基于北斗衛(wèi)星定位和RFID射頻識(shí)別技術(shù)遠(yuǎn)距離高海拔運(yùn)輸車輛跟蹤系統(tǒng)研究

甄 強(qiáng)，邱明月，陳志鵬，劉 冬，劉 孚，于曉晴

（中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司，北京 100024）

0 引言

工程建設(shè)中的物料品目眾多，企業(yè)追求運(yùn)輸、檢驗(yàn)、倉儲(chǔ)管理的高效率與低成本，如何解決管理逐步細(xì)化與效率、成本之間的相互制約，實(shí)現(xiàn)有效的精細(xì)管理，并兼顧高效率、低成本是企業(yè)亟待解決的問題，特別是在遠(yuǎn)距離高海拔地區(qū)的建設(shè)項(xiàng)目，運(yùn)輸車輛的軌跡跟蹤和運(yùn)輸貨物的檢驗(yàn)、入庫倉儲(chǔ)等問題更加突出。隨著數(shù)字化技術(shù)逐步成熟，本文提出應(yīng)用RFID技術(shù)作為貨物品目識(shí)別分類管理、北斗定位技術(shù)作為車輛跟蹤二者相融合的解決方案，實(shí)現(xiàn)物料跟蹤、記錄、存儲(chǔ)和追溯產(chǎn)品的物流信息，實(shí)時(shí)跟蹤和追溯查詢，降低物料非預(yù)期性損失，有效解決物料信息的滯后性和可靠性問題，并提高生產(chǎn)運(yùn)行效率。

1 工程概況

西藏博物館改擴(kuò)建項(xiàng)目位于拉薩市，由老館區(qū)、展覽區(qū)、技術(shù)辦公區(qū)、文物研究中心、庫區(qū)組成，整個(gè)建筑具有鮮明的民族特色。西藏地區(qū)海拔較高，施工物資匱乏，大型機(jī)械和設(shè)備如大型塔式起重機(jī)、外用電梯、室內(nèi)電梯、扶梯等，大宗材料如鋼結(jié)構(gòu)、石材、鋼筋、模板、機(jī)電材料均需從其他省市如四川、重慶、青海等加工制作。其他省市至西藏目前暫無全程高速道路，只能通過現(xiàn)有的國道G317，G318等進(jìn)行運(yùn)輸，儲(chǔ)運(yùn)管理工作特別是出庫、運(yùn)輸、收貨、物流管理成本非常高，物料運(yùn)輸困難。

對(duì)于多數(shù)高海拔地區(qū)，如青藏高原地區(qū)，由于地理?xiàng)l件限制造成物料資源匱乏，很多主材和機(jī)械均需從內(nèi)地進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，一方面，物料運(yùn)輸時(shí)間和距離被拉長(zhǎng)，對(duì)成本和工期的不確定性影響很大，呈非線性增長(zhǎng)；另一方面，青藏地區(qū)本地加工能力弱，很多物料需從內(nèi)地提供半成品，如果運(yùn)抵的半成品不齊全或不達(dá)標(biāo)，一旦返廠會(huì)對(duì)工期造成很大的影響。因此，需對(duì)遠(yuǎn)距離高海拔運(yùn)輸物料的過程實(shí)時(shí)追蹤，掌握運(yùn)輸車輛運(yùn)送狀態(tài)及物料信息，以便合理安排工程施工進(jìn)度[1]。

為保證項(xiàng)目在合同約定時(shí)間內(nèi)按質(zhì)按量完成各分部分項(xiàng)工程施工任務(wù)，物資保證是重中之重。針對(duì)材料、機(jī)械的遠(yuǎn)距離高海拔運(yùn)輸問題，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)車載監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分，實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星定位、RFID數(shù)據(jù)讀寫；北斗衛(wèi)星定位接收模塊采集地理位置信息，RFID射頻識(shí)別模塊記錄貨物數(shù)量信息，將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過通信模塊傳輸至監(jiān)控中心的服務(wù)器和用戶移動(dòng)設(shè)備上，進(jìn)行車輛和貨物的跟蹤與查詢。動(dòng)態(tài)掌握長(zhǎng)距離運(yùn)輸中的車輛位置，便于掌握關(guān)鍵路線的施工進(jìn)度，并可實(shí)時(shí)跟蹤材料運(yùn)輸情況，有效調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工。

