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淺析物聯(lián)網(wǎng)物流實時定位系統(tǒng)論文
摘要:文中提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)(IOT)的實時定位系統(tǒng)，解決了物流監(jiān)控管理系統(tǒng)中車輛運輸時間長、透明度低、運營成本高的問題。在運輸車載終端，采用SunSPOT平臺的集成傳感器技術(shù)，它將位置、溫度、濕度、光照強度、車輛信息、貨物信息等綜合起來，實現(xiàn)快速響應(yīng)和實時定位的多維控制。采集到的信息經(jīng)過時序調(diào)整打包通過6LoWPAN(IPv6overIEEE802.15.4)上傳并發(fā)送到物流實時定位監(jiān)控中心。文中提供物流實時定位關(guān)鍵模塊的設(shè)計和實現(xiàn)流程，方案被證明可以通過物聯(lián)網(wǎng)為物流運輸提供有效的實時定位監(jiān)測。
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);SunSPOT平臺;實時定位;終端
近年來，物流運輸行業(yè)迅速發(fā)展［1］，規(guī)模不斷擴大，車輛迅速增加，相關(guān)設(shè)施的自動化和信息化水平也越來越高，與此同時也帶來了諸多問題。物流運輸?shù)膶崟r監(jiān)控需求變得多樣化和復(fù)雜化，對網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，對系統(tǒng)的通用性和標(biāo)準(zhǔn)化提出了更高的要求。由于缺乏新技術(shù)，傳統(tǒng)的物流跟蹤監(jiān)控手段逐漸無法滿足企業(yè)發(fā)展的需求。在物流行業(yè)人員流動大、面積分布廣等特點下，員工之間的信息互動需求日益增加［2］，因此建立信息化、智能化、快速化的物流監(jiān)控平臺，對運輸車輛以及工作人員進(jìn)行監(jiān)督，提升企業(yè)經(jīng)營效益，同時節(jié)約資源，降低成本［3］，具有較高的社會和經(jīng)濟(jì)效益。物聯(lián)網(wǎng)(IOT)的出現(xiàn)如同工業(yè)革命，它推動了信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展［4］，尤其在物流運輸行業(yè)，為其提供智能化的物流信息管理。作為物流發(fā)展的黃金階段，物聯(lián)網(wǎng)為貨物和運輸過程提供自動識別、智能管理和控制;物聯(lián)網(wǎng)云計算利用強大的數(shù)據(jù)處理能力［5］，為物流數(shù)據(jù)管理提供技術(shù)支持;物聯(lián)網(wǎng)還可通過智能感知以及數(shù)據(jù)采集來分析和處理物流信息，有效管理物流業(yè)務(wù)［6］。因此，準(zhǔn)確、智能、協(xié)同運作對于提高現(xiàn)代物流和供應(yīng)鏈管理水平，降低運輸成本都是非常有幫助的。針對智能物流的發(fā)展趨勢，本文將數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)、GPS通信、ＲFID無線射頻等技術(shù)整合到物流監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊中［7］。在物流輸送的整個運輸過程中，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實時定位系統(tǒng)，促進(jìn)了物流運輸?shù)男畔⒒ㄔO(shè)，研究重點如下:①提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實時定位監(jiān)控系統(tǒng)。它要求系統(tǒng)框架靈活，易于集成，具有完美的可擴展性，系統(tǒng)配置和部署環(huán)境應(yīng)具有較高的異構(gòu)性;②采用嵌入式傳感器，將傳感器采集到的ＲFID信號與倉庫、運輸環(huán)境、運輸集裝箱等信息進(jìn)行集成。采用基于SunSPOT平臺的主動式傳感器，提供實時GPＲS［12］，向監(jiān)控中心發(fā)送位置、濕度、溫度、車輛信息、貨物信息等。本文將詳細(xì)介紹移動數(shù)據(jù)通信、Web訪問［17］、車輛跟蹤定位等關(guān)鍵模塊，展示系統(tǒng)關(guān)鍵模塊的設(shè)計與實現(xiàn)過程。通過系統(tǒng)框架解析和監(jiān)控平臺設(shè)計來實現(xiàn)物流實時定位系統(tǒng)的具體功能。
1需求分析和總體設(shè)計
車載終端完成數(shù)據(jù)采集和傳輸，包括基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)(ITS)［8］，該系統(tǒng)旨在提供實現(xiàn)途中監(jiān)控和運輸過程控制。物流運輸監(jiān)控系統(tǒng)涉及內(nèi)容廣泛，本文主要針對該監(jiān)控系統(tǒng)中的車輛定位、跟蹤、危險預(yù)警、運輸路徑再現(xiàn)以及指揮控制等進(jìn)行研究。物流運輸過程中通過車載終端采集相關(guān)信息，利用移動GSM網(wǎng)絡(luò)將車輛實時信息發(fā)送到監(jiān)控中心，同時獲取監(jiān)控中心的控制指令。因此，系統(tǒng)功能如下:①車載終端:具有系統(tǒng)初始化的基本功能;收集物流車輛實時空間信息;車輛內(nèi)部溫濕度、車速、空間位置、車輛信息、貨物信息等通過移動GSM網(wǎng)絡(luò)將物流信息發(fā)送到監(jiān)控中心，同時獲取監(jiān)控中心的控制指令，根據(jù)指令內(nèi)容完成相關(guān)任務(wù)。②監(jiān)測中心:具有數(shù)據(jù)庫管理的基本功能，包括基礎(chǔ)資料的收集和管理，車輛歷史路徑回放，車輛報警數(shù)據(jù)和系統(tǒng)報表;監(jiān)控中心根據(jù)獲取的車載終端空間位置信息，將車輛具體位置顯示在電子地圖上，供管理人員對物流車輛進(jìn)行可視化的跟蹤定位;用戶可以通過輸入相應(yīng)的車輛信息或貨物條形碼來搜索當(dāng)前的運輸車輛的地理位置。通過上述系統(tǒng)功能分析，本文所提出的物流實時定位系統(tǒng)框架，如圖1所示。該系統(tǒng)由各類傳感器、車載終端、通信系統(tǒng)、監(jiān)控中心等組成。傳感器包括溫濕度傳感器和汽車尾部ＲFID識別器［9］，通過EPC代碼可以有效識別進(jìn)出車輛以及車內(nèi)貨物的信息。為了進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，通信協(xié)議采用6LoWPAN(IPv6overIEEE802．15．4)［12，17］，完成車載終端與監(jiān)控中心之間的無線數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)控中心分析數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)存儲在本地數(shù)據(jù)庫中，便于讀取和保存數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可視化和交互功能。
