基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鐵路貨物追蹤系統(tǒng)的構(gòu)建

摘 要：在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的基本概念進(jìn)行論述的基礎(chǔ)上，詳細(xì)的探討了構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。以構(gòu)建完善的鐵路貨物追蹤系統(tǒng)為目標(biāo)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分別從車載移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)與安裝、追蹤系統(tǒng)軟件三個(gè)方面探討了構(gòu)建鐵路貨物追蹤系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，形成了相對(duì)完善的貨物追蹤技術(shù)架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；貨物追蹤；鐵路運(yùn)輸

鐵路運(yùn)輸一直是我國貨物運(yùn)輸?shù)闹饕α?，尤其是大宗貨物，鐵路運(yùn)輸幾乎是唯一的陸地運(yùn)輸方式。但是，當(dāng)前鐵路物流信息化程度較低，不能完全滿足社會(huì)各界對(duì)于鐵路物流信息及追蹤的需要。為了提高鐵路運(yùn)輸?shù)氖袌龈偁幠芰Γ岣哞F路貨物運(yùn)輸?shù)闹悄芑潭?，?gòu)建貨物追蹤系統(tǒng)尤為必要。目前，各地基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了諸多新型概念，包括“智能物流”、“智能鐵路”和“感知鐵路”。但是，大多數(shù)的研究都停留在物聯(lián)網(wǎng)終端網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層方面的開發(fā)和研究，沒有重視整體系統(tǒng)體系的構(gòu)建，不利于形成標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的鐵路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)體系。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合鐵路貨物運(yùn)輸以及貨物追蹤定位的現(xiàn)實(shí)需求，探討貨物追蹤系統(tǒng)的構(gòu)建技術(shù)體系，對(duì)提高鐵路貨物運(yùn)輸?shù)闹悄芑托畔⒒葹橹匾?/p>

一、物聯(lián)網(wǎng)的基本概念

物聯(lián)網(wǎng)將將任意物品直接與互聯(lián)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品物理位置的識(shí)別、貨物類型的智能鑒別、跟蹤、監(jiān)控以及物流管理的網(wǎng)絡(luò)體系。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，根據(jù)約定的協(xié)議，利用紅外感應(yīng)設(shè)備、定位系統(tǒng)和激光掃描設(shè)備等信息感知設(shè)備完成信息傳遞、通訊等工作。從本質(zhì)上看，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)依然是互聯(lián)網(wǎng)，但是其通過終端的感知設(shè)備實(shí)現(xiàn)了物品之間的信息交換，有效的擴(kuò)展了互聯(lián)網(wǎng)的核心地位。

二、物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)通過設(shè)置的感應(yīng)設(shè)備對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的物體屬性進(jìn)行掃描、信息讀取，然后將得到的信息轉(zhuǎn)換成為可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)幕緮?shù)據(jù)類型。最后，通過互聯(lián)網(wǎng)將信息傳送給中央處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、傳遞、處理等。其中，IPv6、RFID、云計(jì)算和傳感技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)構(gòu)成。

（一） IPV6

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，IPv4地址已經(jīng)告罄，IPv6必將逐步取代IPv4。與IPv4（32位數(shù)據(jù)地址）相比，IPv6能夠提供128位長度的地址，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地球上任意物體賦予單獨(dú)、唯一的IP地址。而要想在物聯(lián)網(wǎng)中構(gòu)建任何物體之間的相互連接，就必須將IP地址分配給每一個(gè)物體，而IPv6正好能夠滿足該需要。因此，在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的過程中，IPv6技術(shù)是基礎(chǔ)的技術(shù)條件。

（二） RFID

RFID即射頻識(shí)別技術(shù)，通過射頻讀取的方式識(shí)別目標(biāo)物體的無線射頻信號(hào)，獲得物體的標(biāo)記信息。由于射頻識(shí)別設(shè)備的體積一般較小，便于附著在需要識(shí)別的物體上，能夠通過非接觸的方式快速讀取存儲(chǔ)的相關(guān)信息。同時(shí)，其具有覆蓋范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前大多數(shù)正在開發(fā)和應(yīng)用的識(shí)別技術(shù)多采用RFID。

（三）云計(jì)算技術(shù)

所謂云計(jì)算技術(shù)，即為以實(shí)現(xiàn)海量信息處理而開發(fā)的一整套信息處理運(yùn)算模型，能夠利用互聯(lián)網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)、易擴(kuò)展、虛擬化的計(jì)算資源，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的支撐體系，也是物聯(lián)網(wǎng)得以構(gòu)建的核心基礎(chǔ)。云計(jì)算的數(shù)據(jù)管理能力和存儲(chǔ)能力強(qiáng)大，而這恰好能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)需要隨時(shí)隨地采集物體詳細(xì)信息提供足夠的計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間，為物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建提供了充分的有力的計(jì)算能力保證。

（四）傳感技術(shù)

