基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車廠商運輸監(jiān)控系統(tǒng)改進策略

張保良，宋頤

（華北水利水電大學(xué) 機械學(xué)院，河南 鄭州 450045）

0 引 言

傳統(tǒng)汽車廠商的零部件運輸監(jiān)控系統(tǒng)大多通過射頻識別（RFID）技術(shù)、GPS、GPRS無線通信技術(shù)和車載終端進行汽車零配件的定位和監(jiān)控[1]，通過收集車輛物流信息與遠程監(jiān)控中心通信，并結(jié)合道路信息，給出運輸服務(wù)的參考路線，跟蹤物流信息，實現(xiàn)對運輸過程的監(jiān)控和運輸路徑的調(diào)整，但這一過程存在信息溝通方式單一、運輸效率低下、通信延遲性高等缺點。

為解決以上問題，國內(nèi)外學(xué)者進行了廣泛的研究。Mckinney等[2]闡明了在商品流通中供應(yīng)鏈的監(jiān)控及可視化的重要作用，并以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，重點研究了供應(yīng)鏈物流實時狀態(tài)監(jiān)控的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)商品運輸狀態(tài)信息的獲取；Nagurney等[3]以最小化的成本為根本目標，對供應(yīng)鏈重組進行了優(yōu)化設(shè)計，在不降低運輸效率的情況下，提高了資源利用率；付穎斌等[4]建立了基于Auto-ID數(shù)據(jù)處理模型，實現(xiàn)了對于某些無法直接獲得的物流數(shù)據(jù)的采集，為物流狀態(tài)的獲取提供了新型解決方案；李越等[5]基于高德地圖API模式，利用XML程序配置信息，在一定程度上實現(xiàn)了物流運營商之間的合作，打通了各物流企業(yè)間運輸監(jiān)控信息不相通的壁壘，而這與宗彤彤等[6]改進物流運輸信息透明化的設(shè)計思路有相通之處；曹博等[7]利用Sunspot平臺將車輛運輸過程中的信息進行整合，通過搭建簡易物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了簡單的多維控制操作；于天琪等[8]通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對物聯(lián)網(wǎng)下的物流監(jiān)控運輸過程中產(chǎn)生的信息進行粗略篩選，進而降低上傳的錯誤數(shù)據(jù)量，提高云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理效率。

本文主要通過將RFID技術(shù)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、無線通信技術(shù)及各類傳感器、狀態(tài)顯示器、行車記錄儀等車載終端設(shè)備相整合組建新的監(jiān)控系統(tǒng)。通過優(yōu)化數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，保證在運輸過程中實時存儲、調(diào)用車輛及貨物狀態(tài)等數(shù)據(jù)，降低信息的延遲和誤差。

1 監(jiān)控系統(tǒng)分析

1.1 需求分析

汽車廠商的運輸服務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)具有如下需求。

（1）運輸車輛速度位置要求：對于監(jiān)控管理人員而言，必須確定車輛的運輸速度及其位置，確保能夠?qū)崟r預(yù)測貨物到達時間，并準確記錄運輸路徑。

（2）承運機動車編號、駕駛員編號和運輸貨物ID匹配記錄要求：編號可以有效定位和確認人員、車輛和貨物運輸流程，落實責(zé)任，降低貨物丟失的可能性。

（3）運輸車廂內(nèi)溫濕度測控要求：監(jiān)控溫濕度可防止車廂內(nèi)火災(zāi)的發(fā)生，最大限度避免貨物損毀。

（4）車輛內(nèi)部振動程度要求：對于某些特定的汽車零部件，在運輸過程中振動不宜過大，否則將導(dǎo)致零部件損壞。

（5）車輛自身運行狀態(tài)信息：包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、物流車胎壓以及油箱內(nèi)油量信息等。

（6）車載設(shè)備與云平臺穩(wěn)定通信要求：確保信息通暢，降低傳輸延遲。

（7）云計算平臺快速診斷故障信息，并做出響應(yīng)的要求：當(dāng)運輸過程中發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠及時報警，提醒車載人員處理問題。

（8）數(shù)據(jù)暫時性存儲及斷點續(xù)傳要求：能夠有效應(yīng)對物流運輸過程中出現(xiàn)的導(dǎo)航定位信號衰弱、無線通信暫時中斷等問題。

