基于物聯網的軍校自編教材全流程管理系統設計與實現

蘇一平 趙邵蕾 高建亭 徐夢函 袁梟

摘 ?要：為了實現軍校自編教材的全流程智能管理，采用RFID讀寫器、傳感器等設備，結合RFID技術、傳感器技術等物聯網技術，完成了基于物聯網技術的軍校自編教材管理平臺的智能設計和建設。文章基于某軍校的教材管理系統建設實際，介紹了軍校自編教材全流程管理系統的整體架構，部署了作為物聯網感知層的數據采集系統架構，說明了系統的軟件架構，設計了系統全周期管理模塊、在庫管理模塊、安全預警模塊和信息管理模塊四個模塊功能，介紹了系統的數據庫和系統管理模塊的具體實現，實現了自編教材流轉過程的信息存儲管理追溯。

關鍵詞：軍事教材；物聯網；射頻識別；管理系統

中圖分類號：TP393 ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：2096-4706（2023）16-0159-07

Design and Implementation of Process Management System for Military Academy Self Compiled Textbooks Based on Internet of Things

SU Yiping， ZHAO Shaolei， GAO Jianting， XU Menghan， YUAN Xiao

（PLA Naval Submarine Academy， Qingdao ?266199， China）

Abstract： In order to achieve the whole process intelligent management of military school self compiled textbooks， this paper uses RFID readers， sensors and other equipments， combined with RFID technology， sensor technology and oth-er Internet of Things technologies， so as to complete the intelligent design and construction of a military school self compiled textbook management plat-form based on Internet of Things technology. Based on the actual construction of a military school's textbook management system， this paper introduces the overall architecture of the whole process management system for the military school's self compiled textbooks， deploys the data acquisition system architec-ture as the perception layer of the Internet of Things， explains the software architecture of the system， and designs four module functions of the ?whole cycle management module， the database management module， the security early warning module， and the information management module of system. It introduces the specific implementation of the system's database and system management mod-ule， achieving information storage management and traceability during the cir-culation process of self compiled textbooks.

Keywords： military textbook; Internet of Things; radio frequency identification; management system

0 ?引 ?言

為了實現軍校自編教材的智能管理，將射頻識別（RFID）技術作為教材識別和信息采集的關鍵，進行以單本自編教材為管理單位的教材標簽化管理和信息采集，使用傳感器技術實時監測倉庫環境動態，建設了相應的自過教材全流程管理系統，進行自編教材使用流程的信息采集和存儲管理，使自編教材在使用過程中具備更好的可追溯性。

近年來，物聯網技術在智能存儲系統的設計與開發中起到了關鍵作用，Liang等研究了基于物聯網環境的存儲系統架構的構建和關鍵點，并進行了模擬研究[1]。Zhao等研究了基于物聯網技術的數字倉庫軟件架構的構建過程，突出了數字化的特點[2]。Zhang等對倉庫管理系統進行了總體設計，建立了MySQL數據庫，實現了一種新型智能倉庫管理系統的設計和應用[3]。Lee等提出一種基于物聯網的倉庫管理系統，該系統具有先進的數據分析方法，使用計算智能技術實現工業4.0的智能物流[4]。Zhang提出了物聯網輔助人機界面框架作為物流倉庫管理系統[5]。RFID技術是物聯網技術應用在智能存儲領域的關鍵技術。Kermani等研究了基于WLAN和RFID的智能倉儲的應用，并提出了一種使用無線射頻技術和無線局域網技術的組合系統[6]。Chen等將射頻識別作為產品識別和信息采集的關鍵點，開發了基于物聯網的物流自動化管理軟件原型系統[7]。Xu等研究了基于RFID的存儲管理信息系統的設計，闡述了存儲管理信息的相關理論，分析了RFID存儲管理信息體系的需求，進行了RFID存儲管理信息體系的總體設計和詳細設計，并最終進行了仿真實現[8]。Mo等研究了RFID中間件在倉庫管理物聯網系統中的升級，并討論了RFID中間件在物聯網系統中的概念、特點、基礎設施和應用功能[9]。徐慧劍提出了基于物聯網RFID技術的智能倉儲系統的具體架構方案和功能模塊，闡述了智能倉儲系統的設計和實現過程，并將系統與企業ERP系統有效的結合[10]。

