基于北斗導航和漢信碼技術(shù)的智能物流系統(tǒng)設計

徐德洪

摘要：隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種先進的信息技術(shù)在物流行業(yè)中的應用越來越廣泛，促進了現(xiàn)代物流的智能化發(fā)展。北斗導航和漢信碼技術(shù)是我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的兩種智能服務技術(shù)，正在越來越多地應用到物流供應鏈服務過程中。北斗導航技術(shù)的應用可以實現(xiàn)物流過程中運輸車輛的定位和實時追蹤，漢信碼技術(shù)的應用可以實現(xiàn)車載物流的相關(guān)信息采集。兩者的結(jié)合可以同步實現(xiàn)運載工具和車載貨物信息的精準采集，實現(xiàn)物流供應鏈過程的精細化管理。

關(guān)鍵詞：北斗導航;漢信碼技術(shù);信息采集;智能物流

近年來，伴隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)步增長，帶動了物流業(yè)蓬勃發(fā)展，2018年我國社會物流總額達283.1萬億元。物流業(yè)的快速發(fā)展帶動了行業(yè)的進步，物流行業(yè)的發(fā)展正在越來越“精細化”和體現(xiàn)“以客戶為中心”的發(fā)展理念。另一方面，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種先進的信息技術(shù)，如條碼技術(shù)、RFID、無人技術(shù)等在物流行業(yè)中的應用越來越廣泛，促進了現(xiàn)代物流的智能化發(fā)展。智能物流的發(fā)展核心是對信息的獲取和處理，分為信息的獲取、傳遞、處理和應用過程。

一、北斗導航和漢信碼技術(shù)簡介

北斗導航技術(shù)和漢信碼技術(shù)是我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的兩種智能服務技術(shù)，正在越來越多地應用到物流供應鏈服務過程中。其中，漢信碼是中國物品編碼中心研發(fā)的一種具有強大功能的開放式二維碼碼制，供國內(nèi)用戶免費使用。在實際的應用過程中，由于北斗導航和漢信碼市場推廣時間較短，與之配套的系統(tǒng)和技術(shù)支持較少，因此導致了兩種技術(shù)的市場占有率并不高，特別是漢信碼的生成和識別算法的提供商也比較少，市場認知度和應用較低。

（一）北斗導航簡介

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是我國自行研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS和歐洲GSNS之后第四個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為客戶提供高精度，高可靠的導航、定位、授時服務，并具有短報文通信能力，已具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒，是國家大力推廣的智能技術(shù)。

由于北斗導航技術(shù)在導航、定位等方面的優(yōu)越功能，已經(jīng)在物流領(lǐng)域，特別是運輸管理中得到廣泛應用。應用北斗導航技術(shù)后，可以實現(xiàn)物流運輸全方位（物流企業(yè)、貨主企業(yè)、政府監(jiān)管部門）的信息實時采集、可視化監(jiān)管、全面交互服務;面向貨主企業(yè)、物流企業(yè)和相關(guān)服務企業(yè)提供增值信息服務和線上交易服務。隨著5G通信技術(shù)的推廣和應用，運用北斗導航系統(tǒng)實現(xiàn)貨物運輸過程的視頻采集、物流車輛定位、路徑優(yōu)化和軌跡回放等管理功能，成為智能物流發(fā)展的重要技術(shù)助推手段。

（二）漢信碼技術(shù)簡介

漢信碼是2007年由中國物品編碼中心牽頭研發(fā)，是我國第一個具有完全知識產(chǎn)權(quán)的二維條碼。與目前市面上常見的QR碼（日本公司Denso-Wave研制）相比，漢信碼具有信息容量大、漢字編碼能力強、抗畸變、抗污損、編碼效率高、支持加密技術(shù)等優(yōu)點，已獲得ISO的確認批準，可在硬紙板、玻璃、陶瓷、金屬和塑料等介質(zhì)上直接打印，達到了國際先進水平。漢信碼的研制成功對于我國打破國外企業(yè)對我國在二維條碼生成與識讀核心技術(shù)上的商業(yè)壟斷，提高條碼自動識別技術(shù)的研發(fā)水平，推進二維條碼在社會生活各個領(lǐng)域的應用具有十分重要的現(xiàn)實意義。漢信碼技術(shù)可被廣泛應用于現(xiàn)代物流、商品流通、防偽認證和信息追溯等領(lǐng)域，是國家正大力推廣的一種二維條碼。

漢信碼符號是由N*N個正方形模塊構(gòu)成的正方形陣列，該正方形陣列由信息編碼區(qū)、功能信息區(qū)與功能圖形區(qū)組成，其中功能圖形區(qū)主要包括尋像圖形、尋像圖形分隔區(qū)、校正圖形與輔助校正圖形。碼圖符號的四周為不少于3 模塊寬的空白區(qū)，如圖1 所示。

