基于云平臺的物流監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張 曉，李紀(jì)魯，朱 杰 （北京物資學(xué)院 信息學(xué)院，北京 101149）

0 引 言

1 物流車輛智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

物流車輛要實現(xiàn)全程狀態(tài)的監(jiān)控管理，必須對物流進(jìn)行實時監(jiān)控，同時需要對運輸過程中的運輸車輛進(jìn)行實時定位和精準(zhǔn)調(diào)度，實現(xiàn)運輸路線最優(yōu)、狀態(tài)實時更新、位置準(zhǔn)確定位，實現(xiàn)全程精準(zhǔn)控制。系統(tǒng)總體包括：云平臺監(jiān)控系統(tǒng)、無線通訊平臺、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、車載監(jiān)控設(shè)備、傳感器設(shè)備五部分構(gòu)成。其中，車載控制軟件部分放置在運輸車輛車廂內(nèi)，并配有相應(yīng)的溫濕度傳感器、沖擊振動傳感器、傾角傳感器，車載軟件控制部分通過GPS模塊接收定位信息，并同時使用基站定位方式彌補(bǔ)裝箱遮擋GPS信號的誤差，各類傳感器同時工作，由車載電池為其供電，出現(xiàn)報警狀態(tài)實時通過報文的形式向云平臺上傳，并通過短信的形式及時通知相應(yīng)的聯(lián)系人。用戶可以使用互聯(lián)網(wǎng)訪問云平臺控制中心實時查看運輸過程中的狀態(tài)和位置信息，云平臺控制中心可以對采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，并形成相應(yīng)的報告形式，待貨物運輸完成之后可以下載全程的運輸報告，并查看歷史位置數(shù)據(jù)。

2 移動終端硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件總體結(jié)構(gòu)包括傳感器部分、處理單元、定位模塊以及通信模塊，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 STM32控制單元

MCU作為系統(tǒng)的核心，控制協(xié)調(diào)各個模塊之間的相互工作，本文采用的是基于Cotex-M3內(nèi)核的STM32，STM32具有低功耗、低電壓、實時性、高性能的優(yōu)點，同時保持高集成度和開發(fā)簡易的特點。STM32通過串口與各個模塊進(jìn)行通信，實時對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸。

圖1 移動終端硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.2 定位模塊

本移動終端采用雙模定位的方式，避免中間障礙物影響GPS定位的現(xiàn)象。在裝箱操作的產(chǎn)品，GPS信號較弱，定位信息較不準(zhǔn)確的情況下，采用LBS基站定位的方式，同時GPS的缺失定位信息可以和LBS基站定位的定位信息進(jìn)行云平臺融合，糾正定位過程中的錯誤信息。對于兩種定位方式都沒有定位到的信息，移動終端發(fā)送到云平臺的帶有時間戳的定位信息為空，由云平臺進(jìn)行相應(yīng)的處理和匹配，計算出物流車輛的位置信息。

2.3 采集傳感器

移動終端可以實現(xiàn)的功能有監(jiān)控運輸過程中的溫濕度、沖擊振動信息、傾角信息和加速度信息等，為實現(xiàn)相應(yīng)的功能，移動終端設(shè)計時添加了對應(yīng)的傳感器，即溫濕度傳感器、振動監(jiān)測傳感器、三軸加速度傳感器等。其中，三軸加速度傳感器可以監(jiān)控傾角信息和運輸及加速度信息。

2.4 SIM卡模塊

該移動終端采用STM32發(fā)送AT指令控制各個模塊，把采集到的信息經(jīng)協(xié)議封裝成上行包，并通過GPRS模塊將手機(jī)收到的信息上傳到云平臺上進(jìn)行處理和可視化分析。

2.5 本地內(nèi)存

本地內(nèi)存不僅要考慮數(shù)據(jù)采集和上傳的實時性，同時要考慮網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不佳的情況和數(shù)據(jù)本地備份，即使云平臺顯示數(shù)據(jù)實時上傳，也需要對采集到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行保存?zhèn)浞?，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不佳導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失和數(shù)據(jù)誤傳等現(xiàn)象。目前此移動終端內(nèi)存大小為1M，可以避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出的現(xiàn)象。

在塞爾維亞，斯梅代雷沃鋼廠工人伊利奇，津津樂道地講起中國河鋼集團(tuán)在當(dāng)?shù)亍熬然钜蛔鶑S、帶動一座城”的故事；

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)軟件的設(shè)計主要是實現(xiàn)移動終端信息的采集上傳和云平臺監(jiān)控中心的信息處理和可視化報告生成。本設(shè)計盡可能的減少移動終端的處理，在云端數(shù)據(jù)處理計算不僅可以減少移動終端處理單元的壓力，同時可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時處理和顯示。另外，云平臺可以根據(jù)需要，在不影響移動終端正常使用的情況下對移動端進(jìn)行版本升級，減少了用戶很多麻煩。

3.1 終端嵌入式軟件設(shè)計

（1） 終端系統(tǒng)流程

針對目前運輸車輛的實際情況，在貨物運輸前需要對物流車輛進(jìn)行綁定，通過移動終端與車輛進(jìn)行綁定信息會在云平臺上進(jìn)行鎖定，更換車輛綁定時需要提出申請。首先綁定后需要對移動終端的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，在云平臺設(shè)置運輸過程中的監(jiān)控策略和報警上限，當(dāng)監(jiān)控策略中的任何一項超出上限時都會在云平臺進(jìn)行顯示并短信通知指定聯(lián)系人。到達(dá)目的地之后，解除綁定，終止監(jiān)控，移動終端進(jìn)行循環(huán)利用。

