利用北斗的物流信息監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計研究

張政治

利用北斗的物流信息監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計研究

張政治

（中國人民解放軍61920部隊，成都 610505）

針對當(dāng)前物流信息服務(wù)難以較好滿足客戶多樣化、特定化需求的現(xiàn)狀，介紹利用北斗位置服務(wù)、短報文通信以及集團(tuán)管理功能設(shè)計物流信息監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括前端采集設(shè)備和中心監(jiān)控管理平臺，通過監(jiān)測分析車輛和貨物的實時狀態(tài)和參數(shù)，實現(xiàn)物流信息的有效管理和發(fā)布，為貨物的安全、可靠、及時運輸提供有力支持。

北斗；物流；監(jiān)測

0 引言

2020年7月31日，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通，開啟造福人類的新篇章。中國北斗選擇了符合國情的“三步走”戰(zhàn)略，采用了獨特“混合”星座，同時北斗的“一體化”設(shè)計體現(xiàn)獨特的“中國智慧”。另外，北斗三號全球系統(tǒng)還可提供衛(wèi)星增強、國際搜救、精確單點定位、地面增強等多樣化服務(wù)，更好地滿足用戶多樣化需求。屬于北斗的“全球時代”已經(jīng)到來，如今，北斗系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到各行各業(yè)，走進(jìn)千家萬戶，像水電一樣，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡谋匦杵罚瑹o處不在，觸手可及[1]。去年新冠肺炎疫情阻擊戰(zhàn)中，北斗的貢獻(xiàn)也是有目共睹。北斗系統(tǒng)與新一代5G移動通信、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)碰撞融合，構(gòu)建以北斗時空信息為主要內(nèi)容的新興產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，推動生產(chǎn)生活方式變革和商業(yè)模式不斷創(chuàng)新，將創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)的飛速開展，制造業(yè)、商業(yè)和企業(yè)的范圍不斷擴展，產(chǎn)品、原料大量需求，其物流量也在不斷增大，行業(yè)信息化要求越來越高。同時，客戶對配送時間、過程監(jiān)視、貨物狀況等需求也越來越多，尤其是部分貨物存在超重、超高、超大不可解體等情況，在運輸上存在較多困難。當(dāng)前各物流公司采用的各類在線物流調(diào)度管理平臺功能相對簡單，比如無法監(jiān)視貨物的震動、跌落、溫濕度等信息和物流車超速、不按規(guī)劃路線行駛等情況。本文研究基于北斗的物流信息監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計，能夠為車輛監(jiān)控、貨物跟蹤、狀態(tài)查詢、實時通信等物流信息服務(wù)提供通用解決方案[2]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

一般情況下，行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用北斗的系統(tǒng)可分為前端采集、傳輸網(wǎng)絡(luò)以及中心監(jiān)控管理三個部分。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示[3]。前端采集由涵蓋無線網(wǎng)絡(luò)的一體化監(jiān)控設(shè)備（包括北斗定位模塊、專業(yè)傳感器和無線通信模塊）和智能手機（包括APP軟件）構(gòu)成，或者基于北斗衛(wèi)星的一體化監(jiān)控設(shè)備，可用于邊遠(yuǎn)地區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋不全的區(qū)域。數(shù)據(jù)傳輸由無線通信網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)，無線網(wǎng)絡(luò)一體化監(jiān)控設(shè)備通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)前端采集信息的傳輸，若選用衛(wèi)星的一體化監(jiān)控設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸通過北斗衛(wèi)星實現(xiàn)。中心監(jiān)控管理平臺實時接收物流車輛所載一體化監(jiān)控設(shè)備和智能手機回傳的位置信息、傳感器數(shù)據(jù)以及運輸車輛所載定位跟蹤器回傳的位置數(shù)據(jù)并存儲，對物流車輛和運輸車輛位置進(jìn)行地理信息系統(tǒng)（Geo-Information System，GIS）疊加顯示；通過數(shù)據(jù)分析實時進(jìn)行物流車輛停止、超速、震動過激、超出預(yù)定路線（電子圍欄）告警，完成對物流車輛的監(jiān)視控制；通過數(shù)據(jù)分析實時進(jìn)行運輸車輛超出預(yù)定路線（電子圍欄）告警，完成對運輸車輛和駕駛員的監(jiān)管。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2 前端信息采集構(gòu)架

