智慧物流動態跟蹤管理系統設計

賀亞茹

（西安外事學院 信息與網絡學院，陜西 西安710077）

智慧物流動態跟蹤管理系統設計

賀亞茹

（西安外事學院 信息與網絡學院，陜西 西安710077）

研究智慧物流運輸跟蹤管理中涉及到的物聯網技術、RFID技術、GPS/GIS定位技術、傳感器技術以及條形碼技術，給出了由感知層、網絡層、應用層組成的系統架構，討論了數據采集、動態監控、綜合數據分析與查詢跟蹤等功能的實現技術；設計了軟件系統結構、數據庫結構，并研究了系統開發中的核心技術。該系統的實現將使用戶及時掌握物流動態信息，保證物品運輸過程中的質量和安全，節約物流成本。

智慧物流；物聯網；動態跟蹤；系統；設計

“智慧物流”就是將物聯網、傳感網與現有的互聯網整合起來，通過以精細、動態、科學的控制，實現物流過程中的智能化、自動化、網絡化、可視化、實時化管理[1]。

目前，在物流行業已經使用了網絡技術、信息技術、條形碼技術等，用戶能夠通過網絡及時了解貨物的到站情況，在一定程度上達到了“智慧物流”，但在物品運輸過程中，還需要實時查詢和監管物品存儲條件、運輸路徑，特別是對于藥品、貴重物品等需要保鮮、保溫、保濕等特殊條件的物資，更需要實時監控，以保證物品的質量和安全。利用物聯網技術、RFID射頻識別技術、條形碼技術、傳感器技術并結合網絡通信技術、軟件開發技術，設計物流運輸過程中的動態跟蹤管理系統，能夠有效解決智慧物流中跟蹤、物品監管、信息及時反饋等問題。

1 智慧物流動態跟蹤管理應用技術

智慧物流動態跟蹤管理系統應用到的主要技術有物聯網技術、RFID技術、GPS/GIS定位技術，傳感器技術、條形碼技術等。

在智慧物流過程中，物聯網技術主要應用在倉儲管理、車輛運輸定位、物品識別等方面[2]。

利用RFID標簽唯一標識物品的特點，將物品的各種信息如名稱、規格、產地、特性等及運輸車輛的相關信息存儲在無源RFID標簽芯片和物品基礎數據庫中[3]。在物品運輸過程中，通過安裝在收費站、碼頭、倉庫門口、港口等地的RFID讀寫設備，實時采集物品信息、狀態信息、車輛信息、到達地點信息等，并將這些信息與中心數據庫數據進行對比，生成運輸動態跟蹤結果，以便監管人員及時查詢。

在物流運輸過程中，運輸車輛上安裝GPS接收裝置，地面監控中心利用GPS技術實時監控車輛等移動目標的位置，并根據道路交通狀況向運輸車輛發出實時調度指令。

GIS以地理空間數據為基礎，采用地理模型分析方法，為地理研究和地理決策服務提供多種空間和動態地理信息的計算機技術系統。其基本功能是將表格型數據轉換為地理圖形顯示，然后對顯示結果瀏覽、操作和分析[4-5]。

利用安裝在物品集裝箱里的溫度傳感器、濕度傳感器可以即時檢測物品的溫度、濕度等信息，并通過傳感網絡將數據發送到數據中心，實現監控功能，利用安裝在門口的紅外傳感器檢測物品的上下貨情況[6]。

條形碼簡稱條碼，是由一組規則排列條、空及其對應字符組成的標記，是現代物流管理的重要技術手段。在物品信息錄入、出庫信息核對、到達簽收、裝車掃描、倉儲位置分配與管理等物品發出、運輸、到達等整個運輸過程中都能夠跟蹤物品和運輸車輛的全部信息，保證物品入庫、出庫、檢驗、物流過程的準確、快速和方便[7]。

