“互聯(lián)網(wǎng)+”下的智慧物流

中郵通建設咨詢有限公司 技術(shù)發(fā)展中心 周 亮

“互聯(lián)網(wǎng)+”下的智慧物流

中郵通建設咨詢有限公司 技術(shù)發(fā)展中心 周 亮

本期開始，本刊將陸續(xù)刊登獲獎學術(shù)論文，供廣大讀者賞析品鑒。本期將為大家刊登榮獲一等獎的三篇學術(shù)論文。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大趨勢下，針對于傳統(tǒng)的物流車輛管理模式，設計基于計算機網(wǎng)絡技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)平臺，采用民用GPS（全球定位系統(tǒng)）定位技術(shù)、傳感器技術(shù)，將車輛的位置信息、車況信息等數(shù)據(jù)傳送給Web服務器。服務器管理終端對數(shù)據(jù)進行解析整理，結(jié)合百度地圖API（應用程序接口）圖形并茂地呈現(xiàn)車輛行駛實時信息，為物流管理者的管理提供依據(jù)。經(jīng)研究證明，此系統(tǒng)的設計對于提高企業(yè)效益、降低成本提供了強力的保障。

互聯(lián)網(wǎng)+； 百度地圖； 全球定位系統(tǒng)； 物流管理

0 引言

相對于信息化、網(wǎng)絡化的工業(yè)化進程，傳統(tǒng)的物流行業(yè)存在著信息化程度低、運營成本高、管理混亂等諸多弊端：傳統(tǒng)物流行業(yè)由于中間商過多，各環(huán)節(jié)信息不能及時共享，信息化程度過低必然導致合作不協(xié)調(diào)，提高企業(yè)溝通成本；對于車輛運行中監(jiān)控的缺失，存在公車私用、員工工作懈怠等情況，也將導致運營成本的提高；對于車輛資源的管理缺乏統(tǒng)籌性的管理方法，造成了企業(yè)資源的浪費，不利于企業(yè)的發(fā)展壯大。

“互聯(lián)網(wǎng)+”下的智慧物流設計是為了滿足物流企業(yè)解決諸多弊端的需求。運用計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)以及GPS定位技術(shù)，通過對企業(yè)車輛資源的統(tǒng)籌管理以及車輛行駛信息的有效監(jiān)控高，提高了工作效率、降低了企業(yè)成本。

1 關(guān)鍵技術(shù)概述

1.1 GPS定位技術(shù)

隨著GPS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)的不斷發(fā)展，其 商業(yè)應用遠遠超過了其軍事應用價值。在航空導航、航海導航、勘測繪圖、車輛追蹤、手機地圖導航等方面發(fā)揮了重大作用。

1.2 NET框架技術(shù)

.NET框架（.NET framework）是由微軟開發(fā)，一個致力于敏捷軟件開發(fā)、快速應用開發(fā)、平臺無關(guān)性和網(wǎng)絡透明化的軟件開發(fā)平臺，目前得到了廣泛的應用。2014年10月份，微軟宣布將對.NET開源，.NET框架更將會成為跨語言、跨平臺的編程環(huán)境，其功能的強大更是毋庸置疑的。

1.3 車聯(lián)網(wǎng)概念

根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的定義，車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動互聯(lián)網(wǎng)為基礎，按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交換標準，在車與交通、人、計算機網(wǎng)絡之間，進行無線通信和信息交換的大系統(tǒng)網(wǎng)絡，是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化交通管理、智能動態(tài)信息服務和車輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應用。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)分析

2.1 系統(tǒng)總體設計

本研究在Windows平臺上實現(xiàn)了一個互聯(lián)網(wǎng)+模式下的智慧物流管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由車載終端對收集車輛信息（GPS位置信息、車速、路況、油量、車載量等），通過CDMA/GPRS（碼分多址/通用分組無線業(yè)務）網(wǎng)絡定時將數(shù)據(jù)傳送給Web服務器。服務器接收數(shù)據(jù)后進行解析存儲，并將其通過百度地圖反應在車輛管理終端。該系統(tǒng)邏輯構(gòu)架見圖1。

2.2 系統(tǒng)功能模塊分析

根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)圖，可將系統(tǒng)分為以下幾個模塊。

2.2.1 GPS模塊

本系統(tǒng)GPS模塊主要實現(xiàn)實時接收GPS位置信息，數(shù)據(jù)整理后傳遞給車載終端處理器。GPS模塊實現(xiàn)了智慧物流管理系統(tǒng)的定位管理，在方便監(jiān)控的同時，可以實時調(diào)配可用資源，實現(xiàn)物流資源的最大化使用。

2.2.2 信息采集（傳感器）模塊

本系統(tǒng)中車載終端搭載多種傳感器，主要有陀螺儀、溫度傳感器、濕度傳感器、酒精度傳感器、液位傳感器。信息采集模塊的配置，將車輛行駛中的多維度車輛行駛狀態(tài)以及駕駛員狀態(tài)進行數(shù)據(jù)收集并按照固定的格式傳遞給車載終端處理器。多數(shù)據(jù)的采集存儲不僅能保障智慧物流管理的精細化，同時可以保障系統(tǒng)管理的寬度和深度。