2.1 設(shè)備組成

前端主要是車載無線網(wǎng)絡(luò)一體化監(jiān)控設(shè)備，具體設(shè)計如圖2所示。其中，控制模塊是監(jiān)控設(shè)備的中心處理器，能夠采集北斗定位模塊的定位數(shù)據(jù)，采集震動傳感器的震動數(shù)據(jù)，并將采集數(shù)據(jù)按一定格式通過移動通信模塊發(fā)送至監(jiān)控管理中心。在無線信號覆蓋不到的邊遠(yuǎn)地區(qū)，可設(shè)計采用北斗RDSS傳輸服務(wù)，實現(xiàn)通信聯(lián)絡(luò)暢通[4]。

圖2 無線網(wǎng)絡(luò)一體化監(jiān)控設(shè)備結(jié)構(gòu)

智能手機利用自帶北斗定位模塊或Android客戶端軟件（GPRS定位），獲取位置數(shù)據(jù)并上報，具備實時報警提示功能。手機APP作為一個數(shù)據(jù)采集設(shè)備，能夠提供車輛出發(fā)、車輛到場簽到的功能，車輛出發(fā)之后APP會采集位置信息并且上報到服務(wù)器，車輛到場簽到后停止上報，過程中對車輛行駛速度進(jìn)行計算。

震動傳感器及定位跟蹤器綁定安裝在貨物上，震動傳感器根據(jù)特殊環(huán)境需要可以拓展為氣壓、溫濕度等傳感器；定位跟蹤器實時接收北斗衛(wèi)星信號，完成定位解算，要求體積要盡可能小，具備獨立供電能力，能夠隱蔽安裝在運輸設(shè)備中。

2.2 主要功能

前端信息采集設(shè)備的主要功能是通過專業(yè)數(shù)據(jù)傳感器和導(dǎo)航芯片采集車輛運行數(shù)據(jù)，并將實測數(shù)據(jù)以有線方式匯聚到數(shù)據(jù)采集與通信控制器，由數(shù)據(jù)采集控制器對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理和通信打包，再通過地面無線（或衛(wèi)星）通信模塊發(fā)送至管理中心，并接收管理中心信息告警提示等控制指令[5]。其中各類信息采集和上報的頻次可根據(jù)客戶需求定制，實現(xiàn)個性化服務(wù)。

2.3 工作流程

前端信息采集工作流程可以概括為監(jiān)測信息采集、預(yù)處理以及傳輸三個方面[6]。各類傳感器對車輛運行和貨物運輸信息進(jìn)行實時監(jiān)測，采集數(shù)據(jù)質(zhì)量是完成工作流程的最關(guān)鍵一步；數(shù)據(jù)采集和通信設(shè)備對采集的數(shù)據(jù)完成打包、編碼等預(yù)處理，編制傳輸格式，預(yù)處理需要用到專業(yè)軟件和硬件，這步是為傳輸做準(zhǔn)備；數(shù)據(jù)傳輸即通過地面無線網(wǎng)絡(luò)（或北斗衛(wèi)星）將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控管理中心。

3 中心監(jiān)控管理平臺架構(gòu)

3.1 設(shè)備組成

中心監(jiān)控管理平臺主要由各類服務(wù)器、監(jiān)控管理終端、路由器以及防火墻組成，如圖3所示。監(jiān)控管理中心可配備北斗指揮型用戶機，實現(xiàn)通過北斗RDSS鏈路對前端監(jiān)控設(shè)備的通信傳輸管理。其中，接入服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、監(jiān)控管理終端通過以太網(wǎng)交換機連接，組成一個局域網(wǎng)；北斗指揮型用戶機通過串口服務(wù)器連接在該局域網(wǎng)內(nèi)[7]。

接入服務(wù)器安裝通信接入軟件，實時通過無線通信模塊接收前端數(shù)據(jù)，并實時轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)庫及各種應(yīng)用平臺。當(dāng)采用北斗RDSS傳輸時，實時接收北斗鏈路的數(shù)據(jù)采集。

圖3 監(jiān)控管理中心結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實時存儲物流車輛駕駛員所持手機定位數(shù)據(jù)、物流車輛所載一體化監(jiān)控設(shè)備的位置數(shù)據(jù)、運輸車輛位置數(shù)據(jù)、貨物的震動數(shù)據(jù)、溫度、壓力等數(shù)據(jù)。

監(jiān)控管理終端安裝車輛監(jiān)控管理軟件，與應(yīng)用服務(wù)器的應(yīng)用服務(wù)軟件構(gòu)成C/S模式，實現(xiàn)對公司所有物流車輛和運輸車輛基于地圖的實時監(jiān)控管理。

3.2 主要功能

主要完成對車輛和貨物位置信息的監(jiān)控，融合物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、地圖信息，為公司和客戶提供準(zhǔn)確的監(jiān)管服務(wù)[8]。任務(wù)功能模塊圖如圖4所示。具體實現(xiàn)以下功能：

