中郵通建設(shè)咨詢有限公司 技術(shù)發(fā)展中心 周 亮

“互聯(lián)網(wǎng)+”下的智慧物流

中郵通建設(shè)咨詢有限公司 技術(shù)發(fā)展中心 周 亮

本期開始，本刊將陸續(xù)刊登獲獎學(xué)術(shù)論文，供廣大讀者賞析品鑒。本期將為大家刊登榮獲一等獎的三篇學(xué)術(shù)論文。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大趨勢下，針對于傳統(tǒng)的物流車輛管理模式，設(shè)計(jì)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)平臺，采用民用GPS（全球定位系統(tǒng)）定位技術(shù)、傳感器技術(shù)，將車輛的位置信息、車況信息等數(shù)據(jù)傳送給Web服務(wù)器。服務(wù)器管理終端對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析整理，結(jié)合百度地圖API（應(yīng)用程序接口）圖形并茂地呈現(xiàn)車輛行駛實(shí)時信息，為物流管理者的管理提供依據(jù)。經(jīng)研究證明，此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對于提高企業(yè)效益、降低成本提供了強(qiáng)力的保障。

互聯(lián)網(wǎng)+； 百度地圖； 全球定位系統(tǒng)； 物流管理

0 引言

相對于信息化、網(wǎng)絡(luò)化的工業(yè)化進(jìn)程，傳統(tǒng)的物流行業(yè)存在著信息化程度低、運(yùn)營成本高、管理混亂等諸多弊端：傳統(tǒng)物流行業(yè)由于中間商過多，各環(huán)節(jié)信息不能及時共享，信息化程度過低必然導(dǎo)致合作不協(xié)調(diào)，提高企業(yè)溝通成本；對于車輛運(yùn)行中監(jiān)控的缺失，存在公車私用、員工工作懈怠等情況，也將導(dǎo)致運(yùn)營成本的提高；對于車輛資源的管理缺乏統(tǒng)籌性的管理方法，造成了企業(yè)資源的浪費(fèi)，不利于企業(yè)的發(fā)展壯大。

“互聯(lián)網(wǎng)+”下的智慧物流設(shè)計(jì)是為了滿足物流企業(yè)解決諸多弊端的需求。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)以及GPS定位技術(shù)，通過對企業(yè)車輛資源的統(tǒng)籌管理以及車輛行駛信息的有效監(jiān)控高，提高了工作效率、降低了企業(yè)成本。

1 關(guān)鍵技術(shù)概述

1.1 GPS定位技術(shù)

隨著GPS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)的不斷發(fā)展，其 商業(yè)應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其軍事應(yīng)用價值。在航空導(dǎo)航、航海導(dǎo)航、勘測繪圖、車輛追蹤、手機(jī)地圖導(dǎo)航等方面發(fā)揮了重大作用。

1.2 NET框架技術(shù)

.NET框架（.NET framework）是由微軟開發(fā)，一個致力于敏捷軟件開發(fā)、快速應(yīng)用開發(fā)、平臺無關(guān)性和網(wǎng)絡(luò)透明化的軟件開發(fā)平臺，目前得到了廣泛的應(yīng)用。2014年10月份，微軟宣布將對.NET開源，.NET框架更將會成為跨語言、跨平臺的編程環(huán)境，其功能的強(qiáng)大更是毋庸置疑的。

1.3 車聯(lián)網(wǎng)概念

根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的定義，車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，在車與交通、人、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間，進(jìn)行無線通信和信息交換的大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化交通管理、智能動態(tài)信息服務(wù)和車輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)分析

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本研究在Windows平臺上實(shí)現(xiàn)了一個互聯(lián)網(wǎng)+模式下的智慧物流管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由車載終端對收集車輛信息（GPS位置信息、車速、路況、油量、車載量等），通過CDMA/GPRS（碼分多址/通用分組無線業(yè)務(wù)）網(wǎng)絡(luò)定時將數(shù)據(jù)傳送給Web服務(wù)器。服務(wù)器接收數(shù)據(jù)后進(jìn)行解析存儲，并將其通過百度地圖反應(yīng)在車輛管理終端。該系統(tǒng)邏輯構(gòu)架見圖1。

2.2 系統(tǒng)功能模塊分析

根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)圖，可將系統(tǒng)分為以下幾個模塊。

2.2.1 GPS模塊

本系統(tǒng)GPS模塊主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時接收GPS位置信息，數(shù)據(jù)整理后傳遞給車載終端處理器。GPS模塊實(shí)現(xiàn)了智慧物流管理系統(tǒng)的定位管理，在方便監(jiān)控的同時，可以實(shí)時調(diào)配可用資源，實(shí)現(xiàn)物流資源的最大化使用。

2.2.2 信息采集（傳感器）模塊

本系統(tǒng)中車載終端搭載多種傳感器，主要有陀螺儀、溫度傳感器、濕度傳感器、酒精度傳感器、液位傳感器。信息采集模塊的配置，將車輛行駛中的多維度車輛行駛狀態(tài)以及駕駛員狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集并按照固定的格式傳遞給車載終端處理器。多數(shù)據(jù)的采集存儲不僅能保障智慧物流管理的精細(xì)化，同時可以保障系統(tǒng)管理的寬度和深度。

