張保良,宋頤
(華北水利水電大學(xué) 機(jī)械學(xué)院,河南 鄭州 450045)
傳統(tǒng)汽車廠商的零部件運輸監(jiān)控系統(tǒng)大多通過射頻識別(RFID)技術(shù)、GPS、GPRS無線通信技術(shù)和車載終端進(jìn)行汽車零配件的定位和監(jiān)控[1],通過收集車輛物流信息與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通信,并結(jié)合道路信息,給出運輸服務(wù)的參考路線,跟蹤物流信息,實現(xiàn)對運輸過程的監(jiān)控和運輸路徑的調(diào)整,但這一過程存在信息溝通方式單一、運輸效率低下、通信延遲性高等缺點。
為解決以上問題,國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究。Mckinney等[2]闡明了在商品流通中供應(yīng)鏈的監(jiān)控及可視化的重要作用,并以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托,重點研究了供應(yīng)鏈物流實時狀態(tài)監(jiān)控的理論方法和關(guān)鍵技術(shù),實現(xiàn)商品運輸狀態(tài)信息的獲?。籒agurney等[3]以最小化的成本為根本目標(biāo),對供應(yīng)鏈重組進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,在不降低運輸效率的情況下,提高了資源利用率;付穎斌等[4]建立了基于Auto-ID數(shù)據(jù)處理模型,實現(xiàn)了對于某些無法直接獲得的物流數(shù)據(jù)的采集,為物流狀態(tài)的獲取提供了新型解決方案;李越等[5]基于高德地圖API模式,利用XML程序配置信息,在一定程度上實現(xiàn)了物流運營商之間的合作,打通了各物流企業(yè)間運輸監(jiān)控信息不相通的壁壘,而這與宗彤彤等[6]改進(jìn)物流運輸信息透明化的設(shè)計思路有相通之處;曹博等[7]利用Sunspot平臺將車輛運輸過程中的信息進(jìn)行整合,通過搭建簡易物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了簡單的多維控制操作;于天琪等[8]通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對物聯(lián)網(wǎng)下的物流監(jiān)控運輸過程中產(chǎn)生的信息進(jìn)行粗略篩選,進(jìn)而降低上傳的錯誤數(shù)據(jù)量,提高云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理效率。
本文主要通過將RFID技術(shù)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、無線通信技術(shù)及各類傳感器、狀態(tài)顯示器、行車記錄儀等車載終端設(shè)備相整合組建新的監(jiān)控系統(tǒng)。通過優(yōu)化數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),保證在運輸過程中實時存儲、調(diào)用車輛及貨物狀態(tài)等數(shù)據(jù),降低信息的延遲和誤差。
汽車廠商的運輸服務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)具有如下需求。
(1)運輸車輛速度位置要求:對于監(jiān)控管理人員而言,必須確定車輛的運輸速度及其位置,確保能夠?qū)崟r預(yù)測貨物到達(dá)時間,并準(zhǔn)確記錄運輸路徑。
(2)承運機(jī)動車編號、駕駛員編號和運輸貨物ID匹配記錄要求:編號可以有效定位和確認(rèn)人員、車輛和貨物運輸流程,落實責(zé)任,降低貨物丟失的可能性。
(3)運輸車廂內(nèi)溫濕度測控要求:監(jiān)控溫濕度可防止車廂內(nèi)火災(zāi)的發(fā)生,最大限度避免貨物損毀。
(4)車輛內(nèi)部振動程度要求:對于某些特定的汽車零部件,在運輸過程中振動不宜過大,否則將導(dǎo)致零部件損壞。
(5)車輛自身運行狀態(tài)信息:包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、物流車胎壓以及油箱內(nèi)油量信息等。
(6)車載設(shè)備與云平臺穩(wěn)定通信要求:確保信息通暢,降低傳輸延遲。
(7)云計算平臺快速診斷故障信息,并做出響應(yīng)的要求:當(dāng)運輸過程中發(fā)生故障時,系統(tǒng)能夠及時報警,提醒車載人員處理問題。
(8)數(shù)據(jù)暫時性存儲及斷點續(xù)傳要求:能夠有效應(yīng)對物流運輸過程中出現(xiàn)的導(dǎo)航定位信號衰弱、無線通信暫時中斷等問題。
根據(jù)上文列出的運輸需求,對應(yīng)可設(shè)置以下功能。
(1)信息數(shù)據(jù)采集功能:數(shù)據(jù)的采集運用精密傳感器、高清攝像機(jī)等設(shè)備,如利用北斗導(dǎo)航模塊采集車輛的位置、速度與時間信息;通過高清行車記錄儀采集路況數(shù)據(jù);利用RFID標(biāo)簽及其激光掃描設(shè)備采集貨物、駕駛員、運輸車輛等信息;通過溫度、濕度、壓力及振動傳感器采集相應(yīng)的物理數(shù)據(jù)信息;通過煙霧報警系統(tǒng)(主要器件是煙霧報警器)判斷是否發(fā)生冒煙著火現(xiàn)象;同時還可以通過車輛狀態(tài)讀取器以及相關(guān)電路連接車輛控制CPU,獲取相應(yīng)運輸貨車的運行數(shù)據(jù)信息。