2 研究重難點(diǎn)

2.1 出庫信息檢索核實(shí)

物料出庫前必須對(duì)物料進(jìn)行準(zhǔn)確辨別選擇。建筑材料種類非常多，用量也很大，建筑方為降低物流成本，通常會(huì)對(duì)部分信息只做類別區(qū)分，承運(yùn)方在配貨裝載時(shí)效率低下，甚至出現(xiàn)配貨錯(cuò)誤、地址混淆的狀況，給日常管理工作帶來很多困難。

1）物資進(jìn)貨入庫、領(lǐng)料出庫等流轉(zhuǎn)信息依靠紙質(zhì)件記錄和傳遞信息，采用紙制臺(tái)賬記錄物品的進(jìn)出，然后再由人工將信息輸入物資管理信息系統(tǒng)。

2）倉庫所有物資的盤點(diǎn)記錄、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表及單據(jù)制作均由手工完成，倉庫內(nèi)物資存放缺乏儲(chǔ)位管理，出入庫易發(fā)生混亂。

3）大量的倉庫信息靠人工收集，采用紙質(zhì)記錄，不易保存，易破損丟失，查詢困難，工作質(zhì)量和效率完全依賴人的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心，信息質(zhì)量無法做到一貫的品質(zhì)保證。

4）管理信息時(shí)效性差，如物資出入庫的信息靠紙質(zhì)件記錄傳遞，信息無法實(shí)時(shí)在物資管理信息系統(tǒng)中記錄和更新，日積月累造成混亂，無法實(shí)現(xiàn)賬實(shí)一致，管理層無法及時(shí)掌握倉庫物資入庫、出庫及在庫情況，從而無法依據(jù)精確的庫存信息進(jìn)行有效管理決策。

5）無有效儲(chǔ)位管理，倉庫信息零散，非系統(tǒng)化，造成管理隔斷，物資查找盤點(diǎn)困難，且需花費(fèi)大量時(shí)間，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集和處理效率低下，影響工作效率。

2.2 儲(chǔ)運(yùn)進(jìn)度與接收質(zhì)量控制

傳統(tǒng)物料儲(chǔ)運(yùn)模式下，儲(chǔ)運(yùn)過程管理基本是相關(guān)部門通常通過電話與儲(chǔ)運(yùn)單位司機(jī)核實(shí)運(yùn)輸進(jìn)度，并適時(shí)對(duì)物料情況進(jìn)行核對(duì)，一旦發(fā)現(xiàn)物料有誤，管理部門通常是事后把關(guān)，給工程施工埋下安全隱患。

1）對(duì)地理位置特殊、環(huán)境惡劣的地點(diǎn)，產(chǎn)品的掌控力度將大大減弱，無法確保產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用性能。

2）信息時(shí)效性差，不能及時(shí)有效收錄到達(dá)貨物的詳細(xì)內(nèi)容，需進(jìn)行篩選并核實(shí)，造成施工進(jìn)度延遲。

3）不能及時(shí)了解當(dāng)?shù)氐奶厥猸h(huán)境，易造成產(chǎn)品損耗，甚至影響工程進(jìn)展。

4）缺少專業(yè)測(cè)量設(shè)備，會(huì)降低貨物的使用性能，對(duì)后期工程項(xiàng)目的安全性及質(zhì)量保證埋下隱患。

5）由于供需方之間信息不對(duì)稱，雙方之間的合作具有不穩(wěn)定性，因而，對(duì)儲(chǔ)運(yùn)物料的質(zhì)量檢測(cè)工作尤為重要。