2 系統設計

2.1 系統架構設計

智慧物流跟蹤管理系統的主要功能是跟蹤物流車輛運輸狀況、位置信息、物品上下貨情況及物品質量狀況，要實現這些功能，必須結合物品基礎信息，并利用企業現有ERP功能，設計系統化架構。

智慧物流動態跟蹤管理系統架構分為感知層、網絡層、應用層，設計結果如圖1所示。

圖1 智慧物流跟蹤管理系統架構

在感知層，系統采用RFID標簽、條形碼技術，采集運輸物品信息、車輛信息，并根據到站信息、中轉站信息、收貨人信息等生成跟蹤物品目錄、跟蹤線路圖及跟蹤物品狀態表。

網絡層主要由實現GPS定位信息采集和通信的GMS網絡、企業局域網LAN、車載移動設備（包括主機、RFID閱讀器、天線）、3G無線網絡構成。現有成熟的網絡協議可以使用，能夠滿足不同網絡之間的數據通信和傳輸。

應用層主要由基礎數據、跟蹤數據查詢、系統數據接口3個模塊組成[8]。其中基礎數據包括建立跟蹤物品目錄、車輛射頻卡信息采集及其與物品信息的綁定，以及不同地點安裝的RFID讀卡器信息管理；跟蹤數據查詢包括物品跟蹤臺帳管理、物品狀態質量跟蹤及車輛位置信息查詢；系統數據接口包括用條碼標識的物品編碼數據、到站、中轉站信息以及運輸車輛信息，這些信息是為了在整個系統中建立統一的數據庫管理而設計的基礎數據。

2.2 主要功能設計

2.2.1 感知層

1）出庫數據采集

數據采集在整個物流信息管理系統中起著非常重要的作用，數據采集的真實性、準確性、有效性決定了智慧物流質量的源頭。利用訂貨合同單數據、庫存數據、商品信息數據單，車輛信息、以及車輛司機等信息，自動生成包含收貨人、收貨地址、物品信息、車輛信息、司機信息、運輸路線信息、物品存儲條件信息等的出庫數據，綜合管理平臺發出指令，工作人員按照指令完成物品分揀和配貨。

2）運輸過程中物品動態數據采集

在商品運輸過程中，需要采集上下貨信息以及跟蹤物品狀態信息。上下貨信息采集可以利用安裝在車門處的一對紅外傳感器，當需要上下貨而打開車門時，啟動車門處的固定天線，對進出車門的貨物進行掃描，即可采集到上下貨詳細信息；當關閉車門時，啟動另外3個天線，對車廂中的貨物進行掃描，用于運輸途中的監控[9]。利用安裝在車廂內的傳感器，可以及時采集物品的溫度、濕度等狀態數據。

3）運輸車輛位置信息采集

感知層的物流跟蹤管理軟件可以基于Google開發，利用Google Maps API接口與Google地圖服務器通信，即可取得實時地理信息，同時，將車輛的GPS位置標于地圖上，即可取得車輛的位置信息[10]。

2.2.2 應用層

1）跟蹤數據查詢

由應用層的跟蹤物品目錄、車輛射頻卡管理、地點射頻卡管理等基礎數據和物品編碼數據、到站、中轉站信息、運輸車輛信息等系統數據接口，結合上述感知層采集的到的物品出庫數據、運輸過程中物品動態數據、運輸車輛位置信息，可以建立物品跟蹤臺賬、跟蹤物品上下貨，及時掌握物品到站信息、貨主收貨信息、物品狀況信息以及車輛位置信息，并生成物品運輸結果圖表。

2）物品狀態監控

在車輛運輸過程，利用安裝在運輸車廂內的溫度傳感器、濕度傳感器等，實施采集物品溫度、濕度等數據。當數據不滿足存儲條件時，控制裝置自動調節溫、濕度，以達到保質要求，同時，利用車載移動設備將動態數據發送到網絡節點，再利用互聯網將數據發送到控制中心，與數據庫物品基本信息相關聯后，即可及時查詢運輸物品的動態信息。這些信息也可通過移動端軟件發送到司機及相關人員的客戶端，以便及時查詢。一旦出現故障，如空調損壞，溫度不能達到需求時，也可人工干預。

