基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的物流動(dòng)態(tài)追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳政,虞麗娟,2,陳成明,2

(1.上海海洋大學(xué) 工程學(xué)院,上海 201306; 2.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院,上海 200092)

基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的物流動(dòng)態(tài)追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳政1,虞麗娟1,2,陳成明1,2

(1.上海海洋大學(xué) 工程學(xué)院,上海 201306; 2.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院,上海 200092)

針對(duì)當(dāng)前物流運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展需求,提出了基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的物流動(dòng)態(tài)追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。結(jié)合嵌入式技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)和傳感器技術(shù),設(shè)計(jì)出了一種可以實(shí)時(shí)查詢的物流動(dòng)態(tài)追溯系統(tǒng),使貨物運(yùn)輸過(guò)程中的多種信息可以被實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)具有精確獲得位置信息、運(yùn)輸車軌跡顯示和路徑規(guī)劃等多種功能,實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明:該系統(tǒng)運(yùn)行流暢,精度高且穩(wěn)定性強(qiáng)。

北斗系統(tǒng);動(dòng)態(tài)追溯;實(shí)時(shí)監(jiān)控

0 引 言

隨著商品經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,物流運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)我國(guó)不可或缺的支柱產(chǎn)業(yè)。物流運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)定位和動(dòng)態(tài)追溯功能可以大大減少商品的損壞,這將成為消費(fèi)者對(duì)商品質(zhì)量要求越來(lái)越高的解決之策[1-2]。目前,現(xiàn)有的物流運(yùn)輸方式在記錄商品在運(yùn)輸過(guò)程所處于的溫濕度是否合適、是否受到過(guò)擠壓碰撞等方面還不夠完善,多數(shù)也不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的位置信息查詢,更無(wú)法顯示運(yùn)輸路線,這都制約了當(dāng)前電子商務(wù)的發(fā)展。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由我國(guó)自主研發(fā),是繼美國(guó)GPS和俄羅斯GLONNASS之后的又一個(gè)成熟度高且應(yīng)用范圍廣的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它的定位精度可達(dá)10 m,測(cè)速精度達(dá)到0.2 m/s.西昌衛(wèi)星發(fā)射中心已經(jīng)成功發(fā)射的導(dǎo)航衛(wèi)星有16顆,實(shí)現(xiàn)了對(duì)東南亞的全覆蓋。相比于GPS定位系統(tǒng),北斗系統(tǒng)有兩大優(yōu)勢(shì)[3]:一是信息安全性更高。對(duì)于一些較為機(jī)密的運(yùn)輸監(jiān)控,北斗系統(tǒng)更加可靠。二是北斗系統(tǒng)具有短報(bào)文功能,可以彌補(bǔ)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的不足,是系統(tǒng)更加穩(wěn)定。目前,北斗系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在了物流行業(yè)中。俞巧君[4]等綜合利用北斗定位系統(tǒng)與藍(lán)牙技術(shù),開發(fā)了一種物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可以用于檢測(cè)重要物品在運(yùn)輸過(guò)程中的加速度、溫度和濕度等多項(xiàng)指標(biāo)。張向南[5]等基于AJAX、MINA框架,開發(fā)出了一套包含制定車輛服務(wù)方案功能的車輛監(jiān)控系統(tǒng),并通過(guò)推廣使用起到了顯著的效果。滕志軍[6]等為打破GPS導(dǎo)航壟斷市場(chǎng)的局面,以北斗系統(tǒng)為支撐,應(yīng)用新型ARM9處理器和Linux操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種新型監(jiān)控定位模式,使用戶可以通過(guò)發(fā)送短信的方式獲取實(shí)時(shí)信息,具有一定的推廣價(jià)值。

針對(duì)傳統(tǒng)物流運(yùn)輸模式存在的諸多不足,本文提出了一種基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的物流動(dòng)態(tài)追溯系統(tǒng),結(jié)合GPRS技術(shù)和傳感器技術(shù)[7-8]實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸車輛的實(shí)時(shí)定位、車內(nèi)環(huán)境監(jiān)控以及運(yùn)輸車路線回放等功能,一旦發(fā)生商品的損毀、丟失事故,可以第一時(shí)間根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)行追溯,明確事故責(zé)任,從而加強(qiáng)對(duì)運(yùn)輸車的監(jiān)控管理,大大提高商品的運(yùn)輸質(zhì)量[9]。

1 系統(tǒng)整體方案

本文設(shè)計(jì)的基于北斗系統(tǒng)的物流動(dòng)態(tài)追溯系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)中主要組成部分包括北斗衛(wèi)星、北斗指揮機(jī)、車載設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控管理中心以及服務(wù)器等。其中,車載設(shè)備主要包括車載攝像頭、多種傳感器和車載通信硬盤等,其功能主要是將實(shí)時(shí)的定位信息發(fā)送給北斗指揮機(jī)以及接收并執(zhí)行來(lái)自監(jiān)控中心的各項(xiàng)命令。車載攝像頭可以采集運(yùn)輸過(guò)程中拍攝的視頻和圖片,防止意外事件的發(fā)生,有效的保障物流安全。服務(wù)器的主要功能是處理來(lái)自北斗指揮機(jī)的信息以及對(duì)物流信息進(jìn)行分析匯總,用戶可以通過(guò)Internet、GPRS等多種方式向服務(wù)器申請(qǐng)查詢實(shí)時(shí)的物流信息。

