基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝備全壽命管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探究

中國人民解放軍72850部隊(duì) 宋福剛 管文強(qiáng) 趙 峰 呂芳飛

當(dāng)前社會日新月異，科技不斷發(fā)展，各型裝備的更新?lián)Q代也變得越來越快，裝備種類越來越多。作為裝備生產(chǎn)及管理部門而言，日常管理日趨復(fù)雜，這就要求要快速有效地對所分管裝備進(jìn)行管理。裝備管理是否科學(xué)、合理、高效，將會影響部隊(duì)的戰(zhàn)斗力水平，是裝備建設(shè)的重大問題。如何設(shè)計(jì)一個低成本、高性能、使用方便、網(wǎng)絡(luò)化且功能完善的裝備管理信息系統(tǒng)，可以全面實(shí)現(xiàn)裝備從生產(chǎn)、存儲、遞送、使用到銷毀的信息化管理，使裝備管理層次分明，井然有序，為生產(chǎn)、配發(fā)、存儲、遞送和銷毀提供依據(jù)，已經(jīng)成為裝備管理研究中的一個熱點(diǎn)。

因此，本文對基于物聯(lián)網(wǎng)的裝備全壽命管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)做了深入研究，提出了基于RFID與QR條形碼的裝備信息獲取技術(shù)和基于RFID與北斗定位的遞送軌跡信息反饋技術(shù)，對于提高我部的工作效率、加快裝備管理的自動化具有重要的意義。

1.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡介

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝備全壽命管理系統(tǒng)中，作為物體與物體間信息交互的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，自然是研究的重點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)與核心依然是“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，其實(shí)質(zhì)也是一種互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，只不過是將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)延伸到了物理空間中的各個個體身上。它將用戶端遍布世界上的任何物品和物品之間，使得它們能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和通訊。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet of things），將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或通信系統(tǒng)延伸到任何物體，也就是說每一個客觀存在的物體都能夠看成一個信息終端，將其納入到信息網(wǎng)絡(luò)中。具體來說，就是使用一些射頻技術(shù)、條形碼技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等獲取物體的信息，完成對物體與物體、物體與人的信息交互。通常來說，把該網(wǎng)絡(luò)從架構(gòu)上劃成如圖1.1所示。

圖1.1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

（1）感知層：通過各種感應(yīng)器和射頻標(biāo)簽被用來識別物體，能夠?qū)ξ矬w信息進(jìn)行采集和獲取。其使用時(shí)已非常方便高效，只需把記錄有物體信息的標(biāo)簽或感應(yīng)器安裝在需要監(jiān)控管理的物體上，然后用對應(yīng)的讀寫器進(jìn)行掃描，就能夠獲取到物體信息，感應(yīng)層將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)層上傳到應(yīng)用層對應(yīng)的應(yīng)用程序，從而完成對物體的管理。

（2）網(wǎng)絡(luò)層：該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，通過此層將圖1.1所示的各類網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通，從而組建起一個連接了不同接口、不同應(yīng)用場景的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，用戶可以按照自己的需求對各分網(wǎng)絡(luò)中的信息進(jìn)行處理、共享，達(dá)到對信息高效獲取、高效利用的目的。

（3）應(yīng)用層：該層的功能是將通過上述兩層所獲取到的信息，按用戶使用場景不同，以方便直觀、易于理解的方式提供給用戶，主要解決好人與系統(tǒng)之間友好交互問題。

2.基于RFID與QR條形碼的裝備信息獲取技術(shù)

裝備作為一個客觀存在的物體，在裝備信息管理系統(tǒng)中，可以將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入其中。從上文可以看出，在物聯(lián)網(wǎng)中，我們可以使用的信息獲取設(shè)備和手段很多。因此，在本文的裝備全壽命管理系統(tǒng)中，如何根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的一種信息傳感設(shè)備或者多種信息傳感設(shè)備的組合，就是系統(tǒng)技術(shù)探究的關(guān)鍵問題之一，也是最基礎(chǔ)的一個問題。

射頻識別技術(shù)，它能夠使用無線電信號來讀取相關(guān)的數(shù)據(jù)來識別特定的物體，具有自主、高效、準(zhǔn)確識別的特點(diǎn)。QR條形碼與普通二維碼相比，它可以存儲更豐富的信息，如文字、URL地址和其他類型的數(shù)據(jù)加密，并且無需像普通條碼一樣在掃描時(shí)直線對準(zhǔn)掃描器。

