基于北斗導航和漢信碼技術的智能物流系統設計

文 / 徐德洪

近年來，伴隨著我國社會經濟的持續穩步增長，帶動了物流業蓬勃發展，2018年我國社會物流總額達283.1萬億元。物流業的快速發展帶動了行業的進步，物流行業的發展正在越來越“精細化”和體現“以客戶為中心”的發展理念。另一方面，隨著信息技術的迅猛發展，各種先進的信息技術，如條碼技術、RFID、無人技術等在物流行業中的應用越來越廣泛，促進了現代物流的智能化發展。智能物流的發展核心是對信息的獲取和處理，分為信息的獲取、傳遞、處理和應用過程。

一、北斗導航和漢信碼技術簡介

北斗導航技術和漢信碼技術是我國具有完全自主知識產權的兩種智能服務技術，正在越來越多地應用到物流供應鏈服務過程中。其中，漢信碼是中國物品編碼中心研發的一種具有強大功能的開放式二維碼碼制，供國內用戶免費使用。在實際的應用過程中，由于北斗導航和漢信碼市場推廣時間較短，與之配套的系統和技術支持較少，因此導致了兩種技術的市場占有率并不高，特別是漢信碼的生成和識別算法的提供商也比較少，市場認知度和應用較低。

（一）北斗導航簡介

北斗衛星導航系統（BDS）是我國自行研制具有自主知識產權的全球衛星導航系統，是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS和歐洲GSNS之后第四個成熟的衛星導航系統。北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內全天候、全天時為客戶提供高精度，高可靠的導航、定位、授時服務，并具有短報文通信能力，已具備區域導航、定位和授時能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒，是國家大力推廣的智能技術。

由于北斗導航技術在導航、定位等方面的優越功能，已經在物流領域，特別是運輸管理中得到廣泛應用。應用北斗導航技術后，可以實現物流運輸全方位（物流企業、貨主企業、政府監管部門）的信息實時采集、可視化監管、全面交互服務；面向貨主企業、物流企業和相關服務企業提供增值信息服務和線上交易服務。隨著5G通信技術的推廣和應用，運用北斗導航系統實現貨物運輸過程的視頻采集、物流車輛定位、路徑優化和軌跡回放等管理功能，成為智能物流發展的重要技術助推手段。

（二）漢信碼技術簡介

漢信碼是2007年由中國物品編碼中心牽頭研發，是我國第一個具有完全知識產權的二維條碼。與目前市面上常見的QR碼（日本公司Denso-Wave研制）相比，漢信碼具有信息容量大、漢字編碼能力強、抗畸變、抗污損、編碼效率高、支持加密技術等優點，已獲得ISO的確認批準，可在硬紙板、玻璃、陶瓷、金屬和塑料等介質上直接打印，達到了國際先進水平。漢信碼的研制成功對于我國打破國外企業對我國在二維條碼生成與識讀核心技術上的商業壟斷，提高條碼自動識別技術的研發水平，推進二維條碼在社會生活各個領域的應用具有十分重要的現實意義。漢信碼技術可被廣泛應用于現代物流、商品流通、防偽認證和信息追溯等領域，是國家正大力推廣的一種二維條碼。

漢信碼符號是由N?N個正方形模塊構成的正方形陣列，該正方形陣列由信息編碼區、功能信息區與功能圖形區組成，其中功能圖形區主要包括尋像圖形、尋像圖形分隔區、校正圖形與輔助校正圖形。碼圖符號的四周為不少于3 模塊寬的空白區，如圖1所示。

隨著物流管理信息化進程的加快，漢信碼技術正在成為物流現代化的一個重要組成部分，附著在物品上的漢信碼資料經讀取設備讀取后，可快速、準確地將物品資料自動輸入，從而達到自動識別、快速傳遞、高效共享的目的，提高物流作業效率、減少人工識讀和管理成本，降低錯誤率，提高物流作業質量，更精確獲取儲位。漢信碼應用在物流的各個環節，可做到實時數據收集、同步顯示，并經計算機信息系快速處理而后達到實施分析與實施控制的目的，提高物流體系各環節作業的機械化、自動化，對物流信息化管理起著基礎性作用。

二、基于兩種技術的智能物流系統構成

北斗導航技術和漢信碼技術的用途不同，北斗技術主要針對運輸車輛進行定位和導航服務，漢信碼主要針對在途運輸的貨物提供識別。因此，北斗導航和漢信碼技術的智能物流系統集成了兩種技術的應用。

（一）北斗漢信智能物流系統的構成

北斗漢信碼智能物流系統是有三部分組成，包括智能物流服務中心、北斗漢信終端和北斗漢信客戶端（分控中心）。智能物流中心是北斗漢信碼智能物流系統的服務器，記錄物流系統中的每一項數據，是北斗漢信終端的數據接收與保存的服務器，并能夠對系統中的數據進行分析存檔，為北斗客戶端提供實時訪問信息。北斗漢信終端可通過采集物品的漢信碼，用于實時跟蹤物品的物流信息，并將物流系統提供給服務器。北斗漢信客戶端為廣大物流用戶提供信息訪問接口，用戶可對物流信息進行跟蹤。

