智能手机和移动互联网，生产成本低至2 元/个，仅为国际惯例中使用的RFID封条价格的1%。
而过去的集装箱物流监控系统，需要专用手持机和在世界各地的码头大门、桥吊、仓库大规模布设读写器，成本高且操作麻烦，还要用专网才能运行。
加入国际标准制定，开始掌控“游戏规则”
虽然与GPS具备相同定位功能且具备卫星通讯功能，我国的北斗系统长期被隔绝在国际标准之外。最大的难题是，以集装箱为代表的物流是全球化营运的，没有国际标准的引领，就无法将中国的创新推广至全球。
在港航界国际标准的制定中，发达国家长期掌控“游戏规则”。货运集装箱国际标准中涉及的卫星定位内容由美国牵头起草，只用GPS定位系统，且卫星定位系统的国际惯例也长期由GPS垄断。尽管我国集装箱生产量、运输量、吞吐量均已为世界第一，但遗憾的是，在集装箱物流领域的国际标准制定中鲜有中国的声音，更难有拥有自主知识产权的中国创新技术进入国际标准。
货运集装箱的国际标准是由“国际标准化组织ISO/TC 104 货运集装箱” 技术委员会制定修订，该委员会成立于1961年。委员会拥有一大批来自各国的资深专家，集装箱物流跟踪所涉及的无线射频技术（RFID）位于信息化的前沿，涉及各国利益之争，所以相关国际标准制定权的争夺十分激烈。我国1979年恢复在该委员会成员国地位。
根据科研成果，包起帆团队提出了一套相对完整且成熟的物流跟踪与监控系统，并将这套系统逐步推进该领域的国际标准。但是，这个过程障碍重重。
国际标准制定流程分为八个阶段，通常需经历3～6年的时间，甚至十几年。确定新的集装箱RFID国际标准需要多方协调，使其制定、审议、发布比其他标准难度更大。由于中国首次参与该领域的国际标准制定，ISO 18186标准提案起初并不被国际同行接受，项目组首轮申报就在投票环节失败，发达国家几乎都投了反对票。
项目组不畏挫折，带领各国专家考察了中国发明应用的现场，向国际专家做了大量细致的情况介绍和交流沟通，最终第二轮提案投票获得成功。
ISO中央秘书处正式发文，国际标准新项目的编号为ISO/NP 18186，同时任命包起帆负责领导该标准的制定。
2011 年12 月1 日，历经釜山、汉堡、巴黎、上海、华盛顿、圣地亚哥等7 次国际会议交锋和交融，与国外专家开展了百余次的对话和邮件沟通，《ISO 18186:2011 集装箱-RFID货运标签系统》在日内瓦ISO 中央秘书处正式发布。
之后，又历经了5年维护拓展，目前已被英国、法国、日本、俄罗斯等9个国家采纳为国家标准，美国和德国在复审投票中也已确认在本国实际应用。
国际标准的认可，切实地解决了集装箱物流行业的痛点和盲点，也提升了我国在物流和物联网领域国际标准制定的话语权。
率先将拥有美国和中国发明专利的“基于互联网的集装箱全球跟踪管理方法和解决方案”融入中国领衔制定的国际标准《ISO 18186:2011集装箱-RFID货运标签系统》，成为我国自1978 年加入国际标准化组织至2011 年间，在物流、物联网领域首个由中国发起、起草和主导的国际标准。
北斗定位和通信及相关发明纳入国际标准《ISO/TS 18625:货运集装箱-集装箱跟踪和监控系统》，打破了国际上定位即为GPS的惯例，已被欧洲发布为PD标准，被荷兰采纳为国家标准。
从科研成果推广到产业应用，从参与到主导国际标准的制定，包起帆团队打造了这套“可以实现集装箱物流全程无盲区实时跟踪和监控”的物流系统，并突破了国际标准的局限。
每个“科创细胞”都应向国际水平挑战
项目的实施引领了物流安全、便捷和低成本的发展。成果已在集装箱运输、检验检疫、军队、粮食能源运输、大型超市等领域的百余家企业和单位得到应用，应用单位杜绝了物流过程中被盗和调包等事件；NFC封条每年以百万件的批量出口至英国、意大利、美国、俄罗斯等国；近三年累计产生经济效益2.1亿元。
对于这些来之不易的成果，包起帆教授说：“我们只是中国科技创新中的一个细胞。在上海科技创新的建设中，每一个科研人员都是主力军，每个人都是创新细胞，只有每个细胞有活力，我国才能够真正参与到国际科技的大舞台。”
2020年6月23日，中国北斗三号系统最后一颗组网卫星发射成功，北斗全球导航系统星座部署完成。这意味着，中国和全球公众可以享用由北斗三号系统提供的导航、定位、国际搜救等种种服务。随着北斗三号卫星完成组网并向全球提供服务，项目研发的各类融合北斗通信和定位的智能终端将通过物流的管道进入全球，为中国北斗进入国际市场撬开一道门缝。
包起帆教授表示，他会带领团队将已被确定为国际标准的技术做好长期维护和进一步优化，拓展出可覆盖更多领域和地区的应用场景，并在将我国创新的物流技术推向国际标准的道路上继续努力前行。
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本文由上海市“科技创新行动计划”科普项目（19DZ2332500）资助