張 曉，李紀(jì)魯，朱 杰 （北京物資學(xué)院 信息學(xué)院，北京 101149）

0 引 言

1 物流車輛智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

物流車輛要實(shí)現(xiàn)全程狀態(tài)的監(jiān)控管理，必須對(duì)物流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)需要對(duì)運(yùn)輸過程中的運(yùn)輸車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和精準(zhǔn)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸路線最優(yōu)、狀態(tài)實(shí)時(shí)更新、位置準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)全程精準(zhǔn)控制。系統(tǒng)總體包括：云平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、無線通訊平臺(tái)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、車載監(jiān)控設(shè)備、傳感器設(shè)備五部分構(gòu)成。其中，車載控制軟件部分放置在運(yùn)輸車輛車廂內(nèi)，并配有相應(yīng)的溫濕度傳感器、沖擊振動(dòng)傳感器、傾角傳感器，車載軟件控制部分通過GPS模塊接收定位信息，并同時(shí)使用基站定位方式彌補(bǔ)裝箱遮擋GPS信號(hào)的誤差，各類傳感器同時(shí)工作，由車載電池為其供電，出現(xiàn)報(bào)警狀態(tài)實(shí)時(shí)通過報(bào)文的形式向云平臺(tái)上傳，并通過短信的形式及時(shí)通知相應(yīng)的聯(lián)系人。用戶可以使用互聯(lián)網(wǎng)訪問云平臺(tái)控制中心實(shí)時(shí)查看運(yùn)輸過程中的狀態(tài)和位置信息，云平臺(tái)控制中心可以對(duì)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并形成相應(yīng)的報(bào)告形式，待貨物運(yùn)輸完成之后可以下載全程的運(yùn)輸報(bào)告，并查看歷史位置數(shù)據(jù)。

2 移動(dòng)終端硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件總體結(jié)構(gòu)包括傳感器部分、處理單元、定位模塊以及通信模塊，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 STM32控制單元

MCU作為系統(tǒng)的核心，控制協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間的相互工作，本文采用的是基于Cotex-M3內(nèi)核的STM32，STM32具有低功耗、低電壓、實(shí)時(shí)性、高性能的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)保持高集成度和開發(fā)簡(jiǎn)易的特點(diǎn)。STM32通過串口與各個(gè)模塊進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸。

圖1 移動(dòng)終端硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 定位模塊

本移動(dòng)終端采用雙模定位的方式，避免中間障礙物影響GPS定位的現(xiàn)象。在裝箱操作的產(chǎn)品，GPS信號(hào)較弱，定位信息較不準(zhǔn)確的情況下，采用LBS基站定位的方式，同時(shí)GPS的缺失定位信息可以和LBS基站定位的定位信息進(jìn)行云平臺(tái)融合，糾正定位過程中的錯(cuò)誤信息。對(duì)于兩種定位方式都沒有定位到的信息，移動(dòng)終端發(fā)送到云平臺(tái)的帶有時(shí)間戳的定位信息為空，由云平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的處理和匹配，計(jì)算出物流車輛的位置信息。

2.3 采集傳感器

移動(dòng)終端可以實(shí)現(xiàn)的功能有監(jiān)控運(yùn)輸過程中的溫濕度、沖擊振動(dòng)信息、傾角信息和加速度信息等，為實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，移動(dòng)終端設(shè)計(jì)時(shí)添加了對(duì)應(yīng)的傳感器，即溫濕度傳感器、振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器、三軸加速度傳感器等。其中，三軸加速度傳感器可以監(jiān)控傾角信息和運(yùn)輸及加速度信息。

2.4 SIM卡模塊

該移動(dòng)終端采用STM32發(fā)送AT指令控制各個(gè)模塊，把采集到的信息經(jīng)協(xié)議封裝成上行包，并通過GPRS模塊將手機(jī)收到的信息上傳到云平臺(tái)上進(jìn)行處理和可視化分析。

2.5 本地內(nèi)存

本地內(nèi)存不僅要考慮數(shù)據(jù)采集和上傳的實(shí)時(shí)性，同時(shí)要考慮網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不佳的情況和數(shù)據(jù)本地備份，即使云平臺(tái)顯示數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，也需要對(duì)采集到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行保存?zhèn)浞?，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不佳導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失和數(shù)據(jù)誤傳等現(xiàn)象。目前此移動(dòng)終端內(nèi)存大小為1M，可以避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出的現(xiàn)象。