圖1 北斗定位系統(tǒng)在物流動(dòng)態(tài)追溯系統(tǒng)中的基本架構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件主要由北斗定位模塊、ARM處理器、無(wú)線通信模塊、存儲(chǔ)模塊、傳感器信號(hào)接口及攝像頭接口等組成,如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件組成

北斗定位模塊的作用是實(shí)時(shí)定位物流運(yùn)輸車的位置坐標(biāo)并傳輸給ARM處理器,協(xié)助其進(jìn)行路線記錄和導(dǎo)航。無(wú)線通信模塊主要負(fù)責(zé)接收物流運(yùn)輸車的位置信息,并實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車和監(jiān)控管理中心的信息傳遞。

監(jiān)控管理中心可以通過(guò)車載攝像頭和傳感器,觀測(cè)運(yùn)輸車內(nèi)情況并監(jiān)測(cè)影響商品質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)。存儲(chǔ)模塊主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)相關(guān)的電子地圖數(shù)據(jù)及記錄車內(nèi)監(jiān)控情況。系統(tǒng)功能主要包括定位、導(dǎo)航、監(jiān)測(cè)和信息重現(xiàn)等,如圖3所示。

2.1 北斗衛(wèi)星定位模塊

本系統(tǒng)導(dǎo)航定位模塊選用的是麥宏科技設(shè)計(jì)的UM220-III N,如圖4所示，UM220-III N芯片具有雙系統(tǒng)、高性能、低成本、低功耗等特點(diǎn),能夠同時(shí)支持兩個(gè)頻點(diǎn),在低功耗的情況下依然可以保證很高的靈敏度。

圖4 北斗UM220-III N芯片電路

當(dāng)天線接收到導(dǎo)航信號(hào)后,通過(guò)功分器將信號(hào)分為兩路,分別通過(guò)兩個(gè)射頻前端輸出中頻信號(hào)供該芯片完成電文解算以及導(dǎo)航信號(hào)的捕捉跟蹤;然后再由ARM處理器完成PVT解算,最終通過(guò)射頻前端將解算后的數(shù)據(jù)發(fā)送給下一級(jí)。

2.2 ARM處理器模塊

ARM處理器模塊選用Smart210核心板,中央處理器是基于CortexTM-A8的Samsung S5PV210,主頻為1 GHz;兼容Andriod、Linux、Windows等操作系統(tǒng);容量為2 GB MLC閃存且支持16bit ECC校驗(yàn);模塊內(nèi)置SGX540高性能圖形引擎, 2D/3D圖形加速流暢度極高。

該處理器模塊是整個(gè)系統(tǒng)硬件構(gòu)成的核心模塊,其主要功能是將北斗定位模塊輸出的＄BDRMC格式數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理。同時(shí)該模塊還將通過(guò)無(wú)線通訊接收的指令進(jìn)行轉(zhuǎn)化,從而控制相關(guān)的車載設(shè)備。

2.3 通訊模塊

無(wú)線通訊模塊選用的是華為公司的MU509通訊模塊,這是一種雙頻寬帶碼分多址(WCDMA)工業(yè)級(jí)無(wú)線模塊,下行速率為3.6 Mbit/s;同時(shí)具備短信功能和語(yǔ)音功能,內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧。該通信模塊具有8個(gè)wire UART,采用RS-232串行接口,同時(shí)支持雙路接收、發(fā)送以及TCP/IP、PPP通信協(xié)議。ARM處理器模塊可以借助MU509通訊模塊的強(qiáng)大數(shù)據(jù)傳輸功能隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和上傳。

3 系統(tǒng)軟件

3.1 電子地圖嵌入設(shè)計(jì)

谷歌地圖提供了基于JavaScript技術(shù)的API接口,本系統(tǒng)在不建立地圖服務(wù)器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了嵌入Google Maps的地圖服務(wù)應(yīng)用[10],通過(guò)上述接口對(duì)谷歌地圖進(jìn)行了二次開發(fā)使用。

1) 通過(guò)GMarker地標(biāo),使用命令符GMap2.addOverlay()來(lái)進(jìn)行標(biāo)記Google Maps地理位置。

2) 使用openInfo Windows Html()為軟件添加圖片和信息窗口,創(chuàng)建Tabs數(shù)組并在數(shù)組中使用html語(yǔ)言進(jìn)行內(nèi)容編譯。

3) 添加疊加層,將地圖圖片嵌入Google maps中。分別使用setCenter函數(shù)和GGroudOverlay來(lái)設(shè)定地圖坐標(biāo)和縮放級(jí)別以及添加疊加對(duì)象。