隨著物流管理信息化進程的加快，漢信碼技術(shù)正在成為物流現(xiàn)代化的一個重要組成部分，附著在物品上的漢信碼資料經(jīng)讀取設備讀取后，可快速、準確地將物品資料自動輸入，從而達到自動識別、快速傳遞、高效共享的目的，提高物流作業(yè)效率、減少人工識讀和管理成本，降低錯誤率，提高物流作業(yè)質(zhì)量，更精確獲取儲位。漢信碼應用在物流的各個環(huán)節(jié)，可做到實時數(shù)據(jù)收集、同步顯示，并經(jīng)計算機信息系快速處理而后達到實施分析與實施控制的目的，提高物流體系各環(huán)節(jié)作業(yè)的機械化、自動化，對物流信息化管理起著基礎(chǔ)性作用。

二、基于兩種技術(shù)的智能物流系統(tǒng)構(gòu)成

北斗導航技術(shù)和漢信碼技術(shù)的用途不同，北斗技術(shù)主要針對運輸車輛進行定位和導航服務，漢信碼主要針對在途運輸?shù)呢浳锾峁┳R別。因此，北斗導航和漢信碼技術(shù)的智能物流系統(tǒng)集成了兩種技術(shù)的應用。

（一）北斗漢信智能物流系統(tǒng)的構(gòu)成

北斗漢信碼智能物流系統(tǒng)是有三部分組成，包括智能物流服務中心、北斗漢信終端和北斗漢信客戶端（分控中心）。智能物流中心是北斗漢信碼智能物流系統(tǒng)的服務器，記錄物流系統(tǒng)中的每一項數(shù)據(jù)，是北斗漢信終端的數(shù)據(jù)接收與保存的服務器，并能夠?qū)ο到y(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行分析存檔，為北斗客戶端提供實時訪問信息。北斗漢信終端可通過采集物品的漢信碼，用于實時跟蹤物品的物流信息，并將物流系統(tǒng)提供給服務器。北斗漢信客戶端為廣大物流用戶提供信息訪問接口，用戶可對物流信息進行跟蹤。

北斗漢信碼智能物流系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖如圖2：

（二）系統(tǒng)的功能

1.終端功能主要有：（1）物流信息采集。終端通過掃描漢信碼對物流信息進行采集，采集后，該信息進入服務器被監(jiān)控。（2）行駛速度記錄。終端以1s的時間間隔持續(xù)記錄并存儲車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)。記錄車輛最近48個小時的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)。該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)每組記錄為車輛在行駛過程中的實時時間、每秒鐘間隔內(nèi)對應的速度屬性、平均速度（km/h）以及對應時間的狀態(tài)信號。監(jiān)控平臺可通過下發(fā)采集命令無線采集車輛行駛速度記錄，也可以通過有線采集，或U盤采集。（3）位置信息記錄。終端以1min的時間間隔持續(xù)記錄并存儲車輛位置數(shù)據(jù)，每組記錄數(shù)據(jù)包括車輛行駛的實時時間、位置信息以及平均速度，系統(tǒng)可以連續(xù)記錄。信息的采集可通過無線采集或有線采集。（4）軌跡回放。終端具備指定時間段內(nèi)（有一定的歷史時間要求）回放指定車輛歷史行駛軌跡的功能。對軌跡回放的速度可以進行調(diào)節(jié)控制。

2.客戶端主要功能：（1）基礎(chǔ)信息維護。對每個物流運輸單元獲進入系統(tǒng)內(nèi)的合作企業(yè)，進行基礎(chǔ)性信息錄入。主要包括企業(yè)名稱、社會統(tǒng)一信用代碼、地址、通信方式、聯(lián)系人、運營范圍等。（2）運輸車輛管理。車輛的主要信息主要包括：車牌號碼、車牌顏色、車身顏色、車輛類型、車輛型號終端編號、發(fā)動機編號等。（3）運輸車輛駕駛?cè)藛T管理。信息包括駕駛員姓名、性別、年齡身份證號碼、住址、聯(lián)系電話、駕齡、駕駛證號、駕駛證類型等。（4）運輸路線管理。系統(tǒng)可對物流運輸?shù)木€路進行系統(tǒng)管理，線路的主要信息有線路名稱、線路里程、線路數(shù)據(jù)、線路限速閾值等。（5）應急信息管理。載貨車輛在運輸途中對于各種意外情況產(chǎn)生的報警，可通過聲、光、文、圖等方式在平臺上進行提醒，并顯示車輛運態(tài)信息和靜態(tài)信息。緊急情況可作報警處理，系統(tǒng)可自動提示當前車輛信息、意外事件發(fā)生時間、位置坐標，系統(tǒng)自動記錄事發(fā)的路段及距離最近的地標信息，如標志性建筑、毗鄰位置等。

