陳政,虞麗娟,2,陳成明,2

(1.上海海洋大學 工程學院,上海 201306; 2.同濟大學 機械與能源工程學院,上海 200092)

基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的物流動態(tài)追溯系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

陳政1,虞麗娟1,2,陳成明1,2

(1.上海海洋大學 工程學院,上海 201306; 2.同濟大學 機械與能源工程學院,上海 200092)

針對當前物流運輸業(yè)的發(fā)展需求,提出了基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的物流動態(tài)追溯系統(tǒng)設(shè)計方法。結(jié)合嵌入式技術(shù)、無線通訊技術(shù)和傳感器技術(shù),設(shè)計出了一種可以實時查詢的物流動態(tài)追溯系統(tǒng),使貨物運輸過程中的多種信息可以被實時監(jiān)控。該系統(tǒng)具有精確獲得位置信息、運輸車軌跡顯示和路徑規(guī)劃等多種功能,實際測試結(jié)果表明:該系統(tǒng)運行流暢,精度高且穩(wěn)定性強。

北斗系統(tǒng);動態(tài)追溯;實時監(jiān)控

0 引 言

隨著商品經(jīng)濟的高速發(fā)展,物流運輸產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為一個我國不可或缺的支柱產(chǎn)業(yè)。物流運輸過程中的實時定位和動態(tài)追溯功能可以大大減少商品的損壞,這將成為消費者對商品質(zhì)量要求越來越高的解決之策[1-2]。目前,現(xiàn)有的物流運輸方式在記錄商品在運輸過程所處于的溫濕度是否合適、是否受到過擠壓碰撞等方面還不夠完善,多數(shù)也不能實現(xiàn)實時的位置信息查詢,更無法顯示運輸路線,這都制約了當前電子商務(wù)的發(fā)展。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由我國自主研發(fā),是繼美國GPS和俄羅斯GLONNASS之后的又一個成熟度高且應(yīng)用范圍廣的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。它的定位精度可達10 m,測速精度達到0.2 m/s.西昌衛(wèi)星發(fā)射中心已經(jīng)成功發(fā)射的導航衛(wèi)星有16顆,實現(xiàn)了對東南亞的全覆蓋。相比于GPS定位系統(tǒng),北斗系統(tǒng)有兩大優(yōu)勢[3]:一是信息安全性更高。對于一些較為機密的運輸監(jiān)控,北斗系統(tǒng)更加可靠。二是北斗系統(tǒng)具有短報文功能,可以彌補無線網(wǎng)絡(luò)通信的不足,是系統(tǒng)更加穩(wěn)定。目前,北斗系統(tǒng)已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用在了物流行業(yè)中。俞巧君[4]等綜合利用北斗定位系統(tǒng)與藍牙技術(shù),開發(fā)了一種物流監(jiān)測系統(tǒng),可以用于檢測重要物品在運輸過程中的加速度、溫度和濕度等多項指標。張向南[5]等基于AJAX、MINA框架,開發(fā)出了一套包含制定車輛服務(wù)方案功能的車輛監(jiān)控系統(tǒng),并通過推廣使用起到了顯著的效果。滕志軍[6]等為打破GPS導航壟斷市場的局面,以北斗系統(tǒng)為支撐,應(yīng)用新型ARM9處理器和Linux操作系統(tǒng)設(shè)計了一種新型監(jiān)控定位模式,使用戶可以通過發(fā)送短信的方式獲取實時信息,具有一定的推廣價值。

針對傳統(tǒng)物流運輸模式存在的諸多不足,本文提出了一種基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的物流動態(tài)追溯系統(tǒng),結(jié)合GPRS技術(shù)和傳感器技術(shù)[7-8]實現(xiàn)了運輸車輛的實時定位、車內(nèi)環(huán)境監(jiān)控以及運輸車路線回放等功能,一旦發(fā)生商品的損毀、丟失事故,可以第一時間根據(jù)相關(guān)信息進行追溯,明確事故責任,從而加強對運輸車的監(jiān)控管理,大大提高商品的運輸質(zhì)量[9]。

