基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的貨運(yùn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端設(shè)計(jì)

宋余君 吳兆豐

摘 要：為應(yīng)對(duì)我國郵政寄遞業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，針對(duì)當(dāng)前郵政服務(wù)行業(yè)存在貨運(yùn)損害數(shù)量大幅增加，物流運(yùn)輸損害賠償問題權(quán)責(zé)界限不清等問題，論文著眼于物流運(yùn)輸損害過程監(jiān)測(cè)，運(yùn)用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、ZigBee及北斗定位等新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套集貨物振動(dòng)信息、環(huán)境參數(shù)信息、車輛位置信息及駕駛員駕駛狀態(tài)信息采集與貨物追蹤的貨運(yùn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用可為物流運(yùn)輸包裝技術(shù)的改進(jìn)提供可靠依據(jù)，為物流運(yùn)輸損害發(fā)生時(shí)的權(quán)責(zé)界定提供貨運(yùn)過程的佐證數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);ZigBee;北斗定位;駕駛狀態(tài)信息采集;貨運(yùn)監(jiān)測(cè);車載終端

中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）09-00-02

0 引 言

物流貨運(yùn)行業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著巨大作用。近年來，伴隨著電子商務(wù)的崛起，用戶對(duì)物流貨運(yùn)行業(yè)的安全性、時(shí)效性與可靠性提出了更高的要求。與此同時(shí)，貨運(yùn)物品的需求不斷增加，由常規(guī)物品向高價(jià)值易損物品轉(zhuǎn)化。如近年來出現(xiàn)的生鮮類、高價(jià)值易碎類及高精密儀器儀表類貨運(yùn)需求不斷增長。

中國的物流運(yùn)輸業(yè)務(wù)量增速迅猛，2018年中國快遞年業(yè)務(wù)量達(dá)到507.1億件，2019年已突破600億件，連續(xù)6年位居世界第一[1]。隨著貨運(yùn)量的增加，貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的不斷細(xì)化，運(yùn)輸?shù)缆返燃?jí)不一，貨運(yùn)理賠數(shù)量大幅增加，損害賠償問題權(quán)責(zé)界限不清等嚴(yán)重?fù)p害了貨運(yùn)企業(yè)形象、客戶應(yīng)用體驗(yàn)，給供應(yīng)商、快遞公司與用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。僅2019年11月，郵政行業(yè)消費(fèi)者申訴電話或網(wǎng)站共處理21 096件消費(fèi)者申訴案件，其中認(rèn)定企業(yè)責(zé)任的2 261件，挽回消費(fèi)者經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)660.2萬元，客戶申訴的主要問題集中在快件損毀（21.7%）、快件延誤（20.9%）與丟失短少（19.9%）三個(gè)方面[2]。而物流貨運(yùn)損傷主要是由于貨物在運(yùn)輸過程中的跌落、振動(dòng)、沖擊及環(huán)境急劇變化等因素造成[3-6]，因此系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)貨物振動(dòng)信息、環(huán)境參數(shù)信息、車輛位置信息及駕駛員駕駛狀態(tài)信息。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

貨運(yùn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。系統(tǒng)采用GPRS/CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將安裝于各運(yùn)輸車輛上的車載終端接入云端服務(wù)器，客戶、企業(yè)決策者以及監(jiān)管部門根據(jù)不同權(quán)限可通過監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握貨物、車輛與駕駛員的位置和狀態(tài)信息。

車載終端負(fù)責(zé)收集運(yùn)輸車輛內(nèi)貨物振動(dòng)信息與環(huán)境參數(shù)信息。車載終端應(yīng)用示意如圖2所示。每件貨運(yùn)物品上均安裝有貨物信息采集終端，貨物信息采集終端負(fù)責(zé)記錄該貨物從攬件到送達(dá)過程中貨運(yùn)物品的振動(dòng)信息及環(huán)境參數(shù)信息。車載終端通過建立的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，每間隔10 min輪詢一次貨物信息（最大限度節(jié)約能耗），并將輪詢結(jié)果上傳至云端服務(wù)器。

