農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

施榮華　李長(zhǎng)斌　王國(guó)才　郭旭　李尹

摘 要：農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸車輛和儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)的內(nèi)部溫濕度等環(huán)境和位置參數(shù)是農(nóng)產(chǎn)品物流調(diào)度管理的重要依據(jù)，綜合使用物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GPRS無線通信、GSM短信、GPS、GIS等技術(shù)與方法，構(gòu)建一個(gè)一體化的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品物流； 物聯(lián)網(wǎng)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)； 一體化

中圖分類號(hào)：TP393.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：The environment and location parameters in the agricultural products transport vehicles and warehouse such as internal temperature and humidy are the important basis of agricultural products logistics scheduling management.By the comprehensive use of the Internet of things，the wireless sensor network，GSM SMS，GPRS wirelesscommunication，GPS，GIS technologies and methods，we built an integrated remote realtime monitoring system of agricultural products storage and transportation environment.

Key words：agricultural products logistics； IOT； Realtime monitoring；integration

1 引 言

隨著農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的專業(yè)化和集中化，農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸與倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和流通成本的影響也越來越大，運(yùn)輸與倉(cāng)儲(chǔ)的環(huán)境的參數(shù)準(zhǔn)確及時(shí)獲取是提高農(nóng)產(chǎn)品物流管理水平和降低物流成本的重要依據(jù)。

目前，物聯(lián)網(wǎng)[1]、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[2]、GPRS無線通信、GSM短信、GPS[3]、GIS[4]等技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于不同的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域[5-7]。本文將這些技術(shù)結(jié)合起來，建立一個(gè)一體化的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，重點(diǎn)討論了在上位機(jī)對(duì)采集數(shù)據(jù)處理、預(yù)警信息產(chǎn)生、歷史數(shù)據(jù)查詢。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

農(nóng)產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)與運(yùn)輸是農(nóng)產(chǎn)品物流的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文提出，監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境參數(shù)由倉(cāng)庫(kù)終端監(jiān)測(cè)，車廂環(huán)境由車載終端監(jiān)測(cè)。車載終端和倉(cāng)庫(kù)終端將所測(cè)環(huán)境參數(shù)遠(yuǎn)程傳送到監(jiān)控中心，如圖1所示。管理人員通過監(jiān)控中心的軟件掌握農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境的參數(shù)，監(jiān)控中心的硬件組成如圖2所示。

監(jiān)控中心硬件設(shè)備主要包括公網(wǎng)服務(wù)器1臺(tái)，指揮機(jī)服務(wù)器1臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器1臺(tái)，監(jiān)控端3臺(tái)，這些都是掛在局域網(wǎng)絡(luò)上，其中公網(wǎng)服務(wù)器與CDMA/GSM/3G/INTERNET等網(wǎng)絡(luò)連接，指揮機(jī)服務(wù)器與GPS指揮機(jī)群連接。其他附屬設(shè)備包括打印設(shè)備、投影設(shè)備和大屏幕設(shè)備。

如圖3所示在每個(gè)倉(cāng)庫(kù)或車輛貨箱內(nèi)部署硬件節(jié)點(diǎn)，它包括用于定位的GPS模塊，用于采集溫濕度信息的RS485模塊和溫濕度傳感器，用于識(shí)別貨品的RFID模塊，以及遠(yuǎn)程傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)的GPRS模塊。RFID模塊、GPS模塊、溫濕度傳感器、乙烯傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊RS485相連，將采集到的貨品信息、位置信息、溫濕度數(shù)據(jù)。乙烯含量交給RS485，并最終通過GPRS模塊將這些信息經(jīng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)傳遞至遠(yuǎn)程服務(wù)器。

在大型倉(cāng)庫(kù)中需要分布多個(gè)采集點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)中不同區(qū)域的環(huán)境參數(shù)提高數(shù)據(jù)精度，這些采集點(diǎn)則需要通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)匯聚到GPRS模塊。此外由于倉(cāng)庫(kù)位置相對(duì)固定，可在倉(cāng)庫(kù)節(jié)點(diǎn)部署時(shí)考慮取消GPS模塊節(jié)約成本。

3 系統(tǒng)功能

如圖4所示，運(yùn)營(yíng)中心監(jiān)控系統(tǒng)總體上可劃分為車載/倉(cāng)庫(kù)終端和監(jiān)控中心兩大模塊，車載/倉(cāng)庫(kù)終端安裝于各目標(biāo)車輛上隨車運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸車輛信息的采集及網(wǎng)絡(luò)通信功能；或是部署在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部，倉(cāng)庫(kù)位置相對(duì)固定可不安裝GPS模塊如前面所述；監(jiān)控中心部署在監(jiān)控調(diào)度辦公室，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度等功能。

車載/倉(cāng)庫(kù)終端包括了3個(gè)功能模塊：

信息采集：該模塊利用傳感設(shè)備采集運(yùn)輸車輛及貨物的信息。包括利用GPS定位傳感模塊采集運(yùn)輸車輛的實(shí)時(shí)時(shí)間、位置信息（經(jīng)度、緯度、海拔）、速度信息；利用RFID傳感模塊[8]采集貨物標(biāo)簽信息，標(biāo)簽內(nèi)可存儲(chǔ)貨物ID標(biāo)識(shí)、名稱、類別、備注等；利用乙烯傳感器采集乙烯含量信息；利用溫度、濕度傳感器設(shè)備采集貨車車廂環(huán)境參數(shù)等。