2.2.3 GPRS通信模塊

車載終端將GPS數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)按照固定格式，通過移動運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)傳送給應(yīng)用服務(wù)器。采用運(yùn)營商公共網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸媒介，不僅能確保系統(tǒng)應(yīng)用范圍，同時系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以保證，從經(jīng)濟(jì)性和使用性角度來說具有很好的用戶體驗(yàn)。

2.2.4 Web服務(wù)

Web服務(wù)器在接收車載端信號后對信號進(jìn)行解析，并將其存入數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器模塊作為系統(tǒng)開發(fā)的核心，在大數(shù)據(jù)應(yīng)用的今天，大數(shù)據(jù)的采集和分析是現(xiàn)如今市場競爭的主要手段，大數(shù)據(jù)的分析不僅能夠獲得海量的用戶使用數(shù)據(jù)，同時有利于企業(yè)發(fā)展的經(jīng)營分析。

2.2.5 數(shù)據(jù)庫模塊

該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可追溯性，數(shù)據(jù)庫的使用解決了歷史數(shù)據(jù)的存儲與管理問題。

2.2.6 客戶端

客戶端采用Winform程序設(shè)計(jì)，通過圖表、百度地圖的展現(xiàn)形式將車輛行駛信息呈現(xiàn)給物流企業(yè)管理者。在移動改變生活的現(xiàn)今社會，一款快捷高效的手持設(shè)備幾乎決定一款產(chǎn)品的最終使用效果。

3 系統(tǒng)搭建與實(shí)現(xiàn)

3.1 開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)服務(wù)器與客戶端以Visual Studio 2013作為開發(fā)工具，結(jié)合Windows系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行開發(fā)。服務(wù)器需要安裝IIS（互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)器）、SQL（結(jié)構(gòu)化查詢語言）server數(shù)據(jù)庫軟件。其中IIS需要對用戶權(quán)限、路徑、訪問方式權(quán)限進(jìn)行正確設(shè)置。車載終端在Arduino開發(fā)板的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

3.2 主要模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 GPS定位模塊

本系統(tǒng)選用U-BLOX GPS定位模塊獲取車輛的實(shí)時定位信息及采集數(shù)據(jù)的精確時間。

U-BLOX GPS定位模塊將返回值以ASCII碼形式通過串口傳送給主控制器，其返回值由6組不同的數(shù)據(jù)構(gòu)成的NMEA-0183數(shù)據(jù)格式，分別為以$GPGSV、$GPGSV、$GPGS、$GPGGA、$GPGSA、$GPRMC這6個幀頭開始的數(shù)據(jù)組，不同幀頭代表不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)GPS復(fù)位時返回值只包含$GPRMC這一組數(shù)據(jù)。GPS模塊的程序流程見圖2。

3.2.2 信息采集模塊

本系統(tǒng)涉到的信息采集傳感器設(shè)備主要有陀螺儀、溫度傳感器、濕度傳感器、酒精度傳感器、液位傳感器。下文僅以溫濕度傳感器展開介紹，避免出現(xiàn)重復(fù)介紹。

本系統(tǒng)的DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用單總線模式與主控制器Arduino進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由于DHT11要求較高的時序，所以要求其采樣間隔必須在1 s以上，否則將導(dǎo)致采樣失敗。DHT11與主控制器Arduino的硬件連接方式如圖3所示，為保護(hù)DHT11免受損壞，在數(shù)據(jù)接口和供電輸出接口間的4.7 kΩ上拉電阻，同時建議在電壓線上加上電源電壓去耦濾波電路，即在供電線與接地線之間連接一個電容，大小為100 nF，主要作用是退耦合。

根據(jù)DHT11的返回值結(jié)構(gòu)中校驗(yàn)和為濕度整數(shù)位和溫度整數(shù)位之和。系統(tǒng)采用校驗(yàn)值驗(yàn)證算法判斷采集數(shù)據(jù)的正確性。將DHT11返回值按每八位分割之后，存儲至無符號型數(shù)組中設(shè)為b[5]，可知b[0]～ b[3]即為相應(yīng)的溫濕度整數(shù)位和小數(shù)位，b[4]即為相應(yīng)的校驗(yàn)和。在本系統(tǒng)的采樣設(shè)計(jì)中，根據(jù)人們對于溫濕度讀取習(xí)慣，只提取溫濕度的整數(shù)位，即系統(tǒng)設(shè)計(jì)只需提取b[0]和b[4]相應(yīng)數(shù)值。

3.2.3 GPRS通信模塊

本系統(tǒng)的通信子系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)選用華為GTM900-B GSM/ GPRS模塊實(shí)現(xiàn)，主要功能是完成系統(tǒng)與監(jiān)測終端之間的數(shù)據(jù)傳輸。GTM900-B模塊提供了SIM（用戶識別模塊）卡接口、兩路模擬音頻接口、電源接口、GSC射頻天線連接器、GSC射頻天線連接器等多種輔助模塊及輔助接口，可支持多種常用的手機(jī)業(yè)務(wù)如：短信、電話等。華為GTM900-B模塊可以通過GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)，方便系統(tǒng)進(jìn)一步功能擴(kuò)展，所以本系統(tǒng)采用該模塊。

