智慧物流动态跟踪管理系统设计

贺亚茹

（西安外事学院 信息与网络学院，陕西 西安710077）

智慧物流动态跟踪管理系统设计

贺亚茹

（西安外事学院 信息与网络学院，陕西 西安710077）

研究智慧物流运输跟踪管理中涉及到的物联网技术、RFID技术、GPS/GIS定位技术、传感器技术以及条形码技术，给出了由感知层、网络层、应用层组成的系统架构，讨论了数据采集、动态监控、综合数据分析与查询跟踪等功能的实现技术；设计了软件系统结构、数据库结构，并研究了系统开发中的核心技术。该系统的实现将使用户及时掌握物流动态信息，保证物品运输过程中的质量和安全，节约物流成本。

智慧物流；物联网；动态跟踪；系统；设计

“智慧物流”就是将物联网、传感网与现有的互联网整合起来，通过以精细、动态、科学的控制，实现物流过程中的智能化、自动化、网络化、可视化、实时化管理[1]。

目前，在物流行业已经使用了网络技术、信息技术、条形码技术等，用户能够通过网络及时了解货物的到站情况，在一定程度上达到了“智慧物流”，但在物品运输过程中，还需要实时查询和监管物品存储条件、运输路径，特别是对于药品、贵重物品等需要保鲜、保温、保湿等特殊条件的物资，更需要实时监控，以保证物品的质量和安全。利用物联网技术、RFID射频识别技术、条形码技术、传感器技术并结合网络通信技术、软件开发技术，设计物流运输过程中的动态跟踪管理系统，能够有效解决智慧物流中跟踪、物品监管、信息及时反馈等问题。

1 智慧物流动态跟踪管理应用技术

智慧物流动态跟踪管理系统应用到的主要技术有物联网技术、RFID技术、GPS/GIS定位技术，传感器技术、条形码技术等。

在智慧物流过程中，物联网技术主要应用在仓储管理、车辆运输定位、物品识别等方面[2]。

利用RFID标签唯一标识物品的特点，将物品的各种信息如名称、规格、产地、特性等及运输车辆的相关信息存储在无源RFID标签芯片和物品基础数据库中[3]。在物品运输过程中，通过安装在收费站、码头、仓库门口、港口等地的RFID读写设备，实时采集物品信息、状态信息、车辆信息、到达地点信息等，并将这些信息与中心数据库数据进行对比，生成运输动态跟踪结果，以便监管人员及时查询。

在物流运输过程中，运输车辆上安装GPS接收装置，地面监控中心利用GPS技术实时监控车辆等移动目标的位置，并根据道路交通状况向运输车辆发出实时调度指令。

GIS以地理空间数据为基础，采用地理模型分析方法，为地理研究和地理决策服务提供多种空间和动态地理信息的计算机技术系统。其基本功能是将表格型数据转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览、操作和分析[4-5]。

利用安装在物品集装箱里的温度传感器、湿度传感器可以即时检测物品的温度、湿度等信息，并通过传感网络将数据发送到数据中心，实现监控功能，利用安装在门口的红外传感器检测物品的上下货情况[6]。

条形码简称条码，是由一组规则排列条、空及其对应字符组成的标记，是现代物流管理的重要技术手段。在物品信息录入、出库信息核对、到达签收、装车扫描、仓储位置分配与管理等物品发出、运输、到达等整个运输过程中都能够跟踪物品和运输车辆的全部信息，保证物品入库、出库、检验、物流过程的准确、快速和方便[7]。

2 系统设计

2.1 系统架构设计

智慧物流跟踪管理系统的主要功能是跟踪物流车辆运输状况、位置信息、物品上下货情况及物品质量状况，要实现这些功能，必须结合物品基础信息，并利用企业现有ERP功能，设计系统化架构。

