CN1898688B - 集装箱的跟踪 - Google Patents
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Abstract
位于船上集装箱内的监控设备模块10由跟踪代理12进行轮询。由此捕获到监控数据，于是，代理12可以实时地确定存在正确的集装箱组。代理(12)还通过卫星通信系统(13)将较高数值的报告消息以较低的带宽发送至网关(15)。该网关(15)将该消息路由至各个系统，如跟踪中心。同时，该网关(15)定期轮询并验证其组内的分布式跟踪代理(12)。
Description
发明领域
本发明涉及诸如联合运输集装箱之类的集装箱的跟踪。
技术背景
联合运输提供了一种货物运输服务，当从一种运输工具换成另一种运输工具时，不必从集装箱中卸下货物和重装货物。举例来说，运载水果的集装箱可能在一个国家打包，装载到船上，然后装载到火车上，然后用卡车运送至目的地，其间不必拆箱和重新打包。
联合集装箱运输市场的近期增长引起了盗窃、集装箱丢失、集装箱延误等情况的增长，并且引起了这样一种观点：集装箱会被恐怖分子利用，而将武器走私至一个国家。
在本发明中，集装箱的定义并不限于标准的联合运输集装箱(长度通常为20英尺、40英尺及45英尺)，还可以包括其他形式的集装箱和诸如卡车和拖车之类的运输工具。
US20030038172描述了一种系统，用于跟踪诸如联合运输集装箱等货品。该系统识别目标和目标之间的交互。RFID标签用于标识目标。
本发明旨在提供改进的集装箱跟踪。
发明内容
根据本发明，提供了一种跟踪系统，其包括跟踪代理，所述跟踪系统包括：
处于与所述跟踪代理相关联的无线局域内的多个集装箱监控设备，
配置为与所述多个集装箱监控设备进行通信的局域接口，
其中，所述跟踪代理包括：
处理器，用于接收监控设备数据，并利用它产生报告消息，
远程通信接口，用于上载所述报告消息；
其中所述系统还包括位置监控设备，并且，所述处理器利用来自所述位置监控设备的输入，确定地理位置数据，并在所述报告消息中插入所述地理位置数据，
其中所述跟踪代理的处理器配置为和所述多个集装箱监控设备交换心跳消息，以检测所述无线局域中的通信错误，并将关于检测到的错误的数据插入所述报告消息，其中所述处理器配置为将轮询消息的响应缺失作为通信错误；
所述系统还包括跟踪网关，所述跟踪网关用于接收来自多个分布式跟踪代理的所述报告消息，
所述跟踪网关配置为将基于所接收到的报告消息的跟踪信息上载至跟踪应用程序。
在一个实施例中，所述处理器在所述报告消息中插入地理位置数据。
在另一个实施例中，所述系统还包括位置监控设备，并且，所述处理器利用来自所述位置监控设备的输入，来确定所述位置数据。
在再一个实施例中，所述处理器解析监控设备数据，以检测具体事件并相应地产生通知，并将所述通知插入所述报告消息。
在一个实施例中，所述局域接口同多个监控设备进行通信，所述监控设备中的每一个依次同电子标签进行通信。
在另一个实施例中，所述局域接口利用移动网络协议同所述监控设备进行通信。
在再一个实施例中，所述协议采用SMS。
在一个实施例中，所述处理器从监控设备数据中读取集装箱标识符。
在另一个实施例中，所述处理器和监控设备进行双向通信。
在再一个实施例中，所述处理器询问监控设备，以确定状态数据。
在一个实施例中，所述处理器对监控设备进行远程配置。
在另一个实施例中，所述局域接口从运输系统中接收输入，所述处理器确定与运输系统和位置相关的信息，所述处理器将所述信息插入所述报告信息。
在再一个实施例中，所述处理器根据电子货运单确定有效的集装箱监控设备。
在一个实施例中，所述代理和集装箱监控设备交换心跳消息，以检测通信错误，并将关于检测到的错误的数据插入所述报告消息。
在另一个实施例中，所述处理器将轮询消息的响应缺失作为通信错误。
在再一个实施例中，所述处理器在轮询消息中插入验证挑战，并且，如果未对所述挑战做出正确响应，则指示通信错误。
在一个实施例中，所述局域接口和手工激活的安全警报设备进行通信，并且，所述处理器响应于手工激活而自动产生安全警报报告消息。
