基于物聯網技術的裝備全壽命管理系統關鍵技術探究

中國人民解放軍72850部隊 宋福剛 管文強 趙 峰 呂芳飛

當前社會日新月異，科技不斷發展，各型裝備的更新換代也變得越來越快，裝備種類越來越多。作為裝備生產及管理部門而言，日常管理日趨復雜，這就要求要快速有效地對所分管裝備進行管理。裝備管理是否科學、合理、高效，將會影響部隊的戰斗力水平，是裝備建設的重大問題。如何設計一個低成本、高性能、使用方便、網絡化且功能完善的裝備管理信息系統，可以全面實現裝備從生產、存儲、遞送、使用到銷毀的信息化管理，使裝備管理層次分明，井然有序，為生產、配發、存儲、遞送和銷毀提供依據，已經成為裝備管理研究中的一個熱點。

因此，本文對基于物聯網的裝備全壽命管理系統的關鍵技術做了深入研究，提出了基于RFID與QR條形碼的裝備信息獲取技術和基于RFID與北斗定位的遞送軌跡信息反饋技術，對于提高我部的工作效率、加快裝備管理的自動化具有重要的意義。

1.物聯網技術簡介

基于物聯網技術的裝備全壽命管理系統中，作為物體與物體間信息交互的物聯網技術，自然是研究的重點。物聯網技術的基礎與核心依然是“互聯網技術”，其實質也是一種互聯網技術，只不過是將互聯網技術延伸到了物理空間中的各個個體身上。它將用戶端遍布世界上的任何物品和物品之間，使得它們能夠進行數據交互和通訊。

物聯網技術（Internet of things），將計算機網絡或通信系統延伸到任何物體，也就是說每一個客觀存在的物體都能夠看成一個信息終端，將其納入到信息網絡中。具體來說，就是使用一些射頻技術、條形碼技術、傳感器網絡等獲取物體的信息，完成對物體與物體、物體與人的信息交互。通常來說，把該網絡從架構上劃成如圖1.1所示。

圖1.1 物聯網架構圖

（1）感知層：通過各種感應器和射頻標簽被用來識別物體，能夠對物體信息進行采集和獲取。其使用時已非常方便高效，只需把記錄有物體信息的標簽或感應器安裝在需要監控管理的物體上，然后用對應的讀寫器進行掃描，就能夠獲取到物體信息，感應層將這些數據通過網絡層上傳到應用層對應的應用程序，從而完成對物體的管理。

（2）網絡層：該網絡架構中，通過此層將圖1.1所示的各類網絡進行互聯互通，從而組建起一個連接了不同接口、不同應用場景的現有網絡。在現有網絡中，用戶可以按照自己的需求對各分網絡中的信息進行處理、共享，達到對信息高效獲取、高效利用的目的。

（3）應用層：該層的功能是將通過上述兩層所獲取到的信息，按用戶使用場景不同，以方便直觀、易于理解的方式提供給用戶，主要解決好人與系統之間友好交互問題。

2.基于RFID與QR條形碼的裝備信息獲取技術

裝備作為一個客觀存在的物體，在裝備信息管理系統中，可以將物聯網技術融入其中。從上文可以看出，在物聯網中，我們可以使用的信息獲取設備和手段很多。因此，在本文的裝備全壽命管理系統中，如何根據實際需要選擇相應的一種信息傳感設備或者多種信息傳感設備的組合，就是系統技術探究的關鍵問題之一，也是最基礎的一個問題。

射頻識別技術，它能夠使用無線電信號來讀取相關的數據來識別特定的物體，具有自主、高效、準確識別的特點。QR條形碼與普通二維碼相比，它可以存儲更豐富的信息，如文字、URL地址和其他類型的數據加密，并且無需像普通條碼一樣在掃描時直線對準掃描器。

在裝備全壽命管理系統中，對裝備的信息化管理，需要能夠方便快速的實現庫存盤點、庫存監控、產品定位等功能，這樣可大幅提高自動化水平。如果用QR條形碼進行庫存盤點則需要用掃描器將每個裝備上的二維碼進行掃描，這樣費時費力，并且無法做到對庫存的實時監控，而RFID射頻卡正好具有這些優勢，它的一次掃描面積大，范圍廣，速度快，能夠短時間自動化的實現整個庫存裝備的掃描，能夠滿足自動、快速等工作需要。而在出入庫管理操作中，在開放環境下射頻掃描的掃描范圍過大，容易讀到任務以外的其他裝備的無關標簽，這會給出入庫操作帶來很多不便，這樣就需要考慮采取措施縮小掃描范圍，此時QR條形碼除掃描范圍小外，同樣具有RFID所具有的高速度、高精度等特點，其操作方式也符合我們現有的工作習慣，正好滿足出入庫的現實需求。

經過對裝備管理的出入庫、庫存掃描監控等相關環節進行認真研究與綜合考慮，最終確定裝備產品的標簽和大、小封單在不改變原有樣式的基礎上，標簽及封單采用915MHZ的紙質RFID電子標簽并加印QR條形碼。如圖2.1所示。

