利用北斗的物流信息監管系統設計研究

張政治

利用北斗的物流信息監管系統設計研究

張政治

（中國人民解放軍61920部隊，成都 610505）

針對當前物流信息服務難以較好滿足客戶多樣化、特定化需求的現狀，介紹利用北斗位置服務、短報文通信以及集團管理功能設計物流信息監管系統。該系統主要包括前端采集設備和中心監控管理平臺，通過監測分析車輛和貨物的實時狀態和參數，實現物流信息的有效管理和發布，為貨物的安全、可靠、及時運輸提供有力支持。

北斗；物流；監測

0 引言

2020年7月31日，北斗三號全球衛星導航系統正式開通，開啟造福人類的新篇章。中國北斗選擇了符合國情的“三步走”戰略，采用了獨特“混合”星座，同時北斗的“一體化”設計體現獨特的“中國智慧”。另外，北斗三號全球系統還可提供衛星增強、國際搜救、精確單點定位、地面增強等多樣化服務，更好地滿足用戶多樣化需求。屬于北斗的“全球時代”已經到來，如今，北斗系統已經應用到各行各業，走進千家萬戶，像水電一樣，已經成為人們日常生活中不可或缺的必需品，無處不在，觸手可及[1]。去年新冠肺炎疫情阻擊戰中，北斗的貢獻也是有目共睹。北斗系統與新一代5G移動通信、區塊鏈、物聯網、人工智能等新技術碰撞融合，構建以北斗時空信息為主要內容的新興產業生態鏈，推動生產生活方式變革和商業模式不斷創新，將創造出巨大的經濟效益和社會效益。

當前社會經濟的飛速開展，制造業、商業和企業的范圍不斷擴展，產品、原料大量需求，其物流量也在不斷增大，行業信息化要求越來越高。同時，客戶對配送時間、過程監視、貨物狀況等需求也越來越多，尤其是部分貨物存在超重、超高、超大不可解體等情況，在運輸上存在較多困難。當前各物流公司采用的各類在線物流調度管理平臺功能相對簡單，比如無法監視貨物的震動、跌落、溫濕度等信息和物流車超速、不按規劃路線行駛等情況。本文研究基于北斗的物流信息監管系統設計，能夠為車輛監控、貨物跟蹤、狀態查詢、實時通信等物流信息服務提供通用解決方案[2]。

1 系統架構

一般情況下，行業領域應用北斗的系統可分為前端采集、傳輸網絡以及中心監控管理三個部分。系統架構如圖1所示[3]。前端采集由涵蓋無線網絡的一體化監控設備（包括北斗定位模塊、專業傳感器和無線通信模塊）和智能手機（包括APP軟件）構成，或者基于北斗衛星的一體化監控設備，可用于邊遠地區無線網絡信號覆蓋不全的區域。數據傳輸由無線通信網絡承擔，無線網絡一體化監控設備通過GPRS網絡實現前端采集信息的傳輸，若選用衛星的一體化監控設備，數據傳輸通過北斗衛星實現。中心監控管理平臺實時接收物流車輛所載一體化監控設備和智能手機回傳的位置信息、傳感器數據以及運輸車輛所載定位跟蹤器回傳的位置數據并存儲，對物流車輛和運輸車輛位置進行地理信息系統（Geo-Information System，GIS）疊加顯示；通過數據分析實時進行物流車輛停止、超速、震動過激、超出預定路線（電子圍欄）告警，完成對物流車輛的監視控制；通過數據分析實時進行運輸車輛超出預定路線（電子圍欄）告警，完成對運輸車輛和駕駛員的監管。

圖1 系統架構

2 前端信息采集構架

2.1 設備組成

前端主要是車載無線網絡一體化監控設備，具體設計如圖2所示。其中，控制模塊是監控設備的中心處理器，能夠采集北斗定位模塊的定位數據，采集震動傳感器的震動數據，并將采集數據按一定格式通過移動通信模塊發送至監控管理中心。在無線信號覆蓋不到的邊遠地區，可設計采用北斗RDSS傳輸服務，實現通信聯絡暢通[4]。

圖2 無線網絡一體化監控設備結構

智能手機利用自帶北斗定位模塊或Android客戶端軟件（GPRS定位），獲取位置數據并上報，具備實時報警提示功能。手機APP作為一個數據采集設備，能夠提供車輛出發、車輛到場簽到的功能，車輛出發之后APP會采集位置信息并且上報到服務器，車輛到場簽到后停止上報，過程中對車輛行駛速度進行計算。

震動傳感器及定位跟蹤器綁定安裝在貨物上，震動傳感器根據特殊環境需要可以拓展為氣壓、溫濕度等傳感器；定位跟蹤器實時接收北斗衛星信號，完成定位解算，要求體積要盡可能小，具備獨立供電能力，能夠隱蔽安裝在運輸設備中。

2.2 主要功能

前端信息采集設備的主要功能是通過專業數據傳感器和導航芯片采集車輛運行數據，并將實測數據以有線方式匯聚到數據采集與通信控制器，由數據采集控制器對數據進行統一處理和通信打包，再通過地面無線（或衛星）通信模塊發送至管理中心，并接收管理中心信息告警提示等控制指令[5]。其中各類信息采集和上報的頻次可根據客戶需求定制，實現個性化服務。

2.3 工作流程

前端信息采集工作流程可以概括為監測信息采集、預處理以及傳輸三個方面[6]。各類傳感器對車輛運行和貨物運輸信息進行實時監測，采集數據質量是完成工作流程的最關鍵一步；數據采集和通信設備對采集的數據完成打包、編碼等預處理，編制傳輸格式，預處理需要用到專業軟件和硬件，這步是為傳輸做準備；數據傳輸即通過地面無線網絡（或北斗衛星）將預處理后的數據發送至監控管理中心。

