基于北斗卫星定位和RFID射频识别技术远距离高海拔运输车辆跟踪系统研究

甄 强，邱明月，陈志鹏，刘 冬，刘 孚，于晓晴

（中建一局集团第五建筑有限公司，北京 100024）

0 引言

工程建设中的物料品目众多，企业追求运输、检验、仓储管理的高效率与低成本，如何解决管理逐步细化与效率、成本之间的相互制约，实现有效的精细管理，并兼顾高效率、低成本是企业亟待解决的问题，特别是在远距离高海拔地区的建设项目，运输车辆的轨迹跟踪和运输货物的检验、入库仓储等问题更加突出。随着数字化技术逐步成熟，本文提出应用RFID技术作为货物品目识别分类管理、北斗定位技术作为车辆跟踪二者相融合的解决方案，实现物料跟踪、记录、存储和追溯产品的物流信息，实时跟踪和追溯查询，降低物料非预期性损失，有效解决物料信息的滞后性和可靠性问题，并提高生产运行效率。

1 工程概况

西藏博物馆改扩建项目位于拉萨市，由老馆区、展览区、技术办公区、文物研究中心、库区组成，整个建筑具有鲜明的民族特色。西藏地区海拔较高，施工物资匮乏，大型机械和设备如大型塔式起重机、外用电梯、室内电梯、扶梯等，大宗材料如钢结构、石材、钢筋、模板、机电材料均需从其他省市如四川、重庆、青海等加工制作。其他省市至西藏目前暂无全程高速道路，只能通过现有的国道G317，G318等进行运输，储运管理工作特别是出库、运输、收货、物流管理成本非常高，物料运输困难。

对于多数高海拔地区，如青藏高原地区，由于地理条件限制造成物料资源匮乏，很多主材和机械均需从内地进行长时间远距离运输，一方面，物料运输时间和距离被拉长，对成本和工期的不确定性影响很大，呈非线性增长；另一方面，青藏地区本地加工能力弱，很多物料需从内地提供半成品，如果运抵的半成品不齐全或不达标，一旦返厂会对工期造成很大的影响。因此，需对远距离高海拔运输物料的过程实时追踪，掌握运输车辆运送状态及物料信息，以便合理安排工程施工进度[1]。

为保证项目在合同约定时间内按质按量完成各分部分项工程施工任务，物资保证是重中之重。针对材料、机械的远距离高海拔运输问题，基于物联网技术，研发车载监控系统的硬件部分和软件部分，实现北斗卫星定位、RFID数据读写；北斗卫星定位接收模块采集地理位置信息，RFID射频识别模块记录货物数量信息，将采集到的实时数据通过通信模块传输至监控中心的服务器和用户移动设备上，进行车辆和货物的跟踪与查询。动态掌握长距离运输中的车辆位置，便于掌握关键路线的施工进度，并可实时跟踪材料运输情况，有效调整现场施工。

2 研究重难点

2.1 出库信息检索核实

物料出库前必须对物料进行准确辨别选择。建筑材料种类非常多，用量也很大，建筑方为降低物流成本，通常会对部分信息只做类别区分，承运方在配货装载时效率低下，甚至出现配货错误、地址混淆的状况，给日常管理工作带来很多困难。

1）物资进货入库、领料出库等流转信息依靠纸质件记录和传递信息，采用纸制台账记录物品的进出，然后再由人工将信息输入物资管理信息系统。

2）仓库所有物资的盘点记录、统计、报表及单据制作均由手工完成，仓库内物资存放缺乏储位管理，出入库易发生混乱。

3）大量的仓库信息靠人工收集，采用纸质记录，不易保存，易破损丢失，查询困难，工作质量和效率完全依赖人的经验和责任心，信息质量无法做到一贯的品质保证。

4）管理信息时效性差，如物资出入库的信息靠纸质件记录传递，信息无法实时在物资管理信息系统中记录和更新，日积月累造成混乱，无法实现账实一致，管理层无法及时掌握仓库物资入库、出库及在库情况，从而无法依据精确的库存信息进行有效管理决策。

5）无有效储位管理，仓库信息零散，非系统化，造成管理隔断，物资查找盘点困难，且需花费大量时间，导致数据采集和处理效率低下，影响工作效率。

2.2 储运进度与接收质量控制

传统物料储运模式下，储运过程管理基本是相关部门通常通过电话与储运单位司机核实运输进度，并适时对物料情况进行核对，一旦发现物料有误，管理部门通常是事后把关，给工程施工埋下安全隐患。