在另一个实施例中，所述局域接口将发送安全代码的移动设备作为无线安全警报设备。
在再一个实施例中，所述系统还包括跟踪网关，用于接收来自所述跟踪代理的报告消息。
在一个实施例中，所述跟踪网关和多个分布式跟踪代理进行通信。
在另一个实施例中，所述跟踪系统将基于接收到的报告消息的跟踪信息上载至跟踪应用程序。
在再一个实施例中，所述跟踪网关通过多条冗余路径路由所述跟踪信息。
在一个实施例中，所述跟踪网关定期轮询所述跟踪代理。
在另一个实施例中，所述跟踪网关向每个代理发出一个验证挑战，并且，如果未对挑战做出有效响应，则指示错误。
在再一个实施例中，还包括一个本地控制终端，并且，所述处理器接收所述终端处的状态和事件数据，并利用所述数据产生所述报告消息。
在一个实施例中，集装箱监控设备所发送的状态和事件消息显示在所述本地控制终端上。
在另一个实施例中，所述本地控制终端有一个接口，用来直接询问所述监控设备。
在再一个实施例中，所述本地控制终端是手持式设备，其通过移动网络进行通信。
在一个实施例中，所述代理位于一个具有专用移动网络的运输设备上，并且，所述本地控制终端在该网络中进行通信。
在另一个实施例中，所述处理器根据所述报告消息中所包括的事件的性质，自动为报告信息上载选择路径。
附图简述
下面参照附图，采用举例的方式，来描述本发明的一些实施例，以便于可以更清楚地理解本发明，其中：
图1是描述本发明的一个船载通信系统的示意图。
具体实施方式
在本发明中，装有监控设备的集装箱的位置可以使用运输所述集装箱的交通工具的移动蜂窝网络进行监控。所述移动网络在船内提供GSM(SMS和GPRS)覆盖，并利用卫星同地面GSM网络相连接。由此，可以从一个位置到另一个位置地连续地监控集装箱。
简言之，一个和卫星相连接的船载微型网络(pico-network)包括跟踪代理。跟踪代理的作用是从监控设备捕获数据并产生报告消息，以用于和跟踪中心进行增强型信息交换。例如，如果受监控的位于船只货舱深处的集装箱“看”不到GPS卫星，监控代理就可以在发送给跟踪中心的报告消息中插入位置信息。报告消息发送给跟踪代理网关，其作用是提高若干个船载跟踪代理与跟踪中心或安全监控中心之间的信息流。
主要用于跟踪和监控集装箱的船载系统也可以用来跟踪船只本身。跟踪代理12可以产生包括与船相关的位置信息及其他事件和数据的SMS消息。该功能可用于满足长距离跟踪和识别(LRIT)的需要.
如果可以使用较新的基于分组的技术，例如GPRS，则这些技术可由同一终端用于和SMS结合使用或代替SMS来交换IP分组。
跟踪代理12提高了SMS消息流，尤其针对下述情况：GSM覆盖能力已扩展到船只、港口和传统地面GSM网络因受限于国际无线规章和法律而没有覆盖到的其他区域。
参看图1，本发明的通信系统1包括：
10：若干个集装箱，其配有监控设备，即GSM/GPS模块，后者用于利用SMS或GPRS信道在GSM空中接口上定时地报告信息。这些监控设备可配备有RFID标签读取器，从而能够和集装箱里的RFID标签24进行通信。
11：船载BTS与其相关天线系统为船只上所有可以存放集装箱的位置提供GSM无线覆盖。
12：船载跟踪代理，位于BTS 11和卫星通信系统13之间，用于截获来自集装箱模块10的SMS消息，并用其产生用于上载的报告消息。跟踪代理12也支持与GPS接收机20、手工激活报警系统21和用于管理船载设备的本地控制终端22的交互。跟踪代理利用来自GPS接收机20的输入，在报告消息中插入位置数据。
13：传统的船载卫星通信系统(“SatCom”)，其提供船只和地面设备之间的数据链路。它由代理12用来将报告消息上载至网关15。
14：地面站(GES)，其是船载SatCom系统13的地面对应部分。
15：位于GES 14和诸如GSM网络(PLMN)或者IP网络等传统地面网络之间的固定跟踪代理网关。它用于从多个分布式的跟踪代理12接收报告消息，并将相应的跟踪信息路由至各个系统。
16：若干个跟踪中心，它们向集装箱跟踪设备发送消息并接收来自集装箱跟踪设备的消息，并包括用于监控集装箱状态和位置的跟踪应用程序。
