大數(shù)據(jù)環(huán)境下一種新型包裹存放柜系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

謝小芳 羅旭 楊藍(lán)雋 胡赟 左安康

摘? 要： 包裹派送是目前網(wǎng)購過程中比較薄弱的環(huán)節(jié)，存在諸多問題，包裹存放柜的使用是一種可選的智能解決方案。介紹了一種用大數(shù)據(jù)優(yōu)化的新型包裹存放柜的設(shè)計(jì)方案。通過分析目前包裹存放柜的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出系統(tǒng)的功能需求;介紹了包裹柜使用中投件，取件和大數(shù)據(jù)獲取過程;給出系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)組成中的存物柜狀態(tài)檢測，條形碼/二維碼掃描和柜體箱門自動控制等主要功能模塊;最后針對該系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)對其應(yīng)用模式進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞： 大數(shù)據(jù); 包裹派送; 包裹存放柜; 系統(tǒng)方案

中圖分類號：TP399? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）05-01-04

Abstract： The parcel delivery is a relative weak link in the current online shopping process， and there are many problems. The use of parcel storage cabinet is an optional intelligent solution. This paper introduces a design scheme of a new type of parcel storage cabinet optimized by big data. Through the analysis of the current application status of parcel storage cabinets， the functional requirements of the system are proposed. The process of parcel pickup， parcel delivery and big data obtaining in the use of the parcel cabinet is introduced. The overall design scheme of the system is presented. The main functional modules of the system， such as state detection of the storage cabinet， bar code/QR code scanning， automatic control of the cabinet door， etc.， are introduced in detail. Finally， the application mode of the system is described according to its design characteristics.

Key words： big data; express delivery; parcel storage cabinet; system solution

0 引言

目前各種線上購物網(wǎng)站百花齊放，同時競爭日趨激烈。正是由于網(wǎng)上購物方便、快捷、價優(yōu)等特點(diǎn)，網(wǎng)上購物基本上已成為大多數(shù)人的主要購物渠道，人們對網(wǎng)購的熱衷源于對其快捷和方便程度的追求，那么包裹派送環(huán)節(jié)作為網(wǎng)購過程的最后一百米能否延續(xù)快捷的購物體驗(yàn)變得十分關(guān)鍵。目前大部分線上購物網(wǎng)站日趨成熟，開始擴(kuò)展自己的物流品牌，以提升平臺線下影響力，包裹派送作為網(wǎng)購過程中一個重要的組成部分更顯其重要性。

目前，包裹派送主要采用如下幾種方式：第一種人工配送方式，大多數(shù)的包裹配送仍采用這種方式，需要投遞員逐件通知和等待攬收，缺點(diǎn)是投遞員工作強(qiáng)度大效率低，而對于大多數(shù)上班的用戶卻存在送和收的時間沖突;第二種方式驛站代收方式，在大多數(shù)的人群集中區(qū)域出現(xiàn)一些包裹的代收驛站，例如媽媽驛站，菜鳥驛站，熊貓快遞等，這種代收驛站在一定程度上方便了客戶的收件，但是成本比較高;第三種包裹柜方式，在一些小區(qū)能夠看到一些包裹柜的使用，但就目前來著，使用體驗(yàn)不夠理想，通常存在的問題是要么包裹柜形同虛設(shè)，沒有發(fā)揮作用，要么包裹柜太少，不夠用，最后包裹派送仍然依靠前面兩種方式。

通過分析，本文提出了一種大數(shù)據(jù)環(huán)境下專用于包裹高效投遞的包裹存物柜的設(shè)計(jì)。力圖解決上述網(wǎng)購過程中的派送環(huán)節(jié)存在的問題，延續(xù)我們對網(wǎng)上購物高效，快捷的體驗(yàn)。

1 系統(tǒng)功能需求

該系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)一種包裹存放柜用于包裹派送環(huán)節(jié)，主要根據(jù)目前包裹柜存在的問題，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析提供包裹存放的高效實(shí)用和合理布置的方案[1]。根據(jù)應(yīng)用需求本系統(tǒng)主要包括以下功能。

⑴ 包裹信息的快速高效讀取。快速獲取包裹收件人相關(guān)信息，方便快遞員投件。

⑵ 能夠發(fā)送包裹對應(yīng)的惟一取件碼，用戶可以根據(jù)取件碼的提取包裹。

⑶ 大數(shù)據(jù)分析當(dāng)前包裹柜的使用情況，動態(tài)地反饋相關(guān)信息給運(yùn)營部門，提供數(shù)據(jù)供決策部門合理安排包裹柜的數(shù)量和位置。