2.3 特殊地理環(huán)境

高海拔地區(qū)對(duì)車輛及運(yùn)輸材料的影響很大，特殊地理環(huán)境及極端天氣狀態(tài)下造成的問題非常明顯。

1）車輛高原空氣稀薄，低排量發(fā)動(dòng)機(jī)易出現(xiàn)“缺氧”燃料不足情況；真空助力制動(dòng)性能下降；溫度較低，機(jī)油及冷卻液易上凍；高原路況較差，易對(duì)車輛造成損壞。

2）物料在極端天氣下，物料的應(yīng)用性能減弱，如高原偏僻地區(qū)，人跡罕至，物資較匱乏，所以使用的物料大多以半成品狀態(tài)運(yùn)輸至工程現(xiàn)場(chǎng)，原材料對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂蜻m應(yīng)性會(huì)大大降低，縮短使用壽命；如遇極端氣候，物料的應(yīng)用安全性將降低，不能有效收錄信息，原材料匆促應(yīng)用會(huì)造成重大安全隱患；如果材料在運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，發(fā)現(xiàn)材料達(dá)不到使用要求，將會(huì)造成往返的經(jīng)濟(jì)支出，造成不必要的財(cái)力浪費(fèi)。

3 北斗定位技術(shù)和RFID射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

1）北斗定位技術(shù)是基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成，由空間段、地面段和用戶段三部分組成。該技術(shù)可提供高精度、高可靠性的定位、導(dǎo)航等功能，并具備通信能力，能夠在高海拔區(qū)域進(jìn)行導(dǎo)航、定位和授時(shí)功能。定位精度能夠達(dá)到分米、厘米級(jí)別，物料配貨車輛配備北斗定位模塊，使管理者隨時(shí)掌握車輛運(yùn)行狀態(tài)。

2）射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，由感應(yīng)標(biāo)簽和讀寫裝置組成。其工作原理是帶有標(biāo)簽的物料進(jìn)入磁場(chǎng)中，接收解讀器向外發(fā)送射頻信號(hào)，其信號(hào)中存儲(chǔ)有運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品信息，也可由標(biāo)簽發(fā)送確定頻率的信號(hào)，解讀器通過解碼后將信息傳送到中央信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

本項(xiàng)目基于超高頻建筑物理信息寫入電子標(biāo)簽中，通過對(duì)電子標(biāo)簽識(shí)別，實(shí)時(shí)采集在高海拔遠(yuǎn)距離運(yùn)輸中的物資出庫入庫信息，便于對(duì)每個(gè)構(gòu)件的管理查找，結(jié)合智能監(jiān)控系統(tǒng)還可進(jìn)行可視化管理，從而實(shí)現(xiàn)物資運(yùn)輸及出入庫時(shí)的自動(dòng)分配，提升管理效率。

4 研究過程及項(xiàng)目應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)基本組成

物料追蹤系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)按功能角色劃分為4個(gè)模塊，包括司機(jī)端、倉儲(chǔ)端、質(zhì)檢端、施工端。這4個(gè)模塊作為前端信息采集并與后端服務(wù)連接。

本項(xiàng)目的施工材料場(chǎng)內(nèi)外可視化追蹤系統(tǒng)包括終端App和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)兩部分。應(yīng)用了B/S結(jié)構(gòu)、混合開發(fā)等技術(shù)。終端App包括司機(jī)端、倉儲(chǔ)端、質(zhì)檢端、施工端，能夠?qū)ω浳锪鞒踢M(jìn)行控制和信息提交。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)包括用戶管理、權(quán)限管理、公司管理、車輛管理、物料管理、模型管理等模塊，能夠?qū)ο到y(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析。