物聯網技術已經廣泛應用在不同行業的智能存儲系統中。Viloria等研究了基于物聯網的危險貨物智能物流系統的開發過程，使危險貨物的運輸能夠實時監控和處理[11]。Wei以現代郵政物流和物聯網理論為基礎，結合我國郵政物流的需求和特點，分析了基于RFID的物聯網在現代郵政物流管理中的作用，并設計開發了一個基于RFID的中國郵政現代物流倉庫管理信息系統[12]。涂長永以某印刷企業為例，設計了基于物聯網技術的企業倉儲物流管理系統的架構，探討了物聯網技術在印刷品倉儲物流管理系統中的應用[13]。樊凡圍繞著物聯網、倉儲系統業務模塊和RFID 技術支持三個方面，探討了RFID 技術在港口倉儲管理中的應用[14]。武曉釗對倉儲業常用的物聯網技術進行了分析，認為隨著射頻識別技術在倉儲業應用的逐漸深入，感知技術集成應用（例如RFID技術與傳感器技術的集成應用）可以對倉儲物品進行更具深度的感知[15]。黃國興等提出了基于物聯網的高值醫用耗材智能屋的管理系統，介紹了智能屋的整體架構、系統功能、核心業務及流程設計，主要分為結構模塊、RFID模塊、數據庫模塊、控制系統模塊四大模塊[16]。

本文針對軍校自編教材的管理需求，應用射頻識別技術和傳感器技術，采用B/S模式設計了自編教材全流程管理系統，進行單本自編教材信息的數據采集和管理，使自編教材流轉過程的信息可以管理追溯，實現軍校自編教材使用的全過程管理。

1 ?系統架構設計

根據物聯網的三層架構模型對教材全流程管理系統的整體理念進行了智能化設計，系統的總體設計思路如圖1所示，充分體現了物聯網的三層架構，使用感知層的各種設備進行信息采集和讀寫，通過網絡層傳輸到應用層，實現系統的各功能模塊。

感知層是教材全流程管理系統信息獲取的基礎，提供系統的基礎運行環境及主要硬件設施，實現教材標簽和其他信息的智能采集。系統的基礎運行環境包含路由器、各用戶客戶端、服務器及校園卡等，主要硬件設施有電子標簽、標簽打印機、智能貨架、RFID通道門、管理工作站、環境傳感器及校園卡讀寫器等設備組成，其中電子標簽和標簽讀寫設備應用了超高頻RFID技術，采用遠場電磁輻射原理，實現教材批量出入庫的管理需求。

網絡層位于整個系統的中心，連接感知層和應用層。網絡層通過各種通信網絡設施和通信協議來完成數據傳輸工作，解決感知層所獲得的數據的傳輸問題，是進行信息交換、傳遞的數據通道。本系統通過有線局域網將感知層采集的數據資源傳送到數據中心，使用了NB-IoT物聯網接入協議、ISO18000-6C協議、TCP/IP協議等通信協議，滿足數據采集、傳輸及交互需求。

應用層是教材全流程管理系統的軟件部分功能，用于實現在線處理教材四個模塊功能，硬件設備通過中間件與系統的操作管理模塊連接，軟件功能與系統管理模塊直接連接，滿足系統用戶日常對教材的智能化管理需求。本系統以Oracle數據庫為后臺服務平臺，處理和存儲由網絡層傳輸到應用層的信息，營造軟件運行環境，并將存儲和處理的系統數據提供給前臺應用程序進行查詢和處理。

1.1 ?數據采集系統架構設計

由于軍校不能使用無線通信方式的相關規定，整個系統的信息傳輸方式都使用短距離有線通信方式，利用現場總線實現硬件之間的通信和數據信息整合，作為物聯網感知層的數據采集系統架構示意圖如圖2所示。

與傳統系統相比，基于物聯網的存儲管理系統在各種類型信息的收集和處理方面更為復雜，需要更先進的信息采集和處理設備，而這些不同設備的集成成為系統實現的關鍵技術問題。從圖2可以看出，系統包括了兩大信息采集部分：一部分應用無線射頻技術，通過移動盤點車、倉庫管理工作站、RFID通道門等標簽讀寫設備識別教材電子標簽實現教材借還等功能，通過智能貨架完成在庫管理功能；另一部分通過集成安裝在倉庫的溫濕度傳感器等環境傳感器實現倉庫環境動態監測功能。系統通過2個數據庫完成數據集成，其中MySQL數據庫用于存儲和調用硬件傳輸數據，Oracle數據庫用于存儲和調用管理系統數據。

