基于物聯網技術的氣象物資在線管理應用

張葉杰，張婷，馮婉悅，殷星晨

新疆維吾爾自治區氣象技術裝備保障中心，新疆 烏魯木齊 830000

0 引言

隨著氣象世界高質量發展，大批量的氣象設備投入業務運行中，其中包含了八大類設備：自動氣象站、新一代天氣雷達、L波段探空雷達、GPS/MET水汽觀測站、閃電定位儀、自動土壤水分儀、大氣成分觀測設備，有效地管理氣象條件和確保及時供應至關重要。實施氣象裝備全生命周期管理，實現了各類氣象裝備終身采購、供應、儲存和處置跟蹤，是氣象裝備供應現代化升級的迫切需要。

信息化技術的不斷發展，物聯網技術被廣泛應用到各行各業，物聯網的關鍵是通過信息化技術，搭建起與物品之間的智能化、自動化管控，實現對設備的信息實施提取、整合和運用，給物資提供對應局域互聯網，促使裝備物資倉儲管理向智能化發展[1-2]。

本文通過介紹線上氣象物資庫存管理、出入庫登記、采購管理、設備條碼等功能，實現氣象物資在線實時跟蹤管理，將采購、檢定、維護維修、報廢中涉及氣象物資的環節整合，利用物聯網技術，實現氣象物資智能化和科學化管理。

1 物聯網技術概述

1.1 物聯網簡介

物聯網（Internet of Things，IoT）是指通過信息傳感設備，按約定的協議，將任何物體與網絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能。

1.2 物聯網架構模式

物聯網的主要特點就是對周圍世界實現“可知、可思、可控”的目的；其中可知就是感知；可思就是自身判斷中的智能化；可控就是及時影響外界。另外，物聯網這三個特點恰好同結構中的業務層、網絡層和應用層這三個層次一一對應。

1.2.1 業務層

業務層的作用就是對應用層信息進行應答，通過傳感器、RFID、條形碼等相關載體對物體相關的信息實現智能化感知、定位及識別。該層次對相關技術的應用主要涵蓋有自動識別、傳感器和定位等方面的技術[3]。

（1）自動識別技術。主要是借助于特定設備自動獲取到物品信息，并向計算機系統提供對應信息的一種處理技術。在自動識別技術的基礎上，通過物聯網可對每個物品進行有效標記和識別，進而實時更新對應的數據信息。自動識別技術是物聯網的基石，也是實現信息共享的重要組成部分。

（2）傳感技術。主要是將自然信源的模擬信號轉為化數字信號，進而對信息實現量化的一種技術。通過傳感器采集到的信息包含有物理世界中的物理量，生物量和化學量，且直接對識別這些信號在當前還不能實現，在將其轉化后數字信號后才能被識別。

1.2.2 網絡層

網絡層包括有互聯網、無線通信網、有線網和專用網絡，可對業務層獲取到的信息進行傳輸和處理。在網絡層的作用下，可確保兩個端口系統間數據的透明性、高安全性和高可靠性水平，具體功能含有尋址、路由選擇、保持和終止等。

1.2.3 應用層

應用層主要是結合行業實際需求，向用戶提供對應接口，包含有對平臺子層和應用服務子層進行支撐的接口。在物聯網應用層的基礎上，可實現不同行業、應用及信息間的共享和互通，以充分發揮出互聯網真正的智能。

2 物資管理系統設計研究

2.1 系統設計原則

2.1.1 始終堅持簡潔性原則

該原則的實現需對系統界面風格進行統一管理，最好保證具有簡單、明快的特征，將沒有必要顯示的內容或操作步驟省略掉，以對輕松、愉快的使用氛圍積極進行營造，確保用戶對管理系統進行輕松愉快地使用，并將業務體驗作為重點。

2.1.2 遵循可擴充新原則

在設計系統的過程中需保證方法的科學合理性水平，根據當前軟件支持環境應用現狀，將管理系統未來發展趨勢進行全面考慮。與此同時，在開發軟件相關功能時，還要將準備、計劃過程中的擴充和開發準備工作做好。另外，在對硬件支持環境進行選擇時需要考慮到擴充中的成本費用，始終將其控制在用戶接受的范圍內。