1.2 功能分析

根據(jù)上文列出的運輸需求，對應(yīng)可設(shè)置以下功能。

（1）信息數(shù)據(jù)采集功能：數(shù)據(jù)的采集運用精密傳感器、高清攝像機等設(shè)備，如利用北斗導(dǎo)航模塊采集車輛的位置、速度與時間信息；通過高清行車記錄儀采集路況數(shù)據(jù)；利用RFID標簽及其激光掃描設(shè)備采集貨物、駕駛員、運輸車輛等信息；通過溫度、濕度、壓力及振動傳感器采集相應(yīng)的物理數(shù)據(jù)信息；通過煙霧報警系統(tǒng)（主要器件是煙霧報警器）判斷是否發(fā)生冒煙著火現(xiàn)象；同時還可以通過車輛狀態(tài)讀取器以及相關(guān)電路連接車輛控制CPU，獲取相應(yīng)運輸貨車的運行數(shù)據(jù)信息。

（2）數(shù)據(jù)傳輸：此模塊以5G網(wǎng)絡(luò)為載體，利用其低延遲、高連接密度等優(yōu)勢進行數(shù)據(jù)傳輸[9]，實現(xiàn)車載終端與控制管理中心實時數(shù)據(jù)同步。

（3）信息處理及反饋：此模塊功能主要由服務(wù)器軟件完成，通過預(yù)設(shè)的程序和算法并結(jié)合數(shù)據(jù)庫判斷來自車載終端的數(shù)據(jù)是否正常、是否需要修正，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，立即發(fā)送故障代碼至控制中心和車載終端及時報警。

（4）關(guān)鍵數(shù)據(jù)顯示：此功能可采用小尺寸的觸摸顯示屏設(shè)備實現(xiàn)，通過線束連接將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接|摸屏設(shè)備上的專用APP軟件進行顯示，并在觸摸屏設(shè)備上設(shè)置一些常用操作按鍵，方便操作人員使用。

1.3 功能設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)大致可分成三個子模塊，分別是車載終端、云服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫。對于監(jiān)控系統(tǒng)的功能可進行模塊化設(shè)置和分配，運輸監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 運輸監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

1.4 系統(tǒng)框架

根據(jù)運輸服務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)的需求，監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)可分為5個模組，即車載設(shè)備（傳感器、行車記錄儀、觸摸屏顯示設(shè)備等）、云服務(wù)器設(shè)備、管理控制中心、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、無線5G網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)總體框架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體框架

（1）車載設(shè)備及人員負責(zé)運輸過程的信息收集、簡單篩選、簡略顯示和各項指令的最終實施；

（2）云服務(wù)器及應(yīng)用軟件負責(zé)數(shù)據(jù)的接收、精確篩選和快速處理；

（3）管理控制中心負責(zé)各項數(shù)據(jù)的可視化顯示記錄，并與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相連，實時進行動態(tài)人工調(diào)整，彌補云服務(wù)器軟件智能控制的不足；

（4）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫負責(zé)數(shù)據(jù)的記錄、存儲和調(diào)用；

（5）無線5G網(wǎng)絡(luò)負責(zé)將各模塊進行無障礙快速連接，充分發(fā)揮第五代通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性能，提高該監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)變能力。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫優(yōu)化設(shè)計及服務(wù)器概述

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計要求

一般來說，數(shù)據(jù)庫的基本作用包括數(shù)據(jù)的存儲、分類、調(diào)用和修改等，對于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

（1）數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)必須能夠反映事物之間的聯(lián)系，即客觀邏輯不可違背；

（2）數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)之間不能發(fā)生值、義的矛盾；

（3）各類數(shù)據(jù)獨立性要強，冗余度要低，即在修改或者增加數(shù)據(jù)時，不影響其他數(shù)據(jù)及其使用；

（4）數(shù)據(jù)庫的安全可靠性必須予以保證，不能為其他無關(guān)人員所竊取。

通過對主流數(shù)據(jù)庫[10-12]特點的比較可選擇MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。根據(jù)運輸流程，制定如圖3所示的MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫工作流程。

圖3 數(shù)據(jù)庫工作流程

2.2 數(shù)據(jù)庫邏輯分析

在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL中，用關(guān)系模型描述需求分析的具體流程，包括把E-R圖轉(zhuǎn)變成關(guān)系模型，然后定義數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)。本文將具體事件的關(guān)系進行抽象化表示，定義如下：