在塞爾維亞，斯梅代雷沃鋼廠工人伊利奇，津津樂道地講起中國(guó)河鋼集團(tuán)在當(dāng)?shù)亍熬然钜蛔鶑S、帶動(dòng)一座城”的故事；

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端信息的采集上傳和云平臺(tái)監(jiān)控中心的信息處理和可視化報(bào)告生成。本設(shè)計(jì)盡可能的減少移動(dòng)終端的處理，在云端數(shù)據(jù)處理計(jì)算不僅可以減少移動(dòng)終端處理單元的壓力，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和顯示。另外，云平臺(tái)可以根據(jù)需要，在不影響移動(dòng)終端正常使用的情況下對(duì)移動(dòng)端進(jìn)行版本升級(jí)，減少了用戶很多麻煩。

3.1 終端嵌入式軟件設(shè)計(jì)

（1） 終端系統(tǒng)流程

針對(duì)目前運(yùn)輸車輛的實(shí)際情況，在貨物運(yùn)輸前需要對(duì)物流車輛進(jìn)行綁定，通過移動(dòng)終端與車輛進(jìn)行綁定信息會(huì)在云平臺(tái)上進(jìn)行鎖定，更換車輛綁定時(shí)需要提出申請(qǐng)。首先綁定后需要對(duì)移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，在云平臺(tái)設(shè)置運(yùn)輸過程中的監(jiān)控策略和報(bào)警上限，當(dāng)監(jiān)控策略中的任何一項(xiàng)超出上限時(shí)都會(huì)在云平臺(tái)進(jìn)行顯示并短信通知指定聯(lián)系人。到達(dá)目的地之后，解除綁定，終止監(jiān)控，移動(dòng)終端進(jìn)行循環(huán)利用。

（2）終端主程序數(shù)據(jù)流程

物流車輛的采集數(shù)據(jù)主要有：GPS和LBS實(shí)時(shí)采集定位信息，溫濕度傳感器定時(shí)采集貨物的溫濕度信息，沖擊振動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)采集貨物的沖擊振動(dòng)信息，三軸加速度傳感器實(shí)時(shí)采集物流車輛運(yùn)輸加速度信息和傾角信息。采集到的信息由通信協(xié)議封裝成上行報(bào)文，經(jīng)過GPRS無線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆破脚_(tái)監(jiān)控中心。其移動(dòng)終端主程序邏輯框架如圖2所示。

圖2 移動(dòng)終端主程序邏輯框架

（3） 各采集算法處理

數(shù)據(jù)上報(bào)采用時(shí)間戳的方式，每5分鐘上報(bào)一次，溫濕度屬于變化較為緩慢的因素，采集算法采用每分鐘采集10個(gè)點(diǎn)，計(jì)算平均值并上報(bào)，沖擊振動(dòng)需全程實(shí)時(shí)連續(xù)采樣；實(shí)時(shí)沖擊事件記錄及告警，觸發(fā)后從事件前后各取200組數(shù)據(jù)找出其中的峰值，打包上傳。

3.2 云平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理

本云平臺(tái)是部署在某知名公司數(shù)據(jù)中心的云平臺(tái)，云平臺(tái)數(shù)據(jù)的處理可以減輕移動(dòng)端的工作壓力，數(shù)據(jù)在移動(dòng)端不做過多處理，打包到云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，云平臺(tái)主要進(jìn)行溫濕度曲線繪制，傾角信息處理，運(yùn)輸車輛在地圖上的位置和速度顯示，報(bào)表的生成，監(jiān)控策略的制定等。

3.3 云平臺(tái)遠(yuǎn)程更新軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程軟件更新可以在移動(dòng)終端不召回的情況下進(jìn)行軟件包更新，不僅可以提升客戶的體驗(yàn)滿意度，而且提高了移動(dòng)終端的通用性、可靠性和穩(wěn)定性。物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)遠(yuǎn)程更新技術(shù)方案降低了物聯(lián)網(wǎng)終端的維護(hù)成本，滿足終端迭代式優(yōu)化、定制化設(shè)計(jì)的需求，更好地滿足用戶的需求。