信息技術(shù)的三個(gè)核心基礎(chǔ)分別是傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)。其中，傳感技術(shù)包括傳感器的設(shè)計(jì)開發(fā)、信息處理與識(shí)別以及后期的制造、測試和應(yīng)用等工作。通過傳感器能夠?qū)⑽矬w的現(xiàn)實(shí)行為，包括熱、聲、光、位移、力等物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成為計(jì)算機(jī)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)物體物理屬性的感知。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的鐵路貨物追蹤系統(tǒng)的構(gòu)建

（一） 鐵路車輛移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)

基于智能嵌入技術(shù)，將選擇的ARM S3C2440芯片作為嵌入式主機(jī)，使用Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)。同時(shí)，根據(jù)不同的擴(kuò)展領(lǐng)域，還需要選擇其他的芯片集成在一起，形成一個(gè)外圍電路。例如，需要設(shè)置USB 接口、網(wǎng)絡(luò)接口端、RS232接口、LCD控制器以及鍵盤接口等，這些都需要選擇對(duì)應(yīng)的芯片。在設(shè)計(jì)的過程中，盡量根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，盡量選擇片內(nèi)外圍電路實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能，從而對(duì)外圍接口的相關(guān)資源進(jìn)行充分的利用。另外，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)盡量將接口電路與核心電路進(jìn)行分離設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)CPU能夠穩(wěn)定運(yùn)行，避免因?yàn)橥鈬鞯母蓴_，提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（二）鐵路車載設(shè)備的設(shè)置

鐵路車載設(shè)備是實(shí)現(xiàn)鐵路貨物運(yùn)輸追蹤、定位的基礎(chǔ)單元，需要合理的設(shè)置才能保證其基本功能得以實(shí)現(xiàn)。車載移動(dòng)設(shè)備包括一臺(tái)ARM主機(jī)（包含3G/GPS功能模塊）、RFID掃描設(shè)備、4個(gè)天線，具體設(shè)置如圖1所示。其中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸過程中的每一件貨物都進(jìn)行精確的掃描，避免出現(xiàn)標(biāo)簽漏掃和信號(hào)干擾等問題，特意設(shè)置了4個(gè)天線，實(shí)現(xiàn)全方位、無死角信息讀取。同時(shí)，在貨運(yùn)車輛的車門位置設(shè)置了紅外檢測裝置，當(dāng)車門開啟之后，將自動(dòng)激發(fā)車門位置設(shè)置的固定天線，能夠?qū)λ羞M(jìn)出車門的貨物進(jìn)行掃描，從而實(shí)現(xiàn)貨物的上下車校驗(yàn)；而當(dāng)車門關(guān)閉之后，紅外線檢測裝置關(guān)閉，內(nèi)部的三個(gè)天線啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車廂內(nèi)貨物的掃描，完成對(duì)整個(gè)運(yùn)輸過程的監(jiān)控。

圖1鐵路車載設(shè)備的設(shè)置示意圖

（三） 鐵路貨物位置追蹤軟件設(shè)計(jì)

鐵路貨物的追蹤定位不但要考慮到如何通過物聯(lián)網(wǎng)的中間層實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸貨物的監(jiān)控和管理，還應(yīng)該將既有的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)（例如ERP系統(tǒng)）集成起來，從而獲得對(duì)應(yīng)客戶訂單以及貨物屬性等相關(guān)信息。同時(shí)，為了保證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有必要的擴(kuò)展性，還應(yīng)該為后續(xù)的開發(fā)和升級(jí)設(shè)置對(duì)應(yīng)的接口。本文在設(shè)計(jì)追蹤軟件的過程中，使用SOA架構(gòu)完成對(duì)上層物流監(jiān)管軟件和物聯(lián)網(wǎng)中間層和現(xiàn)有系統(tǒng)的集成。在整個(gè)系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)的中間設(shè)備被封裝在Web Services組件當(dāng)中，而上層的應(yīng)用軟件通過利用統(tǒng)一的服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)與中間層的數(shù)據(jù)交換，確保了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)的鐵路貨物位置追蹤軟件總體架構(gòu)包括五個(gè)基本層次：① 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)貨物的調(diào)度和貨物信息的管理等實(shí)際應(yīng)用；② 中間層，主要通過設(shè)置企業(yè)服務(wù)總線，為地圖服務(wù)、ERP系統(tǒng)集成以及物聯(lián)網(wǎng)中間件等提供接口；③ 網(wǎng)絡(luò)層，主要提供基于Web/3G的網(wǎng)絡(luò)信息傳遞服務(wù)；④ 設(shè)備層，包括RFID掃描設(shè)備和GPS模塊等，實(shí)現(xiàn)信息的獲??；⑤ 數(shù)據(jù)交換層，為整個(gè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)。

鐵路貨物追蹤系統(tǒng)的構(gòu)建是一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的工程，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和成熟，物流技術(shù)和物流管理技術(shù)等在不斷發(fā)展，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，在此基礎(chǔ)上方能確保追蹤系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)整體發(fā)展協(xié)同發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)“智能鐵路”、“智能物流”的發(fā)展規(guī)劃目的。

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