（1）Ai表示需要運輸?shù)牧悴考a；

（2）Bi表示運輸車輛代碼，Bi1表示運輸車輛載重，Bi2表示運輸車輛車長；

（3）Ci表示駕駛員代碼，Ci1表示駕駛員年齡，Ci2表示駕駛員的聯(lián)系方式；

（4）Ei表示報警故障代碼，F(xiàn)i表示故障排除指令代碼（其中 i=1, 2, ..., n）。

由運輸過程中存在的邏輯關(guān)系可知，一輛車Bi可以容納n個零部件Ai，并且Bi對應(yīng)唯一的Bi1和Bi2；一個駕駛員Ci只能駕駛一輛車Bi，并且Ci對應(yīng)唯一的Ci1和Ci2；一輛車Bi在行駛過程中對應(yīng)n條故障代碼Ei，一條故障代碼Ei對應(yīng)n條故障排除代碼Fi，直觀表示如圖4所示。

圖4 邏輯分析圖

根據(jù)上文確定的實體關(guān)系類型及邏輯分析，運用PowerDesigner軟件繪制MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫的E-R圖，信息之間的邏輯關(guān)系如圖5所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫的E-R圖進一步列出了MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)、類型、大小以及屬性等。運輸基本數(shù)據(jù)表見表1所列，運輸過程數(shù)據(jù)表見表2所列，其他數(shù)據(jù)表（包括車輛編號表、駕駛員編碼表、零部件ID表、故障代碼表等）與之類似，不再詳細列出。各數(shù)據(jù)表之間以運輸車輛ID為核心進行相互關(guān)聯(lián)。

圖5 MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫的E-R圖

表1 運輸基本數(shù)據(jù)表

表2 運輸過程數(shù)據(jù)表

2.3 服務(wù)器概述

根據(jù)汽車廠商監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)的總體設(shè)計，服務(wù)器是以5G通信網(wǎng)絡(luò)為載體完成車載終端與數(shù)據(jù)庫之間的通信，負責(zé)來自車載終端數(shù)據(jù)的存儲，并對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表進行寫入/寫出操作，更改數(shù)據(jù)庫中的信息，實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。汽車零部件運輸監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器上應(yīng)用軟件的具體工作包括以下內(nèi)容。

（1）零部件、車輛以及車輛駕駛?cè)藛T的匹配：為規(guī)范運輸，保證貨物安全，需在運輸開始之前對汽車零部件、車輛以及車輛駕駛?cè)藛T進行精準匹配。

（2）車輛運輸路徑的規(guī)劃：運輸路徑的規(guī)劃是服務(wù)器應(yīng)用軟件重要的工作內(nèi)容，合理的運輸路徑不但可以降低運輸?shù)挠唾M、人工費以及車輛折舊費等運輸成本，而且還可以縮短運輸時間，提高運輸效率，保證貨物準時送達。

（3）故障報警：運輸過程中，出現(xiàn)故障時，應(yīng)用軟件會對各類傳感器數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的故障信息目錄，智能找出故障原因并向運輸人員發(fā)送排除故障的方法。

3 結(jié) 語

本文系統(tǒng)闡述了基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車廠商監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，首先構(gòu)建了監(jiān)控系統(tǒng)的主體框架，從需求分析到功能分析、設(shè)計，詳細說明了系統(tǒng)的工作流程。在此基礎(chǔ)上，本文又進行了系統(tǒng)優(yōu)化，并給出了系統(tǒng)框架圖。之后，本文結(jié)合物流運輸?shù)倪^程構(gòu)造出數(shù)據(jù)庫流程圖及數(shù)據(jù)庫E-R圖，并定義了數(shù)據(jù)表。綜上所述，監(jiān)控系統(tǒng)改進策略主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）對以往監(jiān)控系統(tǒng)的硬件進行改進升級，并對監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能進行優(yōu)化，通過硬件升級及系統(tǒng)優(yōu)化，使得監(jiān)控過程的信息收集更為全面，可視化程度有所提高；

（2）5G模塊的通信速率、帶寬、連接密度以及網(wǎng)絡(luò)融合性等方面相比GPRS通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢明顯，具有廣闊的發(fā)展前景；

（3）對以往傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行重新設(shè)計與整合，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫整體架構(gòu)、更新并細化數(shù)據(jù)采集過程，整理繪制出數(shù)據(jù)庫E-R圖，并重組部分數(shù)據(jù)表。