⑷ 獲取包裹柜的狀態(tài)。能夠準(zhǔn)確的獲得每個包裹存放箱體的空/非空狀態(tài)，保證每一個柜體都能夠被充分的使用。

⑸ 輔助功能設(shè)計(jì)。為了方便操作和保證設(shè)備的安全性，應(yīng)安裝具有保證設(shè)備安全的攝像頭，可視化屏幕，鍵盤等。

⑹ 方便和快捷的聯(lián)網(wǎng)，方便遠(yuǎn)程操作以及定位信息的獲取。

2 主要數(shù)據(jù)分析和處理

根據(jù)功能需求，接下來介紹包裹柜主要操作。

⑴ 投件

包裹的投遞環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)信息流如圖1所示，完成包括投件入柜，發(fā)送相應(yīng)驗(yàn)證碼，規(guī)定條件下啟動收費(fèi)程序等工作。

⑵ 取件

客戶的取件過程，主要信息流如圖2所示，包括開箱取件，根據(jù)時間記錄函數(shù)判斷是否需要收費(fèi)，相關(guān)收件人信息和快遞信息的上傳等工作。

⑶ 大數(shù)據(jù)提取

大數(shù)據(jù)提取主要是獲取到當(dāng)前包裹柜的使用率，包裹的使用人群，使用人群具體地址與包裹柜的具體距離，包裹存放的時長等信息，應(yīng)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體獲取數(shù)據(jù)項(xiàng)詳見表1。

獲取表1所列出的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)深層分析和解析，獲取當(dāng)前快遞柜位置是否合理，快遞柜安裝數(shù)量是否合理等數(shù)據(jù)，將結(jié)果送至運(yùn)營決策部門，以助于完善包裹柜的投放和使用。

3 系統(tǒng)主要模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)

根據(jù)上面對系統(tǒng)功能需求和數(shù)據(jù)流的分析，系統(tǒng)整體組成框圖[3]如圖3所示。

硬件主控核心芯片采用S3C2440，該款主控芯片屬于ARM9系列控制芯片。根據(jù)本應(yīng)用功能和性能需求，該款芯片能夠完全滿足應(yīng)用要求。嵌入式操作系統(tǒng)采用Linux，Linux系統(tǒng)不但具有開源軟件的優(yōu)勢，并且其不斷提升的頁面友好化設(shè)計(jì)，使得它成為很多應(yīng)用的選擇[4]。

下面對系統(tǒng)組成的主要功能模塊的進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。

⑴ 存物柜狀態(tài)的檢測

為了判斷存物柜的狀態(tài)是否為空，即準(zhǔn)確的判斷包裹是否被取走，以此作為保留當(dāng)前驗(yàn)證信息的依據(jù)，需要能夠非常準(zhǔn)確的進(jìn)行檢測，因此，這里采用紅外檢測技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

在每個存物柜的箱內(nèi)安裝3對紅外測距傳感器，使用三維傳感，綜合各傳感數(shù)據(jù)，得出存物柜是否為空的結(jié)論。具體紅外測距傳感器安裝示意圖如圖4所示。

測距信號通過A/D轉(zhuǎn)換后送到主控芯片，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，獲取判斷當(dāng)前存物柜狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)存物柜狀態(tài)的實(shí)時檢測。

⑵ GSM短消息模塊實(shí)現(xiàn)通知收件消息的發(fā)送

通過發(fā)送相關(guān)的短消息來通知收件人在規(guī)定的時間內(nèi)領(lǐng)取包裹，此項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是GSM硬件模塊，通過串口與控制芯片相連。軟件實(shí)現(xiàn)上，控制芯片通過AT指令控制GSM模塊完成相關(guān)操作[5]。主要步驟如下。

① 發(fā)送“AT”，測試GSM模塊是否準(zhǔn)備好，回復(fù)“OK”說明已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。

② 獲取收件人手機(jī)號碼，發(fā)送“AT+CMGS=“11位電話號碼””設(shè)置短消息發(fā)送的對象。

③ 根據(jù)具體情況發(fā)送包括存物柜的編號、領(lǐng)取包裹所需的驗(yàn)證碼、限取時間以及超期后的計(jì)費(fèi)方式的短消息給收件人。

⑶ 快速投件

為了方便快遞員投件，需要設(shè)計(jì)條形碼/二維碼掃描模塊，能夠通過掃描快遞單號來獲取全部的包裹信息。條形碼/二維碼掃描模塊固定在包裹柜箱體上，投件時快遞員將單號上印有條形碼或者二維碼部分移至掃描模塊的讀取頭附近，包裹信息自動獲取。同時調(diào)用對應(yīng)的程序打開目前處于空狀態(tài)的箱體，一次性完成包裹的投遞。