17：若干个安全监控中心，它们接收来自网关15的安全相关消息。
18：若干个跟踪应用客户机，它们通常通过跟踪中心16支持的因特网门户访问跟踪数据。
20：GPS接收机或已有的船载导航系统25，用于向跟踪代理12指示位置、速度、航向和其他有关信息。跟踪代理12用这些数据来增强报告消息的“值”。
21：手工激活的警报系统。它可以是硬连线的。或者，它可以是一个通过程序设定用于发送警报代码的传统移动电话。
22：本地控制终端，用来对跟踪代理12进行操作和维护。
23：RFID标签读卡机，用于和运输工具上的RFID 24进行通信。
系统操作
每个集装箱配备有一个或多个GSM/GPRS模块10，用于和集装箱中的传感器以及用于位置监控的集装箱GPS接收机进行交互。传感器通常监控的参数包括：
·集装箱箱门状态。GSM模块在日志中记录门的所有开和关，并可以通过配置来定期地或在发生门事件时报告门的活动。不打开封条而通过试图卸掉门来打开集装箱的行为也会引起门事件的产生。
·集装箱温度。GSM模块在日志中记录温度变化，并且可以通过配置来定期地或在达到预定温度门限值时即时报告这些变化。
·集装箱位置。GPS接收机定期地或应要求向GSM模块发送位置信息。该位置信息由GSM模块定期地或在位置改变一个可配置量时进行报告。
·速度检测。GPS模块10在每次位置更新时指示速度，并且，速度也可以被监控并在日志中记录。如果速度超过一个可配置的门限值，则可以产生警报。
·集装箱湿度。GSM模块10在日志中记录湿度变化，并可以通过配置定期地或在达到预定湿度门限值时即时报告这些变化。
·集装箱电源状态。冷藏的集装箱通常由内置发电机或电池或来自船只的外接电源供电。
·GSM/GPS模块电池。GSM/GPS模块10通常由一个或多个干电池供电。该模块监控电池电压，并在电量降到一个可配置的值时发送警报。
·破坏指示。如果任何一个船载集装箱设备受到破坏，则GSM模块发送一个即时指示(警报)至监控中心。
·打开电子或物理封条。
·冲击检测，如果集装箱落下或被摔下，速度计可以检测冲击量，其由GSM模块在日志中记录并报告。
·压力，集装箱压力可以像前述对温度和湿度一样在日志中记录并报告。这尤其适用于装运液体和气体的集装箱。
·辐射检测，用于监控集装箱内外的核辐射等级。
·气体检测，用于监控集装箱内的不同气体的浓度等级。
·化学、生物和核武器检测。
·RF标识标签(RFID标签)广泛地用在集装箱上，用于集装箱的识别和跟踪。GSM模块10可以配备有RFID标签读取器，其从标签中读取数据并将其定期地或按要求发送至跟踪中心。
·GSM覆盖。GSM模块10可以通过配置发送接收到的信号的强度变化，从而可以指示集装箱正在移出GSM网络的范围。GSM模块10可以保存并在日志中记录GSM覆盖范围的起止时间。它也会记录由错误的配置、系统故障、突发损坏或破坏引起的GSM网络输出功率的任何减小。通过检查日志，可以确定GSM模块是否处于覆盖范围外及其时间长度。
·GPS覆盖，每次位置更新时，GPS接收机指示可见的卫星的数目。这可以指示位置信息的质量和准确度。该信息可由GSM模块用来报告减小的GPS覆盖范围或GPS覆盖的完全缺失。
·偏离计划航线；包括航路点和班期的航线信息可以下载至跟踪代理12，如果系统偏离航线或延误了班期，就会产生事件。
跟踪代理12基于从监控设备10接收到的信息，也可能基于通过读取器23的RFID标签24，产生报告消息。下面是跟踪和状态消息的例子，其出现于设备10和跟踪代理12间：
| SMS | Lat | Lon | UTC | Fix | Sat | 状 | A/D-1 | A/D-2 |
| 头 | 态 |
SMS头：消息的路由信息
Lat：纬度
Lon：经度
UTC：时间戳
Fix：GPS定位质量；0＝无效，1＝GPS定位，2＝差分GPS定位。
Sat：用于定位的卫星数目。
状态：每个输入1比特，例如，门开、冰箱故障。
A/D：模数转换器，例如，温度传感器。
经过跟踪代理处理后，转发至跟踪网关15的消息格式如下，其中跟踪代理12用有效数据取代了无效位置信息并附加了其自己的标识符：