4.2 系統(tǒng)主要功能

由貨物管理員發(fā)起，在系統(tǒng)中添加貨物，貨物裝車操作，管理員將貨物綁定指定車輛。司機(jī)登錄App后先進(jìn)行綁定車牌，然后掃描二維碼發(fā)車，經(jīng)過途經(jīng)點(diǎn)再次掃描二維碼并填寫備注，多次掃描二維碼以更新位置信息。當(dāng)貨物到達(dá)目的地后，點(diǎn)擊提醒驗(yàn)收，確認(rèn)貨物到達(dá)，貨物驗(yàn)收進(jìn)入施工流程。通過管理員、司機(jī)、施工員、質(zhì)檢員的參與，實(shí)現(xiàn)以下功能。

1）實(shí)現(xiàn)對(duì)出場(chǎng)物料的信息錄入、跟蹤、監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、分析，如圖1所示。

圖1 物料及運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)信息

2）實(shí)現(xiàn)對(duì)公司車輛信息的管理，包括信息錄入、狀態(tài)監(jiān)控等，如圖2所示。

圖2 車輛統(tǒng)計(jì)信息

3）實(shí)現(xiàn)對(duì)物料生產(chǎn)廠家的管理。

4）實(shí)現(xiàn)對(duì)物料運(yùn)輸過程中位置信息的監(jiān)控，采用二維碼掃描動(dòng)態(tài)錄入位置信息，在App中更新，如圖3所示。

圖3 手機(jī)App更新貨物位置

5）實(shí)現(xiàn)對(duì)物料施工狀態(tài)的監(jiān)控；管理端首頁展示建筑模型，左上角可以選擇差異化顯示編號(hào)，選擇之后點(diǎn)擊后面的按鈕可看到此編號(hào)對(duì)應(yīng)的模型位置，點(diǎn)擊查看已完成的構(gòu)件可查看當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)所有已完成的構(gòu)件顯示出的效果，如圖4所示。

圖4 管理端首頁

6）接入BIMFACE平臺(tái)，可對(duì)模型進(jìn)行狀態(tài)顯示。

為保證應(yīng)用的實(shí)施效果，項(xiàng)目制定多項(xiàng)施工管理制度，設(shè)計(jì)物料追蹤管理組織架構(gòu)，明確各參與人的職責(zé)。對(duì)特定類型材料，如鋼結(jié)構(gòu)等的運(yùn)輸過程進(jìn)行追蹤，整合數(shù)據(jù)以輔助決策，指導(dǎo)具體施工過程。

通過對(duì)決策的信息支撐，有效減少施工材料不能及時(shí)就位造成的工期延誤問題。通過時(shí)空等維度對(duì)施工的精準(zhǔn)指導(dǎo)，減少安裝錯(cuò)誤和二次搬運(yùn)等問題，節(jié)省成本。該系統(tǒng)信息有良好的數(shù)據(jù)共享與效果表達(dá)。

5 結(jié)語

北斗車輛定位系統(tǒng)與RFID識(shí)別技術(shù)的結(jié)合，具有高性能、高精度、低成本、可推廣應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。RFID可非接觸讀取數(shù)據(jù)，與其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)相比，還具有攜帶數(shù)據(jù)量大、信息處理速度快、保密性高、識(shí)別距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。RFID具有很強(qiáng)的環(huán)境適用性，抗干擾能力強(qiáng)，可在全天候下使用，幾乎不受惡劣環(huán)境的影響，同時(shí)還可避免機(jī)械磨損。RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)還可滿足多用途的要求，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別，系統(tǒng)可靠性高，操作方便快捷。北斗定位技術(shù)實(shí)施簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程高原地區(qū)運(yùn)輸車輛狀態(tài)全程跟蹤，提升安全管理力度。運(yùn)用北斗車輛定位結(jié)合RFID射頻識(shí)別技術(shù)組成的物料運(yùn)輸系統(tǒng)最大限度實(shí)現(xiàn)物料流程管理及貨物管理的精細(xì)化，且人工干預(yù)情況少，提高儲(chǔ)運(yùn)效率從而降低成本。