基于感知卡的物資配送監控管理系統設計

嚴代彪 孫長國

（中國人民解放軍 92117部隊 北京 10072）

基于感知卡的物資配送監控管理系統設計

嚴代彪 孫長國

（中國人民解放軍 92117部隊 北京 10072）

為了實現對配送過程中物資所處的環境、狀態和姿態等信息進行監控管理，及時有效發現異常，并主動報警，文章提出了基于感知卡的配送監控管理系統，分析了系統的技術架構、網絡協議和主要功能，系統通過對物資在揀選出庫、組套包裝、裝車封箱、途中監控、途中分發、收貨確認等環節的信息進行實時感知、安全傳輸、全程監控、合理調度，提高管理效率和運作效率，節約勞動力成本。

物資配送監控感知卡

1 引言

隨著社會工業化進程不斷加快，特種運輸作為物流的一個重要部分也在快速發展[1]。它對設施設備和過程監控都有很高的要求，以防止不安全因素發生，目前大多數物資配送監控管理系統通過加裝北斗或GPS，及電子地圖，對物資在途中的位置和物資的數量可以進行有效監控[2,4]，但是對于物資本身所處的環境、狀態和姿態不能進行信息的采集和監控管理。因此，本文充分利用物資感知卡的功能，將感知卡集成到物資配送監控管理系統中，實現對配送過程中物資數量、位置、所處環境、狀態和姿態等信息進行監控管理，發現異常時主動報警，減少物資配送過程的不安全因素。

2 物資感知卡

感知卡是基于無線通信協議模塊，針對不同應用提供的定制化通信終端，由傳感器、核心協議模塊、電源三部分組成，在不同應用場景中一般有不同的物理形態，具備信息感知、自組網、網絡行為反饋等功能。感知卡可以有各種物理形態，主要為了滿足人員便攜需求，內置溫濕度和加速度傳感器,可以用于環境信息感知和檢測物體的移動；也可以固定在目標設備上，如倉儲環境的托盤，用于記錄托盤上的物資信息，內置傳感器后也可用于檢測托盤的活動狀態。

3 系統技術架構

基于感知卡的物資配送管理監控系統主要由物資配送機動網絡和物資配送監控管理軟件兩部分組成。物資配送機動網絡根據需要在運輸過程中臨時布設在火車、艦船、汽車等運動載體上，實現物資管理、物資狀態(數量、質量)采集、運輸過程安全監控以及數據傳輸等功能；軟件主要對機動網絡傳來的位置信息、報警信息、物資狀態等信息進行處理并對機動運載平臺進行監控、調度和管理，實現遠程物資監控、狀態感知、全程管控等功能。兩部分通過3G網絡或北斗衛星系統/GPS實現互聯互通。整體架構如圖1所示。

整個系統由車廂門電子簽封鎖、物資狀態感知卡、便攜式手持終端以及備用電源等幾個部分組成。

圖1 總體架構框圖

4 物資配送機動網絡協議

物資配送機動網中比較重要是網絡協議的設計，本系統中選用無線MESH網絡拓撲結構。

4.1 無線MESH網絡拓撲結構

無線Mesh網絡是一種新型的無線網絡，它融合了無線局域網和Adhoc網絡的優勢，具有自組網、自修復、多跳級聯、節點自我管理等智能優勢[5]。物資配送機動網設計采用基于MESH網絡的總體架構。感知網絡以網關為數據匯聚中心，通過中繼設備擴展網絡覆蓋范圍，終端設備通過接入中繼或網關的方式實現網絡信息匯聚，網絡架構采用“骨干MESH通信網+底層簇型接入網”的層級拓撲。拓撲結構如圖2所示。

圖2 Mesh網絡拓撲結構

4.2 無線傳感器網絡操作系統

為了實現物資配送機動網絡，穩定高效的工具庫是快速開發的必要條件之一，部分傳感器節點由于功能簡單，出于成本考慮，資源十分有限，RAM一般在2K以下，無法有效運行主流RTOS，如嵌入式Linux、μc/os-П等，如果用前后臺的方式開發協議，則這些協議無法與一體化協議開發平臺代碼重用。同時另外一些傳感器節點雖然資源豐富，但是出于硬件結構等原因移植主流RTOS困難復雜，降低開發效率，這時也只能用前后臺的方式進行開發。

為了解決這個問題，采用了WSN OS，WSN OS嚴格意義上來說不是一個真正的操作系統，所以它無需移植，資源消耗小，它支持多任務的方式進行開發，但是不支持任務搶占。主要提供任務管理、消息隊列、內存管理三個基本功能，如圖3所示。

圖3 WSN OS功能示意圖

4.3 感知網絡協議棧

網絡協議棧是節點軟件的核心模塊之一。該模塊為上層軟件提供數據傳輸通道及網絡控制接口。為了方便移植，協議棧必須獨立于底層操作系統和硬件平臺，向下只與節點軟件運行環境模塊和硬件設備抽象模塊交互。傳感網協議棧一般包括物理層、媒體接入控制層，網絡層，傳輸層和應用層。物理層提供簡單但健壯的信號調制和無線收發技術；媒體接入控制層負責數據成幀、幀檢測、媒體訪問和差錯控制；網絡層主要負責路由生成和路由選擇；傳輸層負責數據流的傳輸控制，是保證通信質量的主要部分；應用層則負責對各種應用的支持。