三、漢信碼的識讀與信息傳輸過程

二維條碼的信息容量和密度比較高，識別過程和技術(shù)要求比普通的一維條碼更復雜，一般需要經(jīng)過圖像處理、糾錯譯碼、信息譯碼等環(huán)節(jié)的技術(shù)處理，才能還原二維碼信息。由于本智能系統(tǒng)中的漢信碼在實際應用中，其圖像采集受到物流作業(yè)現(xiàn)場因素的干擾，如倉庫復雜背景、工作區(qū)光照不均、識讀器拍攝角度等，都會對漢信碼的正常識讀造成影響。

為避免復雜物流作業(yè)場景下漢信碼的識讀出現(xiàn)問題，本系統(tǒng)在漢信碼識讀過程中先做如下技術(shù)處理：

（一）漢信碼圖像預處理階段

漢信碼圖像在物流作業(yè)采集過程中受識讀環(huán)境影響存在噪聲及光照不均等問題，首先應對圖像中的噪聲進行濾除;然后針對圖像識讀器可能光照不均的問題，將圖像進行分塊根處理使其與原圖同規(guī)格尺寸，最后與原圖進行相減有效消除光照不均的影響?；趫D像處理的漢信碼識別技術(shù)圖像預處理主要包括圖像灰度化、圖像濾波、圖像二值化、條碼定位、圖像校正，其主要目的在于消除圖像中的干擾信息，簡化一些不需要的數(shù)據(jù)，為后續(xù)漢信碼解碼做好準備。

（二）漢信碼尋像圖形定位階段

對第一階段處理后的漢信碼圖像的連通區(qū)域進行分析，根據(jù)區(qū)域面積及最小外接矩形的尺寸比對待選區(qū)域進行篩選，得到漢信碼尋像圖形區(qū)域的基本位置;然后對漢信碼位置探測圖形的比例特征進行匹配，實現(xiàn)漢信碼區(qū)域的準確定位;根據(jù)位置探測中心的坐標特征，采用透視變換方法對提取的漢信碼圖像進行畸變分析，運用旋轉(zhuǎn)逆變換對漢信碼完成旋轉(zhuǎn)校正，為后續(xù)準確譯碼識讀處理打下基礎(chǔ)。

（三）漢信碼信息解碼階段

從漢信碼中提取功能信息區(qū)域，解析得到對應版本號、糾錯等級及掩模方案等信息，在此基礎(chǔ)上將圖形點陣解析成計算機二進制數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)碼字進行自我糾錯，最后根據(jù)編碼模式反向解析出漢信碼原始字符，實現(xiàn)漢信碼表達的物流信息和對應商品信息的識別。

完成以上三個階段的漢信碼圖像識讀技術(shù)處理后，系統(tǒng)對漢信碼進行識讀，識讀后獲取的相關(guān)信息及時傳回系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的工作與信息傳輸流程如圖3：

四、作用與應用前景展望

將北斗導航技術(shù)與漢信碼技術(shù)結(jié)合用于物流運輸車輛的管理中，可以有效地實現(xiàn)對在途運輸車輛和物流貨運信息的同步監(jiān)管，實現(xiàn)運載工具與貨品信息的同步采集。這個智能物流系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的一個發(fā)展方向，是人工智能技術(shù)在物流管理中的具體應用。它的應用可以有效地提升物流管理的效率，減少人工作業(yè)，降低物流信息采集的差錯率。同時，由于北斗導航和漢信碼技術(shù)均具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，特別是漢信碼具有加密防偽功能，這個智能物流系統(tǒng)在國際物流和國內(nèi)物流在途監(jiān)管中，還可以起到物流信息安全監(jiān)管、保護客戶商業(yè)機密等作用。

另一方面，隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)的加劇，美國對我國高新技術(shù)領(lǐng)域的封鎖和圍堵將成為一種常態(tài)化。在此背景下，加大我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的各種智能技術(shù)在各行各業(yè)的應用必將成為一種政府和市場必然的選擇。本研究為這一領(lǐng)域的發(fā)展起到了探索和示范作用，伴隨著我國物流行業(yè)的不斷“智慧化”和物流供應鏈領(lǐng)域管理的“精細化”，北斗導航和漢信碼技術(shù)將得到越來越廣泛的應用。

（作者單位：西安外事學院物流學院）

（本文是陜西省科技研究發(fā)展（攻關(guān)）計劃“基于北斗導航和條碼自動識別技術(shù)的智能物流系統(tǒng)研發(fā)與應用”階段性研究成果，項目編號2014K05-07。）

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