浅析物联网物流实时定位系统

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摘要:文中提出了一种基于物联网(IOT)的实时定位系统，解决了物流监控管理系统中车辆运输时间长、透明度低、运营成本高的问题。在运输车载终端，采用SunSPOT平台的集成传感器技术，它将位置、温度、湿度、光照强度、车辆信息、货物信息等综合起来，实现快速响应和实时定位的多维控制。采集到的信息经过时序调整打包通过6LoWPAN(IPv6overIEEE802.15.4)上传并发送到物流实时定位监控中心。文中提供物流实时定位关键模块的设计和实现流程，方案被证明可以通过物联网为物流运输提供有效的实时定位监测。

关键词:物联网;SunSPOT平台;实时定位;终端

近年来，物流运输行业迅速发展［1］，规模不断扩大，车辆迅速增加，相关设施的自动化和信息化水平也越来越高，与此同时也带来了诸多问题。物流运输的实时监控需求变得多样化和复杂化，对网络监控系统提出了新的挑战，对系统的通用性和标准化提出了更高的要求。由于缺乏新技术，传统的物流跟踪监控手段逐渐无法满足企业发展的需求。在物流行业人员流动大、面积分布广等特点下，员工之间的信息互动需求日益增加［2］，因此建立信息化、智能化、快速化的物流监控平台，对运输车辆以及工作人员进行监督，提升企业经营效益，同时节约资源，降低成本［3］，具有较高的社会和经济效益。物联网(IOT)的出现如同工业革命，它推动了信息产业的快速发展［4］，尤其在物流运输行业，为其提供智能化的物流信息管理。作为物流发展的黄金阶段，物联网为货物和运输过程提供自动识别、智能管理和控制;物联网云计算利用强大的数据处理能力［5］，为物流数据管理提供技术支持;物联网还可通过智能感知以及数据采集来分析和处理物流信息，有效管理物流业务［6］。因此，准确、智能、协同运作对于提高现代物流和供应链管理水平，降低运输成本都是非常有帮助的。针对智能物流的发展趋势，本文将数据库技术、通信技术、GPS通信、RFID无线射频等技术整合到物流监控系统的关键模块中［7］。在物流输送的整个运输过程中，提出了基于物联网的物流实时定位系统，促进了物流运输的信息化建设，研究重点如下:①提出了基于物联网的物流实时定位监控系统。它要求系统框架灵活，易于集成，具有完美的可扩展性，系统配置和部署环境应具有较高的异构性;②采用嵌入式传感器，将传感器采集到的RFID信号与仓库、运输环境、运输集装箱等信息进行集成。采用基于SunSPOT平台的主动式传感器，提供实时GPRS［12］，向监控中心发送位置、湿度、温度、车辆信息、货物信息等。本文将详细介绍移动数据通信、Web访问［17］、车辆跟踪定位等关键模块，展示系统关键模块的设计与实现过程。通过系统框架解析和监控平台设计来实现物流实时定位系统的具体功能。

1需求分析和总体设计

车载终端完成数据采集和传输，包括基于物联网的智能交通系统(ITS)［8］，该系统旨在提供实现途中监控和运输过程控制。物流运输监控系统涉及内容广泛，本文主要针对该监控系统中的车辆定位、跟踪、危险预警、运输路径再现以及指挥控制等进行研究。物流运输过程中通过车载终端采集相关信息，利用移动GSM网络将车辆实时信息发送到监控中心，同时获取监控中心的控制指令。因此，系统功能如下:①车载终端:具有系统初始化的基本功能;收集物流车辆实时空间信息;车辆内部温湿度、车速、空间位置、车辆信息、货物信息等通过移动GSM网络将物流信息发送到监控中心，同时获取监控中心的控制指令，根据指令内容完成相关任务。②监测中心:具有数据库管理的基本功能，包括基础资料的收集和管理，车辆历史路径回放，车辆报警数据和系统报表;监控中心根据获取的车载终端空间位置信息，将车辆具体位置显示在电子地图上，供管理人员对物流车辆进行可视化的跟踪定位;用户可以通过输入相应的车辆信息或货物条形码来搜索当前的运输车辆的地理位置。通过上述系统功能分析，本文所提出的物流实时定位系统框架，如图1所示。该系统由各类传感器、车载终端、通信系统、监控中心等组成。传感器包括温湿度传感器和汽车尾部RFID识别器［9］，通过EPC代码可以有效识别进出车辆以及车内货物的信息。为了进行远程控制，通信协议采用6LoWPAN(IPv6overIEEE802．15．4)［12，17］，完成车载终端与监控中心之间的无线数据传输。监控中心分析数据，将接收到的数据存储在本地数据库中，便于读取和保存数据，实现可视化和交互功能。