2.2.3 GPRS通信模塊

車載終端將GPS數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)按照固定格式，通過移動運營商的網(wǎng)絡傳送給應用服務器。采用運營商公共網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)傳輸媒介，不僅能確保系統(tǒng)應用范圍，同時系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以保證，從經(jīng)濟性和使用性角度來說具有很好的用戶體驗。

2.2.4 Web服務

Web服務器在接收車載端信號后對信號進行解析，并將其存入數(shù)據(jù)庫。服務器模塊作為系統(tǒng)開發(fā)的核心，在大數(shù)據(jù)應用的今天，大數(shù)據(jù)的采集和分析是現(xiàn)如今市場競爭的主要手段，大數(shù)據(jù)的分析不僅能夠獲得海量的用戶使用數(shù)據(jù)，同時有利于企業(yè)發(fā)展的經(jīng)營分析。

2.2.5 數(shù)據(jù)庫模塊

該系統(tǒng)具有很強的可追溯性，數(shù)據(jù)庫的使用解決了歷史數(shù)據(jù)的存儲與管理問題。

2.2.6 客戶端

客戶端采用Winform程序設計，通過圖表、百度地圖的展現(xiàn)形式將車輛行駛信息呈現(xiàn)給物流企業(yè)管理者。在移動改變生活的現(xiàn)今社會，一款快捷高效的手持設備幾乎決定一款產(chǎn)品的最終使用效果。

3 系統(tǒng)搭建與實現(xiàn)

3.1 開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)服務器與客戶端以Visual Studio 2013作為開發(fā)工具，結(jié)合Windows系統(tǒng)環(huán)境進行開發(fā)。服務器需要安裝IIS（互聯(lián)網(wǎng)信息服務器）、SQL（結(jié)構(gòu)化查詢語言）server數(shù)據(jù)庫軟件。其中IIS需要對用戶權(quán)限、路徑、訪問方式權(quán)限進行正確設置。車載終端在Arduino開發(fā)板的基礎上進行設計實現(xiàn)。

3.2 主要模塊設計

3.2.1 GPS定位模塊

本系統(tǒng)選用U-BLOX GPS定位模塊獲取車輛的實時定位信息及采集數(shù)據(jù)的精確時間。

U-BLOX GPS定位模塊將返回值以ASCII碼形式通過串口傳送給主控制器，其返回值由6組不同的數(shù)據(jù)構(gòu)成的NMEA-0183數(shù)據(jù)格式，分別為以$GPGSV、$GPGSV、$GPGS、$GPGGA、$GPGSA、$GPRMC這6個幀頭開始的數(shù)據(jù)組，不同幀頭代表不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當GPS復位時返回值只包含$GPRMC這一組數(shù)據(jù)。GPS模塊的程序流程見圖2。

3.2.2 信息采集模塊

本系統(tǒng)涉到的信息采集傳感器設備主要有陀螺儀、溫度傳感器、濕度傳感器、酒精度傳感器、液位傳感器。下文僅以溫濕度傳感器展開介紹，避免出現(xiàn)重復介紹。

本系統(tǒng)的DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用單總線模式與主控制器Arduino進行數(shù)據(jù)傳輸，由于DHT11要求較高的時序，所以要求其采樣間隔必須在1 s以上，否則將導致采樣失敗。DHT11與主控制器Arduino的硬件連接方式如圖3所示，為保護DHT11免受損壞，在數(shù)據(jù)接口和供電輸出接口間的4.7 kΩ上拉電阻，同時建議在電壓線上加上電源電壓去耦濾波電路，即在供電線與接地線之間連接一個電容，大小為100 nF，主要作用是退耦合。

根據(jù)DHT11的返回值結(jié)構(gòu)中校驗和為濕度整數(shù)位和溫度整數(shù)位之和。系統(tǒng)采用校驗值驗證算法判斷采集數(shù)據(jù)的正確性。將DHT11返回值按每八位分割之后，存儲至無符號型數(shù)組中設為b[5]，可知b[0]～ b[3]即為相應的溫濕度整數(shù)位和小數(shù)位，b[4]即為相應的校驗和。在本系統(tǒng)的采樣設計中，根據(jù)人們對于溫濕度讀取習慣，只提取溫濕度的整數(shù)位，即系統(tǒng)設計只需提取b[0]和b[4]相應數(shù)值。

3.2.3 GPRS通信模塊

本系統(tǒng)的通信子系統(tǒng)的方案設計選用華為GTM900-B GSM/ GPRS模塊實現(xiàn)，主要功能是完成系統(tǒng)與監(jiān)測終端之間的數(shù)據(jù)傳輸。GTM900-B模塊提供了SIM（用戶識別模塊）卡接口、兩路模擬音頻接口、電源接口、GSC射頻天線連接器、GSC射頻天線連接器等多種輔助模塊及輔助接口，可支持多種常用的手機業(yè)務如：短信、電話等。華為GTM900-B模塊可以通過GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)，方便系統(tǒng)進一步功能擴展，所以本系統(tǒng)采用該模塊。