1）对地理位置特殊、环境恶劣的地点，产品的掌控力度将大大减弱，无法确保产品的实际应用性能。

2）信息时效性差，不能及时有效收录到达货物的详细内容，需进行筛选并核实，造成施工进度延迟。

3）不能及时了解当地的特殊环境，易造成产品损耗，甚至影响工程进展。

4）缺少专业测量设备，会降低货物的使用性能，对后期工程项目的安全性及质量保证埋下隐患。

5）由于供需方之间信息不对称，双方之间的合作具有不稳定性，因而，对储运物料的质量检测工作尤为重要。

2.3 特殊地理环境

高海拔地区对车辆及运输材料的影响很大，特殊地理环境及极端天气状态下造成的问题非常明显。

1）车辆高原空气稀薄，低排量发动机易出现“缺氧”燃料不足情况；真空助力制动性能下降；温度较低，机油及冷却液易上冻；高原路况较差，易对车辆造成损坏。

2）物料在极端天气下，物料的应用性能减弱，如高原偏僻地区，人迹罕至，物资较匮乏，所以使用的物料大多以半成品状态运输至工程现场，原材料对当地的气候适应性会大大降低，缩短使用寿命；如遇极端气候，物料的应用安全性将降低，不能有效收录信息，原材料匆促应用会造成重大安全隐患；如果材料在运抵现场后，发现材料达不到使用要求，将会造成往返的经济支出，造成不必要的财力浪费。

3 北斗定位技术和RFID射频识别技术的应用

1）北斗定位技术是基于北斗卫星导航系统完成，由空间段、地面段和用户段三部分组成。该技术可提供高精度、高可靠性的定位、导航等功能，并具备通信能力，能够在高海拔区域进行导航、定位和授时功能。定位精度能够达到分米、厘米级别，物料配货车辆配备北斗定位模块，使管理者随时掌握车辆运行状态。

2）射频识别技术是一种非接触的自动识别技术，由感应标签和读写装置组成。其工作原理是带有标签的物料进入磁场中，接收解读器向外发送射频信号，其信号中存储有运输的产品信息，也可由标签发送确定频率的信号，解读器通过解码后将信息传送到中央信息系统进行数据处理。

本项目基于超高频建筑物理信息写入电子标签中，通过对电子标签识别，实时采集在高海拔远距离运输中的物资出库入库信息，便于对每个构件的管理查找，结合智能监控系统还可进行可视化管理，从而实现物资运输及出入库时的自动分配，提升管理效率。

4 研究过程及项目应用

4.1 系统基本组成

物料追踪系统的逻辑结构按功能角色划分为4个模块，包括司机端、仓储端、质检端、施工端。这4个模块作为前端信息采集并与后端服务连接。

本项目的施工材料场内外可视化追踪系统包括终端App和数据管理系统两部分。应用了B/S结构、混合开发等技术。终端App包括司机端、仓储端、质检端、施工端，能够对货物流程进行控制和信息提交。数据管理系统包括用户管理、权限管理、公司管理、车辆管理、物料管理、模型管理等模块，能够对系统数据进行统计及分析。

4.2 系统主要功能

由货物管理员发起，在系统中添加货物，货物装车操作，管理员将货物绑定指定车辆。司机登录App后先进行绑定车牌，然后扫描二维码发车，经过途经点再次扫描二维码并填写备注，多次扫描二维码以更新位置信息。当货物到达目的地后，点击提醒验收，确认货物到达，货物验收进入施工流程。通过管理员、司机、施工员、质检员的参与，实现以下功能。

1）实现对出场物料的信息录入、跟踪、监控、统计、分析，如图1所示。

图1 物料及运输统计信息

2）实现对公司车辆信息的管理，包括信息录入、状态监控等，如图2所示。

图2 车辆统计信息

3）实现对物料生产厂家的管理。

4）实现对物料运输过程中位置信息的监控，采用二维码扫描动态录入位置信息，在App中更新，如图3所示。

图3 手机App更新货物位置

5）实现对物料施工状态的监控；管理端首页展示建筑模型，左上角可以选择差异化显示编号，选择之后点击后面的按钮可看到此编号对应的模型位置，点击查看已完成的构件可查看当前系统内所有已完成的构件显示出的效果，如图4所示。

图4 管理端首页

6）接入BIMFACE平台，可对模型进行状态显示。

为保证应用的实施效果，项目制定多项施工管理制度，设计物料追踪管理组织架构，明确各参与人的职责。对特定类型材料，如钢结构等的运输过程进行追踪，整合数据以辅助决策，指导具体施工过程。

通过对决策的信息支撑，有效减少施工材料不能及时就位造成的工期延误问题。通过时空等维度对施工的精准指导，减少安装错误和二次搬运等问题，节省成本。该系统信息有良好的数据共享与效果表达。

5 结语

北斗车辆定位系统与RFID识别技术的结合，具有高性能、高精度、低成本、可推广应用的优势。RFID可非接触读取数据，与其他自动识别技术相比，还具有携带数据量大、信息处理速度快、保密性高、识别距离远等特点。RFID具有很强的环境适用性，抗干扰能力强，可在全天候下使用，几乎不受恶劣环境的影响，同时还可避免机械磨损。RFID射频识别系统还可满足多用途的要求，可实现多目标识别，系统可靠性高，操作方便快捷。北斗定位技术实施简便，可实现对远程高原地区运输车辆状态全程跟踪，提升安全管理力度。运用北斗车辆定位结合RFID射频识别技术组成的物料运输系统最大限度实现物料流程管理及货物管理的精细化，且人工干预情况少，提高储运效率从而降低成本。