| SMS头 | Lat | Long | UTC | Fix | Sat | 状态 | A/D-1 | A/D-2 | TP-Id. |
SMS头：消息的路由信息，经过跟踪代理修改的是路由至不同或多个目标的SMS。
Lat：纬度，如果原来的定位数据无效，则由跟踪代理的纬度取代。
Lon：经度，如果原来的定位数据无效，则由跟踪代理的经度取代。
UTC：时间戳
Fix：GPS定位质量；0＝无效，1＝GPS定位，2＝差分GPS定位，3＝跟踪代理定位。
Sat：用于定位的卫星的数目。如果Fix＝3，则由跟踪代理插入。
状态：每个状态输入1比特，例如，门开、冰箱故障。
A/D：模数转换器，例如温度传感器。
TP-Id：跟踪代理的标识。
跟踪代理12也可以汇总来自许多设备10的数据，以产生一条占有较低带宽的综合报告消息。报告消息也可以由跟踪代理响应于本地终端22的输入而产生。为了实现这一点，一个船务人员可以输入集装箱的标识及本地控制终端22的相关参数。
可选的方案是，一个集装箱可以安装多于一个模块。这为价值高的集装箱提供更高的可靠性，并可以进行更好的损坏检测。例如，如果安装两个模块10，它们可以通过配置，使用连续心跳消息相互监控对方。如果一个模块10不对心跳消息做出响应，另一个模块10就发送警报。也可以在集装箱模块10和跟踪代理12之间交换心跳消息。如果跟踪代理12在一个可配置的时间内没有接收到心跳消息，它就可以向相关的跟踪或安全监控中心发送警报消息。
上述参数的报告频率和门限值可以由跟踪中心16内的跟踪应用程序或跟踪代理进行远程配置。这是通过在GPRS信道上使用SMS或IP向集装箱GSM模块10发送配置消息来实现的。
集装箱模块10要报告一个事件时，通过船载BTS 11向跟踪代理12发送SMS消息。跟踪代理12产生报告消息，并通过卫星链路将其上载至跟踪代理网关15。跟踪代理12或跟踪代理网关15可以在转发消息前在其中插入诸位位置坐标等信息。跟踪代理12或跟踪代理网关15也可以决定所述消息是否需要路由到一个或多个跟踪中心或安全监控中心，如果需要的话，则为其他中心创建该消息的副本。这在跟踪安全敏感的集装箱时尤其有用，其需要向相关机构汇报一些紧急事件，诸如门开或破坏检测。决定哪些中心需要收到消息可能取决于诸如当前位置或当地规章这样的信息。通常，安全消息将会发送给位于船只的船旗国、目的港/国或最近的国家内的安全监控中心。该信息可在跟踪代理12上进行本地或远程配置。SMS和/或其他消息传送协议可用来发送消息至跟踪或安全监控中心。或者，该路由功能可以在GSM模块或跟踪中心内实现。GSM模块10可以远程配置相关的跟踪中心或安全监控中心的地址。该模块的远程控制可以通过跟踪代理或跟踪/安全中心来完成。
来自模块10的初始消息和/或由跟踪代理12产生的所有其他消息可以在LCT 22屏幕上显示。这样，船上的工作人员就可以监控集装箱参数并且在必要时直接干预。LCT 22还使船务人员能够代表没有安装跟踪设备或跟踪设备失灵的集装箱，输入状态和事件。通常，针对船的货运单上的每个集装箱，输入这些手工输入的消息要发送到的地址。否则的话，可为代理配置缺省的目标地址，比如船运公司的地址。LCT 22也可以显示来自跟踪中心16或安全监控中心17的消息。
可选择地，跟踪代理12可以访问船只货运单的电子副本。这可以用于对位置已更新的集装箱同货运单上声明的集装箱进行交叉检查。所声明的集装箱和发送位置更新的集装箱之间的任何不匹配，都会引起跟踪代理12发送警报报告消息。
跟踪代理12有一个用于手工激活警报系统的接口。这样，船务人员就能够在紧急情况下，比如有人试图劫持船只时，向安全监控中心发送警报。通常，船务人员通过按动一个隐藏的按钮或使用无线设备例如蜂窝电话来激活警报。跟踪代理12向指定的安全中心发送预定的SMS报告消息，而不在船上产生任何警报已发送的指示。该功能符合SOLAS“船舶安全警报系统”的要求。
抵达跟踪中心的消息在日志中记录，以提供每个集装箱的事件的历史报告，以及，需要人工干预的重大事件发生时，相关工作人员得到警报。跟踪代理12和跟踪代理网关15也可以在日志中记录消息，以便在跟踪中心或安全监控中心不可抵达时提供一定级别的冗余度。