由于本系統(tǒng)開發(fā)以原型開發(fā)為當前的主要目的，意在驗證方案的可行性，所以在通信方案的設計方面，暫時使用GTM900-B模塊的GSM通信功能實現(xiàn)。考慮到后續(xù)開發(fā)的信號穩(wěn)定性以及成本，或做出相應的擴展。

GTM900-B模塊通過GSM/GPRS網(wǎng)絡將信息傳送給監(jiān)控上位機，GTM900-B模塊在AT（attention）指令下可以發(fā)送任意格式短信息。GTM900-B與Arduino的連接圖如圖4所示。

3.2.4 Web服務

本系統(tǒng)的服務器端數(shù)據(jù)的接受處理由.NET WebService完成。Web服務在通過網(wǎng)絡接收soap消息后對其進行序列化、反序列化處理，然后將數(shù)據(jù)傳送給Web函數(shù)中處理。首先按照固定格式對數(shù)據(jù)進行分類解析，并存儲到相應的數(shù)據(jù)庫表中。具體參見圖5所示。

采用WBS（工作分解結(jié)構(gòu)）分解的概念將系統(tǒng)返回到服務器中的數(shù)據(jù)包按多維度進行分解存儲，多維度信息的分析，不僅能夠合理的對物流車輛進行動態(tài)管理，同時海量數(shù)據(jù)的分析經(jīng)能夠總體把握市場動態(tài)，分析市場份額，市場潛力能隱形財富，更好地支撐整個企業(yè)的運營決策。

3.2.5 數(shù)據(jù)庫模塊

該模塊是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，由SQL server 2008數(shù)據(jù)庫作為管理和維護工具，其具有性能高、安全性高、操作簡單等特點。數(shù)據(jù)庫與應用程序的連接采用Ado.net技術(shù)，非常方便、安全。由于系統(tǒng)主要的操作是基于對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的查詢，因此根據(jù)需求創(chuàng)建存儲過程是非常必要的，能夠降低網(wǎng)絡通信量，提高執(zhí)行速度。

3.2.6 WinForm客戶端

本系統(tǒng)的管理終端基于安全性高以及用戶范圍的考慮，采用封閉式管理，客戶端采用C/ S（客戶機/服務器）結(jié)構(gòu)設計。WinForm客戶端主要有四大模塊：車輛基本信息維護、調(diào)度分配、車輛跟蹤、運營報表。車輛基本信息維護模塊的主要功能是對車輛基本信息（如車輛型號、車牌號、車險、使用年限、司機姓名、載重量等）的管理維護；調(diào)度分配模塊顯示為出行車輛信息，管理員據(jù)此進行物流任務分配，非常高效；車輛跟蹤采用百度地圖API（應用程序接口），將車輛運駛情況顯示在地圖中，調(diào)度中心能夠及時的獲取車輛行駛過程中的突發(fā)情況，并提供相應的救援措施，降低損失；運營報表針對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行處理統(tǒng)計，以表格和柱狀圖、折線圖等表現(xiàn)形式，將運營數(shù)據(jù)（油耗、利潤、車輛行駛路程、事故率等）呈現(xiàn)給管理者，為物流企業(yè)降低成本、提高利潤提供了保障。

4 測試結(jié)果及分析

測試階段將車載客戶端安裝在測試車輛上，在測試過程中系統(tǒng)終端能夠正常工作，完成了數(shù)據(jù)的采集與網(wǎng)絡傳送工作。車輛從西安市長安區(qū)出發(fā)，行駛至西安火車站。在此過程中Web service接收到終端發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過WebMethod的解析并存儲于數(shù)據(jù)庫中。管理終端通過對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的查詢，在白底地圖中正常顯示的車輛的行駛路線，同時地圖中點擊位置節(jié)點能夠顯示測試車輛的行駛數(shù)據(jù)。測試數(shù)據(jù)證明，當前的設計滿足了系統(tǒng)的設計需求。

5 結(jié)束語

針對物流行業(yè)的行業(yè)現(xiàn)狀與特點，利用GPS技術(shù)與計算機技術(shù)，通過對車輛行駛中數(shù)據(jù)的收集，為調(diào)度中心提供強大的數(shù)據(jù)支持。百度地圖與車輛數(shù)據(jù)的結(jié)合，使車輛信息能夠更加直觀的呈現(xiàn)給調(diào)度管理人員。該系統(tǒng)具有、成本低實時性高、可追溯性強、表現(xiàn)形式多樣的特點。另外定位精度、穩(wěn)定性、可擴展性將是我們下一階段的重點工作。

“南京欣網(wǎng)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”獲獎論文一等獎