感知網絡采用樹形拓撲結構，將傳輸層和網絡層合并，分為物理層，媒體接入控制層，網絡層，應用層四層，同時兼顧對安全和物聯網標識的支持。

5 系統軟件設計

5.1 軟件架構

軟件架構如圖4所示。系統主要通過綜合接入網關與基礎設施設備和其他系統進行數據交換，系統開發基于統一集成運行平臺，在此基礎上，建立物資配送監控管理數據資源中心，進行相關的業務管理，用戶主要包括配送中心領導、貨物揀選人員、組套包裝人員、裝車配送人員及其他相關人員。

圖4 軟件架構圖

5.2 軟件功能

軟件主要包括配送單管理、配送點管理、運力管理、揀選出庫管理、組套包裝管理、配裝管理、配送路線管理、物資跟蹤管理等功能，系統功能如圖5所示。

圖5 軟件功能

（1）配送單管理

主要負責接收來自上級的配送單，自動解析配送單信息，存在數據庫中，并可供查詢、瀏覽和打印。

（2）配送點管理

對物資配送中心的配送點的基本信息，如配送點名稱、地址、距離、人員、面積、設施設備情況、基本任務等信息進行新增、編輯、瀏覽、查詢和打印等管理。

（3）運力管理

主要對配送中心的車輛基本信息和動態信息進行管理，基本信息包括車輛名稱、型號、車輛行駛里程、車輛可用狀態、裝載貨物品種及數量，裝載量等，動態信息包括車輛目前所處位置、目前裝載貨物情況以及車輛行程路線安排等，系統提供相關信息的新增、編輯、瀏覽、查詢及打印等功能。

（4）揀選出庫管理

根據配送單信息以及物資庫存貨位信息，生成揀選出庫方案，以便操作人員快速進行物資揀選定位和相關操作，并將相應出庫信息傳到倉庫管理信息系統。

（5）組套包裝管理

系統提供組套包裝技術和相關標準規范的錄入、編輯和查詢，打印等功能，并根據需要配送物資的信息，生成組套包裝方案，供操作人員進行快速、標準和高效的組套包裝。

（6）配裝管理

根據組套包裝以后的物資信息，結合運力、裝載能力、裝載方式、裝載要求等信息，提供對貨物的分析、配載計算，充分利用車輛的轉運能力，進行搭配裝載，生成裝配方案，供操作人員進行快速、標準和高效的裝貨和清點物資。

（7）配送路線管理

主要進行配送方面的優化調度管理，系統根據送貨時間、地點和數質量要求，按照線性動態規劃和最短路徑經典算法，對現有的運力進行調度調配（載體和人員任務的分配）以及最佳運輸路線的規劃管理，系統設計將支持北斗定位和地理圖形系統（GIS），實現運輸的最佳路線選擇和動態調配。

（8）物資跟蹤管理

利用北斗/GPS和電子地圖可以實時顯示出載體（車、船、火車等）和貨物的實際位置，并能主動查詢載體和貨物的狀態，以便進行合理調度和管理。手持機終端接收北斗衛星/GPS測定的當前車輛位置信息，與采集的貨物的數量、狀態等當前載體和貨物信息，通過一定的通信方式上傳到系統，載體及物資跟蹤管理模塊將接收到的當前載體位置信息和與之匹配的狀態屬性信息顯示在電子地圖上，同時，提供外部訪問入口，以便主動查詢載體和物資的狀態。

（9）基本地圖管理

基本地圖管理包括放大、縮小、漫游、全幅顯示、定位顯示、圖層控制和地圖的輸出等功能。

（10）授權管理

接收外部授權申請，并發送授權信息。

（11）用戶管理

包括所有用戶的基本信息維護，用戶的增加刪除修改，用戶角色、權限的設定等。

（12）數據維護

包括對系統所有數據的定時備份、導入、導出等功能。

6 系統部署

系統主要部署在物資配送中心和物資配送分隊，軟件部署在配送中心，手持機部署在配送分隊，通過無線網與綜合接入網關連接，如圖6所示。

圖6 系統部署結構圖

7 結束語

針對物資配送安全運輸需求，提出了基于感知卡的無線自組織網絡物資配送監控管理系統,以移動運載平臺為載體，以獨立運載箱體為傳感基點，將整個運載平臺組成一個無線移動網絡，和上位機聯動形成完整的物資配送管理監控體系，解決物資在組套、裝車封箱、途中監控、途中分發、收貨確認等環節的信息實時感知，安全傳輸與全程監控等問題。

[1]王若萁等.基于物聯網的物資配送監控系統設計[J].物流技術，2012，31(11)：436-438.

[2]張全志等.基于Google Earth的物流配送監控系統[J].物流技術，2009，28(11)：200-203.

[3]溫惠英等.基于物流信息平臺的配送車輛導航系統設計[J].交通與計算機，2007，26(4)：61-64.

[4]楊純朵等.基于RFID技術的應急物資配送管理系統設計[J].起重運輸機械，2011(5)：23-25.

[5]劉曉娟等.無線Mesh網在城市軌道交通車地通信系統中的研究[J].計算機應用研究，2012，29(12)：4723-4725.

Design of the Information Material Distribution Monitoring System Basing on Sensing Card

YAN Dai-biao，SUN Chang-guo
(PLA 92117 Unit,Beijing 100072,China)

In order to monitor and manage the information of environment,situation and carriage of material in the distributing process,thus can find abnormity in time and give an initiative alarm,this paper puts up a material distribution monitoring system based sensing card,analyses the technology frame,network protocol and main functions.The system can increase management and work efficiency,and economize cost by real-time sensing,safe translating,full monitoring and reasonable scheduling the procedure information which is produced in the sorting and out-warehouse,set-forming packaging,car loading and case filling,en-route monitoring&control, en-route distribution and receiving confirmation.

material distribution；monitoring；sensing card

TP393.01

：A

1008-1739（2015）06-72-4

定稿日期：2015-02-26