（2）終端主程序數(shù)據(jù)流程

物流車輛的采集數(shù)據(jù)主要有：GPS和LBS實時采集定位信息，溫濕度傳感器定時采集貨物的溫濕度信息，沖擊振動傳感器實時采集貨物的沖擊振動信息，三軸加速度傳感器實時采集物流車輛運輸加速度信息和傾角信息。采集到的信息由通信協(xié)議封裝成上行報文，經(jīng)過GPRS無線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆破脚_監(jiān)控中心。其移動終端主程序邏輯框架如圖2所示。

圖2 移動終端主程序邏輯框架

（3） 各采集算法處理

數(shù)據(jù)上報采用時間戳的方式，每5分鐘上報一次，溫濕度屬于變化較為緩慢的因素，采集算法采用每分鐘采集10個點，計算平均值并上報，沖擊振動需全程實時連續(xù)采樣；實時沖擊事件記錄及告警，觸發(fā)后從事件前后各取200組數(shù)據(jù)找出其中的峰值，打包上傳。

3.2 云平臺監(jiān)控數(shù)據(jù)處理

本云平臺是部署在某知名公司數(shù)據(jù)中心的云平臺，云平臺數(shù)據(jù)的處理可以減輕移動端的工作壓力，數(shù)據(jù)在移動端不做過多處理，打包到云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，云平臺主要進(jìn)行溫濕度曲線繪制，傾角信息處理，運輸車輛在地圖上的位置和速度顯示，報表的生成，監(jiān)控策略的制定等。

3.3 云平臺遠(yuǎn)程更新軟件設(shè)計

遠(yuǎn)程軟件更新可以在移動終端不召回的情況下進(jìn)行軟件包更新，不僅可以提升客戶的體驗滿意度，而且提高了移動終端的通用性、可靠性和穩(wěn)定性。物聯(lián)網(wǎng)云平臺遠(yuǎn)程更新技術(shù)方案降低了物聯(lián)網(wǎng)終端的維護(hù)成本，滿足終端迭代式優(yōu)化、定制化設(shè)計的需求，更好地滿足用戶的需求。

4 基于云平臺的物流監(jiān)控系統(tǒng)測試

4.1 云平臺監(jiān)控測試

（1） 功能模塊測試

按照物流運輸車輛的整體流程來看，測試步驟應(yīng)該按照綁定、監(jiān)控策略設(shè)定、添加收發(fā)貨人信息、運輸監(jiān)控、訂單管理、訂單解綁等。在運輸過程中對云平臺各模塊功能進(jìn)行測試，每個移動終端在開機(jī)狀態(tài)下可以一直在云平臺上查看狀態(tài)。

（2）實時定位和狀態(tài)顯示

當(dāng)移動終端綁定之后，在云平臺中設(shè)定相應(yīng)的監(jiān)控策略，設(shè)定報警的上限和數(shù)據(jù)上傳的時間間隔，可設(shè)定每5分鐘上報一次信息的策略對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)設(shè)定的監(jiān)控項目可以查看運輸過程中的車輛狀態(tài)。

（3） 報告輸出測試

運輸結(jié)束之后，解除運輸車輛和移動終端的綁定，可以從云平臺上查看整個運輸過程中的運輸監(jiān)控狀態(tài)，可以實現(xiàn)歷史回放和報告下載，查看報警點和位置信息等。

可以在運輸中查看每個位置的狀態(tài)信息，可以看到運輸位置的三軸加速度信息、溫濕度信息、傾角信息和溫濕度信息、電量信息等。

運輸過程中某點的三軸振動沖擊數(shù)據(jù)和趨勢圖可以直觀的看出每個時間段內(nèi)的各軸最大沖擊數(shù)據(jù)和受到?jīng)_擊振動時間信息等。

同時根據(jù)云平臺上的實時位置信息進(jìn)行查看，可以看到運輸?shù)能壽E和報警的位置信息，其中平臺上可以根據(jù)位置點的顏色進(jìn)行報警和正常狀態(tài)的區(qū)分，可以直觀的看出位置點是否發(fā)生報警信息。

4.2 短信平臺測試

短信平臺主要針對報警信息的推送，在運輸途中出現(xiàn)報警狀態(tài)時，會對指定聯(lián)系人下發(fā)包含位置、報警項、時間戳的短信提醒，若云平臺得不到確認(rèn)反饋信息，在一定時間間隔內(nèi)重復(fù)發(fā)送本條報警信息來提醒相應(yīng)的聯(lián)系人。

4.3 手機(jī)APP測試

目前APP只支持手機(jī)系統(tǒng)Android 4.1以上，手機(jī)端可以在操作手冊中掃碼進(jìn)行下載，APP和云平臺的顯示功能相同，包括軌跡監(jiān)控、物流單管理、報告管理、移動終端管理、配置管理、監(jiān)控記錄和用戶信息管理等。

5 結(jié)束語

本文提出了一種計算機(jī)云平臺的物流監(jiān)控解決方案，該系統(tǒng)針對運輸車輛的終端進(jìn)行設(shè)計，其重點在于監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控報警和車輛位置部分的設(shè)計與實現(xiàn)。該終端與云平臺結(jié)合，已能實現(xiàn)實時信息的采集上傳、實時定位、實時更新報警信息等，目前已經(jīng)可以實現(xiàn)產(chǎn)品定制化服務(wù)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在運輸過程中對物流信息的監(jiān)控已經(jīng)不再是難題，為了適應(yīng)現(xiàn)代運輸環(huán)境復(fù)雜多變的情況，產(chǎn)品功能設(shè)計更加全面，根據(jù)用戶需求實現(xiàn)定制化服務(wù)，更好地提高用戶滿意度，提高物流的智能化水平，降低運輸過程中損失成本，提升整體收益水平。