圖2.1 RFID與QR碼對應關系示意圖

小封單是指貼在單個裝備上的電子標簽。大封單是指貼在一個大包裝盒上的包含多個裝備信息的電子標簽。在大封單上加印QR條形碼，主要用于方便實現裝備產品在出入庫管理時進行精確的批量檢查、核對工作。為防止電子標簽電磁泄密，電子標簽中不存儲任何與產品有關的信息，僅把其全球唯一的TID作為每份裝備產品的標識，并由系統實現QR條形碼信息和RFID電子標簽TID信息的綁定，以使二者互為補充，以便在裝備庫房管理、遞送管理和銷毀監控等環節實現裝備產品的自動識別和定位。因此在出入庫管理環節中我們引入了QR條形碼，并使之與RFID電子標簽相結合，共同作為實現裝備產品信息獲取的技術手段，提高了裝備管理工作的準確性和時效性。

3.基于RFID與北斗定位的遞送軌跡信息反饋技術

在裝備全壽命周期中，當裝備在廠家被生產完成后，將會被分發遞送到使用單位的庫存中，或者因為其他調配任務進行裝備遞送。由于裝備的特殊性，要確保裝備能夠安全的到達目的地庫存，并且要求在遞送過程中完全掌握裝備的位置、內容等信息，監控裝備是否遺失、被調換。這就要求我們能夠準確獲得裝備的軌跡信息。信息技術高速發展，當前基于北斗、GPS、格洛納斯等定位系統的軌跡追蹤技術已經變得非常成熟了，各種關于定位的軟件琳瑯滿目。在網上可以輕易的買到各種導航系統的定位模塊，并且提供調用編程的接口，非常便于將其開發應用到我們的實際應用中。因此我們首先考慮將國產的北斗定位導航技術應用到裝備全壽命管理系統的裝備遞送管理模塊中去。但是傳統的軌跡監控裝置僅僅是實現了對監控對象位置信息的監控，也就是僅僅有軌跡信息，而缺乏裝備信息的反饋，無法確認裝備自身的狀態。當遞送箱中的裝備被掉包也無從得知。

因此我們將射頻掃描技術和北斗定位系統相結合，提出了一個基于RFID與北斗定位的遞送軌跡信息反饋技術。在該技術中，為了適應業務安全需求，我們專門設計了一個專用裝備遞送裝具。該裝備產品遞送裝具中嵌入北斗定位模塊UM220、超高頻（UHF）電子標簽讀取模塊RJ2000、通信模塊SIM300和MSP430核心單片機。北斗定位模塊提供位置信息服務，電子標簽讀取模塊提供裝備信息掃描服務，通信模塊提供信息反饋功能。該技術中有一個信息管理中心服務器和多個裝備遞送終端（遞送裝具）。信息管理中心分為遞送任務管理、遞送監控兩項功能。遞送任務管理包括生成遞送任務和任務查詢兩個功能，生成遞送任務是利用掃描槍讀取任務產品的QR碼信息并生成本次任務的校驗碼，并將校驗碼、產品個數、遞送負責人、目的地等基本信息寫入數據庫。其工作流程如圖3.1所示，裝備遞送任務生成后，在遞送過程中由射頻卡感應模塊讀取電子標簽的基本信息（TID號），并發送到核心單片機，考慮到信息保密及信息發送長度的限制（短信息傳輸長度限制），單片機將對TID號進行累加和運算，將累加和、標簽個數以及由定位模塊獲取的位置信息通過標準AT命令接口控制SIM300模塊以短信的形式發送回信息管理中心，信息管理中心根據接收到的短消息提取出所需信息，在與數據庫中的任務信息進行比對后將比對結果存入數據庫。

圖3.1 裝備遞送原理流程圖

這樣既保證了在遞送過程中遞送裝具的位置信息，又能夠及時獲得反饋的裝備信息，保證了裝備的唯一性，同時又提高了信息反饋的效率。

4.結語

本文對基于物聯網技術的裝備全壽命管理系統所用到的關鍵技術展開了研究。先對物聯網技術做了分析；其次根據裝備全壽命管理的實際業務需要，結合物聯網技術的最新研究成果，對裝備信息獲取的手段進行了研究，提出了將RFID射頻掃描技術與QR條形碼相結合的方法，解決了開放環境下射頻掃描的掃描范圍過大，容易讀到任務以外的其他裝備的無關標簽，入庫操作不便的問題。然后，針對傳統裝具遞送環節中的安全隱患，即只能獲取裝具軌跡信息，無法獲取裝備信息，裝具內裝備可能被更換掉包的問題，提出了一個基于RFID與北斗定位的遞送軌跡信息反饋技術，能夠同時獲取裝具軌跡信息和裝具內裝備的校驗和，從而消除了裝備的遞送安全隱患。通過這些關鍵技術研究，為系統設計提供了良好的理論依據，并最終實現了一個針對裝備全壽命管理工作的管理信息系統，該系統實現了我部裝備在生命周期各個階段的管理需求，滿足了我部對裝備管理的要求，功能上完善，技術上較為先進，同時擁有良好的用戶界面。