車載終端除采集貨物信息終端的數(shù)據(jù)外還負(fù)責(zé)車輛定位、駕駛員狀態(tài)檢測(cè)等功能的實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件部分主要包含兩大模塊，即車載終端和貨物信息采集終端。

2.1 車載終端硬件設(shè)計(jì)

車載終端硬件原理如圖3所示。車載終端分為感知模塊、處理模塊與通信模塊。感知模塊由壓力傳感器、攝像頭及北斗定位組成，其中壓力傳感器用于檢測(cè)駕駛員駕駛車輛時(shí)間，若連續(xù)駕駛時(shí)間超過3小時(shí)，則發(fā)出提醒信息，并記錄。當(dāng)檢測(cè)到駕駛員坐上駕駛位或連續(xù)駕駛超過3小時(shí)后啟動(dòng)攝像頭拍照保存信息，確認(rèn)駕駛員身份及駕駛狀態(tài)。北斗定位系統(tǒng)用以確認(rèn)車輛及車內(nèi)貨物位置。處理器模塊設(shè)有一個(gè)緩存區(qū)，用于存儲(chǔ)攝像頭拍攝的圖像以及存儲(chǔ)因網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差而未成功發(fā)送的數(shù)據(jù)。通信模塊主要包括與云端服務(wù)器連接的移動(dòng)通信模塊和與貨物信息采集終端連接的ZigBee模塊。

2.2 貨物信息采集終端硬件設(shè)計(jì)

運(yùn)輸過程中的振動(dòng)、沖擊、跌落以及環(huán)境參數(shù)突變是造成貨物損傷的主要原因。因此貨物信息采集終端主要采集貨物的振動(dòng)信息、溫濕度信息以及大氣壓強(qiáng)三方面信息。

貨物信息采集終端固定于貨物上，其硬件設(shè)計(jì)原理如圖4所示。感知模塊主要采集貨物運(yùn)輸過程中的振動(dòng)和環(huán)境參數(shù)信息。由于貨物運(yùn)輸過程中貨物在低頻段損傷最大[3]，故處理器每間隔0.01 s采集一次該信息并存儲(chǔ)，以備分析和上傳至云端服務(wù)器。

3 系統(tǒng)終端軟件設(shè)計(jì)

貨物運(yùn)輸環(huán)節(jié)特別是快遞包裹類，單次貨運(yùn)量大，持續(xù)時(shí)間一般需要2～5天，因此系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)部分需要考慮功耗因素以及由龐大數(shù)據(jù)量而造成的數(shù)據(jù)堵塞問題。

3.1 車載終端軟件設(shè)計(jì)

車載終端由汽車電瓶供電，其工作主流程如圖5所示。車載終端依靠壓力傳感器檢測(cè)駕駛員駕駛時(shí)間，并聯(lián)合攝像頭拍照以識(shí)別司機(jī)駕駛狀態(tài)，對(duì)于判定存在疲勞駕駛的情況，將上報(bào)照片信息。

3.2 貨物信息采集終端軟件設(shè)計(jì)

貨物信息采集終端由鋰電池供電，系統(tǒng)每間隔10 ms采集一次振動(dòng)、溫濕度及大氣壓強(qiáng)，其工作主流程如圖6所示。

4 結(jié) 語

隨著物流貨運(yùn)量的急速增長，針對(duì)物流貨運(yùn)環(huán)節(jié)的精細(xì)化控制愈顯重要。由車載終端及貨物信息采集終端構(gòu)成的貨運(yùn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可為用戶提供貨運(yùn)過程中的貨物振動(dòng)信息、環(huán)境信息、車輛位置信息及駕駛員駕駛狀態(tài)信息，為后續(xù)運(yùn)輸過程精細(xì)化控制提供可靠的信息支撐，為貨運(yùn)包裝技術(shù)的改進(jìn)提供可靠依據(jù)。

注：本文通訊作者為吳兆豐。

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