2關(guān)鍵模塊的設(shè)計和實現(xiàn)
2．1GSM通信機制。通信控制模塊的具體功能是通過移動GSM信號實現(xiàn)車載終端和監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸，通信數(shù)據(jù)包括車載終端的位置、濕度、溫度、車輛信息、貨物信息、監(jiān)控命令等。在數(shù)據(jù)傳輸之前，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析封裝［10］，如圖2車載終端向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)時的時序圖所示，它解釋了對象之間交互和消息的傳輸過程。監(jiān)控中心通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)連接車載終端并向其發(fā)送相應(yīng)的控制指令。車載終端的SIM卡信息即為車載終端數(shù)據(jù)的有效性驗證，如果正常則將消息解析并保存到數(shù)據(jù)庫中，否則需確定它是否在監(jiān)控中心注冊，并忽略此消息。監(jiān)控中心向車載終端發(fā)送控制指令的時序圖，如圖3所示。通信控制模塊通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)［11］向車載終端發(fā)送控制指令，并收到來自車載終端的ACK確認(rèn)信息。具體過程為:管理人員將控制命令發(fā)送給車載終端［13］，并按照給定的格式封裝并保存到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)檢查是否有記錄沒有發(fā)送，如果有記錄被發(fā)送，它將把這個控制指令發(fā)送到將執(zhí)行這個命令的車載終端并返回ACK確認(rèn)消息［14］。
2．2數(shù)據(jù)處理。根據(jù)實際物流運輸?shù)男枨笄闆r，利用現(xiàn)有信息建立數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)模型［15］，最重要的部分是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)限制條件。對于定位系統(tǒng)而言，車輛位置狀態(tài)信息表、溫濕度表、貨物信息表是非常必要的，所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都保存在建立的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。在設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，這些表、表之間的關(guān)系、表關(guān)鍵詞、表的屬性等都將按照一定的數(shù)據(jù)規(guī)則設(shè)定。
2．3可視化實時定位。物流運輸管理從倉儲開始，到貨物到達(dá)用戶驗收時結(jié)束，需通過多個運轉(zhuǎn)中心和運輸渠道，如圖4描述了貨物從交付到運達(dá)的一般過程。物流系統(tǒng)接收到發(fā)送命令后，分配的貨物全部是電子標(biāo)簽。在這段時間內(nèi)，會有多個貨物分揀員通過標(biāo)簽識別確認(rèn)貨物信息，并將其傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行管理和查詢。用戶查詢系統(tǒng)提供基于ＲFID標(biāo)簽或客戶有效證書的重放跟蹤功能［16］，可以根據(jù)需要快速查找并定位貨物，方便用戶了解和跟蹤貨物的運輸狀況，測試結(jié)果如圖5所示。為保證重要貨物運輸途中的風(fēng)險可控，采用視頻采集功能從車載終端傳輸貨物的實時圖像，避免了運輸過程中客觀因素造成的損失。同時，車輛內(nèi)部溫度和濕度狀態(tài)可以通過曲線形式顯示出來，如圖6所示，以確定在一定時期內(nèi)由趨勢引起的環(huán)境變化的影響［18］。跟蹤重播可以檢查車輛實際通過的的路徑，用于確定車輛是否行駛在正常的路線上。通過輸入時間和車牌號等信息從數(shù)據(jù)庫中查詢并讀取運輸車輛的經(jīng)緯度坐標(biāo)。如圖7所示，車輛實時定位在電子地圖上的顯示結(jié)果。
3結(jié)束語
隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，本文在現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)和智能交通系統(tǒng)(ITS)理論的基礎(chǔ)上分析物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實時定位系統(tǒng)，由物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能交通、車載終端、GSM無線網(wǎng)絡(luò)、通信控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等組成。此外，我們根據(jù)國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)有物流信息監(jiān)控平臺的運行模式，提出物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的協(xié)同運作模式。經(jīng)研究表明，該方案能夠適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的特定需求，有效提高了信息系統(tǒng)的管理效率，實現(xiàn)了物流運輸?shù)膶崟r定位。
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