基于感知卡的物资配送监控管理系统设计

严代彪 孙长国

（中国人民解放军 92117部队 北京 10072）

基于感知卡的物资配送监控管理系统设计

严代彪 孙长国

（中国人民解放军 92117部队 北京 10072）

为了实现对配送过程中物资所处的环境、状态和姿态等信息进行监控管理，及时有效发现异常，并主动报警，文章提出了基于感知卡的配送监控管理系统，分析了系统的技术架构、网络协议和主要功能，系统通过对物资在拣选出库、组套包装、装车封箱、途中监控、途中分发、收货确认等环节的信息进行实时感知、安全传输、全程监控、合理调度，提高管理效率和运作效率，节约劳动力成本。

物资配送监控感知卡

1 引言

随着社会工业化进程不断加快，特种运输作为物流的一个重要部分也在快速发展[1]。它对设施设备和过程监控都有很高的要求，以防止不安全因素发生，目前大多数物资配送监控管理系统通过加装北斗或GPS，及电子地图，对物资在途中的位置和物资的数量可以进行有效监控[2,4]，但是对于物资本身所处的环境、状态和姿态不能进行信息的采集和监控管理。因此，本文充分利用物资感知卡的功能，将感知卡集成到物资配送监控管理系统中，实现对配送过程中物资数量、位置、所处环境、状态和姿态等信息进行监控管理，发现异常时主动报警，减少物资配送过程的不安全因素。

2 物资感知卡

感知卡是基于无线通信协议模块，针对不同应用提供的定制化通信终端，由传感器、核心协议模块、电源三部分组成，在不同应用场景中一般有不同的物理形态，具备信息感知、自组网、网络行为反馈等功能。感知卡可以有各种物理形态，主要为了满足人员便携需求，内置温湿度和加速度传感器,可以用于环境信息感知和检测物体的移动；也可以固定在目标设备上，如仓储环境的托盘，用于记录托盘上的物资信息，内置传感器后也可用于检测托盘的活动状态。

3 系统技术架构

基于感知卡的物资配送管理监控系统主要由物资配送机动网络和物资配送监控管理软件两部分组成。物资配送机动网络根据需要在运输过程中临时布设在火车、舰船、汽车等运动载体上，实现物资管理、物资状态(数量、质量)采集、运输过程安全监控以及数据传输等功能；软件主要对机动网络传来的位置信息、报警信息、物资状态等信息进行处理并对机动运载平台进行监控、调度和管理，实现远程物资监控、状态感知、全程管控等功能。两部分通过3G网络或北斗卫星系统/GPS实现互联互通。整体架构如图1所示。

整个系统由车厢门电子签封锁、物资状态感知卡、便携式手持终端以及备用电源等几个部分组成。

图1 总体架构框图

4 物资配送机动网络协议

物资配送机动网中比较重要是网络协议的设计，本系统中选用无线MESH网络拓扑结构。

4.1 无线MESH网络拓扑结构

无线Mesh网络是一种新型的无线网络，它融合了无线局域网和Adhoc网络的优势，具有自组网、自修复、多跳级联、节点自我管理等智能优势[5]。物资配送机动网设计采用基于MESH网络的总体架构。感知网络以网关为数据汇聚中心，通过中继设备扩展网络覆盖范围，终端设备通过接入中继或网关的方式实现网络信息汇聚，网络架构采用“骨干MESH通信网+底层簇型接入网”的层级拓扑。拓扑结构如图2所示。

图2 Mesh网络拓扑结构

4.2 无线传感器网络操作系统

为了实现物资配送机动网络，稳定高效的工具库是快速开发的必要条件之一，部分传感器节点由于功能简单，出于成本考虑，资源十分有限，RAM一般在2K以下，无法有效运行主流RTOS，如嵌入式Linux、μc/os-П等，如果用前后台的方式开发协议，则这些协议无法与一体化协议开发平台代码重用。同时另外一些传感器节点虽然资源丰富，但是出于硬件结构等原因移植主流RTOS困难复杂，降低开发效率，这时也只能用前后台的方式进行开发。

为了解决这个问题，采用了WSN OS，WSN OS严格意义上来说不是一个真正的操作系统，所以它无需移植，资源消耗小，它支持多任务的方式进行开发，但是不支持任务抢占。主要提供任务管理、消息队列、内存管理三个基本功能，如图3所示。

图3 WSN OS功能示意图

4.3 感知网络协议栈

网络协议栈是节点软件的核心模块之一。该模块为上层软件提供数据传输通道及网络控制接口。为了方便移植，协议栈必须独立于底层操作系统和硬件平台，向下只与节点软件运行环境模块和硬件设备抽象模块交互。传感网协议栈一般包括物理层、媒体接入控制层，网络层，传输层和应用层。物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；媒体接入控制层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；网络层主要负责路由生成和路由选择；传输层负责数据流的传输控制，是保证通信质量的主要部分；应用层则负责对各种应用的支持。

感知网络采用树形拓扑结构，将传输层和网络层合并，分为物理层，媒体接入控制层，网络层，应用层四层，同时兼顾对安全和物联网标识的支持。

5 系统软件设计

5.1 软件架构

软件架构如图4所示。系统主要通过综合接入网关与基础设施设备和其他系统进行数据交换，系统开发基于统一集成运行平台，在此基础上，建立物资配送监控管理数据资源中心，进行相关的业务管理，用户主要包括配送中心领导、货物拣选人员、组套包装人员、装车配送人员及其他相关人员。