智慧物流动态跟踪管理系统架构分为感知层、网络层、应用层，设计结果如图1所示。

图1 智慧物流跟踪管理系统架构

在感知层，系统采用RFID标签、条形码技术，采集运输物品信息、车辆信息，并根据到站信息、中转站信息、收货人信息等生成跟踪物品目录、跟踪线路图及跟踪物品状态表。

网络层主要由实现GPS定位信息采集和通信的GMS网络、企业局域网LAN、车载移动设备（包括主机、RFID阅读器、天线）、3G无线网络构成。现有成熟的网络协议可以使用，能够满足不同网络之间的数据通信和传输。

应用层主要由基础数据、跟踪数据查询、系统数据接口3个模块组成[8]。其中基础数据包括建立跟踪物品目录、车辆射频卡信息采集及其与物品信息的绑定，以及不同地点安装的RFID读卡器信息管理；跟踪数据查询包括物品跟踪台帐管理、物品状态质量跟踪及车辆位置信息查询；系统数据接口包括用条码标识的物品编码数据、到站、中转站信息以及运输车辆信息，这些信息是为了在整个系统中建立统一的数据库管理而设计的基础数据。

2.2 主要功能设计

2.2.1 感知层

1）出库数据采集

数据采集在整个物流信息管理系统中起着非常重要的作用，数据采集的真实性、准确性、有效性决定了智慧物流质量的源头。利用订货合同单数据、库存数据、商品信息数据单，车辆信息、以及车辆司机等信息，自动生成包含收货人、收货地址、物品信息、车辆信息、司机信息、运输路线信息、物品存储条件信息等的出库数据，综合管理平台发出指令，工作人员按照指令完成物品分拣和配货。

2）运输过程中物品动态数据采集

在商品运输过程中，需要采集上下货信息以及跟踪物品状态信息。上下货信息采集可以利用安装在车门处的一对红外传感器，当需要上下货而打开车门时，启动车门处的固定天线，对进出车门的货物进行扫描，即可采集到上下货详细信息；当关闭车门时，启动另外3个天线，对车厢中的货物进行扫描，用于运输途中的监控[9]。利用安装在车厢内的传感器，可以及时采集物品的温度、湿度等状态数据。

3）运输车辆位置信息采集

感知层的物流跟踪管理软件可以基于Google开发，利用Google Maps API接口与Google地图服务器通信，即可取得实时地理信息，同时，将车辆的GPS位置标于地图上，即可取得车辆的位置信息[10]。

2.2.2 应用层

1）跟踪数据查询

由应用层的跟踪物品目录、车辆射频卡管理、地点射频卡管理等基础数据和物品编码数据、到站、中转站信息、运输车辆信息等系统数据接口，结合上述感知层采集的到的物品出库数据、运输过程中物品动态数据、运输车辆位置信息，可以建立物品跟踪台账、跟踪物品上下货，及时掌握物品到站信息、货主收货信息、物品状况信息以及车辆位置信息，并生成物品运输结果图表。

2）物品状态监控

在车辆运输过程，利用安装在运输车厢内的温度传感器、湿度传感器等，实施采集物品温度、湿度等数据。当数据不满足存储条件时，控制装置自动调节温、湿度，以达到保质要求，同时，利用车载移动设备将动态数据发送到网络节点，再利用互联网将数据发送到控制中心，与数据库物品基本信息相关联后，即可及时查询运输物品的动态信息。这些信息也可通过移动端软件发送到司机及相关人员的客户端，以便及时查询。一旦出现故障，如空调损坏，温度不能达到需求时，也可人工干预。

3）综合信息统计、分析和报送

综合信息统计和分析功能，可以利用系统数据库逻辑结构，结合系统应用层具体要求，设计需要的用户视图来实现。由于本系统涉及到的数据库逻辑结构比较复杂，除利用视图技术实现外，还可以考虑利用存储过程来实现具体功能，这样可以提高模块的利用率，也可提高软件开发的效率。至于信息报送功能，应尽可能考虑移动化，按照权限将信息直接发送到用户的移动设备上，这样，管理人员可以随时跟踪物品运输状况，全方位掌握运输流程。

