基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的氣象物資在線管理應(yīng)用

張葉杰，張婷，馮婉悅，殷星晨

新疆維吾爾自治區(qū)氣象技術(shù)裝備保障中心，新疆 烏魯木齊 830000

0 引言

隨著氣象世界高質(zhì)量發(fā)展，大批量的氣象設(shè)備投入業(yè)務(wù)運(yùn)行中，其中包含了八大類(lèi)設(shè)備：自動(dòng)氣象站、新一代天氣雷達(dá)、L波段探空雷達(dá)、GPS/MET水汽觀測(cè)站、閃電定位儀、自動(dòng)土壤水分儀、大氣成分觀測(cè)設(shè)備，有效地管理氣象條件和確保及時(shí)供應(yīng)至關(guān)重要。實(shí)施氣象裝備全生命周期管理，實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)氣象裝備終身采購(gòu)、供應(yīng)、儲(chǔ)存和處置跟蹤，是氣象裝備供應(yīng)現(xiàn)代化升級(jí)的迫切需要。

信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵是通過(guò)信息化技術(shù)，搭建起與物品之間的智能化、自動(dòng)化管控，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的信息實(shí)施提取、整合和運(yùn)用，給物資提供對(duì)應(yīng)局域互聯(lián)網(wǎng)，促使裝備物資倉(cāng)儲(chǔ)管理向智能化發(fā)展[1-2]。

本文通過(guò)介紹線上氣象物資庫(kù)存管理、出入庫(kù)登記、采購(gòu)管理、設(shè)備條碼等功能，實(shí)現(xiàn)氣象物資在線實(shí)時(shí)跟蹤管理，將采購(gòu)、檢定、維護(hù)維修、報(bào)廢中涉及氣象物資的環(huán)節(jié)整合，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氣象物資智能化和科學(xué)化管理。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）是指通過(guò)信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物體與網(wǎng)絡(luò)相連接，物體通過(guò)信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模式

物聯(lián)網(wǎng)的主要特點(diǎn)就是對(duì)周?chē)澜鐚?shí)現(xiàn)“可知、可思、可控”的目的；其中可知就是感知；可思就是自身判斷中的智能化；可控就是及時(shí)影響外界。另外，物聯(lián)網(wǎng)這三個(gè)特點(diǎn)恰好同結(jié)構(gòu)中的業(yè)務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層這三個(gè)層次一一對(duì)應(yīng)。

1.2.1 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層的作用就是對(duì)應(yīng)用層信息進(jìn)行應(yīng)答，通過(guò)傳感器、RFID、條形碼等相關(guān)載體對(duì)物體相關(guān)的信息實(shí)現(xiàn)智能化感知、定位及識(shí)別。該層次對(duì)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用主要涵蓋有自動(dòng)識(shí)別、傳感器和定位等方面的技術(shù)[3]。

（1）自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。主要是借助于特定設(shè)備自動(dòng)獲取到物品信息，并向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供對(duì)應(yīng)信息的一種處理技術(shù)。在自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)可對(duì)每個(gè)物品進(jìn)行有效標(biāo)記和識(shí)別，進(jìn)而實(shí)時(shí)更新對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基石，也是實(shí)現(xiàn)信息共享的重要組成部分。

（2）傳感技術(shù)。主要是將自然信源的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為化數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而對(duì)信息實(shí)現(xiàn)量化的一種技術(shù)。通過(guò)傳感器采集到的信息包含有物理世界中的物理量，生物量和化學(xué)量，且直接對(duì)識(shí)別這些信號(hào)在當(dāng)前還不能實(shí)現(xiàn)，在將其轉(zhuǎn)化后數(shù)字信號(hào)后才能被識(shí)別。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層包括有互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信網(wǎng)、有線網(wǎng)和專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，可對(duì)業(yè)務(wù)層獲取到的信息進(jìn)行傳輸和處理。在網(wǎng)絡(luò)層的作用下，可確保兩個(gè)端口系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的透明性、高安全性和高可靠性水平，具體功能含有尋址、路由選擇、保持和終止等。

1.2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要是結(jié)合行業(yè)實(shí)際需求，向用戶(hù)提供對(duì)應(yīng)接口，包含有對(duì)平臺(tái)子層和應(yīng)用服務(wù)子層進(jìn)行支撐的接口。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)不同行業(yè)、應(yīng)用及信息間的共享和互通，以充分發(fā)揮出互聯(lián)網(wǎng)真正的智能。

2 物資管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1.1 始終堅(jiān)持簡(jiǎn)潔性原則