图4 软件架构图

5.2 软件功能

软件主要包括配送单管理、配送点管理、运力管理、拣选出库管理、组套包装管理、配装管理、配送路线管理、物资跟踪管理等功能，系统功能如图5所示。

图5 软件功能

（1）配送单管理

主要负责接收来自上级的配送单，自动解析配送单信息，存在数据库中，并可供查询、浏览和打印。

（2）配送点管理

对物资配送中心的配送点的基本信息，如配送点名称、地址、距离、人员、面积、设施设备情况、基本任务等信息进行新增、编辑、浏览、查询和打印等管理。

（3）运力管理

主要对配送中心的车辆基本信息和动态信息进行管理，基本信息包括车辆名称、型号、车辆行驶里程、车辆可用状态、装载货物品种及数量，装载量等，动态信息包括车辆目前所处位置、目前装载货物情况以及车辆行程路线安排等，系统提供相关信息的新增、编辑、浏览、查询及打印等功能。

（4）拣选出库管理

根据配送单信息以及物资库存货位信息，生成拣选出库方案，以便操作人员快速进行物资拣选定位和相关操作，并将相应出库信息传到仓库管理信息系统。

（5）组套包装管理

系统提供组套包装技术和相关标准规范的录入、编辑和查询，打印等功能，并根据需要配送物资的信息，生成组套包装方案，供操作人员进行快速、标准和高效的组套包装。

（6）配装管理

根据组套包装以后的物资信息，结合运力、装载能力、装载方式、装载要求等信息，提供对货物的分析、配载计算，充分利用车辆的转运能力，进行搭配装载，生成装配方案，供操作人员进行快速、标准和高效的装货和清点物资。

（7）配送路线管理

主要进行配送方面的优化调度管理，系统根据送货时间、地点和数质量要求，按照线性动态规划和最短路径经典算法，对现有的运力进行调度调配（载体和人员任务的分配）以及最佳运输路线的规划管理，系统设计将支持北斗定位和地理图形系统（GIS），实现运输的最佳路线选择和动态调配。

（8）物资跟踪管理

利用北斗/GPS和电子地图可以实时显示出载体（车、船、火车等）和货物的实际位置，并能主动查询载体和货物的状态，以便进行合理调度和管理。手持机终端接收北斗卫星/GPS测定的当前车辆位置信息，与采集的货物的数量、状态等当前载体和货物信息，通过一定的通信方式上传到系统，载体及物资跟踪管理模块将接收到的当前载体位置信息和与之匹配的状态属性信息显示在电子地图上，同时，提供外部访问入口，以便主动查询载体和物资的状态。

（9）基本地图管理

基本地图管理包括放大、缩小、漫游、全幅显示、定位显示、图层控制和地图的输出等功能。

（10）授权管理

接收外部授权申请，并发送授权信息。

（11）用户管理

包括所有用户的基本信息维护，用户的增加删除修改，用户角色、权限的设定等。

（12）数据维护

包括对系统所有数据的定时备份、导入、导出等功能。

6 系统部署

系统主要部署在物资配送中心和物资配送分队，软件部署在配送中心，手持机部署在配送分队，通过无线网与综合接入网关连接，如图6所示。

图6 系统部署结构图

7 结束语

针对物资配送安全运输需求，提出了基于感知卡的无线自组织网络物资配送监控管理系统,以移动运载平台为载体，以独立运载箱体为传感基点，将整个运载平台组成一个无线移动网络，和上位机联动形成完整的物资配送管理监控体系，解决物资在组套、装车封箱、途中监控、途中分发、收货确认等环节的信息实时感知，安全传输与全程监控等问题。

[1]王若萁等.基于物联网的物资配送监控系统设计[J].物流技术，2012，31(11)：436-438.

[2]张全志等.基于Google Earth的物流配送监控系统[J].物流技术，2009，28(11)：200-203.

[3]温惠英等.基于物流信息平台的配送车辆导航系统设计[J].交通与计算机，2007，26(4)：61-64.

[4]杨纯朵等.基于RFID技术的应急物资配送管理系统设计[J].起重运输机械，2011(5)：23-25.

[5]刘晓娟等.无线Mesh网在城市轨道交通车地通信系统中的研究[J].计算机应用研究，2012，29(12)：4723-4725.

Design of the Information Material Distribution Monitoring System Basing on Sensing Card

YAN Dai-biao，SUN Chang-guo
(PLA 92117 Unit,Beijing 100072,China)

In order to monitor and manage the information of environment,situation and carriage of material in the distributing process,thus can find abnormity in time and give an initiative alarm,this paper puts up a material distribution monitoring system based sensing card,analyses the technology frame,network protocol and main functions.The system can increase management and work efficiency,and economize cost by real-time sensing,safe translating,full monitoring and reasonable scheduling the procedure information which is produced in the sorting and out-warehouse,set-forming packaging,car loading and case filling,en-route monitoring&control, en-route distribution and receiving confirmation.

material distribution；monitoring；sensing card

TP393.01

：A

1008-1739（2015）06-72-4

定稿日期：2015-02-26