3）綜合信息統計、分析和報送

綜合信息統計和分析功能，可以利用系統數據庫邏輯結構，結合系統應用層具體要求，設計需要的用戶視圖來實現。由于本系統涉及到的數據庫邏輯結構比較復雜，除利用視圖技術實現外，還可以考慮利用存儲過程來實現具體功能，這樣可以提高模塊的利用率，也可提高軟件開發的效率。至于信息報送功能，應盡可能考慮移動化，按照權限將信息直接發送到用戶的移動設備上，這樣，管理人員可以隨時跟蹤物品運輸狀況，全方位掌握運輸流程。

3 系統軟件設計

3.1 系統軟件結構設計

物流動態管理軟件不僅要考慮如何有效利用物聯網中間件實現監控與管理功能，還要與現有業務系統（如ERP系統）集成，獲取客戶訂單和貨物等信息。同時還要有很好的擴展性，為今后與其它系統的集成留下接口[11]。軟件系統設計中需要考慮企業現有數據庫及本系統數據庫、GIS數據庫組成的基礎數據；將現有ERP系統、Google Maps服務器、GPS模塊、3G網絡模塊、RFID閱讀器模塊等集成為統一的設施層；在此基礎上，通過GMS、3G無線網絡和企業局域網組成網絡層；以Google Maps API、GPS數據、RFID數據、以及復雜事件處理程序、客戶訂單等組成系統中間件，最后實現應用層的各種功能。軟件系統結構如圖2所示。

圖2 軟件系統結構圖

3.2 系統數據庫結構設計

本系統需要處理大量的數據，因此，數據庫結構設計的質量高低直接影響系統功能的實現和開發效率。根據圖2可知，系統數據庫包括GIS數據庫，含有GPS模塊、3G模塊、RFID標簽閱讀器的模塊數據庫，和企業現有ERP數據庫。其中企業現有ERP數據庫主要存儲物品目錄信息、生產過程信息有等基礎數據，可根據企業生產的不同產品、生產流程、生產計劃以及ERP系統的功能確定。

這里主要討論其他兩個數據庫的主要結構。

3.2.1 GIS數據庫結構

GIS數據庫主要存儲車輛位置信息，涉及到用戶、單位、司機、車輛、地標五個實體，需要設計5個關系模式，其中，用戶和單位要有共同屬性，司機和車輛有共同屬性，車輛和地標有共同屬性，這樣才能夠實現數據的連接查詢。用戶、單位、司機、車輛關系模式比較簡單，關鍵是地標關系模式中存儲的信息應包括序號、類型（點、區域、禁區）、名稱、最小經度、最小緯度、最大經度、最大緯度備注等屬性[12-13]。該關系模式與Google Maps API中的地圖數據相關聯后即可直接得到車輛所在的省界、縣、公路、地物的具體位置。

3.2.2 模塊數據庫結構

1）上述GIS數據庫已經保存了車輛位置信息，在GPS模塊數據庫中，還應設計通信、報警、調度3個關系模式，以實現運輸過程中的動態監控功能。其中通信關系模式保存通信記錄，包含通信記錄ID、起始位、包長度、協議號、信息內容、信息序列號、錯誤校驗、停止位等屬性；報警關系模式包含報警編號、車輛ID、預警日期、預警時間、預警類型、通信記錄ID等屬性，而調度關系模式包含調度編號、車輛ID、通信記錄ID、調度類型、調度日期、調度時間、調度用戶ID、調度內容、調度結果等屬性[14]。