跟踪代理12也可以本地监控跟踪设备。跟踪设备可以定期向跟踪代理12报告状态，或者，也可以由跟踪代理12定期轮询跟踪设备。发生诸如开门这样的意外情况时，跟踪代理12只向跟踪代理网关15或其他跟踪中心发送指示。这样，系统就能够在不需要使用卫星带宽的情况下对集装箱状态进行经常检查。
如果跟踪应用程序需要监控一个船舶上的许多集装箱并保证跟踪代理12是可操作及可连续访问的，那么，跟踪代理12可以定期发送综合状态报告至跟踪代理应用程序。例如，可对船上100个集装箱每60秒进行一次轮询，可以每60秒向跟踪应用程序发送一个综合状态报告，这可以节约100∶1的卫星资源并保证每个集装箱和跟踪代理每60秒联系一次。本地交换的监控消息记录可以发送至跟踪代理网关，从而为本地业务产生收费记录和统计。对模块进行轮询可以包括：代理12提供一个验证挑战，并且，在挑战未得到正确响应时，自动产生一条错误报告消息。
船载GSM系统和地面GSM覆盖保证集装箱上的GSM模块10在大部分情况下都能和跟踪中心通信。在GSM覆盖不可用的极少情况下，模仿GSM BTS的小型手持式无线设备和跟踪代理12可以和集装箱上的模块通信，以读取监测参数的当前状态并配置GSM模块报告方案。
GSM模块还可以装配有一个可选的短程无线单元(例如WLAN802.11或蓝牙)，从而能够使一个或不同集装箱内的GSM模块通过建立本地自组织网络而进行相互通信。这样，能够对GSM模块进行点对点监控，并为特殊的集装箱和GSM网络间提供另一通信路径。跟踪代理还可以连接802.11或其他类似接入点，从而可以利用这些短程无线链接同这些模块直接通信。
跟踪代理12和跟踪代理网关15可以利用LCT 22进行本地监控和配置，或者利用传统的操作和维护中心进行远程监控和配置。跟踪代理12和跟踪代理网关15连续监控卫星链接的状态，并通过配置向跟踪中心或安全监控中心发送警报消息。跟踪代理和跟踪代理网关可以产生收费记录，必要时在收费中心进行后处理。
网关15还向每个代理12产生一个验证挑战，如果挑战未得到正确响应，则产生错误报告消息。如果定期轮询信号未得到响应，网关15也产生错误消息。
本发明不限于所描述的实施例，而是可以在结构和细节上有所变化。例如，BTS可以支持其他无线协议，包括、但不限于下面列出的：
-CDMA(IS95)和CDMA的演进版本(CDMA 2000、CDMA20001x等)
-UMTS和UMTS的演进版本
-GSM的演进版本，如GPRS、HSCSD、EDGE
-TDMA
-TD-SCDMA
-无线局域网、RFC 802.11
-蓝牙
-RFID无线协议
另一种变化是，本发明可以用于任何地面、海运或空运的运输工具，也可以用于地面网络。
Claims (23)
1.一种跟踪系统，其包括跟踪代理，所述跟踪系统包括：
处于与所述跟踪代理相关联的无线局域内的多个集装箱监控设备，
配置为与所述多个集装箱监控设备进行通信的局域接口，
其中，所述跟踪代理包括：
处理器，用于接收监控设备数据，并利用它产生报告消息，
远程通信接口，用于上载所述报告消息；
其中所述系统还包括位置监控设备，并且，所述处理器利用来自所述位置监控设备的输入，确定地理位置数据，并在所述报告消息中插入所述地理位置数据，
其中所述跟踪代理的处理器配置为和所述多个集装箱监控设备交换心跳消息，以检测所述无线局域中的通信错误，并将关于检测到的错误的数据插入所述报告消息，其中所述处理器配置为将轮询消息的响应缺失作为通信错误；
所述系统还包括跟踪网关，所述跟踪网关用于接收来自多个分布式跟踪代理的所述报告消息，
所述跟踪网关配置为将基于所接收到的报告消息的跟踪信息上载至跟踪应用程序。
2.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述处理器解析监控设备数据，以检测特定的事件并相应地产生通知，并将所述通知插入所述报告消息。
3.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述多个监控设备同电子标签进行通信。