北斗漢信碼智能物流系統的組成結構圖如圖2：

（二）系統的功能

1.終端功能主要有：（1）物流信息采集。終端通過掃描漢信碼對物流信息進行采集，采集后，該信息進入服務器被監控。（2）行駛速度記錄。終端以1s的時間間隔持續記錄并存儲車輛行駛狀態數據。記錄車輛最近48個小時的行駛狀態數據。該行駛狀態數據每組記錄為車輛在行駛過程中的實時時間、每秒鐘間隔內對應的速度屬性、平均速度（km/h）以及對應時間的狀態信號。監控平臺可通過下發采集命令無線采集車輛行駛速度記錄，也可以通過有線采集，或U盤采集。（3）位置信息記錄。終端以1min的時間間隔持續記錄并存儲車輛位置數據，每組記錄數據包括車輛行駛的實時時間、位置信息以及平均速度，系統可以連續記錄。信息的采集可通過無線采集或有線采集。（4）軌跡回放。終端具備指定時間段內（有一定的歷史時間要求）回放指定車輛歷史行駛軌跡的功能。對軌跡回放的速度可以進行調節控制。

2.客戶端主要功能：（1）基礎信息維護。對每個物流運輸單元獲進入系統內的合作企業，進行基礎性信息錄入。主要包括企業名稱、社會統一信用代碼、地址、通信方式、聯系人、運營范圍等。（2）運輸車輛管理。車輛的主要信息主要包括：車牌號碼、車牌顏色、車身顏色、車輛類型、車輛型號終端編號、發動機編號等。（3）運輸車輛駕駛人員管理。信息包括駕駛員姓名、性別、年齡身份證號碼、住址、聯系電話、駕齡、駕駛證號、駕駛證類型等。（4）運輸路線管理。系統可對物流運輸的線路進行系統管理，線路的主要信息有線路名稱、線路里程、線路數據、線路限速閾值等。（5）應急信息管理。載貨車輛在運輸途中對于各種意外情況產生的報警，可通過聲、光、文、圖等方式在平臺上進行提醒，并顯示車輛運態信息和靜態信息。緊急情況可作報警處理，系統可自動提示當前車輛信息、意外事件發生時間、位置坐標，系統自動記錄事發的路段及距離最近的地標信息，如標志性建筑、毗鄰位置等。

三、漢信碼的識讀與信息傳輸過程

二維條碼的信息容量和密度比較高，識別過程和技術要求比普通的一維條碼更復雜，一般需要經過圖像處理、糾錯譯碼、信息譯碼等環節的技術處理，才能還原二維碼信息。由于本智能系統中的漢信碼在實際應用中,其圖像采集受到物流作業現場因素的干擾，如倉庫復雜背景、工作區光照不均、識讀器拍攝角度等，都會對漢信碼的正常識讀造成影響。

為避免復雜物流作業場景下漢信碼的識讀出現問題，本系統在漢信碼識讀過程中先做如下技術處理：

（一）漢信碼圖像預處理階段

漢信碼圖像在物流作業采集過程中受識讀環境影響存在噪聲及光照不均等問題，首先應對圖像中的噪聲進行濾除；然后針對圖像識讀器可能光照不均的問題，將圖像進行分塊根處理使其與原圖同規格尺寸，最后與原圖進行相減有效消除光照不均的影響。基于圖像處理的漢信碼識別技術圖像預處理主要包括圖像灰度化、圖像濾波、圖像二值化、條碼定位、圖像校正，其主要目的在于消除圖像中的干擾信息，簡化一些不需要的數據，為后續漢信碼解碼做好準備。

（二）漢信碼尋像圖形定位階段

對第一階段處理后的漢信碼圖像的連通區域進行分析，根據區域面積及最小外接矩形的尺寸比對待選區域進行篩選，得到漢信碼尋像圖形區域的基本位置；然后對漢信碼位置探測圖形的比例特征進行匹配，實現漢信碼區域的準確定位；根據位置探測中心的坐標特征，采用透視變換方法對提取的漢信碼圖像進行畸變分析，運用旋轉逆變換對漢信碼完成旋轉校正,為后續準確譯碼識讀處理打下基礎。

（三）漢信碼信息解碼階段

從漢信碼中提取功能信息區域，解析得到對應版本號、糾錯等級及掩模方案等信息，在此基礎上將圖形點陣解析成計算機二進制數據，對數據碼字進行自我糾錯，最后根據編碼模式反向解析出漢信碼原始字符，實現漢信碼表達的物流信息和對應商品信息的識別。

完成以上三個階段的漢信碼圖像識讀技術處理后，系統對漢信碼進行識讀，識讀后獲取的相關信息及時傳回系統，整個系統的工作與信息傳輸流程如圖3：

四、作用與應用前景展望

將北斗導航技術與漢信碼技術結合用于物流運輸車輛的管理中，可以有效地實現對在途運輸車輛和物流貨運信息的同步監管，實現運載工具與貨品信息的同步采集。這個智能物流系統是物聯網技術應用的一個發展方向，是人工智能技術在物流管理中的具體應用。它的應用可以有效地提升物流管理的效率，減少人工作業，降低物流信息采集的差錯率。同時，由于北斗導航和漢信碼技術均具有完全自主知識產權，特別是漢信碼具有加密防偽功能，這個智能物流系統在國際物流和國內物流在途監管中，還可以起到物流信息安全監管、保護客戶商業機密等作用。

另一方面，隨著中美貿易戰的加劇，美國對我國高新技術領域的封鎖和圍堵將成為一種常態化。在此背景下，加大我國具有自主知識產權的各種智能技術在各行各業的應用必將成為一種政府和市場必然的選擇。本研究為這一領域的發展起到了探索和示范作用，伴隨著我國物流行業的不斷“智慧化”和物流供應鏈領域管理的“精細化”，北斗導航和漢信碼技術將得到越來越廣泛的應用。