3.2 軟件總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了以下流程:ARM處理器開發(fā)環(huán)境的搭建、系統(tǒng)初始化、北斗定位模塊及通訊模塊的啟動(dòng)、車載設(shè)備驅(qū)動(dòng)、遠(yuǎn)程端監(jiān)控等。系統(tǒng)在嵌入式下完成定位信息采集程序的設(shè)計(jì)及各模塊的驅(qū)動(dòng)程序。軟件的總體設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊的軟件設(shè)計(jì)部分主要包括數(shù)據(jù)的接收、處理和發(fā)送程序。其中定位信息采用中斷方式來(lái)進(jìn)行獲取并保存在Buffer緩沖器中。

無(wú)線通信模塊的軟件部分主要用于實(shí)現(xiàn)連接因特網(wǎng),本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)采用TCP/IP協(xié)議。該模塊的啟動(dòng)和調(diào)用均采用AT指令模式。

Qt軟件部分的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)調(diào)用Google提供的API接口函數(shù)及多線程的處理數(shù)據(jù);使用QtWebKit組件來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件中電子地圖部分的顯示;應(yīng)用setUrl函數(shù)搭建軟件主界面并顯示主要功能窗口,最終實(shí)現(xiàn)在軟件端顯示運(yùn)輸車的定位信息、軌跡回放和車內(nèi)視頻信息的獲取。

4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

4.1 靜態(tài)測(cè)試

本系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)輸車動(dòng)態(tài)測(cè)試之前,先對(duì)北斗系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試。選取三個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行定位對(duì)比,查看車載北斗系統(tǒng)發(fā)回的位置坐標(biāo)與現(xiàn)場(chǎng)手機(jī)GPS顯示的位置坐標(biāo)是否基本一致,對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 北斗系統(tǒng)定位精度靜態(tài)測(cè)試結(jié)果

對(duì)比可知,車內(nèi)北斗系統(tǒng)發(fā)回的三點(diǎn)定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)手機(jī)GPS軟件測(cè)得誤差極小,定位精度極高,故可繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)輸車行走軌跡的動(dòng)態(tài)測(cè)試。

4.2 動(dòng)態(tài)測(cè)試

靜態(tài)測(cè)試完成后,選用物流實(shí)驗(yàn)車在上海地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試。在測(cè)試過(guò)程中,車載設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率為10 s/次,共發(fā)射2000組數(shù)據(jù),GPRS未出現(xiàn)掉線情況,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率高達(dá)99.2%,完全能夠滿足正常運(yùn)營(yíng)的需要。測(cè)試期間,北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)谷歌實(shí)驗(yàn)室提供的Google Maps API接口函數(shù)與軟件端實(shí)現(xiàn)互通,清晰的顯示了物流車輛當(dāng)前的位置信息和車輛軌跡記錄,如圖6所示。從系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)界面中可以看到當(dāng)前運(yùn)輸車所在位置的坐標(biāo)信息以及之前行程的紅色行車軌跡。

圖6 運(yùn)輸車定位及軌跡顯示功能測(cè)試

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于當(dāng)前存在的物流跟蹤不及時(shí)、商品無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)追溯等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[11],本文將我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、無(wú)線通訊模塊和嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)合應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了物流運(yùn)輸車的實(shí)時(shí)定位、軌跡顯示、路徑優(yōu)化和視頻采集等功能,在很大程度上提高了物流運(yùn)輸過(guò)程中相關(guān)信息的真實(shí)性和及時(shí)性,同時(shí)也使得消費(fèi)者可以實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)追溯商品配送信息。目前該系統(tǒng)運(yùn)行良好,下一步應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化的問(wèn)題主要是在無(wú)線信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)的系統(tǒng)的延時(shí)問(wèn)題,使之更加的真實(shí)有效。

[1] 武敏,王春岐. 我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用及發(fā)展前景分析[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2016(30):39.

[2] 朱為建. 基于北斗的交通物流運(yùn)輸系統(tǒng)研究[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展,2016(10):19-21.

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Design and Implementation of Logistics Dynamic Traceability System Based on BeiDou Satellite Navigation System

CHEN Zheng1,YU Lijuan1,2,CHEN Chengming1,2

(1.SchoolofEngineering,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China2.CollegeofMechanicalandEnergyEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China.)

Aiming at the current development of logistics and transportation, a design method of logistics dynamic traceability system based on Beidou satellite navigation system is proposed. Combined with embedded technology, wireless communication technology and sensor technology, designed a logistics dynamic traceability system, so that a variety of information in the process of transport can be real-time monitoring. The system has many functions, such as obtaining location information, showing trajectory of tractor and path planning. The actual test shows that the system is running smoothly, with high precision and high stability.

Beidou system; dynamic traceability; real-time monitoring

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.017

2017-01-09

上海市科技興農(nóng)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目(編號(hào)：滬農(nóng)科攻字(2013)第4-2號(hào))

P228.4

A

1008-9268(2017)03-0082-05

陳政 (1990-),男,碩士研究生,研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)開發(fā)。

虞麗娟 (1963-),女,教授,研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)搭建與開發(fā)。

陳成明 (1978-),男,講師,主要從事人因工程、工效學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)工程等方面的科研工作。

聯(lián)系人: 陳政E-mail:cz397498572@163.com