(2)數(shù)據(jù)傳輸:此模塊以5G網(wǎng)絡(luò)為載體,利用其低延遲、高連接密度等優(yōu)勢進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[9],實現(xiàn)車載終端與控制管理中心實時數(shù)據(jù)同步。
(3)信息處理及反饋:此模塊功能主要由服務(wù)器軟件完成,通過預(yù)設(shè)的程序和算法并結(jié)合數(shù)據(jù)庫判斷來自車載終端的數(shù)據(jù)是否正常、是否需要修正,當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時,立即發(fā)送故障代碼至控制中心和車載終端及時報警。
(4)關(guān)鍵數(shù)據(jù)顯示:此功能可采用小尺寸的觸摸顯示屏設(shè)備實現(xiàn),通過線束連接將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接|摸屏設(shè)備上的專用APP軟件進(jìn)行顯示,并在觸摸屏設(shè)備上設(shè)置一些常用操作按鍵,方便操作人員使用。
監(jiān)控系統(tǒng)大致可分成三個子模塊,分別是車載終端、云服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫。對于監(jiān)控系統(tǒng)的功能可進(jìn)行模塊化設(shè)置和分配,運輸監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 運輸監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)
根據(jù)運輸服務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)的需求,監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)可分為5個模組,即車載設(shè)備(傳感器、行車記錄儀、觸摸屏顯示設(shè)備等)、云服務(wù)器設(shè)備、管理控制中心、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、無線5G網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)總體框架如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)總體框架
(1)車載設(shè)備及人員負(fù)責(zé)運輸過程的信息收集、簡單篩選、簡略顯示和各項指令的最終實施;
(2)云服務(wù)器及應(yīng)用軟件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、精確篩選和快速處理;
(3)管理控制中心負(fù)責(zé)各項數(shù)據(jù)的可視化顯示記錄,并與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相連,實時進(jìn)行動態(tài)人工調(diào)整,彌補(bǔ)云服務(wù)器軟件智能控制的不足;
(4)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的記錄、存儲和調(diào)用;
(5)無線5G網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將各模塊進(jìn)行無障礙快速連接,充分發(fā)揮第五代通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性能,提高該監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)變能力。
一般來說,數(shù)據(jù)庫的基本作用包括數(shù)據(jù)的存儲、分類、調(diào)用和修改等,對于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則:
(1)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)必須能夠反映事物之間的聯(lián)系,即客觀邏輯不可違背;
(2)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)之間不能發(fā)生值、義的矛盾;
(3)各類數(shù)據(jù)獨立性要強(qiáng),冗余度要低,即在修改或者增加數(shù)據(jù)時,不影響其他數(shù)據(jù)及其使用;
(4)數(shù)據(jù)庫的安全可靠性必須予以保證,不能為其他無關(guān)人員所竊取。
通過對主流數(shù)據(jù)庫[10-12]特點的比較可選擇MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。根據(jù)運輸流程,制定如圖3所示的MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫工作流程。
圖3 數(shù)據(jù)庫工作流程
在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL中,用關(guān)系模型描述需求分析的具體流程,包括把E-R圖轉(zhuǎn)變成關(guān)系模型,然后定義數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)。本文將具體事件的關(guān)系進(jìn)行抽象化表示,定義如下:
(1)Ai表示需要運輸?shù)牧悴考a;
