基于物聯網技術的鐵路貨物追蹤系統的構建

摘 要：在對物聯網的基本概念進行論述的基礎上，詳細的探討了構成物聯網的關鍵技術。以構建完善的鐵路貨物追蹤系統為目標，基于物聯網技術，分別從車載移動設備設計與安裝、追蹤系統軟件三個方面探討了構建鐵路貨物追蹤系統的相關技術，形成了相對完善的貨物追蹤技術架構。

關鍵詞：物聯網；貨物追蹤；鐵路運輸

鐵路運輸一直是我國貨物運輸的主要力量，尤其是大宗貨物，鐵路運輸幾乎是唯一的陸地運輸方式。但是，當前鐵路物流信息化程度較低，不能完全滿足社會各界對于鐵路物流信息及追蹤的需要。為了提高鐵路運輸的市場競爭能力，提高鐵路貨物運輸的智能化程度，構建貨物追蹤系統尤為必要。目前，各地基于物聯網技術提出了諸多新型概念，包括“智能物流”、“智能鐵路”和“感知鐵路”。但是，大多數的研究都停留在物聯網終端網絡應用層方面的開發和研究，沒有重視整體系統體系的構建，不利于形成標準、統一的鐵路運輸物聯網體系。因此，基于物聯網關鍵技術，結合鐵路貨物運輸以及貨物追蹤定位的現實需求，探討貨物追蹤系統的構建技術體系，對提高鐵路貨物運輸的智能化和信息化尤為重要。

一、物聯網的基本概念

物聯網將將任意物品直接與互聯網相連，實現對物品物理位置的識別、貨物類型的智能鑒別、跟蹤、監控以及物流管理的網絡體系。在整個網絡當中，根據約定的協議，利用紅外感應設備、定位系統和激光掃描設備等信息感知設備完成信息傳遞、通訊等工作。從本質上看，物聯網的核心和基礎依然是互聯網，但是其通過終端的感知設備實現了物品之間的信息交換，有效的擴展了互聯網的核心地位。

二、物聯網的關鍵技術

物聯網通過設置的感應設備對接入網絡的物體屬性進行掃描、信息讀取，然后將得到的信息轉換成為可以通過網絡進行傳輸的基本數據類型。最后，通過互聯網將信息傳送給中央處理系統，實現對數據的分析、傳遞、處理等。其中，IPv6、RFID、云計算和傳感技術是物聯網的核心技術構成。

（一） IPV6

隨著互聯網技術的快速發展，IPv4地址已經告罄，IPv6必將逐步取代IPv4。與IPv4（32位數據地址）相比，IPv6能夠提供128位長度的地址，能夠實現對地球上任意物體賦予單獨、唯一的IP地址。而要想在物聯網中構建任何物體之間的相互連接，就必須將IP地址分配給每一個物體，而IPv6正好能夠滿足該需要。因此，在構建物聯網的過程中，IPv6技術是基礎的技術條件。

（二） RFID

RFID即射頻識別技術，通過射頻讀取的方式識別目標物體的無線射頻信號，獲得物體的標記信息。由于射頻識別設備的體積一般較小，便于附著在需要識別的物體上，能夠通過非接觸的方式快速讀取存儲的相關信息。同時，其具有覆蓋范圍廣的優點，當前大多數正在開發和應用的識別技術多采用RFID。

（三）云計算技術

所謂云計算技術，即為以實現海量信息處理而開發的一整套信息處理運算模型，能夠利用互聯網提供動態、易擴展、虛擬化的計算資源，是物聯網技術發展的支撐體系，也是物聯網得以構建的核心基礎。云計算的數據管理能力和存儲能力強大，而這恰好能夠為物聯網需要隨時隨地采集物體詳細信息提供足夠的計算能力和存儲空間，為物聯網的構建提供了充分的有力的計算能力保證。

（四）傳感技術

信息技術的三個核心基礎分別是傳感技術、通信技術以及計算機技術。其中，傳感技術包括傳感器的設計開發、信息處理與識別以及后期的制造、測試和應用等工作。通過傳感器能夠將物體的現實行為，包括熱、聲、光、位移、力等物理信號轉變成為計算機信號，實現物聯網系統對物體物理屬性的感知。

三、基于物聯網技術的鐵路貨物追蹤系統的構建

（一） 鐵路車輛移動設備設計

基于智能嵌入技術，將選擇的ARM S3C2440芯片作為嵌入式主機，使用Linux操作系統進行架構。同時，根據不同的擴展領域，還需要選擇其他的芯片集成在一起，形成一個外圍電路。例如，需要設置USB 接口、網絡接口端、RS232接口、LCD控制器以及鍵盤接口等，這些都需要選擇對應的芯片。在設計的過程中，盡量根據系統的實際需要，盡量選擇片內外圍電路實現相關的功能，從而對外圍接口的相關資源進行充分的利用。另外，在設計的過程中應盡量將接口電路與核心電路進行分離設計，確保系統CPU能夠穩定運行，避免因為外圍器的干擾，提高整個系統運行的穩定性。

（二）鐵路車載設備的設置

鐵路車載設備是實現鐵路貨物運輸追蹤、定位的基礎單元，需要合理的設置才能保證其基本功能得以實現。車載移動設備包括一臺ARM主機（包含3G/GPS功能模塊）、RFID掃描設備、4個天線，具體設置如圖1所示。其中，為了實現對運輸過程中的每一件貨物都進行精確的掃描，避免出現標簽漏掃和信號干擾等問題，特意設置了4個天線，實現全方位、無死角信息讀取。同時，在貨運車輛的車門位置設置了紅外檢測裝置，當車門開啟之后，將自動激發車門位置設置的固定天線，能夠對所有進出車門的貨物進行掃描，從而實現貨物的上下車校驗；而當車門關閉之后，紅外線檢測裝置關閉，內部的三個天線啟動，實現對車廂內貨物的掃描，完成對整個運輸過程的監控。

圖1鐵路車載設備的設置示意圖

（三） 鐵路貨物位置追蹤軟件設計

鐵路貨物的追蹤定位不但要考慮到如何通過物聯網的中間層實現對運輸貨物的監控和管理，還應該將既有的業務管理系統（例如ERP系統）集成起來，從而獲得對應客戶訂單以及貨物屬性等相關信息。同時，為了保證設計的系統具有必要的擴展性，還應該為后續的開發和升級設置對應的接口。本文在設計追蹤軟件的過程中，使用SOA架構完成對上層物流監管軟件和物聯網中間層和現有系統的集成。在整個系統中，物聯網的中間設備被封裝在Web Services組件當中，而上層的應用軟件通過利用統一的服務接口實現與中間層的數據交換，確保了整個系統的安全穩定性，設計的鐵路貨物位置追蹤軟件總體架構包括五個基本層次：① 網絡應用層，實現貨物的調度和貨物信息的管理等實際應用；② 中間層，主要通過設置企業服務總線，為地圖服務、ERP系統集成以及物聯網中間件等提供接口；③ 網絡層，主要提供基于Web/3G的網絡信息傳遞服務；④ 設備層，包括RFID掃描設備和GPS模塊等，實現信息的獲取；⑤ 數據交換層，為整個系統提供數據庫服務。

鐵路貨物追蹤系統的構建是一個系統而復雜的工程，隨著互聯網技術的發展和成熟，物流技術和物流管理技術等在不斷發展，需要對整個系統進行實時的更新，在此基礎上方能確保追蹤系統與物聯網整體發展協同發展，最終實現“智能鐵路”、“智能物流”的發展規劃目的。

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