該原則的實(shí)現(xiàn)需對(duì)系統(tǒng)界面風(fēng)格進(jìn)行統(tǒng)一管理，最好保證具有簡(jiǎn)單、明快的特征，將沒(méi)有必要顯示的內(nèi)容或操作步驟省略掉，以對(duì)輕松、愉快的使用氛圍積極進(jìn)行營(yíng)造，確保用戶(hù)對(duì)管理系統(tǒng)進(jìn)行輕松愉快地使用，并將業(yè)務(wù)體驗(yàn)作為重點(diǎn)。

2.1.2 遵循可擴(kuò)充新原則

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過(guò)程中需保證方法的科學(xué)合理性水平，根據(jù)當(dāng)前軟件支持環(huán)境應(yīng)用現(xiàn)狀，將管理系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行全面考慮。與此同時(shí)，在開(kāi)發(fā)軟件相關(guān)功能時(shí)，還要將準(zhǔn)備、計(jì)劃過(guò)程中的擴(kuò)充和開(kāi)發(fā)準(zhǔn)備工作做好。另外，在對(duì)硬件支持環(huán)境進(jìn)行選擇時(shí)需要考慮到擴(kuò)充中的成本費(fèi)用，始終將其控制在用戶(hù)接受的范圍內(nèi)。

2.1.3 落實(shí)模塊化原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，為保證系統(tǒng)具有可增長(zhǎng)性水平，應(yīng)將系統(tǒng)的維護(hù)和管理工作考慮進(jìn)去。因此，要將不同模塊進(jìn)行有效組合，并將其作為整體納入到當(dāng)前的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中來(lái)[4]。與此同時(shí)，在模塊整合時(shí)，應(yīng)使其與低耦合、高內(nèi)聚的要求相符，并根據(jù)用戶(hù)實(shí)際需求，對(duì)模塊進(jìn)行合理增減調(diào)整，保證為用戶(hù)提供的數(shù)據(jù)接口具有多樣化特征。

2.2 需求分析

為了保證軟件服務(wù)中的穩(wěn)定性和安全性水平，需要做好以下幾方面的工作。

（1）在對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信、軟件系統(tǒng)和硬件設(shè)備進(jìn)行開(kāi)發(fā)構(gòu)建的過(guò)程中，數(shù)據(jù)連接需在TCP/IP協(xié)議的支持下完成。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上能否對(duì)后臺(tái)軟件進(jìn)行有效管理和應(yīng)用則是氣象物資在線管理的重點(diǎn)工作。因此，選擇TCP/IP協(xié)議可確保向用戶(hù)提供的數(shù)據(jù)通信具有較高的可靠性水平。

（2）因氣象物資種類(lèi)豐富，在信息采集中有一定難度。此時(shí)需要應(yīng)用到RFID讀寫(xiě)設(shè)備，方便系統(tǒng)對(duì)電子標(biāo)簽信息進(jìn)行自動(dòng)生成，并對(duì)物資管理操作流程不斷簡(jiǎn)化，增強(qiáng)采集氣象物資信息的準(zhǔn)確性和有效性水平。

（3）保證數(shù)據(jù)安全、完整。在對(duì)RFID讀寫(xiě)設(shè)備進(jìn)行引入時(shí)，用戶(hù)可隨時(shí)恢復(fù)、插入或刪除電子標(biāo)簽讀寫(xiě)操作中的數(shù)據(jù)信息，該過(guò)程會(huì)影響數(shù)據(jù)的安全性水平。通過(guò)設(shè)計(jì)加密驗(yàn)證功能，可防止他人惡意篡改數(shù)據(jù)信息，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到氣象物資管理中，重要應(yīng)用到的技術(shù)有三種：一是傳感器技術(shù)；二是RFID標(biāo)簽；三是嵌入式技術(shù)?？傮w設(shè)計(jì)就是將氣象設(shè)備的各類(lèi)模擬信號(hào)變成數(shù)字信息。典型體系框架分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的氣象物資管理系統(tǒng)主要包括用戶(hù)管理、物資管理、耗材管理、標(biāo)簽管理、出入庫(kù)報(bào)表、系統(tǒng)維護(hù)等功能。