本系統(tǒng)選用MG65條形碼/二維碼識讀模塊，與主控模塊采用UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter全雙工異步串行通信）進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，單次讀碼時間為3s，讀碼間隔為1s，使用TTL-232電平可直接與主控芯片進(jìn)行串口相連。

⑷ 柜體箱門自動控制

在進(jìn)行投件和取件過程中都需要對快遞柜箱門實(shí)現(xiàn)自動控制，通過每個箱體對應(yīng)的二進(jìn)制編碼串（惟一標(biāo)識單個箱體），調(diào)用對應(yīng)的驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)箱門的自動打開。

箱門的自動打開采用電子鎖原理，原理框圖如圖6所示。箱門在關(guān)閉平整后自動上鎖，接收指令后需要打開箱門時，驅(qū)動電路接通線圈通電，門鎖自動彈開。

⑸ 輔助功能的實(shí)現(xiàn)

輔助功能模塊主要為了提供方便的人機(jī)交互，并保證設(shè)備的安全性。

為了方便快遞員投件和客戶取件的方便，設(shè)計(jì)提供了包括屏幕輸出和語音提示輸出兩種方式。屏幕輸出能夠使人機(jī)交互變得可視化，提高交互指令的準(zhǔn)確性，語音提示提醒操作者避免誤操作，并提高交互效率。輸入設(shè)備采用鍵盤，提高輸入的準(zhǔn)確性，同時較觸屏輸出具有更好的經(jīng)濟(jì)效益[6]。

⑹ 電源模塊設(shè)計(jì)

電源模塊是為整個設(shè)備供電的模塊，在安裝設(shè)備附近引入220V交流電。本系統(tǒng)使用DC5V供電，門鎖驅(qū)動模塊需要直流12V的驅(qū)動電壓，所以電源模塊主要實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換，將220V交流電逐級轉(zhuǎn)換為5V和12V的直流電。一般情況下，為了保證在臨時停電的情況下可以持續(xù)工作一段時間，而且在停電后將目前的包裹柜情況上傳至服務(wù)器，待重啟后恢復(fù)正常的工作，電源模塊需要配置一個鋰電池充電模塊。

4 產(chǎn)品應(yīng)用模式

目前，快遞柜的運(yùn)營模式多樣，包括快遞模商自用模式，線下收貨模式，第三方代投平臺模式，O2O商圈引流模式，公共性平臺投遞模式。每一種模式都有其優(yōu)缺點(diǎn)[6]，但結(jié)合目前各大主流購物網(wǎng)站都開始擴(kuò)展自己物流平臺的新形勢，線下收貨模式是一種更好選擇，由電商品牌自行運(yùn)營，從線上擴(kuò)展到線下，根據(jù)自己的客戶量整體規(guī)劃和布局包裹柜的位置和數(shù)量，并進(jìn)行自我運(yùn)營和維護(hù)。另外一方面包裹柜以一種固定式形象出現(xiàn)在線下，擴(kuò)大品牌影響力和曝光率的同時解放人力節(jié)約成本。

5 結(jié)束語

本文主要介紹一種利用大數(shù)據(jù)優(yōu)化的包裹柜設(shè)計(jì)方案，尤其適用于電商平臺的線下收貨模式，能夠更大程度的優(yōu)化配置節(jié)約成本和資源。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 蘇新菊，陽瑞新，陽曉彤.基于大數(shù)據(jù)的人工智能教育系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國科技信息，2017.23：52-55

[2]肖乃慎，李博，孔德詩.大數(shù)據(jù)背景下的電網(wǎng)客戶用電行為分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2016.24（17）：61-63，69

[3] 尚一猛，趙莉，鄧向陽，閆子晴，劉錦陽.基于RFID技術(shù)的超市儲物柜的設(shè)計(jì)[J].信息與電腦（理論版），2017.14：160-161

[4] 胡雯，趙海廷.基于嵌入式系統(tǒng)的Linux網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)[J].科技通報(bào)，2015.31（8）：72-74

[5] 謝小芳，黃俊，譚成宇.基于RFID的電力溫度監(jiān)控系統(tǒng)的軟件分析與設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013.39（1）：23-26

[6] 孫振楠，王昌達(dá)，嚴(yán)圣華.基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)體店商品評價信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2018.42（2）：115-120

[7] 方宇惟.智能包裹柜的商業(yè)模式探討[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2015.20（8）：123-126