嚴(yán)代彪 孫長(zhǎng)國(guó)

（中國(guó)人民解放軍 92117部隊(duì) 北京 10072）

基于感知卡的物資配送監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嚴(yán)代彪 孫長(zhǎng)國(guó)

（中國(guó)人民解放軍 92117部隊(duì) 北京 10072）

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)配送過(guò)程中物資所處的環(huán)境、狀態(tài)和姿態(tài)等信息進(jìn)行監(jiān)控管理，及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)異常，并主動(dòng)報(bào)警，文章提出了基于感知卡的配送監(jiān)控管理系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和主要功能，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)物資在揀選出庫(kù)、組套包裝、裝車封箱、途中監(jiān)控、途中分發(fā)、收貨確認(rèn)等環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)感知、安全傳輸、全程監(jiān)控、合理調(diào)度，提高管理效率和運(yùn)作效率，節(jié)約勞動(dòng)力成本。

物資配送監(jiān)控感知卡

1 引言

隨著社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，特種運(yùn)輸作為物流的一個(gè)重要部分也在快速發(fā)展[1]。它對(duì)設(shè)施設(shè)備和過(guò)程監(jiān)控都有很高的要求，以防止不安全因素發(fā)生，目前大多數(shù)物資配送監(jiān)控管理系統(tǒng)通過(guò)加裝北斗或GPS，及電子地圖，對(duì)物資在途中的位置和物資的數(shù)量可以進(jìn)行有效監(jiān)控[2,4]，但是對(duì)于物資本身所處的環(huán)境、狀態(tài)和姿態(tài)不能進(jìn)行信息的采集和監(jiān)控管理。因此，本文充分利用物資感知卡的功能，將感知卡集成到物資配送監(jiān)控管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)配送過(guò)程中物資數(shù)量、位置、所處環(huán)境、狀態(tài)和姿態(tài)等信息進(jìn)行監(jiān)控管理，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)主動(dòng)報(bào)警，減少物資配送過(guò)程的不安全因素。

2 物資感知卡

感知卡是基于無(wú)線通信協(xié)議模塊，針對(duì)不同應(yīng)用提供的定制化通信終端，由傳感器、核心協(xié)議模塊、電源三部分組成，在不同應(yīng)用場(chǎng)景中一般有不同的物理形態(tài)，具備信息感知、自組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)行為反饋等功能。感知卡可以有各種物理形態(tài)，主要為了滿足人員便攜需求，內(nèi)置溫濕度和加速度傳感器,可以用于環(huán)境信息感知和檢測(cè)物體的移動(dòng)；也可以固定在目標(biāo)設(shè)備上，如倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的托盤，用于記錄托盤上的物資信息，內(nèi)置傳感器后也可用于檢測(cè)托盤的活動(dòng)狀態(tài)。

3 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

基于感知卡的物資配送管理監(jiān)控系統(tǒng)主要由物資配送機(jī)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和物資配送監(jiān)控管理軟件兩部分組成。物資配送機(jī)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需要在運(yùn)輸過(guò)程中臨時(shí)布設(shè)在火車、艦船、汽車等運(yùn)動(dòng)載體上，實(shí)現(xiàn)物資管理、物資狀態(tài)(數(shù)量、質(zhì)量)采集、運(yùn)輸過(guò)程安全監(jiān)控以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?；軟件主要?duì)機(jī)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的位置信息、報(bào)警信息、物資狀態(tài)等信息進(jìn)行處理并對(duì)機(jī)動(dòng)運(yùn)載平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度和管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程物資監(jiān)控、狀態(tài)感知、全程管控等功能。兩部分通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)或北斗衛(wèi)星系統(tǒng)/GPS實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。整體架構(gòu)如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)由車廂門電子簽封鎖、物資狀態(tài)感知卡、便攜式手持終端以及備用電源等幾個(gè)部分組成。

圖1 總體架構(gòu)框圖

4 物資配送機(jī)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

物資配送機(jī)動(dòng)網(wǎng)中比較重要是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)中選用無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