2.1.3 落實模塊化原則

系統設計完成后，為保證系統具有可增長性水平，應將系統的維護和管理工作考慮進去。因此，要將不同模塊進行有效組合，并將其作為整體納入到當前的結構系統中來[4]。與此同時，在模塊整合時，應使其與低耦合、高內聚的要求相符，并根據用戶實際需求，對模塊進行合理增減調整，保證為用戶提供的數據接口具有多樣化特征。

2.2 需求分析

為了保證軟件服務中的穩定性和安全性水平，需要做好以下幾方面的工作。

（1）在對網絡通信、軟件系統和硬件設備進行開發構建的過程中，數據連接需在TCP/IP協議的支持下完成。在物聯網技術的基礎上能否對后臺軟件進行有效管理和應用則是氣象物資在線管理的重點工作。因此，選擇TCP/IP協議可確保向用戶提供的數據通信具有較高的可靠性水平。

（2）因氣象物資種類豐富，在信息采集中有一定難度。此時需要應用到RFID讀寫設備，方便系統對電子標簽信息進行自動生成，并對物資管理操作流程不斷簡化，增強采集氣象物資信息的準確性和有效性水平。

（3）保證數據安全、完整。在對RFID讀寫設備進行引入時，用戶可隨時恢復、插入或刪除電子標簽讀寫操作中的數據信息，該過程會影響數據的安全性水平。通過設計加密驗證功能，可防止他人惡意篡改數據信息，確保數據的真實性和完整性。

2.3 系統設計

將物聯網技術應用到氣象物資管理中，重要應用到的技術有三種：一是傳感器技術；二是RFID標簽；三是嵌入式技術。總體設計就是將氣象設備的各類模擬信號變成數字信息。典型體系框架分為感知層、網絡層和應用層。基于物聯網技術的氣象物資管理系統主要包括用戶管理、物資管理、耗材管理、標簽管理、出入庫報表、系統維護等功能。

（1）應用層。采用Java編程技術和J2EE技術架構，以網站為中心的B/S模式采用TCP/IP和HTTP傳輸協議，將共享瀏覽器作為網站客戶端的軟件，使系統與用戶之間能夠產生媒介互動，主要是為了控制計算機和讀寫設備，以便用戶和系統之間進行有效的對話。而且，各種應用層的接口都可以提供，這樣的功能條件就可以便于氣象設備管理工作人員和相關登錄人員的應用。不僅如此，這個應用層接口眾多、界面豐富，很具備智能化，使用的人員能夠明確定位和識別、管理等。

（2）網絡層。這包括兩個主要部分：連接局域網和連接無限網。有了該系統的支持，就可以實現使用計算機和讀寫工具對管理系統中的資源進行統一訪問。

（3）業務層。使用設備自身條碼和手持式標簽機形成二維碼標簽。這個模塊的功能具備有對物料進行登記和物料分類，也有讀寫功能和快捷識別用戶的功能。

（4）數據層。利用SQL Server數據庫，實現設備基礎信息添加、查詢、分析等，這是一個不同類型的數據庫集合，旨在提供來自不同來源的數據，以滿足用戶的多種需求。一般來說，放在這一級的資料庫主要包括交易紀錄及處理方法資料庫、商品資料庫、電子標簽及使用者資料庫[5]。

3 氣象物資在線管理

通過氣象物資在線管理，按照各類設備分類編碼，實現裝備在線流轉，包括采購、入庫、出庫、送檢、維修、報廢等，業務流程如圖1所示。

圖1 裝備動態管理流程圖

3.1 設備編碼

系統可根據觀測設備的不同類型、不同生產廠商、不同觀測項目生成唯一的34位設備條碼并生成與之匹配的二維碼對設備進行身份綁定。

3.2 出入庫管理

利用設備條碼識別入庫，記錄在用和備用采購、調撥或修復后的種類、型號、數量的清點、登記、核對。其中二維碼是每個設備的唯一標識，通過單品條碼，實現在線修改出入庫單、提交出入庫單、確認出入庫、新建出入庫單、庫存查詢、打印輸出、合同登記、采購預算等功能。