(2)Bi表示運輸車輛代碼,Bi1表示運輸車輛載重,Bi2表示運輸車輛車長;
(3)Ci表示駕駛員代碼,Ci1表示駕駛員年齡,Ci2表示駕駛員的聯(lián)系方式;
(4)Ei表示報警故障代碼,F(xiàn)i表示故障排除指令代碼(其中 i=1, 2, ..., n)。
由運輸過程中存在的邏輯關(guān)系可知,一輛車Bi可以容納n個零部件Ai,并且Bi對應(yīng)唯一的Bi1和Bi2;一個駕駛員Ci只能駕駛一輛車Bi,并且Ci對應(yīng)唯一的Ci1和Ci2;一輛車Bi在行駛過程中對應(yīng)n條故障代碼Ei,一條故障代碼Ei對應(yīng)n條故障排除代碼Fi,直觀表示如圖4所示。
圖4 邏輯分析圖
根據(jù)上文確定的實體關(guān)系類型及邏輯分析,運用PowerDesigner軟件繪制MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫的E-R圖,信息之間的邏輯關(guān)系如圖5所示。
根據(jù)數(shù)據(jù)庫的E-R圖進(jìn)一步列出了MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)、類型、大小以及屬性等。運輸基本數(shù)據(jù)表見表1所列,運輸過程數(shù)據(jù)表見表2所列,其他數(shù)據(jù)表(包括車輛編號表、駕駛員編碼表、零部件ID表、故障代碼表等)與之類似,不再詳細(xì)列出。各數(shù)據(jù)表之間以運輸車輛ID為核心進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)。
圖5 MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫的E-R圖
表1 運輸基本數(shù)據(jù)表
表2 運輸過程數(shù)據(jù)表
根據(jù)汽車廠商監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)的總體設(shè)計,服務(wù)器是以5G通信網(wǎng)絡(luò)為載體完成車載終端與數(shù)據(jù)庫之間的通信,負(fù)責(zé)來自車載終端數(shù)據(jù)的存儲,并對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表進(jìn)行寫入/寫出操作,更改數(shù)據(jù)庫中的信息,實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。汽車零部件運輸監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器上應(yīng)用軟件的具體工作包括以下內(nèi)容。
(1)零部件、車輛以及車輛駕駛?cè)藛T的匹配:為規(guī)范運輸,保證貨物安全,需在運輸開始之前對汽車零部件、車輛以及車輛駕駛?cè)藛T進(jìn)行精準(zhǔn)匹配。
(2)車輛運輸路徑的規(guī)劃:運輸路徑的規(guī)劃是服務(wù)器應(yīng)用軟件重要的工作內(nèi)容,合理的運輸路徑不但可以降低運輸?shù)挠唾M、人工費以及車輛折舊費等運輸成本,而且還可以縮短運輸時間,提高運輸效率,保證貨物準(zhǔn)時送達(dá)。
(3)故障報警:運輸過程中,出現(xiàn)故障時,應(yīng)用軟件會對各類傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的故障信息目錄,智能找出故障原因并向運輸人員發(fā)送排除故障的方法。
本文系統(tǒng)闡述了基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車廠商監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,首先構(gòu)建了監(jiān)控系統(tǒng)的主體框架,從需求分析到功能分析、設(shè)計,詳細(xì)說明了系統(tǒng)的工作流程。在此基礎(chǔ)上,本文又進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化,并給出了系統(tǒng)框架圖。之后,本文結(jié)合物流運輸?shù)倪^程構(gòu)造出數(shù)據(jù)庫流程圖及數(shù)據(jù)庫E-R圖,并定義了數(shù)據(jù)表。綜上所述,監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)策略主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)對以往監(jiān)控系統(tǒng)的硬件進(jìn)行改進(jìn)升級,并對監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行優(yōu)化,通過硬件升級及系統(tǒng)優(yōu)化,使得監(jiān)控過程的信息收集更為全面,可視化程度有所提高;
(2)5G模塊的通信速率、帶寬、連接密度以及網(wǎng)絡(luò)融合性等方面相比GPRS通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢明顯,具有廣闊的發(fā)展前景;
(3)對以往傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重新設(shè)計與整合,優(yōu)化數(shù)據(jù)庫整體架構(gòu)、更新并細(xì)化數(shù)據(jù)采集過程,整理繪制出數(shù)據(jù)庫E-R圖,并重組部分?jǐn)?shù)據(jù)表。