1.2 ?軟件架構設計

系統采用了瀏覽器/服務器（B/S）軟件體系結構，客戶端只負責顯示用戶界面，而復雜的數據計算和輸入/輸出操作則由功能強大的計算服務器執行，基于Java平臺的Spring框架完成系統應用軟件開發，軟件架構如圖3所示。

第一層是用戶界面層，負責用戶交互處理以及客戶端與后臺的交互，在瀏覽器上顯示視圖。當用戶單擊頁面中的按鈕以觸發事件時，客戶端會利用HTTP協議向后臺發送用戶請求。

第二層是業務邏輯處理層，當客戶端通過預先定義的接口發送請求時，它會根據接口協議的規則解析請求，然后處理相應的請求，如果需要利用數據庫，則轉發請求到數據支持層，數據支持層操作數據庫獲得信息返回業務邏輯處理層，最后返回給客戶端。系統使用了Spring和MyBatis兩個開源框架整合而成的SSM框架集，其中Spring MVC架構包含了模型層、視圖層和控制器，MVC架構以一種相互分離業務邏輯、信息數據和接口表示的方式來組織代碼，這樣業務邏輯被組件封裝，使得業務邏輯部分的編碼不受接口和用戶交互代碼變化的影響，保證了業務邏輯、信息數據和接口顯示的獨立性。

第三層是數據支持層，Mybatis框架負責與數據庫進行交互，封裝對數據庫訪問的細節。客戶端發送的信息記錄保存在Oracle數據庫中。

2 ?系統功能設計

2.1 ?模塊功能設計

教材全流程管理系統由全周期管理模塊、在庫管理模塊、安全預警模塊以及信息管理模塊四大模塊構成，具體功能模塊設計如圖4所示。

全周期管理模塊是系統主要功能模塊，負責從自編教材編印入庫開始，經歷多次請領、歸還，直至下架銷毀的教材全周期管理，提供從教材需求、入庫、發放、回收及銷毀的全流程管理功能，充分實現了教材流程跟蹤及相關臺賬處理的管理需求，包括編印入庫模塊、教材請領模塊、教材歸還模塊以及下架銷毀模塊4個具體功能模塊，全周期管理模塊流程圖如圖5所示。

在庫管理模塊用于管理教材貨位和庫存，主要通過調用智能貨架來進行貨位與教材位置的匹配，識別教材數量，完成庫存盤點和貨位盤點功能，包括庫存管理模塊和貨位管理模塊。庫存管理模塊可以判斷實際出入庫情況和業務管理系統讀取的數據記錄一致性，對于異常教材庫存數據進行告警；貨位管理模塊通過搭建倉庫3d模型，對貨位進行電子化、圖形化管理，包含了貨架管理、貨位綁定、貨位更新、貨位查詢和貨位預警等功能。在庫管理模塊流程圖如圖6所示。

安全預警模塊包括環境預警模塊和異常預警模塊。環境預警模塊是系統通過識別安防報警器、煙霧報警器、溫濕度傳感器的數據，在檢測到倉庫周邊出現可疑人員接近或者倉庫內出現溫濕度異常、疑似煙霧時，按照系統設定的要求向管理人員發送消息告警。異常預警模塊通過系統自動讀取大門處RFID通道門的掃描數據，如果讀取到未經系統允許出庫的教材信息，通過RFID通道門告警。安全預警模塊流程圖如圖7所示。

信息管理模塊包括目錄維護模塊，知識平臺模塊和信息統計模塊3個具體功能模塊。目錄維護模塊建設教材目錄維護功能，由管理人員將教材目錄信息通過批量導入或錄入的方式進行維護，為教材管理提供基礎數據。知識平臺模塊對每一類教材的基本信息、教材封面、教材內容、電子版片段等教材相關信息進行展示，教學人員通過該功能可在線預覽教材信息并下載教材的電子版資料。信息統計模塊基于教材數據庫，提供教材信息統計、業務記錄查詢及多維數據匯總功能，支持列表、統計圖等多種展現形式。信息管理模塊內容圖如圖8所示。