信息顯示：該模塊利用小型觸摸屏顯示傳感設(shè)備采集的重要數(shù)據(jù)。包括車輛的時(shí)間、定位信息，RFID采集貨物標(biāo)簽數(shù)據(jù)，傳感數(shù)據(jù)，調(diào)度指令等供駕駛員了解當(dāng)前運(yùn)輸狀態(tài)，便于及時(shí)調(diào)整駕駛情況。同時(shí)顯示常用操作按鈕供駕駛員、倉(cāng)庫(kù)管理員使用，保證駕駛員、倉(cāng)庫(kù)管理員與監(jiān)控中心的實(shí)時(shí)溝通；

數(shù)據(jù)傳輸：該模塊利用GPRS通信模塊的透明傳輸模式[9]，實(shí)現(xiàn)車載/倉(cāng)庫(kù)終端與監(jiān)控中心的無障礙網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信。包括將各傳感器采集信息傳送至監(jiān)控中心，接收監(jiān)控中心下達(dá)的調(diào)度指令，響應(yīng)調(diào)度指令的應(yīng)答信息傳送等；

常用操作：該模塊通過觸摸屏供駕駛員、倉(cāng)庫(kù)管理員使用常用功能操作。包括對(duì)監(jiān)控中心調(diào)度指令進(jìn)行應(yīng)答，在出現(xiàn)意外情況時(shí)進(jìn)行人工報(bào)警。

監(jiān)控中心功能模塊可分為數(shù)據(jù)管理、監(jiān)控功能和安全管理。

數(shù)據(jù)管理：該功能模塊處理接收自各目標(biāo)終端來的各部分?jǐn)?shù)據(jù)。對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、解密、校驗(yàn)和提取后，存儲(chǔ)入數(shù)據(jù)庫(kù)；根據(jù)接收信息的不同種類進(jìn)行相應(yīng)的功能調(diào)用處理；并對(duì)接收信息實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)維護(hù)的功能。

監(jiān)控功能：該模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，是中心人員實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的主要功能模塊。多目標(biāo)軌跡繪制調(diào)用各目標(biāo)終端發(fā)送上來的定位采集信息，實(shí)時(shí)在GIS平臺(tái)上同步繪制各目標(biāo)運(yùn)輸軌跡，便于中心人員查看；各目標(biāo)管理模塊管理GIS平臺(tái)中顯示的跟蹤目標(biāo)，包括目標(biāo)形式設(shè)置、目標(biāo)標(biāo)識(shí)、目標(biāo)跟蹤信息查看、清除目標(biāo)；該模塊還包括中心人員通過GIS平臺(tái)對(duì)指定目標(biāo)終端下達(dá)調(diào)度指令、接收和提示終端人員給予的應(yīng)答信號(hào)；報(bào)警處理包括接收參數(shù)超標(biāo)自動(dòng)報(bào)警信號(hào)、終端人員主動(dòng)報(bào)警信號(hào)、可查驗(yàn)已運(yùn)輸軌跡的路徑正確性；另外包括地圖的常用操作功能等。

數(shù)據(jù)安全管理：該模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全管理。對(duì)符合運(yùn)輸協(xié)議的各目標(biāo)終端發(fā)送的各組數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和處理，屏蔽其他非法數(shù)據(jù)，確保接收數(shù)據(jù)的安全性；對(duì)傳送數(shù)據(jù)加密，進(jìn)一步保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕桓鶕?jù)不同權(quán)限設(shè)定中心人員可進(jìn)行的不同功能操作，確保已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不會(huì)被篡改。

信息管理，該部分是系統(tǒng)管理者對(duì)于人員車輛、倉(cāng)庫(kù)信息及一些固定信息的管理，其中固定信息包括最短路徑的選擇方案，配載原則等信息內(nèi)置到基本信息中，管理者可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行選擇分配。車輛信息主要包括公司自營(yíng)車輛檔案資料信息，其中有車輛類型、牌號(hào)、種類等信息，倉(cāng)庫(kù)信息包括倉(cāng)庫(kù)位置、儲(chǔ)存農(nóng)產(chǎn)品類型、倉(cāng)庫(kù)管理員等信息。人員管理，即人員檔案信息，包括駕駛員的駕齡，駕照號(hào)，姓名，出生日期以及倉(cāng)庫(kù)管理員的年齡、身份證號(hào)、姓名等信息。用戶管理則主要是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行增、刪、改等處理，按用戶分工的不同賦予相應(yīng)權(quán)限。

4 結(jié) 論

本設(shè)計(jì)先是在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，進(jìn)行各系統(tǒng)功能模塊的單元測(cè)試，對(duì)軟硬件連接進(jìn)行調(diào)試，在整體系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，進(jìn)行實(shí)際環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)安裝與部署。在實(shí)地環(huán)境對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)做最終測(cè)試。本系統(tǒng)是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用在物流運(yùn)輸領(lǐng)域的運(yùn)營(yíng)中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。綜合利用GPRS、GPS、RFID、串口通信等核心技術(shù)，多角度、多參數(shù)的對(duì)物流運(yùn)輸車輛和儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)進(jìn)行一體化監(jiān)測(cè)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)物流貨物的自動(dòng)化管理和全方位跟蹤監(jiān)測(cè)。

5 進(jìn)一步研究方向

為更好適應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)，在射頻識(shí)別方面，可將現(xiàn)有的標(biāo)簽升級(jí)為有源RFID與無源RFID溝通的節(jié)點(diǎn)，集成超高頻無源RFID讀寫芯片以降低標(biāo)簽成本；在適應(yīng)更大數(shù)據(jù)量方面，可以將無線數(shù)據(jù)傳輸方式從GPRS升級(jí)為3G或4G通信；在數(shù)據(jù)分析方面可加入專業(yè)知識(shí)庫(kù)的形成和數(shù)據(jù)挖掘方面的設(shè)計(jì)。

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