1 系統(tǒng)整體方案

本文設(shè)計的基于北斗系統(tǒng)的物流動態(tài)追溯系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)中主要組成部分包括北斗衛(wèi)星、北斗指揮機、車載設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控管理中心以及服務(wù)器等。其中,車載設(shè)備主要包括車載攝像頭、多種傳感器和車載通信硬盤等,其功能主要是將實時的定位信息發(fā)送給北斗指揮機以及接收并執(zhí)行來自監(jiān)控中心的各項命令。車載攝像頭可以采集運輸過程中拍攝的視頻和圖片,防止意外事件的發(fā)生,有效的保障物流安全。服務(wù)器的主要功能是處理來自北斗指揮機的信息以及對物流信息進行分析匯總,用戶可以通過Internet、GPRS等多種方式向服務(wù)器申請查詢實時的物流信息。

圖1 北斗定位系統(tǒng)在物流動態(tài)追溯系統(tǒng)中的基本架構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件主要由北斗定位模塊、ARM處理器、無線通信模塊、存儲模塊、傳感器信號接口及攝像頭接口等組成,如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件組成

北斗定位模塊的作用是實時定位物流運輸車的位置坐標并傳輸給ARM處理器,協(xié)助其進行路線記錄和導航。無線通信模塊主要負責接收物流運輸車的位置信息,并實現(xiàn)運輸車和監(jiān)控管理中心的信息傳遞。

監(jiān)控管理中心可以通過車載攝像頭和傳感器,觀測運輸車內(nèi)情況并監(jiān)測影響商品質(zhì)量的各項指標。存儲模塊主要負責存儲相關(guān)的電子地圖數(shù)據(jù)及記錄車內(nèi)監(jiān)控情況。系統(tǒng)功能主要包括定位、導航、監(jiān)測和信息重現(xiàn)等,如圖3所示。

2.1 北斗衛(wèi)星定位模塊

本系統(tǒng)導航定位模塊選用的是麥宏科技設(shè)計的UM220-III N,如圖4所示，UM220-III N芯片具有雙系統(tǒng)、高性能、低成本、低功耗等特點,能夠同時支持兩個頻點,在低功耗的情況下依然可以保證很高的靈敏度。

圖4 北斗UM220-III N芯片電路

當天線接收到導航信號后,通過功分器將信號分為兩路,分別通過兩個射頻前端輸出中頻信號供該芯片完成電文解算以及導航信號的捕捉跟蹤;然后再由ARM處理器完成PVT解算,最終通過射頻前端將解算后的數(shù)據(jù)發(fā)送給下一級。

2.2 ARM處理器模塊

ARM處理器模塊選用Smart210核心板,中央處理器是基于CortexTM-A8的Samsung S5PV210,主頻為1 GHz;兼容Andriod、Linux、Windows等操作系統(tǒng);容量為2 GB MLC閃存且支持16bit ECC校驗;模塊內(nèi)置SGX540高性能圖形引擎, 2D/3D圖形加速流暢度極高。

該處理器模塊是整個系統(tǒng)硬件構(gòu)成的核心模塊,其主要功能是將北斗定位模塊輸出的＄BDRMC格式數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化處理。同時該模塊還將通過無線通訊接收的指令進行轉(zhuǎn)化,從而控制相關(guān)的車載設(shè)備。

2.3 通訊模塊

無線通訊模塊選用的是華為公司的MU509通訊模塊,這是一種雙頻寬帶碼分多址(WCDMA)工業(yè)級無線模塊,下行速率為3.6 Mbit/s;同時具備短信功能和語音功能,內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧。該通信模塊具有8個wire UART,采用RS-232串行接口,同時支持雙路接收、發(fā)送以及TCP/IP、PPP通信協(xié)議。ARM處理器模塊可以借助MU509通訊模塊的強大數(shù)據(jù)傳輸功能隨時隨地進行數(shù)據(jù)處理和上傳。