3 系统软件设计

3.1 系统软件结构设计

物流动态管理软件不仅要考虑如何有效利用物联网中间件实现监控与管理功能，还要与现有业务系统（如ERP系统）集成，获取客户订单和货物等信息。同时还要有很好的扩展性，为今后与其它系统的集成留下接口[11]。软件系统设计中需要考虑企业现有数据库及本系统数据库、GIS数据库组成的基础数据；将现有ERP系统、Google Maps服务器、GPS模块、3G网络模块、RFID阅读器模块等集成为统一的设施层；在此基础上，通过GMS、3G无线网络和企业局域网组成网络层；以Google Maps API、GPS数据、RFID数据、以及复杂事件处理程序、客户订单等组成系统中间件，最后实现应用层的各种功能。软件系统结构如图2所示。

图2 软件系统结构图

3.2 系统数据库结构设计

本系统需要处理大量的数据，因此，数据库结构设计的质量高低直接影响系统功能的实现和开发效率。根据图2可知，系统数据库包括GIS数据库，含有GPS模块、3G模块、RFID标签阅读器的模块数据库，和企业现有ERP数据库。其中企业现有ERP数据库主要存储物品目录信息、生产过程信息有等基础数据，可根据企业生产的不同产品、生产流程、生产计划以及ERP系统的功能确定。

这里主要讨论其他两个数据库的主要结构。

3.2.1 GIS数据库结构

GIS数据库主要存储车辆位置信息，涉及到用户、单位、司机、车辆、地标五个实体，需要设计5个关系模式，其中，用户和单位要有共同属性，司机和车辆有共同属性，车辆和地标有共同属性，这样才能够实现数据的连接查询。用户、单位、司机、车辆关系模式比较简单，关键是地标关系模式中存储的信息应包括序号、类型（点、区域、禁区）、名称、最小经度、最小纬度、最大经度、最大纬度备注等属性[12-13]。该关系模式与Google Maps API中的地图数据相关联后即可直接得到车辆所在的省界、县、公路、地物的具体位置。

3.2.2 模块数据库结构

1）上述GIS数据库已经保存了车辆位置信息，在GPS模块数据库中，还应设计通信、报警、调度3个关系模式，以实现运输过程中的动态监控功能。其中通信关系模式保存通信记录，包含通信记录ID、起始位、包长度、协议号、信息内容、信息序列号、错误校验、停止位等属性；报警关系模式包含报警编号、车辆ID、预警日期、预警时间、预警类型、通信记录ID等属性，而调度关系模式包含调度编号、车辆ID、通信记录ID、调度类型、调度日期、调度时间、调度用户ID、调度内容、调度结果等属性[14]。

2）利用3G通信模块可以传递从传感器采集到的物品信息，因此3G模块数据库设计主要存储物品状态信息，涉及到物品、状态、上下货、收货人等实体。物品关系模式保存物品编码信息，这里必须有能唯一标识该物品的属性，用物品电子标签ID即可；状态关系模式存储物品温度、湿度、颜色等信息（具体取决于物品保质量要求）。上下货关系模式存储物品编码电子标签ID、上下货时间、地点信息，其中地点信息与车辆位置信息要关联；收货人关系模式存储收货人编码、物品电子标签ID、收货时间、物品状态等信息。

3）RFID标签阅读器读写物品信息，其电子标签ID是识别物品和车辆的唯一编号，对物品、车辆电子标签进行EPC编码，其中车辆编码见参考文献[15-16]，物品电子标签编码如3所示。

图3 物品电子标签编码

在数据库中，物品关系模式中电子标签ID是主码，其他关系模式中电子标签ID是外码，这样就建立了不同关系模式之间的关联，能够实现链接查询。车辆信息存储也同理。

3.3 系统软件开发

系统软件开发应考虑以下核心技术的应用：

1）最好采用Java语言，基于J2EE技术进行系统结构设计和系统开发；

2）采用B/S/S多层体系设计结构；

3）数据库最好采用Oracle10g或以上版本，以实现高数据量检索功能；

4）利用SMS和GPRS的通信方式完成数据交换，进行信息资源整合；

5）采用对象组件技术完成系统的快速开发和功能实现；

6）在Web层，采用Struts框架与Spring进行系统界面设计页面控制；

7）利用 JavaBean完成对中间件 GPS Web Services、RFID Web Services、 复杂数据处 理 Web Services、客户订单Web Services的调用；