（1）通過地面無線網(wǎng)絡(luò)或北斗衛(wèi)星鏈路（可選）自動接收前端物流車輛手機APP和定位設(shè)備上傳的位置數(shù)據(jù)，并數(shù)據(jù)庫存儲；

（2）通過地面無線網(wǎng)絡(luò)自動接收前端運輸車輛定位跟蹤器上報位置數(shù)據(jù)，并數(shù)據(jù)庫存儲；

（3）在地圖上對運輸車輛位置分別描點，繪制出行駛線路軌跡，進(jìn)行線路軌跡比對，不同項目或不同設(shè)備產(chǎn)品描點顏色可自定義；

（4）分析物流車輛位置信息，如車輛異常行駛或超限行駛，進(jìn)行告警，調(diào)度人員會根據(jù)情況聯(lián)系物流車輛；

（5）獲取車輛調(diào)度信息，實現(xiàn)車輛信息和車隊分組信息管理，如車牌、司機、手機號、車輛狀況、維護(hù)人員等信息可以錄入和查詢；

（6）對行程、時間、距離、速度等信息和在途位置、速度等指標(biāo)統(tǒng)計形成表報資料，定時上傳至指定郵箱。

圖4 功能模塊圖

3.3 工作流程

中心監(jiān)控的工作流程可以概括為數(shù)據(jù)接收、存儲和監(jiān)視、告警處理和控制指令處理三個方面。監(jiān)控系統(tǒng)自動接收無線網(wǎng)絡(luò)（或北斗衛(wèi)星）轉(zhuǎn)發(fā)的前端點發(fā)送的各種信息，提取前端點數(shù)據(jù)，按任務(wù)需求將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同格式，提供軟件監(jiān)控顯示、數(shù)據(jù)庫存儲。在監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常時能夠產(chǎn)生聲、光告警，在存入日志數(shù)據(jù)庫的同時，實時展示在監(jiān)控信息顯示界面上。根據(jù)任務(wù)需求，監(jiān)控系統(tǒng)可以向前端一體化監(jiān)控設(shè)備發(fā)送控制指令；前端點在收到控制指令后執(zhí)行完畢會發(fā)送回執(zhí)，向監(jiān)控系統(tǒng)匯報執(zhí)行結(jié)果。

4 結(jié)束語

本文物流信息監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計合理，相關(guān)軟硬件技術(shù)成熟，實現(xiàn)工藝簡單。在系統(tǒng)作用發(fā)揮上，能夠作為現(xiàn)有物流調(diào)度管理平臺的有益補充，滿足特定客戶的對物流信息服務(wù)的需求。該系統(tǒng)可以在物流和其他運輸行業(yè)推廣，尤其是邊遠(yuǎn)地區(qū)無線信號覆蓋不全的區(qū)域，但是需要批量生產(chǎn)以控制成本。

[1] 吳海玲，高麗峰，汪陶勝，等. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報，2015，3（2）：1-6.

[2] 中華人員共和國交通運輸部. 道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)平臺技術(shù)要求：JT/T 796-2011[S]. 北京：人民交通出版社，2011：2-9.

[3] 楊勝斌，賈磊，賀振華. 基于北斗的移動目標(biāo)信息化管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[C]. 衛(wèi)星導(dǎo)航定位與北斗系統(tǒng)應(yīng)用2016——星參北斗位聯(lián)世界，2016.

[4] 張政治. 利用BDS的河流水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報，2016，4（4）：112-116.

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[6] 張霞，陳豪，李劍，等. 湖北省BDS高精度位置服務(wù)平臺設(shè)計[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報，2016，4（4）：77-80.

[7] 李飛，孫軒，馬春紅. 導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 地理空間信息，2014，12（5）：38-40.

[8] 楊勝斌，賈磊，賀振華. 基于北斗的物流信息化管理系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 數(shù)字通信世界，2016.

Research of Transport Message Monitoring System Based on BDS

ZHANG Zhengzhi

Aiming at the current situation that service of transport message doesn’t satisfied custom’s variegated and special need, a device of transport message monitoring system using BDS’ positioning, short message and group manager function is introduced. The system includes front monitoring point and center monitoring system, which realizes transport message’s effective managing and publishing by monitoring and analysing transport’s real-time status and parameter. The system can provides decision-making for safe, reliable and timely transport goods.

BeiDou Navigation Satellite System; Transport; Monitoring

P228

A

1674-7976-(2021)-06-420-04

2021-04-19。

張政治（1982.06—），遼寧營口人，碩士，高級工程師，主要研究方向為衛(wèi)星導(dǎo)航與應(yīng)用。