3 系統(tǒng)軟件

3.1 電子地圖嵌入設(shè)計

谷歌地圖提供了基于JavaScript技術(shù)的API接口,本系統(tǒng)在不建立地圖服務(wù)器的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了嵌入Google Maps的地圖服務(wù)應(yīng)用[10],通過上述接口對谷歌地圖進行了二次開發(fā)使用。

1) 通過GMarker地標,使用命令符GMap2.addOverlay()來進行標記Google Maps地理位置。

2) 使用openInfo Windows Html()為軟件添加圖片和信息窗口,創(chuàng)建Tabs數(shù)組并在數(shù)組中使用html語言進行內(nèi)容編譯。

3) 添加疊加層,將地圖圖片嵌入Google maps中。分別使用setCenter函數(shù)和GGroudOverlay來設(shè)定地圖坐標和縮放級別以及添加疊加對象。

3.2 軟件總體設(shè)計

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下流程:ARM處理器開發(fā)環(huán)境的搭建、系統(tǒng)初始化、北斗定位模塊及通訊模塊的啟動、車載設(shè)備驅(qū)動、遠程端監(jiān)控等。系統(tǒng)在嵌入式下完成定位信息采集程序的設(shè)計及各模塊的驅(qū)動程序。軟件的總體設(shè)計流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

北斗衛(wèi)星導航定位模塊的軟件設(shè)計部分主要包括數(shù)據(jù)的接收、處理和發(fā)送程序。其中定位信息采用中斷方式來進行獲取并保存在Buffer緩沖器中。

無線通信模塊的軟件部分主要用于實現(xiàn)連接因特網(wǎng),本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸時采用TCP/IP協(xié)議。該模塊的啟動和調(diào)用均采用AT指令模式。

Qt軟件部分的設(shè)計主要是通過調(diào)用Google提供的API接口函數(shù)及多線程的處理數(shù)據(jù);使用QtWebKit組件來實現(xiàn)軟件中電子地圖部分的顯示;應(yīng)用setUrl函數(shù)搭建軟件主界面并顯示主要功能窗口,最終實現(xiàn)在軟件端顯示運輸車的定位信息、軌跡回放和車內(nèi)視頻信息的獲取。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

4.1 靜態(tài)測試

本系統(tǒng)在進行運輸車動態(tài)測試之前,先對北斗系統(tǒng)的定位精度進行靜態(tài)測試。選取三個地點進行定位對比,查看車載北斗系統(tǒng)發(fā)回的位置坐標與現(xiàn)場手機GPS顯示的位置坐標是否基本一致,對比結(jié)果如表1所示。

表1 北斗系統(tǒng)定位精度靜態(tài)測試結(jié)果

對比可知,車內(nèi)北斗系統(tǒng)發(fā)回的三點定位坐標數(shù)據(jù)與現(xiàn)場手機GPS軟件測得誤差極小,定位精度極高,故可繼續(xù)進行運輸車行走軌跡的動態(tài)測試。

4.2 動態(tài)測試

靜態(tài)測試完成后,選用物流實驗車在上海地區(qū)進行系統(tǒng)動態(tài)測試。在測試過程中,車載設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率為10 s/次,共發(fā)射2000組數(shù)據(jù),GPRS未出現(xiàn)掉線情況,數(shù)據(jù)準確率高達99.2%,完全能夠滿足正常運營的需要。測試期間,北斗定位導航系統(tǒng)通過谷歌實驗室提供的Google Maps API接口函數(shù)與軟件端實現(xiàn)互通,清晰的顯示了物流車輛當前的位置信息和車輛軌跡記錄,如圖6所示。從系統(tǒng)服務(wù)平臺界面中可以看到當前運輸車所在位置的坐標信息以及之前行程的紅色行車軌跡。