8）利用Hibernate技术实现对数据库的高效访问。

4 结束语

利用物联网技术、RFID技术[17-18]、GPS/GIS定位技术、传感器技术、条形码技术，结合计算机软件技术、网络通信技术能够实现智慧物流动态跟踪管理，及时掌握运输过程中车辆运输路径、到达位置、物品上下货、物品状态等信息，使客户及时了解所订购商品的达到信息，物流经营者及时掌握物流状况，保证物品质量与运输安全，节约物流成本。本文研究了智慧物流动态跟踪管理中相关技术的应用及系统架构设计、功能设计、数据库设计、软件系统开发等问题，对具体实现方法如运输车辆中传感器的选型和安装，GMS网络、3G无线网、企业局域网的数据通信问题，还有系统详细设计等问题未能涉及，应进一步深入研究。

[1]雷光临，李俊.基于物联网技术的智慧物流研究[J].物流技术，2012（8）：393-394.

[2]叶宁勇.基于物联网技术的物流信息监管系统研究[J].商场现代，2015（1）：52-54.

[3]张婷.射频技术在物联网中的应用[J].现代电子技术，2014（3）：56-57.

[4]王文举，宋琳，房洪杰.基于GIS/GPS的车辆监控系统在现代物流中的应用[J].中国高新技术企业，2009（13）：28-29.

[5]王燕.G IS/G PS技术在物流信息系统设计中的应用[J].物流技术，2013（1）：246-248.

[6]樊尚春.传感器技术及应用[M].北京：航空航天大学出版社，2010.

[7]李建春.条码技术在快递物流行业中的应用[J].物流技术，2013（8）：71-74.

[8]吴晓坤，章 扬.基于物联网及 RFID识别技术的智能药品物流监管系统研究[J].物流技术，2015（3）：222-224.

[9]魏春梅，胡锦帆，唐晟林.基于移动物联网技术的物流追踪与监管系统 [J]，物流技术，2015（6）：267-269.

[10]徐广岩，宋庭新，朱清波.基于Google Maps的物流在途监管与实时显示技术研究[J].软件导刊，2012，11（1）：149-151.

[11]马荣华，尹良.基于物联网技术的家电仓储企业物流供应链监管平台设计[J].物流技术，2014（11）：76-78.

[12]彭诚.基于GPS的物流车辆监控系统的设计和实现[D].上海：上海交通大学，2013.

[13]樊雨谦.车辆特征数据库管理系统设计与实现[D].沈阳：东北大学，2015.

[14]黄华锋.基于GPS/GIS车辆监控系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.

[15]贺亚茹.基于RFID技术的矿井物流管理系统数据库设计[J].工矿自动化，2014（4）：90-92.

[16]肖林京，文艺成，孙传余，等.矿井物流管理和人员定位系统的信息采集[J].工况自动化，2015（6）：18-20.

Design of wisdom logistics dynamic tracking management system

HE Ya-ru
（School of Information and Network，Xi'an International University，Xi’an 710077，China）

Study wisdom logistics tracking management involved in the internet of things technology，RFID technology，GPS/GIS positioning technology，sensor technology and barcode technology，is given by the perception layer，network layer，application layer system architecture，discusses the data acquisition，dynamic monitoring，comprehensive data analysis and the realization of the function such as query tracking technology；designs the software system hierarchical structure，database structure，and studies the core technology in the system development.The implementation of this system will allow users to grasp the status of logistics dynamic information，to ensure the quality and safety of the transport process，save the cost of logistics.

wisdom logistics；Internet of things；transportation tracking；system；design

TN929.5

：A

：1674－6236（2017）13-0079-04

2017-01-11稿件编号：201701086

贺亚茹（1963—），女，陕西蓝田人，硕士，副教授。研究方向：计算机专业教学、物联网技术应用。