2）利用3G通信模塊可以傳遞從傳感器采集到的物品信息，因此3G模塊數據庫設計主要存儲物品狀態信息，涉及到物品、狀態、上下貨、收貨人等實體。物品關系模式保存物品編碼信息，這里必須有能唯一標識該物品的屬性，用物品電子標簽ID即可；狀態關系模式存儲物品溫度、濕度、顏色等信息（具體取決于物品保質量要求）。上下貨關系模式存儲物品編碼電子標簽ID、上下貨時間、地點信息，其中地點信息與車輛位置信息要關聯；收貨人關系模式存儲收貨人編碼、物品電子標簽ID、收貨時間、物品狀態等信息。

3）RFID標簽閱讀器讀寫物品信息，其電子標簽ID是識別物品和車輛的唯一編號，對物品、車輛電子標簽進行EPC編碼，其中車輛編碼見參考文獻[15-16]，物品電子標簽編碼如3所示。

圖3 物品電子標簽編碼

在數據庫中，物品關系模式中電子標簽ID是主碼，其他關系模式中電子標簽ID是外碼，這樣就建立了不同關系模式之間的關聯，能夠實現鏈接查詢。車輛信息存儲也同理。

3.3 系統軟件開發

系統軟件開發應考慮以下核心技術的應用：

1）最好采用Java語言，基于J2EE技術進行系統結構設計和系統開發；

2）采用B/S/S多層體系設計結構；

3）數據庫最好采用Oracle10g或以上版本，以實現高數據量檢索功能；

4）利用SMS和GPRS的通信方式完成數據交換，進行信息資源整合；

5）采用對象組件技術完成系統的快速開發和功能實現；

6）在Web層，采用Struts框架與Spring進行系統界面設計頁面控制；

7）利用 JavaBean完成對中間件 GPS Web Services、RFID Web Services、 復雜數據處 理 Web Services、客戶訂單Web Services的調用；

8）利用Hibernate技術實現對數據庫的高效訪問。

4 結束語

利用物聯網技術、RFID技術[17-18]、GPS/GIS定位技術、傳感器技術、條形碼技術，結合計算機軟件技術、網絡通信技術能夠實現智慧物流動態跟蹤管理，及時掌握運輸過程中車輛運輸路徑、到達位置、物品上下貨、物品狀態等信息，使客戶及時了解所訂購商品的達到信息，物流經營者及時掌握物流狀況，保證物品質量與運輸安全，節約物流成本。本文研究了智慧物流動態跟蹤管理中相關技術的應用及系統架構設計、功能設計、數據庫設計、軟件系統開發等問題，對具體實現方法如運輸車輛中傳感器的選型和安裝，GMS網絡、3G無線網、企業局域網的數據通信問題，還有系統詳細設計等問題未能涉及，應進一步深入研究。

[1]雷光臨，李俊.基于物聯網技術的智慧物流研究[J].物流技術，2012（8）：393-394.

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[3]張婷.射頻技術在物聯網中的應用[J].現代電子技術，2014（3）：56-57.

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Design of wisdom logistics dynamic tracking management system

HE Ya-ru
（School of Information and Network，Xi'an International University，Xi’an 710077，China）

Study wisdom logistics tracking management involved in the internet of things technology，RFID technology，GPS/GIS positioning technology，sensor technology and barcode technology，is given by the perception layer，network layer，application layer system architecture，discusses the data acquisition，dynamic monitoring，comprehensive data analysis and the realization of the function such as query tracking technology；designs the software system hierarchical structure，database structure，and studies the core technology in the system development.The implementation of this system will allow users to grasp the status of logistics dynamic information，to ensure the quality and safety of the transport process，save the cost of logistics.

wisdom logistics；Internet of things；transportation tracking；system；design

TN929.5

：A

：1674－6236（2017）13-0079-04

2017-01-11稿件編號：201701086

賀亞茹（1963—），女，陜西藍田人，碩士，副教授。研究方向：計算機專業教學、物聯網技術應用。