圖6 運輸車定位及軌跡顯示功能測試

5 結(jié)束語

對于當前存在的物流跟蹤不及時、商品無法實現(xiàn)動態(tài)追溯等現(xiàn)實問題[11],本文將我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、無線通訊模塊和嵌入式系統(tǒng)進行了結(jié)合應(yīng)用,實現(xiàn)了物流運輸車的實時定位、軌跡顯示、路徑優(yōu)化和視頻采集等功能,在很大程度上提高了物流運輸過程中相關(guān)信息的真實性和及時性,同時也使得消費者可以實時的動態(tài)追溯商品配送信息。目前該系統(tǒng)運行良好,下一步應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化的問題主要是在無線信號不穩(wěn)定時的系統(tǒng)的延時問題,使之更加的真實有效。

[1] 武敏,王春岐. 我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)應(yīng)用及發(fā)展前景分析[J]. 科技經(jīng)濟導刊,2016(30):39.

[2] 朱為建. 基于北斗的交通物流運輸系統(tǒng)研究[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展,2016(10):19-21.

[3] 徐文博,趙利,黃書婷,等. 北斗通信與導航一體化車載智能網(wǎng)絡(luò)終端的開發(fā)[J]. 微型機與應(yīng)用,2016(16):34-37.

[4] 俞巧君,梁豐研,潘瑾,等. 基于北斗與藍牙的物流監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 測控技術(shù),2016(1):50-52.

[5] 張向南,趙慶展,何啟峰,等. 基于北斗的物流車輛監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 物流技術(shù),2015(15):251-254,268.

[6] 滕志軍,郭素陽,徐艷偉,等. 北斗衛(wèi)星導航的物流運輸監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 河南科技大學學報(自然科學版),2015,36(4):47-50.

[7] 張晶晶. 北斗車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J]. 數(shù)字通信世界,2016(S1):37-39.

[8] 王古月,陶庭葉,張耀允. 北斗智能車載終端的研究與實現(xiàn)[J]. 信息通信,2016(4):80-82.

[9] 賈國榮,杜少波,吳永堅. 北斗導航在貴州運輸物流方面的應(yīng)用研究[J]. 貴州商學院學報,2016(1):54-58.

[10]陳啟鋒,莫家勤. 基于北斗衛(wèi)星定位的物流平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 大眾科技,2016(1):1-4.

[11]王艷紅,趙文智,楊明. 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其于民航導航的應(yīng)用[J]. 計算機測量與控制,2014(2):496-498.

Design and Implementation of Logistics Dynamic Traceability System Based on BeiDou Satellite Navigation System

CHEN Zheng1,YU Lijuan1,2,CHEN Chengming1,2

(1.SchoolofEngineering,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China2.CollegeofMechanicalandEnergyEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China.)

Aiming at the current development of logistics and transportation, a design method of logistics dynamic traceability system based on Beidou satellite navigation system is proposed. Combined with embedded technology, wireless communication technology and sensor technology, designed a logistics dynamic traceability system, so that a variety of information in the process of transport can be real-time monitoring. The system has many functions, such as obtaining location information, showing trajectory of tractor and path planning. The actual test shows that the system is running smoothly, with high precision and high stability.

Beidou system; dynamic traceability; real-time monitoring

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.017

2017-01-09

上海市科技興農(nóng)重點攻關(guān)項目(編號：滬農(nóng)科攻字(2013)第4-2號)

P228.4

A

1008-9268(2017)03-0082-05

陳政 (1990-),男,碩士研究生,研究方向為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺開發(fā)。

虞麗娟 (1963-),女,教授,研究方向為物聯(lián)網(wǎng)搭建與開發(fā)。

陳成明 (1978-),男,講師,主要從事人因工程、工效學、物聯(lián)網(wǎng)工程等方面的科研工作。

聯(lián)系人: 陳政E-mail:cz397498572@163.com