4.1 無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種新型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它融合了無(wú)線局域網(wǎng)和Adhoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，具有自組網(wǎng)、自修復(fù)、多跳級(jí)聯(lián)、節(jié)點(diǎn)自我管理等智能優(yōu)勢(shì)[5]。物資配送機(jī)動(dòng)網(wǎng)設(shè)計(jì)采用基于MESH網(wǎng)絡(luò)的總體架構(gòu)。感知網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)關(guān)為數(shù)據(jù)匯聚中心，通過(guò)中繼設(shè)備擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，終端設(shè)備通過(guò)接入中繼或網(wǎng)關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息匯聚，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用“骨干MESH通信網(wǎng)+底層簇型接入網(wǎng)”的層級(jí)拓?fù)?。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)物資配送機(jī)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定高效的工具庫(kù)是快速開發(fā)的必要條件之一，部分傳感器節(jié)點(diǎn)由于功能簡(jiǎn)單，出于成本考慮，資源十分有限，RAM一般在2K以下，無(wú)法有效運(yùn)行主流RTOS，如嵌入式Linux、μc/os-П等，如果用前后臺(tái)的方式開發(fā)協(xié)議，則這些協(xié)議無(wú)法與一體化協(xié)議開發(fā)平臺(tái)代碼重用。同時(shí)另外一些傳感器節(jié)點(diǎn)雖然資源豐富，但是出于硬件結(jié)構(gòu)等原因移植主流RTOS困難復(fù)雜，降低開發(fā)效率，這時(shí)也只能用前后臺(tái)的方式進(jìn)行開發(fā)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，采用了WSN OS，WSN OS嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)不是一個(gè)真正的操作系統(tǒng)，所以它無(wú)需移植，資源消耗小，它支持多任務(wù)的方式進(jìn)行開發(fā)，但是不支持任務(wù)搶占。主要提供任務(wù)管理、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理三個(gè)基本功能，如圖3所示。

圖3 WSN OS功能示意圖

4.3 感知網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧是節(jié)點(diǎn)軟件的核心模塊之一。該模塊為上層軟件提供數(shù)據(jù)傳輸通道及網(wǎng)絡(luò)控制接口。為了方便移植，協(xié)議棧必須獨(dú)立于底層操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)，向下只與節(jié)點(diǎn)軟件運(yùn)行環(huán)境模塊和硬件設(shè)備抽象模塊交互。傳感網(wǎng)協(xié)議棧一般包括物理層、媒體接入控制層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層和應(yīng)用層。物理層提供簡(jiǎn)單但健壯的信號(hào)調(diào)制和無(wú)線收發(fā)技術(shù)；媒體接入控制層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)成幀、幀檢測(cè)、媒體訪問(wèn)和差錯(cuò)控制；網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)路由生成和路由選擇；傳輸層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制，是保證通信質(zhì)量的主要部分；應(yīng)用層則負(fù)責(zé)對(duì)各種應(yīng)用的支持。

感知網(wǎng)絡(luò)采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層合并，分為物理層，媒體接入控制層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層四層，同時(shí)兼顧對(duì)安全和物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)的支持。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 軟件架構(gòu)

軟件架構(gòu)如圖4所示。系統(tǒng)主要通過(guò)綜合接入網(wǎng)關(guān)與基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備和其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)開發(fā)基于統(tǒng)一集成運(yùn)行平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，建立物資配送監(jiān)控管理數(shù)據(jù)資源中心，進(jìn)行相關(guān)的業(yè)務(wù)管理，用戶主要包括配送中心領(lǐng)導(dǎo)、貨物揀選人員、組套包裝人員、裝車配送人員及其他相關(guān)人員。

圖4 軟件架構(gòu)圖

5.2 軟件功能

軟件主要包括配送單管理、配送點(diǎn)管理、運(yùn)力管理、揀選出庫(kù)管理、組套包裝管理、配裝管理、配送路線管理、物資跟蹤管理等功能，系統(tǒng)功能如圖5所示。

圖5 軟件功能

（1）配送單管理

主要負(fù)責(zé)接收來(lái)自上級(jí)的配送單，自動(dòng)解析配送單信息，存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并可供查詢、瀏覽和打印。

（2）配送點(diǎn)管理

對(duì)物資配送中心的配送點(diǎn)的基本信息，如配送點(diǎn)名稱、地址、距離、人員、面積、設(shè)施設(shè)備情況、基本任務(wù)等信息進(jìn)行新增、編輯、瀏覽、查詢和打印等管理。

（3）運(yùn)力管理

主要對(duì)配送中心的車輛基本信息和動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行管理，基本信息包括車輛名稱、型號(hào)、車輛行駛里程、車輛可用狀態(tài)、裝載貨物品種及數(shù)量，裝載量等，動(dòng)態(tài)信息包括車輛目前所處位置、目前裝載貨物情況以及車輛行程路線安排等，系統(tǒng)提供相關(guān)信息的新增、編輯、瀏覽、查詢及打印等功能。

（4）揀選出庫(kù)管理

根據(jù)配送單信息以及物資庫(kù)存貨位信息，生成揀選出庫(kù)方案，以便操作人員快速進(jìn)行物資揀選定位和相關(guān)操作，并將相應(yīng)出庫(kù)信息傳到倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)。

（5）組套包裝管理

系統(tǒng)提供組套包裝技術(shù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的錄入、編輯和查詢，打印等功能，并根據(jù)需要配送物資的信息，生成組套包裝方案，供操作人員進(jìn)行快速、標(biāo)準(zhǔn)和高效的組套包裝。