2.2 ?數據庫設計

本系統數據庫的邏輯設計可以滿足多種用戶的使用需求，通過分析各個數據之間的關系，將數據按一定的分類、分組系統和邏輯層次組織起來，使得數據模型除了能夠正確反映數據關系和滿足多種查詢要求外，還能夠使得系統的數據冗余少和存取效率高。

首先根據“處理特點”將數據表和程序模塊進行分類，數據表包括：業務數據表、基本編碼表、輔助編碼表、系統信息表、累計數據表、結算數據表、決策數據表；程序模塊包括：初始化、業務處理、完整性檢測與修正、結算處理、統計處理。其中業務數據表主要記錄業務發生的過程和結果，例如入庫、資源請領等；基本編碼表主要描述業務實體的基本信息和編碼，例如貨架、倉庫等；輔助編碼表主要描述屬性的列表值，例如資源類型、有無碼等；系統信息表主要記錄存放與系統操作、業務控制有關的參數，例如用戶信息、權限等。所有表采用統一編碼方式，在全局范圍內統一進行維護，插入記錄時先提出申請，由函數按“當前系統日期（32位）”的規則生成一個32位數。對于系統預定義的編碼（如業務操作），用定長字符型編號，前導補0。所有表必須有以下字段：創建人、創建時間、最后修改人、最后修改時間，具體以教材目錄為例，如表1所示。

3 ?系統實現

3.1 ?系統架構實現

本系統基于Java平臺開發，它滿足J2EE框架標準，并采用B/S方式開發。系統采用了基于spring生態的微服務架構體系，具有安全、開放、靈活的特點，同時還具有跨平臺性和良好的可移植特性。系統的表示層基于Spring MVC框架采用了JSP頁面和JavaScript；控制層由JavaBean和Action組成，JavaBean用于處理前后臺參數傳遞，Action負責控制頁面跳轉和邏輯控制。業務邏輯層由Service接口和具體實現組成，同樣基于Spring MVC框架通過調用Dao組件來處理業務邏輯。數據持久層則由Dao接口、SQL具體實現和數據庫組成，采用了JDBC框架“半自動”式的ORM實現方案，即MyBatis。系統可實現全周期管理模塊、在庫管理模塊、安全預警模塊、信息管理模塊四大模塊功能。

3.2 ?系統管理模塊實現

3.2.1 ?全周期管理模塊實現

教材編印時，教員填寫教材編印申請，系統調用addTextbookDemandPlan接口生成需求計劃，管理人員審核后點擊生成教材編印清單按鈕，系統調用addTextPrintingPlan接口生成教材編印清單。

教材入庫時，管理人員錄入教材入庫日期、經辦人等信息，選擇入庫的教材及數量后點擊標簽打印功能，系統調用getRfId接口打印RFID標簽，通過集成RFID標簽打印機接口打印標簽并返回該標簽的RFID唯一標識，管理人員將標簽貼至本次的入庫教材上，系統自動將該標簽和入庫的圖書進行綁定，調用addInStore接口完成單個目錄入庫或調用batchInStore接口完成批量入庫。

教材借還時，教員通過教材請領功能，填寫申請人電話、使用單位、使用日期、事由，選擇請領教材后點擊提交，系統調用addResourceApply進行教材請領。管理人員確認請領情況，調用auditResourceApply接口進行教材請領審核。教員攜帶本人一卡通前來領取或歸還教材，系統調用getCardNoByDevice接口讀取校園卡讀寫器設備上的校園卡編號，調用findOutStoreList接口獲取一卡通用戶的待出庫信息或調用findWaitGiveBack接口獲取一卡通用戶的待歸還教材信息，調用getOutStoreById接口獲取出庫單信息或調用getWaitGiveBackByOutStoreId接口獲取待歸還出庫單信息，管理人員使用攝像頭進行人臉采集，系統調用uploadFile接口上傳照片。管理人員將相關教材放置到管理工作站，系統調用getRfIdList接口識別工作站的電子標簽，調用findTextBookInfo接口獲取電子標簽對應的教材信息，管理人員點擊教材出庫或歸還按鈕，系統調用addOutStore接口進行教材出庫或調用addGiveBack接口完成教材歸還。教材出庫界面圖如圖9所示。