4 基于云平臺(tái)的物流監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試

4.1 云平臺(tái)監(jiān)控測(cè)試

（1） 功能模塊測(cè)試

按照物流運(yùn)輸車輛的整體流程來看，測(cè)試步驟應(yīng)該按照綁定、監(jiān)控策略設(shè)定、添加收發(fā)貨人信息、運(yùn)輸監(jiān)控、訂單管理、訂單解綁等。在運(yùn)輸過程中對(duì)云平臺(tái)各模塊功能進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)移動(dòng)終端在開機(jī)狀態(tài)下可以一直在云平臺(tái)上查看狀態(tài)。

（2）實(shí)時(shí)定位和狀態(tài)顯示

當(dāng)移動(dòng)終端綁定之后，在云平臺(tái)中設(shè)定相應(yīng)的監(jiān)控策略，設(shè)定報(bào)警的上限和數(shù)據(jù)上傳的時(shí)間間隔，可設(shè)定每5分鐘上報(bào)一次信息的策略對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)設(shè)定的監(jiān)控項(xiàng)目可以查看運(yùn)輸過程中的車輛狀態(tài)。

（3） 報(bào)告輸出測(cè)試

運(yùn)輸結(jié)束之后，解除運(yùn)輸車輛和移動(dòng)終端的綁定，可以從云平臺(tái)上查看整個(gè)運(yùn)輸過程中的運(yùn)輸監(jiān)控狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)歷史回放和報(bào)告下載，查看報(bào)警點(diǎn)和位置信息等。

可以在運(yùn)輸中查看每個(gè)位置的狀態(tài)信息，可以看到運(yùn)輸位置的三軸加速度信息、溫濕度信息、傾角信息和溫濕度信息、電量信息等。

運(yùn)輸過程中某點(diǎn)的三軸振動(dòng)沖擊數(shù)據(jù)和趨勢(shì)圖可以直觀的看出每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的各軸最大沖擊數(shù)據(jù)和受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)間信息等。

同時(shí)根據(jù)云平臺(tái)上的實(shí)時(shí)位置信息進(jìn)行查看，可以看到運(yùn)輸?shù)能壽E和報(bào)警的位置信息，其中平臺(tái)上可以根據(jù)位置點(diǎn)的顏色進(jìn)行報(bào)警和正常狀態(tài)的區(qū)分，可以直觀的看出位置點(diǎn)是否發(fā)生報(bào)警信息。

4.2 短信平臺(tái)測(cè)試

短信平臺(tái)主要針對(duì)報(bào)警信息的推送，在運(yùn)輸途中出現(xiàn)報(bào)警狀態(tài)時(shí)，會(huì)對(duì)指定聯(lián)系人下發(fā)包含位置、報(bào)警項(xiàng)、時(shí)間戳的短信提醒，若云平臺(tái)得不到確認(rèn)反饋信息，在一定時(shí)間間隔內(nèi)重復(fù)發(fā)送本條報(bào)警信息來提醒相應(yīng)的聯(lián)系人。

4.3 手機(jī)APP測(cè)試

目前APP只支持手機(jī)系統(tǒng)Android 4.1以上，手機(jī)端可以在操作手冊(cè)中掃碼進(jìn)行下載，APP和云平臺(tái)的顯示功能相同，包括軌跡監(jiān)控、物流單管理、報(bào)告管理、移動(dòng)終端管理、配置管理、監(jiān)控記錄和用戶信息管理等。

5 結(jié)束語

本文提出了一種計(jì)算機(jī)云平臺(tái)的物流監(jiān)控解決方案，該系統(tǒng)針對(duì)運(yùn)輸車輛的終端進(jìn)行設(shè)計(jì)，其重點(diǎn)在于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集、監(jiān)控報(bào)警和車輛位置部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該終端與云平臺(tái)結(jié)合，已能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息的采集上傳、實(shí)時(shí)定位、實(shí)時(shí)更新報(bào)警信息等，目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定制化服務(wù)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在運(yùn)輸過程中對(duì)物流信息的監(jiān)控已經(jīng)不再是難題，為了適應(yīng)現(xiàn)代運(yùn)輸環(huán)境復(fù)雜多變的情況，產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)更加全面，根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)定制化服務(wù)，更好地提高用戶滿意度，提高物流的智能化水平，降低運(yùn)輸過程中損失成本，提升整體收益水平。