（1）應(yīng)用層。采用Java編程技術(shù)和J2EE技術(shù)架構(gòu)，以網(wǎng)站為中心的B/S模式采用TCP/IP和HTTP傳輸協(xié)議，將共享瀏覽器作為網(wǎng)站客戶(hù)端的軟件，使系統(tǒng)與用戶(hù)之間能夠產(chǎn)生媒介互動(dòng)，主要是為了控制計(jì)算機(jī)和讀寫(xiě)設(shè)備，以便用戶(hù)和系統(tǒng)之間進(jìn)行有效的對(duì)話。而且，各種應(yīng)用層的接口都可以提供，這樣的功能條件就可以便于氣象設(shè)備管理工作人員和相關(guān)登錄人員的應(yīng)用。不僅如此，這個(gè)應(yīng)用層接口眾多、界面豐富，很具備智能化，使用的人員能夠明確定位和識(shí)別、管理等。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。這包括兩個(gè)主要部分：連接局域網(wǎng)和連接無(wú)限網(wǎng)。有了該系統(tǒng)的支持，就可以實(shí)現(xiàn)使用計(jì)算機(jī)和讀寫(xiě)工具對(duì)管理系統(tǒng)中的資源進(jìn)行統(tǒng)一訪問(wèn)。

（3）業(yè)務(wù)層。使用設(shè)備自身?xiàng)l碼和手持式標(biāo)簽機(jī)形成二維碼標(biāo)簽。這個(gè)模塊的功能具備有對(duì)物料進(jìn)行登記和物料分類(lèi)，也有讀寫(xiě)功能和快捷識(shí)別用戶(hù)的功能。

（4）數(shù)據(jù)層。利用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備基礎(chǔ)信息添加、查詢(xún)、分析等，這是一個(gè)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)集合，旨在提供來(lái)自不同來(lái)源的數(shù)據(jù)，以滿(mǎn)足用戶(hù)的多種需求。一般來(lái)說(shuō)，放在這一級(jí)的資料庫(kù)主要包括交易紀(jì)錄及處理方法資料庫(kù)、商品資料庫(kù)、電子標(biāo)簽及使用者資料庫(kù)[5]。

3 氣象物資在線管理

通過(guò)氣象物資在線管理，按照各類(lèi)設(shè)備分類(lèi)編碼，實(shí)現(xiàn)裝備在線流轉(zhuǎn)，包括采購(gòu)、入庫(kù)、出庫(kù)、送檢、維修、報(bào)廢等，業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1 裝備動(dòng)態(tài)管理流程圖

3.1 設(shè)備編碼

系統(tǒng)可根據(jù)觀測(cè)設(shè)備的不同類(lèi)型、不同生產(chǎn)廠商、不同觀測(cè)項(xiàng)目生成唯一的34位設(shè)備條碼并生成與之匹配的二維碼對(duì)設(shè)備進(jìn)行身份綁定。

3.2 出入庫(kù)管理

利用設(shè)備條碼識(shí)別入庫(kù)，記錄在用和備用采購(gòu)、調(diào)撥或修復(fù)后的種類(lèi)、型號(hào)、數(shù)量的清點(diǎn)、登記、核對(duì)。其中二維碼是每個(gè)設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)，通過(guò)單品條碼，實(shí)現(xiàn)在線修改出入庫(kù)單、提交出入庫(kù)單、確認(rèn)出入庫(kù)、新建出入庫(kù)單、庫(kù)存查詢(xún)、打印輸出、合同登記、采購(gòu)預(yù)算等功能。

3.3 倉(cāng)儲(chǔ)管理

在線建立庫(kù)房如圖2所示，在每個(gè)庫(kù)位建立設(shè)備清單，其中入庫(kù)跟合同關(guān)聯(lián)，調(diào)撥入庫(kù)跟調(diào)撥出庫(kù)單關(guān)聯(lián)；送檢和送修與兩個(gè)機(jī)構(gòu)物資進(jìn)行出入庫(kù)關(guān)聯(lián)；根據(jù)單據(jù)狀態(tài)查看庫(kù)中設(shè)備存儲(chǔ)狀態(tài)，通過(guò)盤(pán)點(diǎn)入庫(kù)可對(duì)倉(cāng)庫(kù)中的物資信息進(jìn)行對(duì)賬，實(shí)時(shí)查詢(xún)物資流轉(zhuǎn)情況和儲(chǔ)備情況[6]。

圖2 倉(cāng)庫(kù)管理信息

3.4 報(bào)廢管理

該功能需錄入報(bào)廢設(shè)備唯一的身份編碼加上報(bào)廢審批相關(guān)文件進(jìn)行報(bào)廢申請(qǐng)，讓報(bào)廢流程更加規(guī)范。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在氣象物資在線管理中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)在理論研究和實(shí)際技術(shù)應(yīng)用不斷發(fā)展成熟，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)可對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)全面感知、安全傳輸和智能化處理，可確保資源使用效益和物流管理水平得到大幅度增強(qiáng)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的氣象物資在線管理的主要優(yōu)勢(shì)如下。