3.3 倉儲管理

在線建立庫房如圖2所示，在每個庫位建立設備清單，其中入庫跟合同關聯，調撥入庫跟調撥出庫單關聯；送檢和送修與兩個機構物資進行出入庫關聯；根據單據狀態查看庫中設備存儲狀態，通過盤點入庫可對倉庫中的物資信息進行對賬，實時查詢物資流轉情況和儲備情況[6]。

圖2 倉庫管理信息

3.4 報廢管理

該功能需錄入報廢設備唯一的身份編碼加上報廢審批相關文件進行報廢申請，讓報廢流程更加規范。

4 物聯網技術在氣象物資在線管理中的應用

現階段，物聯網在理論研究和實際技術應用不斷發展成熟，通過物聯網可對相關業務流程實現全面感知、安全傳輸和智能化處理，可確保資源使用效益和物流管理水平得到大幅度增強。基于物聯網技術的氣象物資在線管理的主要優勢如下。

4.1 優化倉儲運作流程

氣象物資管理流程包含有入庫、出庫和盤點。在入庫管理中，因氣象物資上鑲嵌有RFID標簽，借助于編碼識別感應器后，系統可對該批氣象物件進行自動讀取，并形成到貨記錄。驗貨人員通過比對到貨記錄與訂貨單，進而對接收入庫情況進行判斷；出庫管理中，在RFID技術的基礎上不再逐一近距離掃碼，可對庫存量和貨物庫存信息進行更新，為定位和分揀物資提供便利；在物資盤點中，可在物資定位基礎上保證盤點的精確性和快速性水平，降低人工盤點中費時費力的弊端，增強了盤點效率和準確性水平。

4.2 降低庫存成本

為了確保氣象部門相關工作的順利開展，在庫存管理中應保證庫存的安全性、準確的訂貨時間和訂貨量。在物聯網技術的基礎上，可對氣象產品進行動態查詢、跟蹤和監測，還能為原材料的入庫提供方便。另外，還能對產品庫存和原材料消耗狀況進行了解，進而評估下次訂貨時間和訂貨量。這種方法可確保氣象部門始終保持最佳的經濟庫存量，降低占用資金的情況出現。

4.3 提升服務質量

通過物聯網技術，可對氣象部門的庫存變動情況進行查詢和統計，提升庫存管理的透明性水平，增強客戶滿意度水平；還可以對問題產品的原材料來源及加工流程進行查詢，以鎖定產品問題原因。另外，還能整個庫存管理中的入庫、出庫和庫內管理的機械化進行實現，增強了氣象部門庫存管理效率。

4.4 加強儲備供應管理

倉儲管理是實現供、檢、修一體化的基礎工作，只有科學合理的進行倉儲管理，實時跟蹤備品備件狀態，才能高效實現氣象保障工作。引入物聯網技術，利用二維碼編碼方法和射頻識別技術，讓盤點工作通過掃描，開展多級庫存記錄模式，讓定期盤點和不定期盤點有機結合，使得庫存信息實時同步，保障數據信息的一致性。對于庫存信息的把握，可作為應急保障和備品備件儲備的有效分析依據，通過監視設備檢定周期，可以合理安排送檢儀器。

5 結語

以后勤保障技術為基礎的氣象物資管理系統，使預備隊補給作業簡單易行，具有明確的模塊化和擴展性特點，這對于現行管理人員通過系統信息，有效監控、管理、定位、跟蹤、識別氣象物資，規范了所有物資的編碼規則，讓系統中的物資數量與倉庫物資數量實時一致，實現了裝備全生命周期的編碼信息動態管理，提高了氣象裝備管理信息化水平，也為科學配置備件，處置備品備件提供了科學依據。