利用北斗的物流信息监管系统设计研究

张政治

利用北斗的物流信息监管系统设计研究

张政治

（中国人民解放军61920部队，成都 610505）

针对当前物流信息服务难以较好满足客户多样化、特定化需求的现状，介绍利用北斗位置服务、短报文通信以及集团管理功能设计物流信息监管系统。该系统主要包括前端采集设备和中心监控管理平台，通过监测分析车辆和货物的实时状态和参数，实现物流信息的有效管理和发布，为货物的安全、可靠、及时运输提供有力支持。

北斗；物流；监测

0 引言

2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式开通，开启造福人类的新篇章。中国北斗选择了符合国情的“三步走”战略，采用了独特“混合”星座，同时北斗的“一体化”设计体现独特的“中国智慧”。另外，北斗三号全球系统还可提供卫星增强、国际搜救、精确单点定位、地面增强等多样化服务，更好地满足用户多样化需求。属于北斗的“全球时代”已经到来，如今，北斗系统已经应用到各行各业，走进千家万户，像水电一样，已经成为人们日常生活中不可或缺的必需品，无处不在，触手可及[1]。去年新冠肺炎疫情阻击战中，北斗的贡献也是有目共睹。北斗系统与新一代5G移动通信、区块链、物联网、人工智能等新技术碰撞融合，构建以北斗时空信息为主要内容的新兴产业生态链，推动生产生活方式变革和商业模式不断创新，将创造出巨大的经济效益和社会效益。

当前社会经济的飞速开展，制造业、商业和企业的范围不断扩展，产品、原料大量需求，其物流量也在不断增大，行业信息化要求越来越高。同时，客户对配送时间、过程监视、货物状况等需求也越来越多，尤其是部分货物存在超重、超高、超大不可解体等情况，在运输上存在较多困难。当前各物流公司采用的各类在线物流调度管理平台功能相对简单，比如无法监视货物的震动、跌落、温湿度等信息和物流车超速、不按规划路线行驶等情况。本文研究基于北斗的物流信息监管系统设计，能够为车辆监控、货物跟踪、状态查询、实时通信等物流信息服务提供通用解决方案[2]。

1 系统架构

一般情况下，行业领域应用北斗的系统可分为前端采集、传输网络以及中心监控管理三个部分。系统架构如图1所示[3]。前端采集由涵盖无线网络的一体化监控设备（包括北斗定位模块、专业传感器和无线通信模块）和智能手机（包括APP软件）构成，或者基于北斗卫星的一体化监控设备，可用于边远地区无线网络信号覆盖不全的区域。数据传输由无线通信网络承担，无线网络一体化监控设备通过GPRS网络实现前端采集信息的传输，若选用卫星的一体化监控设备，数据传输通过北斗卫星实现。中心监控管理平台实时接收物流车辆所载一体化监控设备和智能手机回传的位置信息、传感器数据以及运输车辆所载定位跟踪器回传的位置数据并存储，对物流车辆和运输车辆位置进行地理信息系统（Geo-Information System，GIS）叠加显示；通过数据分析实时进行物流车辆停止、超速、震动过激、超出预定路线（电子围栏）告警，完成对物流车辆的监视控制；通过数据分析实时进行运输车辆超出预定路线（电子围栏）告警，完成对运输车辆和驾驶员的监管。

图1 系统架构

2 前端信息采集构架

2.1 设备组成

前端主要是车载无线网络一体化监控设备，具体设计如图2所示。其中，控制模块是监控设备的中心处理器，能够采集北斗定位模块的定位数据，采集震动传感器的震动数据，并将采集数据按一定格式通过移动通信模块发送至监控管理中心。在无线信号覆盖不到的边远地区，可设计采用北斗RDSS传输服务，实现通信联络畅通[4]。

图2 无线网络一体化监控设备结构

智能手机利用自带北斗定位模块或Android客户端软件（GPRS定位），获取位置数据并上报，具备实时报警提示功能。手机APP作为一个数据采集设备，能够提供车辆出发、车辆到场签到的功能，车辆出发之后APP会采集位置信息并且上报到服务器，车辆到场签到后停止上报，过程中对车辆行驶速度进行计算。

震动传感器及定位跟踪器绑定安装在货物上，震动传感器根据特殊环境需要可以拓展为气压、温湿度等传感器；定位跟踪器实时接收北斗卫星信号，完成定位解算，要求体积要尽可能小，具备独立供电能力，能够隐蔽安装在运输设备中。

2.2 主要功能

前端信息采集设备的主要功能是通过专业数据传感器和导航芯片采集车辆运行数据，并将实测数据以有线方式汇聚到数据采集与通信控制器，由数据采集控制器对数据进行统一处理和通信打包，再通过地面无线（或卫星）通信模块发送至管理中心，并接收管理中心信息告警提示等控制指令[5]。其中各类信息采集和上报的频次可根据客户需求定制，实现个性化服务。

2.3 工作流程

前端信息采集工作流程可以概括为监测信息采集、预处理以及传输三个方面[6]。各类传感器对车辆运行和货物运输信息进行实时监测，采集数据质量是完成工作流程的最关键一步；数据采集和通信设备对采集的数据完成打包、编码等预处理，编制传输格式，预处理需要用到专业软件和硬件，这步是为传输做准备；数据传输即通过地面无线网络（或北斗卫星）将预处理后的数据发送至监控管理中心。