4.1 優(yōu)化倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)作流程

氣象物資管理流程包含有入庫(kù)、出庫(kù)和盤(pán)點(diǎn)。在入庫(kù)管理中，因氣象物資上鑲嵌有RFID標(biāo)簽，借助于編碼識(shí)別感應(yīng)器后，系統(tǒng)可對(duì)該批氣象物件進(jìn)行自動(dòng)讀取，并形成到貨記錄。驗(yàn)貨人員通過(guò)比對(duì)到貨記錄與訂貨單，進(jìn)而對(duì)接收入庫(kù)情況進(jìn)行判斷；出庫(kù)管理中，在RFID技術(shù)的基礎(chǔ)上不再逐一近距離掃碼，可對(duì)庫(kù)存量和貨物庫(kù)存信息進(jìn)行更新，為定位和分揀物資提供便利；在物資盤(pán)點(diǎn)中，可在物資定位基礎(chǔ)上保證盤(pán)點(diǎn)的精確性和快速性水平，降低人工盤(pán)點(diǎn)中費(fèi)時(shí)費(fèi)力的弊端，增強(qiáng)了盤(pán)點(diǎn)效率和準(zhǔn)確性水平。

4.2 降低庫(kù)存成本

為了確保氣象部門(mén)相關(guān)工作的順利開(kāi)展，在庫(kù)存管理中應(yīng)保證庫(kù)存的安全性、準(zhǔn)確的訂貨時(shí)間和訂貨量。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，可對(duì)氣象產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)態(tài)查詢(xún)、跟蹤和監(jiān)測(cè)，還能為原材料的入庫(kù)提供方便。另外，還能對(duì)產(chǎn)品庫(kù)存和原材料消耗狀況進(jìn)行了解，進(jìn)而評(píng)估下次訂貨時(shí)間和訂貨量。這種方法可確保氣象部門(mén)始終保持最佳的經(jīng)濟(jì)庫(kù)存量，降低占用資金的情況出現(xiàn)。

4.3 提升服務(wù)質(zhì)量

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可對(duì)氣象部門(mén)的庫(kù)存變動(dòng)情況進(jìn)行查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)，提升庫(kù)存管理的透明性水平，增強(qiáng)客戶(hù)滿(mǎn)意度水平；還可以對(duì)問(wèn)題產(chǎn)品的原材料來(lái)源及加工流程進(jìn)行查詢(xún)，以鎖定產(chǎn)品問(wèn)題原因。另外，還能整個(gè)庫(kù)存管理中的入庫(kù)、出庫(kù)和庫(kù)內(nèi)管理的機(jī)械化進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)了氣象部門(mén)庫(kù)存管理效率。

4.4 加強(qiáng)儲(chǔ)備供應(yīng)管理

倉(cāng)儲(chǔ)管理是實(shí)現(xiàn)供、檢、修一體化的基礎(chǔ)工作，只有科學(xué)合理的進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)管理，實(shí)時(shí)跟蹤備品備件狀態(tài)，才能高效實(shí)現(xiàn)氣象保障工作。引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用二維碼編碼方法和射頻識(shí)別技術(shù)，讓盤(pán)點(diǎn)工作通過(guò)掃描，開(kāi)展多級(jí)庫(kù)存記錄模式，讓定期盤(pán)點(diǎn)和不定期盤(pán)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，使得庫(kù)存信息實(shí)時(shí)同步，保障數(shù)據(jù)信息的一致性。對(duì)于庫(kù)存信息的把握，可作為應(yīng)急保障和備品備件儲(chǔ)備的有效分析依據(jù)，通過(guò)監(jiān)視設(shè)備檢定周期，可以合理安排送檢儀器。

5 結(jié)語(yǔ)

以后勤保障技術(shù)為基礎(chǔ)的氣象物資管理系統(tǒng)，使預(yù)備隊(duì)補(bǔ)給作業(yè)簡(jiǎn)單易行，具有明確的模塊化和擴(kuò)展性特點(diǎn)，這對(duì)于現(xiàn)行管理人員通過(guò)系統(tǒng)信息，有效監(jiān)控、管理、定位、跟蹤、識(shí)別氣象物資，規(guī)范了所有物資的編碼規(guī)則，讓系統(tǒng)中的物資數(shù)量與倉(cāng)庫(kù)物資數(shù)量實(shí)時(shí)一致，實(shí)現(xiàn)了裝備全生命周期的編碼信息動(dòng)態(tài)管理，提高了氣象裝備管理信息化水平，也為科學(xué)配置備件，處置備品備件提供了科學(xué)依據(jù)。