在裝備全壽命管理系統(tǒng)中，對裝備的信息化管理，需要能夠方便快速的實(shí)現(xiàn)庫存盤點(diǎn)、庫存監(jiān)控、產(chǎn)品定位等功能，這樣可大幅提高自動化水平。如果用QR條形碼進(jìn)行庫存盤點(diǎn)則需要用掃描器將每個裝備上的二維碼進(jìn)行掃描，這樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且無法做到對庫存的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而RFID射頻卡正好具有這些優(yōu)勢，它的一次掃描面積大，范圍廣，速度快，能夠短時(shí)間自動化的實(shí)現(xiàn)整個庫存裝備的掃描，能夠滿足自動、快速等工作需要。而在出入庫管理操作中，在開放環(huán)境下射頻掃描的掃描范圍過大，容易讀到任務(wù)以外的其他裝備的無關(guān)標(biāo)簽，這會給出入庫操作帶來很多不便，這樣就需要考慮采取措施縮小掃描范圍，此時(shí)QR條形碼除掃描范圍小外，同樣具有RFID所具有的高速度、高精度等特點(diǎn)，其操作方式也符合我們現(xiàn)有的工作習(xí)慣，正好滿足出入庫的現(xiàn)實(shí)需求。

經(jīng)過對裝備管理的出入庫、庫存掃描監(jiān)控等相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真研究與綜合考慮，最終確定裝備產(chǎn)品的標(biāo)簽和大、小封單在不改變原有樣式的基礎(chǔ)上，標(biāo)簽及封單采用915MHZ的紙質(zhì)RFID電子標(biāo)簽并加印QR條形碼。如圖2.1所示。

圖2.1 RFID與QR碼對應(yīng)關(guān)系示意圖

小封單是指貼在單個裝備上的電子標(biāo)簽。大封單是指貼在一個大包裝盒上的包含多個裝備信息的電子標(biāo)簽。在大封單上加印QR條形碼，主要用于方便實(shí)現(xiàn)裝備產(chǎn)品在出入庫管理時(shí)進(jìn)行精確的批量檢查、核對工作。為防止電子標(biāo)簽電磁泄密，電子標(biāo)簽中不存儲任何與產(chǎn)品有關(guān)的信息，僅把其全球唯一的TID作為每份裝備產(chǎn)品的標(biāo)識，并由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)QR條形碼信息和RFID電子標(biāo)簽TID信息的綁定，以使二者互為補(bǔ)充，以便在裝備庫房管理、遞送管理和銷毀監(jiān)控等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)裝備產(chǎn)品的自動識別和定位。因此在出入庫管理環(huán)節(jié)中我們引入了QR條形碼，并使之與RFID電子標(biāo)簽相結(jié)合，共同作為實(shí)現(xiàn)裝備產(chǎn)品信息獲取的技術(shù)手段，提高了裝備管理工作的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

3.基于RFID與北斗定位的遞送軌跡信息反饋技術(shù)

在裝備全壽命周期中，當(dāng)裝備在廠家被生產(chǎn)完成后，將會被分發(fā)遞送到使用單位的庫存中，或者因?yàn)槠渌{(diào)配任務(wù)進(jìn)行裝備遞送。由于裝備的特殊性，要確保裝備能夠安全的到達(dá)目的地庫存，并且要求在遞送過程中完全掌握裝備的位置、內(nèi)容等信息，監(jiān)控裝備是否遺失、被調(diào)換。這就要求我們能夠準(zhǔn)確獲得裝備的軌跡信息。信息技術(shù)高速發(fā)展，當(dāng)前基于北斗、GPS、格洛納斯等定位系統(tǒng)的軌跡追蹤技術(shù)已經(jīng)變得非常成熟了，各種關(guān)于定位的軟件琳瑯滿目。在網(wǎng)上可以輕易的買到各種導(dǎo)航系統(tǒng)的定位模塊，并且提供調(diào)用編程的接口，非常便于將其開發(fā)應(yīng)用到我們的實(shí)際應(yīng)用中。因此我們首先考慮將國產(chǎn)的北斗定位導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用到裝備全壽命管理系統(tǒng)的裝備遞送管理模塊中去。但是傳統(tǒng)的軌跡監(jiān)控裝置僅僅是實(shí)現(xiàn)了對監(jiān)控對象位置信息的監(jiān)控，也就是僅僅有軌跡信息，而缺乏裝備信息的反饋，無法確認(rèn)裝備自身的狀態(tài)。當(dāng)遞送箱中的裝備被掉包也無從得知。