由于本系統(tǒng)開發(fā)以原型開發(fā)為當(dāng)前的主要目的，意在驗(yàn)證方案的可行性，所以在通信方案的設(shè)計(jì)方面，暫時使用GTM900-B模塊的GSM通信功能實(shí)現(xiàn)。考慮到后續(xù)開發(fā)的信號穩(wěn)定性以及成本，或做出相應(yīng)的擴(kuò)展。

GTM900-B模塊通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)將信息傳送給監(jiān)控上位機(jī)，GTM900-B模塊在AT（attention）指令下可以發(fā)送任意格式短信息。GTM900-B與Arduino的連接圖如圖4所示。

3.2.4 Web服務(wù)

本系統(tǒng)的服務(wù)器端數(shù)據(jù)的接受處理由.NET WebService完成。Web服務(wù)在通過網(wǎng)絡(luò)接收soap消息后對其進(jìn)行序列化、反序列化處理，然后將數(shù)據(jù)傳送給Web函數(shù)中處理。首先按照固定格式對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類解析，并存儲到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中。具體參見圖5所示。

采用WBS（工作分解結(jié)構(gòu)）分解的概念將系統(tǒng)返回到服務(wù)器中的數(shù)據(jù)包按多維度進(jìn)行分解存儲，多維度信息的分析，不僅能夠合理的對物流車輛進(jìn)行動態(tài)管理，同時海量數(shù)據(jù)的分析經(jīng)能夠總體把握市場動態(tài)，分析市場份額，市場潛力能隱形財富，更好地支撐整個企業(yè)的運(yùn)營決策。

3.2.5 數(shù)據(jù)庫模塊

該模塊是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，由SQL server 2008數(shù)據(jù)庫作為管理和維護(hù)工具，其具有性能高、安全性高、操作簡單等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用程序的連接采用Ado.net技術(shù)，非常方便、安全。由于系統(tǒng)主要的操作是基于對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的查詢，因此根據(jù)需求創(chuàng)建存儲過程是非常必要的，能夠降低網(wǎng)絡(luò)通信量，提高執(zhí)行速度。

3.2.6 WinForm客戶端

本系統(tǒng)的管理終端基于安全性高以及用戶范圍的考慮，采用封閉式管理，客戶端采用C/ S（客戶機(jī)/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。WinForm客戶端主要有四大模塊：車輛基本信息維護(hù)、調(diào)度分配、車輛跟蹤、運(yùn)營報表。車輛基本信息維護(hù)模塊的主要功能是對車輛基本信息（如車輛型號、車牌號、車險、使用年限、司機(jī)姓名、載重量等）的管理維護(hù)；調(diào)度分配模塊顯示為出行車輛信息，管理員據(jù)此進(jìn)行物流任務(wù)分配，非常高效；車輛跟蹤采用百度地圖API（應(yīng)用程序接口），將車輛運(yùn)駛情況顯示在地圖中，調(diào)度中心能夠及時的獲取車輛行駛過程中的突發(fā)情況，并提供相應(yīng)的救援措施，降低損失；運(yùn)營報表針對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行處理統(tǒng)計(jì)，以表格和柱狀圖、折線圖等表現(xiàn)形式，將運(yùn)營數(shù)據(jù)（油耗、利潤、車輛行駛路程、事故率等）呈現(xiàn)給管理者，為物流企業(yè)降低成本、提高利潤提供了保障。

4 測試結(jié)果及分析

測試階段將車載客戶端安裝在測試車輛上，在測試過程中系統(tǒng)終端能夠正常工作，完成了數(shù)據(jù)的采集與網(wǎng)絡(luò)傳送工作。車輛從西安市長安區(qū)出發(fā)，行駛至西安火車站。在此過程中Web service接收到終端發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過WebMethod的解析并存儲于數(shù)據(jù)庫中。管理終端通過對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的查詢，在白底地圖中正常顯示的車輛的行駛路線，同時地圖中點(diǎn)擊位置節(jié)點(diǎn)能夠顯示測試車輛的行駛數(shù)據(jù)。測試數(shù)據(jù)證明，當(dāng)前的設(shè)計(jì)滿足了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

5 結(jié)束語

針對物流行業(yè)的行業(yè)現(xiàn)狀與特點(diǎn)，利用GPS技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過對車輛行駛中數(shù)據(jù)的收集，為調(diào)度中心提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。百度地圖與車輛數(shù)據(jù)的結(jié)合，使車輛信息能夠更加直觀的呈現(xiàn)給調(diào)度管理人員。該系統(tǒng)具有、成本低實(shí)時性高、可追溯性強(qiáng)、表現(xiàn)形式多樣的特點(diǎn)。另外定位精度、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性將是我們下一階段的重點(diǎn)工作。

“南京欣網(wǎng)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”獲獎?wù)撐囊坏泉?/p>