3 中心监控管理平台架构

3.1 设备组成

中心监控管理平台主要由各类服务器、监控管理终端、路由器以及防火墙组成，如图3所示。监控管理中心可配备北斗指挥型用户机，实现通过北斗RDSS链路对前端监控设备的通信传输管理。其中，接入服务器、数据库服务器、应用服务器、监控管理终端通过以太网交换机连接，组成一个局域网；北斗指挥型用户机通过串口服务器连接在该局域网内[7]。

接入服务器安装通信接入软件，实时通过无线通信模块接收前端数据，并实时转发至数据库及各种应用平台。当采用北斗RDSS传输时，实时接收北斗链路的数据采集。

图3 监控管理中心结构图

数据库服务器，实时存储物流车辆驾驶员所持手机定位数据、物流车辆所载一体化监控设备的位置数据、运输车辆位置数据、货物的震动数据、温度、压力等数据。

监控管理终端安装车辆监控管理软件，与应用服务器的应用服务软件构成C/S模式，实现对公司所有物流车辆和运输车辆基于地图的实时监控管理。

3.2 主要功能

主要完成对车辆和货物位置信息的监控，融合物联网、数据库、地图信息，为公司和客户提供准确的监管服务[8]。任务功能模块图如图4所示。具体实现以下功能：

（1）通过地面无线网络或北斗卫星链路（可选）自动接收前端物流车辆手机APP和定位设备上传的位置数据，并数据库存储；

（2）通过地面无线网络自动接收前端运输车辆定位跟踪器上报位置数据，并数据库存储；

（3）在地图上对运输车辆位置分别描点，绘制出行驶线路轨迹，进行线路轨迹比对，不同项目或不同设备产品描点颜色可自定义；

（4）分析物流车辆位置信息，如车辆异常行驶或超限行驶，进行告警，调度人员会根据情况联系物流车辆；

（5）获取车辆调度信息，实现车辆信息和车队分组信息管理，如车牌、司机、手机号、车辆状况、维护人员等信息可以录入和查询；

（6）对行程、时间、距离、速度等信息和在途位置、速度等指标统计形成表报资料，定时上传至指定邮箱。

图4 功能模块图

3.3 工作流程

中心监控的工作流程可以概括为数据接收、存储和监视、告警处理和控制指令处理三个方面。监控系统自动接收无线网络（或北斗卫星）转发的前端点发送的各种信息，提取前端点数据，按任务需求将数据转换为不同格式，提供软件监控显示、数据库存储。在监控系统发现异常时能够产生声、光告警，在存入日志数据库的同时，实时展示在监控信息显示界面上。根据任务需求，监控系统可以向前端一体化监控设备发送控制指令；前端点在收到控制指令后执行完毕会发送回执，向监控系统汇报执行结果。

4 结束语

本文物流信息监管系统设计合理，相关软硬件技术成熟，实现工艺简单。在系统作用发挥上，能够作为现有物流调度管理平台的有益补充，满足特定客户的对物流信息服务的需求。该系统可以在物流和其他运输行业推广，尤其是边远地区无线信号覆盖不全的区域，但是需要批量生产以控制成本。

[1] 吴海玲，高丽峰，汪陶胜，等. 北斗卫星导航系统发展与应用[J]. 导航定位学报，2015，3（2）：1-6.

[2] 中华人员共和国交通运输部. 道路运输车辆卫星定位系统平台技术要求：JT/T 796-2011[S]. 北京：人民交通出版社，2011：2-9.

[3] 杨胜斌，贾磊，贺振华. 基于北斗的移动目标信息化管理系统设计与实现[C]. 卫星导航定位与北斗系统应用2016——星参北斗位联世界，2016.

[4] 张政治. 利用BDS的河流水质监测系统建设[J]. 导航定位学报，2016，4（4）：112-116.

[5] 邹浜，周文胜，王伟权，等. 基于RTK/VRS技术的车辆智能监控管理平台的设计与实现[J]. 全球定位系统，2014，39（6）：77-81.

[6] 张霞，陈豪，李剑，等. 湖北省BDS高精度位置服务平台设计[J]. 导航定位学报，2016，4（4）：77-80.

[7] 李飞，孙轩，马春红. 导航与位置服务平台的设计与实现[J]. 地理空间信息，2014，12（5）：38-40.

[8] 杨胜斌，贾磊，贺振华. 基于北斗的物流信息化管理系统方案设计与实现[J]. 数字通信世界，2016.

Research of Transport Message Monitoring System Based on BDS

ZHANG Zhengzhi

Aiming at the current situation that service of transport message doesn’t satisfied custom’s variegated and special need, a device of transport message monitoring system using BDS’ positioning, short message and group manager function is introduced. The system includes front monitoring point and center monitoring system, which realizes transport message’s effective managing and publishing by monitoring and analysing transport’s real-time status and parameter. The system can provides decision-making for safe, reliable and timely transport goods.

BeiDou Navigation Satellite System; Transport; Monitoring

P228

A

1674-7976-(2021)-06-420-04

2021-04-19。

张政治（1982.06—），辽宁营口人，硕士，高级工程师，主要研究方向为卫星导航与应用。