大數據環境下一種新型包裹存放柜系統的分析與設計

謝小芳 羅旭 楊藍雋 胡赟 左安康

摘? 要： 包裹派送是目前網購過程中比較薄弱的環節，存在諸多問題，包裹存放柜的使用是一種可選的智能解決方案。介紹了一種用大數據優化的新型包裹存放柜的設計方案。通過分析目前包裹存放柜的應用現狀，提出系統的功能需求;介紹了包裹柜使用中投件，取件和大數據獲取過程;給出系統的整體設計方案，詳細介紹了系統組成中的存物柜狀態檢測，條形碼/二維碼掃描和柜體箱門自動控制等主要功能模塊;最后針對該系統設計特點對其應用模式進行了說明。

關鍵詞： 大數據; 包裹派送; 包裹存放柜; 系統方案

中圖分類號：TP399? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）05-01-04

Abstract： The parcel delivery is a relative weak link in the current online shopping process， and there are many problems. The use of parcel storage cabinet is an optional intelligent solution. This paper introduces a design scheme of a new type of parcel storage cabinet optimized by big data. Through the analysis of the current application status of parcel storage cabinets， the functional requirements of the system are proposed. The process of parcel pickup， parcel delivery and big data obtaining in the use of the parcel cabinet is introduced. The overall design scheme of the system is presented. The main functional modules of the system， such as state detection of the storage cabinet， bar code/QR code scanning， automatic control of the cabinet door， etc.， are introduced in detail. Finally， the application mode of the system is described according to its design characteristics.

Key words： big data; express delivery; parcel storage cabinet; system solution

0 引言

目前各種線上購物網站百花齊放，同時競爭日趨激烈。正是由于網上購物方便、快捷、價優等特點，網上購物基本上已成為大多數人的主要購物渠道，人們對網購的熱衷源于對其快捷和方便程度的追求，那么包裹派送環節作為網購過程的最后一百米能否延續快捷的購物體驗變得十分關鍵。目前大部分線上購物網站日趨成熟，開始擴展自己的物流品牌，以提升平臺線下影響力，包裹派送作為網購過程中一個重要的組成部分更顯其重要性。

目前，包裹派送主要采用如下幾種方式：第一種人工配送方式，大多數的包裹配送仍采用這種方式，需要投遞員逐件通知和等待攬收，缺點是投遞員工作強度大效率低，而對于大多數上班的用戶卻存在送和收的時間沖突;第二種方式驛站代收方式，在大多數的人群集中區域出現一些包裹的代收驛站，例如媽媽驛站，菜鳥驛站，熊貓快遞等，這種代收驛站在一定程度上方便了客戶的收件，但是成本比較高;第三種包裹柜方式，在一些小區能夠看到一些包裹柜的使用，但就目前來著，使用體驗不夠理想，通常存在的問題是要么包裹柜形同虛設，沒有發揮作用，要么包裹柜太少，不夠用，最后包裹派送仍然依靠前面兩種方式。

通過分析，本文提出了一種大數據環境下專用于包裹高效投遞的包裹存物柜的設計。力圖解決上述網購過程中的派送環節存在的問題，延續我們對網上購物高效，快捷的體驗。

1 系統功能需求

該系統主要設計一種包裹存放柜用于包裹派送環節，主要根據目前包裹柜存在的問題，應用大數據分析提供包裹存放的高效實用和合理布置的方案[1]。根據應用需求本系統主要包括以下功能。

⑴ 包裹信息的快速高效讀取。快速獲取包裹收件人相關信息，方便快遞員投件。

⑵ 能夠發送包裹對應的惟一取件碼，用戶可以根據取件碼的提取包裹。

⑶ 大數據分析當前包裹柜的使用情況，動態地反饋相關信息給運營部門，提供數據供決策部門合理安排包裹柜的數量和位置。

⑷ 獲取包裹柜的狀態。能夠準確的獲得每個包裹存放箱體的空/非空狀態，保證每一個柜體都能夠被充分的使用。

⑸ 輔助功能設計。為了方便操作和保證設備的安全性，應安裝具有保證設備安全的攝像頭，可視化屏幕，鍵盤等。

⑹ 方便和快捷的聯網，方便遠程操作以及定位信息的獲取。

2 主要數據分析和處理

根據功能需求，接下來介紹包裹柜主要操作。

⑴ 投件

包裹的投遞環節數據信息流如圖1所示，完成包括投件入柜，發送相應驗證碼，規定條件下啟動收費程序等工作。

⑵ 取件

客戶的取件過程，主要信息流如圖2所示，包括開箱取件，根據時間記錄函數判斷是否需要收費，相關收件人信息和快遞信息的上傳等工作。

⑶ 大數據提取

大數據提取主要是獲取到當前包裹柜的使用率，包裹的使用人群，使用人群具體地址與包裹柜的具體距離，包裹存放的時長等信息，應用大數據進行分析，具體獲取數據項詳見表1。

獲取表1所列出的數據，進行數據深層分析和解析，獲取當前快遞柜位置是否合理，快遞柜安裝數量是否合理等數據，將結果送至運營決策部門，以助于完善包裹柜的投放和使用。

3 系統主要模塊詳細設計

根據上面對系統功能需求和數據流的分析，系統整體組成框圖[3]如圖3所示。

硬件主控核心芯片采用S3C2440，該款主控芯片屬于ARM9系列控制芯片。根據本應用功能和性能需求，該款芯片能夠完全滿足應用要求。嵌入式操作系統采用Linux，Linux系統不但具有開源軟件的優勢，并且其不斷提升的頁面友好化設計，使得它成為很多應用的選擇[4]。