4.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述多个监控设备同电子标签进行通信；并且，其中所述局域接口利用移动网络协议同所述多个监控设备进行通信。
5.如权利要求4所述的跟踪系统，其中所述协议使用SMS。
6.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述处理器从监控设备数据中读取集装箱标识符。
7.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述处理器和监控设备进行双向通信。
8.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述处理器和监控设备进行双向通信；并且其中所述处理器询问监控设备，以确定状态数据。
9.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述处理器和监控设备进行双向通信；并且其中所述处理器对监控设备进行远程配置。
10.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述局域接口从运输系统中接收输入，所述处理器确定与运输系统和位置相关的信息，并且，所述处理器将所述信息插入所述报告信息。
11.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述处理器根据电子货运单确定有效的集装箱监控设备。
12.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述处理器根据电子货运单确定有效的集装箱监控设备；并且其中所述处理器在轮询消息中包括验证挑战，并且，如果所述挑战未得到正确响应，则指示通信错误。
13.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述局域接口和手工激活的安全警报设备进行通信，并且，所述处理器响应于手工激活而自动产生安全警报报告消息。
14.如权利要求13所述的跟踪系统，其中所述局域接口将发送安全代码的移动设备作为无线安全警报设备。
15.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述跟踪网关通过多条冗余路径路由所述跟踪信息。
16.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述跟踪网关定期轮询所述跟踪代理。
17.如权利要求16所述的跟踪系统，其中所述跟踪网关向每个代理发出一个验证挑战，并且，如果挑战未得到有效响应，则指示错误。
18.如权利要求1所述的跟踪系统，还包括本地控制终端，并且，所述处理器接收在所述终端处的状态和事件数据，并利用所述数据产生所述报告消息。
19.如权利要求1所述的跟踪系统，还包括本地控制终端，并且，所述处理器接收在所述终端处的状态和事件数据，并利用所述数据产生所述报告消息；并且其中集装箱监控设备所发送的状态和事件消息显示在所述本地控制终端上。
20.如权利要求1所述的跟踪系统，还包括本地控制终端，并且，所述处理器接收在所述终端处的状态和事件数据，并利用所述数据产生所述报告消息；并且其中所述本地控制终端有一个接口，用来直接询问所述监控设备。
21.如权利要求20所述的跟踪系统，其中所述本地控制终端是手持式设备，其通过移动网络进行通信。
22.如权利要求20所述的跟踪系统，其中所述本地控制终端是手持式设备，其通过移动网络进行通信；并且其中所述代理位于一个具有专用移动网络的运输设备上，并且，所述本地控制终端在所述专用移动网络中进行通信。
23.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述处理器根据所述报告消息中所包括的事件的性质，自动为报告信息上载选择路径。
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