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淺析物聯網物流實時定位系統論文
摘要:文中提出了一種基于物聯網(IOT)的實時定位系統，解決了物流監控管理系統中車輛運輸時間長、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，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，實現快速響應和實時定位的多維控制。采集到的信息經過時序調整打包通過6LoWPAN(IPv6overIEEE802.15.4)上傳并發送到物流實時定位監控中心。文中提供物流實時定位關鍵模塊的設計和實現流程，方案被證明可以通過物聯網為物流運輸提供有效的實時定位監測。
關鍵詞:物聯網;SunSPOT平臺;實時定位;終端
近年來，物流運輸行業迅速發展［1］，規模不斷擴大，車輛迅速增加，相關設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。物流運輸的實時監控需求變得多樣化和復雜化，對網絡監控系統提出了新的挑戰，對系統的通用性和標準化提出了更高的要求。由于缺乏新技術，傳統的物流跟蹤監控手段逐漸無法滿足企業發展的需求。在物流行業人員流動大、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、快速化的物流監控平臺，對運輸車輛以及工作人員進行監督，提升企業經營效益，同時節約資源，降低成本［3］，具有較高的社會和經濟效益。物聯網(IOT)的出現如同工業革命，它推動了信息產業的快速發展［4］，尤其在物流運輸行業，為其提供智能化的物流信息管理。作為物流發展的黃金階段，物聯網為貨物和運輸過程提供自動識別、智能管理和控制;物聯網云計算利用強大的數據處理能力［5］，為物流數據管理提供技術支持;物聯網還可通過智能感知以及數據采集來分析和處理物流信息，有效管理物流業務［6］。因此，準確、智能、協同運作對于提高現代物流和供應鏈管理水平，降低運輸成本都是非常有幫助的。針對智能物流的發展趨勢，本文將數據庫技術、通信技術、GPS通信、ＲFID無線射頻等技術整合到物流監控系統的關鍵模塊中［7］。在物流輸送的整個運輸過程中，提出了基于物聯網的物流實時定位系統，促進了物流運輸的信息化建設，研究重點如下:①提出了基于物聯網的物流實時定位監控系統。它要求系統框架靈活，易于集成，具有完美的可擴展性，系統配置和部署環境應具有較高的異構性;②采用嵌入式傳感器，將傳感器采集到的ＲFID信號與倉庫、運輸環境、運輸集裝箱等信息進行集成。采用基于SunSPOT平臺的主動式傳感器，提供實時GPＲS［12］，向監控中心發送位置、濕度、溫度、車輛信息、貨物信息等。本文將詳細介紹移動數據通信、Web訪問［17］、車輛跟蹤定位等關鍵模塊，展示系統關鍵模塊的設計與實現過程。通過系統框架解析和監控平臺設計來實現物流實時定位系統的具體功能。
1需求分析和總體設計
車載終端完成數據采集和傳輸，包括基于物聯網的智能交通系統(ITS)［8］，該系統旨在提供實現途中監控和運輸過程控制。物流運輸監控系統涉及內容廣泛，本文主要針對該監控系統中的車輛定位、跟蹤、危險預警、運輸路徑再現以及指揮控制等進行研究。物流運輸過程中通過車載終端采集相關信息，利用移動GSM網絡將車輛實時信息發送到監控中心，同時獲取監控中心的控制指令。因此，系統功能如下:①車載終端:具有系統初始化的基本功能;收集物流車輛實時空間信息;車輛內部溫濕度、車速、空間位置、車輛信息、貨物信息等通過移動GSM網絡將物流信息發送到監控中心，同時獲取監控中心的控制指令，根據指令內容完成相關任務。②監測中心:具有數據庫管理的基本功能，包括基礎資料的收集和管理，車輛歷史路徑回放，車輛報警數據和系統報表;監控中心根據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行可視化的跟蹤定位;用戶可以通過輸入相應的車輛信息或貨物條形碼來搜索當前的運輸車輛的地理位置。通過上述系統功能分析，本文所提出的物流實時定位系統框架，如圖1所示。該系統由各類傳感器、車載終端、通信系統、監控中心等組成。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出車輛以及車內貨物的信息。為了進行遠程控制，通信協議采用6LoWPAN(IPv6overIEEE802．15．4)［12，17］，完成車載終端與監控中心之間的無線數據傳輸。監控中心分析數據，將接收到的數據存儲在本地數據庫中，便于讀取和保存數據，實現可視化和交互功能。
2關鍵模塊的設計和實現
2．1GSM通信機制。通信控制模塊的具體功能是通過移動GSM信號實現車載終端和監控中心之間的數據傳輸，通信數據包括車載終端的位置、濕度、溫度、車輛信息、貨物信息、監控命令等。在數據傳輸之前，需要對數據進行分析封裝［10］，如圖2車載終端向監控中心發送數據時的時序圖所示，它解釋了對象之間交互和消息的傳輸過程。監控中心通過GSM無線網絡連接車載終端并向其發送相應的控制指令。車載終端的SIM卡信息即為車載終端數據的有效性驗證，如果正常則將消息解析并保存到數據庫中，否則需確定它是否在監控中心注冊，并忽略此消息。監控中心向車載終端發送控制指令的時序圖，如圖3所示。通信控制模塊通過GSM無線網絡［11］向車載終端發送控制指令，并收到來自車載終端的ACK確認信息。具體過程為:管理人員將控制命令發送給車載終端［13］，并按照給定的格式封裝并保存到數據庫中。系統檢查是否有記錄沒有發送，如果有記錄被發送，它將把這個控制指令發送到將執行這個命令的車載終端并返回ACK確認消息［14］。
2．2數據處理。根據實際物流運輸的需求情況，利用現有信息建立數據庫和數據模型［15］，最重要的部分是數據結構、數據操作和數據限制條件。對于定位系統而言，車輛位置狀態信息表、溫濕度表、貨物信息表是非常必要的，所有業務數據都保存在建立的關系數據庫中。在設計數據庫時，這些表、表之間的關系、表關鍵詞、表的屬性等都將按照一定的數據規則設定。
2．3可視化實時定位。物流運輸管理從倉儲開始，到貨物到達用戶驗收時結束，需通過多個運轉中心和運輸渠道，如圖4描述了貨物從交付到運達的一般過程。物流系統接收到發送命令后，分配的貨物全部是電子標簽。在這段時間內，會有多個貨物分揀員通過標簽識別確認貨物信息，并將其傳送到監控中心進行管理和查詢。用戶查詢系統提供基于ＲFID標簽或客戶有效證書的重放跟蹤功能［16］，可以根據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，測試結果如圖5所示。為保證重要貨物運輸途中的風險可控，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，車輛內部溫度和濕度狀態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由趨勢引起的環境變化的影響［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據庫中查詢并讀取運輸車輛的經緯度坐標。如圖7所示，車輛實時定位在電子地圖上的顯示結果。
3結束語
隨著物聯網的發展，本文在現有物聯網和智能交通系統(ITS)理論的基礎上分析物聯網的現有結構，提出一種基于物聯網的物流實時定位系統，由物聯網環境下的智能交通、車載終端、GSM無線網絡、通信控制系統和監控系統等組成。此外，我們根據國內物聯網的發展現狀，結合現有物流信息監控平臺的運行模式，提出物聯網環境下的協同運作模式。經研究表明，該方案能夠適應物聯網環境下的特定需求，有效提高了信息系統的管理效率，實現了物流運輸的實時定位。
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