下面對系統組成的主要功能模塊的進行詳細的設計。

⑴ 存物柜狀態的檢測

為了判斷存物柜的狀態是否為空，即準確的判斷包裹是否被取走，以此作為保留當前驗證信息的依據，需要能夠非常準確的進行檢測，因此，這里采用紅外檢測技術來實現。

在每個存物柜的箱內安裝3對紅外測距傳感器，使用三維傳感，綜合各傳感數據，得出存物柜是否為空的結論。具體紅外測距傳感器安裝示意圖如圖4所示。

測距信號通過A/D轉換后送到主控芯片，進行數據的處理，獲取判斷當前存物柜狀態的相關參數，實現存物柜狀態的實時檢測。

⑵ GSM短消息模塊實現通知收件消息的發送

通過發送相關的短消息來通知收件人在規定的時間內領取包裹，此項功能實現的基礎是GSM硬件模塊，通過串口與控制芯片相連。軟件實現上，控制芯片通過AT指令控制GSM模塊完成相關操作[5]。主要步驟如下。

① 發送“AT”，測試GSM模塊是否準備好，回復“OK”說明已經準備就緒。

② 獲取收件人手機號碼，發送“AT+CMGS=“11位電話號碼””設置短消息發送的對象。

③ 根據具體情況發送包括存物柜的編號、領取包裹所需的驗證碼、限取時間以及超期后的計費方式的短消息給收件人。

⑶ 快速投件

為了方便快遞員投件，需要設計條形碼/二維碼掃描模塊，能夠通過掃描快遞單號來獲取全部的包裹信息。條形碼/二維碼掃描模塊固定在包裹柜箱體上，投件時快遞員將單號上印有條形碼或者二維碼部分移至掃描模塊的讀取頭附近，包裹信息自動獲取。同時調用對應的程序打開目前處于空狀態的箱體，一次性完成包裹的投遞。

本系統選用MG65條形碼/二維碼識讀模塊，與主控模塊采用UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter全雙工異步串行通信）進行數據的交互，單次讀碼時間為3s，讀碼間隔為1s，使用TTL-232電平可直接與主控芯片進行串口相連。

⑷ 柜體箱門自動控制

在進行投件和取件過程中都需要對快遞柜箱門實現自動控制，通過每個箱體對應的二進制編碼串（惟一標識單個箱體），調用對應的驅動電路，實現箱門的自動打開。

箱門的自動打開采用電子鎖原理，原理框圖如圖6所示。箱門在關閉平整后自動上鎖，接收指令后需要打開箱門時，驅動電路接通線圈通電，門鎖自動彈開。

⑸ 輔助功能的實現

輔助功能模塊主要為了提供方便的人機交互，并保證設備的安全性。

為了方便快遞員投件和客戶取件的方便，設計提供了包括屏幕輸出和語音提示輸出兩種方式。屏幕輸出能夠使人機交互變得可視化，提高交互指令的準確性，語音提示提醒操作者避免誤操作，并提高交互效率。輸入設備采用鍵盤，提高輸入的準確性，同時較觸屏輸出具有更好的經濟效益[6]。

⑹ 電源模塊設計

電源模塊是為整個設備供電的模塊，在安裝設備附近引入220V交流電。本系統使用DC5V供電，門鎖驅動模塊需要直流12V的驅動電壓，所以電源模塊主要實現電壓的轉換，將220V交流電逐級轉換為5V和12V的直流電。一般情況下，為了保證在臨時停電的情況下可以持續工作一段時間，而且在停電后將目前的包裹柜情況上傳至服務器，待重啟后恢復正常的工作，電源模塊需要配置一個鋰電池充電模塊。

4 產品應用模式

目前，快遞柜的運營模式多樣，包括快遞模商自用模式，線下收貨模式，第三方代投平臺模式，O2O商圈引流模式，公共性平臺投遞模式。每一種模式都有其優缺點[6]，但結合目前各大主流購物網站都開始擴展自己物流平臺的新形勢，線下收貨模式是一種更好選擇，由電商品牌自行運營，從線上擴展到線下，根據自己的客戶量整體規劃和布局包裹柜的位置和數量，并進行自我運營和維護。另外一方面包裹柜以一種固定式形象出現在線下，擴大品牌影響力和曝光率的同時解放人力節約成本。

5 結束語

本文主要介紹一種利用大數據優化的包裹柜設計方案，尤其適用于電商平臺的線下收貨模式，能夠更大程度的優化配置節約成本和資源。

參考文獻（References）：

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