（6）配裝管理

根據(jù)組套包裝以后的物資信息，結(jié)合運(yùn)力、裝載能力、裝載方式、裝載要求等信息，提供對(duì)貨物的分析、配載計(jì)算，充分利用車輛的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，進(jìn)行搭配裝載，生成裝配方案，供操作人員進(jìn)行快速、標(biāo)準(zhǔn)和高效的裝貨和清點(diǎn)物資。

（7）配送路線管理

主要進(jìn)行配送方面的優(yōu)化調(diào)度管理，系統(tǒng)根據(jù)送貨時(shí)間、地點(diǎn)和數(shù)質(zhì)量要求，按照線性動(dòng)態(tài)規(guī)劃和最短路徑經(jīng)典算法，對(duì)現(xiàn)有的運(yùn)力進(jìn)行調(diào)度調(diào)配（載體和人員任務(wù)的分配）以及最佳運(yùn)輸路線的規(guī)劃管理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)將支持北斗定位和地理圖形系統(tǒng)（GIS），實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)淖罴崖肪€選擇和動(dòng)態(tài)調(diào)配。

（8）物資跟蹤管理

利用北斗/GPS和電子地圖可以實(shí)時(shí)顯示出載體（車、船、火車等）和貨物的實(shí)際位置，并能主動(dòng)查詢載體和貨物的狀態(tài)，以便進(jìn)行合理調(diào)度和管理。手持機(jī)終端接收北斗衛(wèi)星/GPS測(cè)定的當(dāng)前車輛位置信息，與采集的貨物的數(shù)量、狀態(tài)等當(dāng)前載體和貨物信息，通過(guò)一定的通信方式上傳到系統(tǒng)，載體及物資跟蹤管理模塊將接收到的當(dāng)前載體位置信息和與之匹配的狀態(tài)屬性信息顯示在電子地圖上，同時(shí)，提供外部訪問(wèn)入口，以便主動(dòng)查詢載體和物資的狀態(tài)。

（9）基本地圖管理

基本地圖管理包括放大、縮小、漫游、全幅顯示、定位顯示、圖層控制和地圖的輸出等功能。

（10）授權(quán)管理

接收外部授權(quán)申請(qǐng)，并發(fā)送授權(quán)信息。

（11）用戶管理

包括所有用戶的基本信息維護(hù)，用戶的增加刪除修改，用戶角色、權(quán)限的設(shè)定等。

（12）數(shù)據(jù)維護(hù)

包括對(duì)系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的定時(shí)備份、導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能。

6 系統(tǒng)部署

系統(tǒng)主要部署在物資配送中心和物資配送分隊(duì)，軟件部署在配送中心，手持機(jī)部署在配送分隊(duì)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)與綜合接入網(wǎng)關(guān)連接，如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)圖

7 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)物資配送安全運(yùn)輸需求，提出了基于感知卡的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)物資配送監(jiān)控管理系統(tǒng),以移動(dòng)運(yùn)載平臺(tái)為載體，以獨(dú)立運(yùn)載箱體為傳感基點(diǎn)，將整個(gè)運(yùn)載平臺(tái)組成一個(gè)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，和上位機(jī)聯(lián)動(dòng)形成完整的物資配送管理監(jiān)控體系，解決物資在組套、裝車封箱、途中監(jiān)控、途中分發(fā)、收貨確認(rèn)等環(huán)節(jié)的信息實(shí)時(shí)感知，安全傳輸與全程監(jiān)控等問(wèn)題。

[1]王若萁等.基于物聯(lián)網(wǎng)的物資配送監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物流技術(shù)，2012，31(11)：436-438.

[2]張全志等.基于Google Earth的物流配送監(jiān)控系統(tǒng)[J].物流技術(shù)，2009，28(11)：200-203.

[3]溫惠英等.基于物流信息平臺(tái)的配送車輛導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].交通與計(jì)算機(jī)，2007，26(4)：61-64.

[4]楊純朵等.基于RFID技術(shù)的應(yīng)急物資配送管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2011(5)：23-25.

[5]劉曉娟等.無(wú)線Mesh網(wǎng)在城市軌道交通車地通信系統(tǒng)中的研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2012，29(12)：4723-4725.

Design of the Information Material Distribution Monitoring System Basing on Sensing Card

YAN Dai-biao，SUN Chang-guo
(PLA 92117 Unit,Beijing 100072,China)

In order to monitor and manage the information of environment,situation and carriage of material in the distributing process,thus can find abnormity in time and give an initiative alarm,this paper puts up a material distribution monitoring system based sensing card,analyses the technology frame,network protocol and main functions.The system can increase management and work efficiency,and economize cost by real-time sensing,safe translating,full monitoring and reasonable scheduling the procedure information which is produced in the sorting and out-warehouse,set-forming packaging,car loading and case filling,en-route monitoring&control, en-route distribution and receiving confirmation.

material distribution；monitoring；sensing card

TP393.01

：A

1008-1739（2015）06-72-4

定稿日期：2015-02-26