3 中心監控管理平臺架構

3.1 設備組成

中心監控管理平臺主要由各類服務器、監控管理終端、路由器以及防火墻組成，如圖3所示。監控管理中心可配備北斗指揮型用戶機，實現通過北斗RDSS鏈路對前端監控設備的通信傳輸管理。其中，接入服務器、數據庫服務器、應用服務器、監控管理終端通過以太網交換機連接，組成一個局域網；北斗指揮型用戶機通過串口服務器連接在該局域網內[7]。

接入服務器安裝通信接入軟件，實時通過無線通信模塊接收前端數據，并實時轉發至數據庫及各種應用平臺。當采用北斗RDSS傳輸時，實時接收北斗鏈路的數據采集。

圖3 監控管理中心結構圖

數據庫服務器，實時存儲物流車輛駕駛員所持手機定位數據、物流車輛所載一體化監控設備的位置數據、運輸車輛位置數據、貨物的震動數據、溫度、壓力等數據。

監控管理終端安裝車輛監控管理軟件，與應用服務器的應用服務軟件構成C/S模式，實現對公司所有物流車輛和運輸車輛基于地圖的實時監控管理。

3.2 主要功能

主要完成對車輛和貨物位置信息的監控，融合物聯網、數據庫、地圖信息，為公司和客戶提供準確的監管服務[8]。任務功能模塊圖如圖4所示。具體實現以下功能：

（1）通過地面無線網絡或北斗衛星鏈路（可選）自動接收前端物流車輛手機APP和定位設備上傳的位置數據，并數據庫存儲；

（2）通過地面無線網絡自動接收前端運輸車輛定位跟蹤器上報位置數據，并數據庫存儲；

（3）在地圖上對運輸車輛位置分別描點，繪制出行駛線路軌跡，進行線路軌跡比對，不同項目或不同設備產品描點顏色可自定義；

（4）分析物流車輛位置信息，如車輛異常行駛或超限行駛，進行告警，調度人員會根據情況聯系物流車輛；

（5）獲取車輛調度信息，實現車輛信息和車隊分組信息管理，如車牌、司機、手機號、車輛狀況、維護人員等信息可以錄入和查詢；

（6）對行程、時間、距離、速度等信息和在途位置、速度等指標統計形成表報資料，定時上傳至指定郵箱。

圖4 功能模塊圖

3.3 工作流程

中心監控的工作流程可以概括為數據接收、存儲和監視、告警處理和控制指令處理三個方面。監控系統自動接收無線網絡（或北斗衛星）轉發的前端點發送的各種信息，提取前端點數據，按任務需求將數據轉換為不同格式，提供軟件監控顯示、數據庫存儲。在監控系統發現異常時能夠產生聲、光告警，在存入日志數據庫的同時，實時展示在監控信息顯示界面上。根據任務需求，監控系統可以向前端一體化監控設備發送控制指令；前端點在收到控制指令后執行完畢會發送回執，向監控系統匯報執行結果。

4 結束語

本文物流信息監管系統設計合理，相關軟硬件技術成熟，實現工藝簡單。在系統作用發揮上，能夠作為現有物流調度管理平臺的有益補充，滿足特定客戶的對物流信息服務的需求。該系統可以在物流和其他運輸行業推廣，尤其是邊遠地區無線信號覆蓋不全的區域，但是需要批量生產以控制成本。

[1] 吳海玲，高麗峰，汪陶勝，等. 北斗衛星導航系統發展與應用[J]. 導航定位學報，2015，3（2）：1-6.

[2] 中華人員共和國交通運輸部. 道路運輸車輛衛星定位系統平臺技術要求：JT/T 796-2011[S]. 北京：人民交通出版社，2011：2-9.

[3] 楊勝斌，賈磊，賀振華. 基于北斗的移動目標信息化管理系統設計與實現[C]. 衛星導航定位與北斗系統應用2016——星參北斗位聯世界，2016.

[4] 張政治. 利用BDS的河流水質監測系統建設[J]. 導航定位學報，2016，4（4）：112-116.

[5] 鄒浜，周文勝，王偉權，等. 基于RTK/VRS技術的車輛智能監控管理平臺的設計與實現[J]. 全球定位系統，2014，39（6）：77-81.

[6] 張霞，陳豪，李劍，等. 湖北省BDS高精度位置服務平臺設計[J]. 導航定位學報，2016，4（4）：77-80.

[7] 李飛，孫軒，馬春紅. 導航與位置服務平臺的設計與實現[J]. 地理空間信息，2014，12（5）：38-40.

[8] 楊勝斌，賈磊，賀振華. 基于北斗的物流信息化管理系統方案設計與實現[J]. 數字通信世界，2016.

Research of Transport Message Monitoring System Based on BDS

ZHANG Zhengzhi

Aiming at the current situation that service of transport message doesn’t satisfied custom’s variegated and special need, a device of transport message monitoring system using BDS’ positioning, short message and group manager function is introduced. The system includes front monitoring point and center monitoring system, which realizes transport message’s effective managing and publishing by monitoring and analysing transport’s real-time status and parameter. The system can provides decision-making for safe, reliable and timely transport goods.

BeiDou Navigation Satellite System; Transport; Monitoring

P228

A

1674-7976-(2021)-06-420-04

2021-04-19。

張政治（1982.06—），遼寧營口人，碩士，高級工程師，主要研究方向為衛星導航與應用。