教材銷毀時，管理人員通過保密教材銷毀功能，填寫銷毀事由，選擇需要銷毀的教材后點擊提交。系統調用addScrapApply接口進行教材銷毀申請，調用auditScrapApply接口完成教材銷毀審核，調用modifyScrapApplyStatus接口完成教材銷毀。管理人員可以按照銷毀時間、教材保密編號等信息點擊查詢按鈕查詢。系統調用findSigleAssetsSituation接口進行教材銷毀臺賬查詢。

3.2.2 ?在庫管理模塊實現

在庫管理時，管理人員在系統中點擊“開始智能盤點”按鈕，系統調取智能貨架對應的硬件服務接口并發送指令，智能貨架收到指令輪巡每個貨位，將盤點數據再通過接口形式返給管理系統，系統調用findRfidByDevice接口讀取貨位信息及貨位上的教材RFID信息，調用findCompareStoreInfo接口將系統的庫存和盤點庫存對比，教材庫存數量或者貨位與系統不一致時，系統自動提醒出錯教材的信息。管理人員確認本次盤點結束后，點擊保存按鈕生成盤點單，系統調用modifyStoreInfo接口更新現有庫存信息。貨位可視化管理的界面如圖10所示。

3.2.3 ?安全預警模塊實現

管理人員在系統中點擊“啟動安全預警系統”按鈕，以濕溫度傳感器為例，系統通過集成物聯網服務調用handTemperatureHumidity接口獲取溫濕度傳感器數據，傳入溫濕度傳感器設備編號、時間戳參數，獲取該時間范圍內的溫濕度傳感器數據進行解析，并通過調用后臺接口進行數據封裝和存儲并判斷得分是否已經超過正常數據范圍，若超過則記錄環境預警。溫度告警查詢的界面如圖11所示。

當人員攜帶教材經過倉庫通道大門出庫時，系統調用handGateScanningData接口接收RFID通道門掃描的教材rfid信息，將rfid數據和出庫單的數據進行對比，調用sendGateScanningData接口，返回data數據給RFID通道門，data為true則數據對比正常，data為false則為異常數據，通道門進行異常預警。

3.2.4 ?信息管理模塊實現

目錄維護模塊以添加教材目錄功能為例，管理人員在系統中錄入教材目錄，包含教材名稱、教材類型、作者等，點擊保存，系統調用addTextbook接口，將TextbookVO對象數據通過持久化層ORM（MyBatis）進行數據入庫存儲。添加教材目錄的界面如圖12所示。

知識平臺模塊以訪問教材知識庫功能為例，教學人員訪問教材知識庫，輸入查閱教材的類型參數發送請求至后臺，系統調用findTextbookByParam接口，獲取該類型參數的教材信息列表集合List，通過Model封裝集合數據，將教材數據的封面圖片展示在頁面上，并可點擊頁面圖片彈出教材的內容介紹和電子版片段等詳細信息。

信息統計模塊以統計教材基本信息為例，管理人員在系統中點擊“統計教材基本信息”按鈕，系統通過調用statTextbookByParam接口，傳入教材類型等參數，返回List對象數據，StatDTO統計對象為鍵值對方式儲存，鍵為教材類型或年度，值為統計的數據。通過echars柱狀圖的集成，顯示出教材基本信息的統計圖。

4 ?結 ?論

軍校的教材管理保障更加注重安全和全流程管理，傳統的教材管理方法難以滿足自編教材的管理需求，物聯網技術的發展為改進自編教材管理方法的研究提供了可靠的技術支持。本文設計的教材管理系統是物聯網技術在軍校自編教材管理工作中的一個很好的應用。它可以實現實時監控和處理物聯網的各種無線射頻和傳感器信號反饋到教材管理系統，提高了自編教材管理的信息化程度，增強了自編教材的管理力度，拓展了物聯網在教材管理方面的應用思路，實現了物聯網的實時監控技術在軍校教材管理的應用。

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作者簡介：蘇一平（1996—），女，漢族，山東青島人，助理工程師，碩士研究生，研究方向：射頻識別與數據采集、教研保障。