2关键模块的设计和实现

2．1GSM通信机制。通信控制模块的具体功能是通过移动GSM信号实现车载终端和监控中心之间的数据传输，通信数据包括车载终端的位置、湿度、温度、车辆信息、货物信息、监控命令等。在数据传输之前，需要对数据进行分析封装［10］，如图2车载终端向监控中心发送数据时的时序图所示，它解释了对象之间交互和消息的传输过程。监控中心通过GSM无线网络连接车载终端并向其发送相应的控制指令。车载终端的SIM卡信息即为车载终端数据的有效性验证，如果正常则将消息解析并保存到数据库中，否则需确定它是否在监控中心注册，并忽略此消息。监控中心向车载终端发送控制指令的时序图，如图3所示。通信控制模块通过GSM无线网络［11］向车载终端发送控制指令，并收到来自车载终端的ACK确认信息。具体过程为:管理人员将控制命令发送给车载终端［13］，并按照给定的格式封装并保存到数据库中。系统检查是否有记录没有发送，如果有记录被发送，它将把这个控制指令发送到将执行这个命令的车载终端并返回ACK确认消息［14］。2．2数据处理。根据实际物流运输的需求情况，利用现有信息建立数据库和数据模型［15］，最重要的部分是数据结构、数据操作和数据限制条件。对于定位系统而言，车辆位置状态信息表、温湿度表、货物信息表是非常必要的，所有业务数据都保存在建立的关系数据库中。在设计数据库时，这些表、表之间的关系、表关键词、表的属性等都将按照一定的数据规则设定。2．3可视化实时定位。物流运输管理从仓储开始，到货物到达用户验收时结束，需通过多个运转中心和运输渠道，如图4描述了货物从交付到运达的一般过程。物流系统接收到发送命令后，分配的货物全部是电子标签。在这段时间内，会有多个货物分拣员通过标签识别确认货物信息，并将其传送到监控中心进行管理和查询。用户查询系统提供基于RFID标签或客户有效证书的重放跟踪功能［16］，可以根据需要快速查找并定位货物，方便用户了解和跟踪货物的运输状况，测试结果如图5所示。为保证重要货物运输途中的风险可控，采用视频采集功能从车载终端传输货物的实时图像，避免了运输过程中客观因素造成的损失。同时，车辆内部温度和湿度状态可以通过曲线形式显示出来，如图6所示，以确定在一定时期内由趋势引起的环境变化的影响［18］。跟踪重播可以检查车辆实际通过的的路径，用于确定车辆是否行驶在正常的路线上。通过输入时间和车牌号等信息从数据库中查询并读取运输车辆的经纬度坐标。如图7所示，车辆实时定位在电子地图上的显示结果。

3结束语

随着物联网的发展，本文在现有物联网和智能交通系统(ITS)理论的基础上分析物联网的现有结构，提出一种基于物联网的物流实时定位系统，由物联网环境下的智能交通、车载终端、GSM无线网络、通信控制系统和监控系统等组成。此外，我们根据国内物联网的发展现状，结合现有物流信息监控平台的运行模式，提出物联网环境下的协同运作模式。经研究表明，该方案能够适应物联网环境下的特定需求，有效提高了信息系统的管理效率，实现了物流运输的实时定位。

作者:曹博 单位:陕西交通职业技术学院