因此我們將射頻掃描技術(shù)和北斗定位系統(tǒng)相結(jié)合，提出了一個基于RFID與北斗定位的遞送軌跡信息反饋技術(shù)。在該技術(shù)中，為了適應(yīng)業(yè)務(wù)安全需求，我們專門設(shè)計(jì)了一個專用裝備遞送裝具。該裝備產(chǎn)品遞送裝具中嵌入北斗定位模塊UM220、超高頻（UHF）電子標(biāo)簽讀取模塊RJ2000、通信模塊SIM300和MSP430核心單片機(jī)。北斗定位模塊提供位置信息服務(wù)，電子標(biāo)簽讀取模塊提供裝備信息掃描服務(wù)，通信模塊提供信息反饋功能。該技術(shù)中有一個信息管理中心服務(wù)器和多個裝備遞送終端（遞送裝具）。信息管理中心分為遞送任務(wù)管理、遞送監(jiān)控兩項(xiàng)功能。遞送任務(wù)管理包括生成遞送任務(wù)和任務(wù)查詢兩個功能，生成遞送任務(wù)是利用掃描槍讀取任務(wù)產(chǎn)品的QR碼信息并生成本次任務(wù)的校驗(yàn)碼，并將校驗(yàn)碼、產(chǎn)品個數(shù)、遞送負(fù)責(zé)人、目的地等基本信息寫入數(shù)據(jù)庫。其工作流程如圖3.1所示，裝備遞送任務(wù)生成后，在遞送過程中由射頻卡感應(yīng)模塊讀取電子標(biāo)簽的基本信息（TID號），并發(fā)送到核心單片機(jī)，考慮到信息保密及信息發(fā)送長度的限制（短信息傳輸長度限制），單片機(jī)將對TID號進(jìn)行累加和運(yùn)算，將累加和、標(biāo)簽個數(shù)以及由定位模塊獲取的位置信息通過標(biāo)準(zhǔn)AT命令接口控制SIM300模塊以短信的形式發(fā)送回信息管理中心，信息管理中心根據(jù)接收到的短消息提取出所需信息，在與數(shù)據(jù)庫中的任務(wù)信息進(jìn)行比對后將比對結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫。

圖3.1 裝備遞送原理流程圖

這樣既保證了在遞送過程中遞送裝具的位置信息，又能夠及時(shí)獲得反饋的裝備信息，保證了裝備的唯一性，同時(shí)又提高了信息反饋的效率。

4.結(jié)語

本文對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝備全壽命管理系統(tǒng)所用到的關(guān)鍵技術(shù)展開了研究。先對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)做了分析；其次根據(jù)裝備全壽命管理的實(shí)際業(yè)務(wù)需要，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最新研究成果，對裝備信息獲取的手段進(jìn)行了研究，提出了將RFID射頻掃描技術(shù)與QR條形碼相結(jié)合的方法，解決了開放環(huán)境下射頻掃描的掃描范圍過大，容易讀到任務(wù)以外的其他裝備的無關(guān)標(biāo)簽，入庫操作不便的問題。然后，針對傳統(tǒng)裝具遞送環(huán)節(jié)中的安全隱患，即只能獲取裝具軌跡信息，無法獲取裝備信息，裝具內(nèi)裝備可能被更換掉包的問題，提出了一個基于RFID與北斗定位的遞送軌跡信息反饋技術(shù)，能夠同時(shí)獲取裝具軌跡信息和裝具內(nèi)裝備的校驗(yàn)和，從而消除了裝備的遞送安全隱患。通過這些關(guān)鍵技術(shù)研究，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了良好的理論依據(jù)，并最終實(shí)現(xiàn)了一個針對裝備全壽命管理工作的管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了我部裝備在生命周期各個階段的管理需求，滿足了我部對裝備管理的要求，功能上完善，技術(shù)上較為先進(jìn)，同時(shí)擁有良好的用戶界面。