基于K60的多式聯(lián)運港站智能管理系統(tǒng)設(shè)計

肖廣兵，高 樂，謝心怡

（南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，南京 210037）

0 引言

多式聯(lián)運在各種運輸方式和港站集、運、疏的銜接配合中處于結(jié)合部地位，是推動運輸橫向經(jīng)濟聯(lián)合，組織發(fā)揮各種運輸方式的特點和優(yōu)勢，提高綜合運輸效率的有效途徑。但當(dāng)前我國多式聯(lián)運存在基礎(chǔ)設(shè)施不足、系統(tǒng)協(xié)調(diào)度不夠、信息系統(tǒng)不夠完善等問題，導(dǎo)致載具與倉儲設(shè)施智能化程度較低，各環(huán)節(jié)仍大范圍采用人工調(diào)度管理，物流效率較低，信息延遲較高，各環(huán)節(jié)難以緊密銜接，調(diào)度管理效率較低，限制了多式聯(lián)運作為物流系統(tǒng)實現(xiàn)“6S”目標(biāo)重要組織模式的進一步推廣與發(fā)展。目前，國內(nèi)對于多式聯(lián)運的研究主要集中在多式聯(lián)運的運輸組織方式，多式聯(lián)運中各種運輸方式的銜接體制，國際多式聯(lián)運信息服務(wù)與管理等方面，而側(cè)重于多式聯(lián)運港站智能管理方面的研究較少，沒能形成全面成熟的系統(tǒng)設(shè)計與配套軟硬件整合的技術(shù)方案來解決現(xiàn)存的問題。

本文設(shè)計了一種基于K60的多式聯(lián)運港站智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過硬件模塊完成以運輸需求為導(dǎo)向的載具運力動態(tài)規(guī)劃調(diào)度，同時將運輸與倉儲關(guān)鍵信息通過GPRS實時傳輸至上位機，實現(xiàn)多式聯(lián)運港站全環(huán)節(jié)、全要素智能管理，一定程度上可提高多式聯(lián)運中港站環(huán)節(jié)的管理效率，進而提升多式聯(lián)運物流模式的實效性。

1 系統(tǒng)模型

本系統(tǒng)以K60單片機為核心，通過無線通訊模塊，運輸載具與上位機管理界面完成運輸需求、運輸目的以及集裝箱信息等物流數(shù)據(jù)信息的傳輸與交互。管理人員可根據(jù)載具物流數(shù)據(jù)信息，定位模塊上傳的載具狀態(tài)信息，結(jié)合港站內(nèi)的裝卸運力分布與集裝箱倉儲信息，動態(tài)規(guī)劃載具的最佳運輸路線、到達(dá)時刻表與裝卸泊位，同時智能調(diào)度港站內(nèi)裝卸運力，協(xié)調(diào)銜接集裝箱的倉儲出入，集散中轉(zhuǎn)等作業(yè)，從而加快物流周轉(zhuǎn)速度，縮短載具?？繒r間、倉儲和裝卸庫場使用周期。通過射頻識別模塊可以分別完成港站全環(huán)節(jié)、全要素作業(yè)過程的匹配與信息錄入，通過監(jiān)控模塊可以實時上傳全港站的監(jiān)控畫面，以期有效預(yù)防并處置突發(fā)事件。

2 硬件電路設(shè)計

多式聯(lián)運樞紐智能管理系統(tǒng)硬件電路主要包括：監(jiān)測模塊，定位模塊，無線通訊模塊，射頻識別模塊，數(shù)據(jù)處理模塊等。

2.1 監(jiān)控模塊

本模塊采用環(huán)視視覺傳感器模組結(jié)合攝像標(biāo)定技術(shù)方案，CCD[1]環(huán)視攝像頭可在光線劇烈變化和邊緣線復(fù)雜的道路場景下工作，經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊完成圖像畸變系數(shù)的計算、圖像還原以及透視處理，全網(wǎng)模組協(xié)同處理圖像信息匹配高精度地圖，進而實現(xiàn)全港站的全息可視化監(jiān)控，并可實時傳輸高清低延遲的全息畫面至上位機管理界面，完成對載具運輸操作以及港站集裝箱的倉儲出入、集散中轉(zhuǎn)等作業(yè)的全方位、全天候監(jiān)控。CCD圖像傳感器電路如圖1所示。

圖1 CCD圖像傳感器電路

2.2 定位模塊

本模塊采用GPS模組結(jié)合SLAM技術(shù)方案，運輸與裝卸載具的高精度GPS定位信息經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊處理后生成動態(tài)軌跡信息，實時上傳至上位機管理界面，管理人員可實時掌握港站內(nèi)的運輸需求與裝卸運力時空分布，為載具的動態(tài)規(guī)劃與港站內(nèi)裝卸運力智能調(diào)度的整體協(xié)調(diào)銜接提供數(shù)據(jù)支持，進而高效完成集裝箱的倉儲出入、集散中轉(zhuǎn)等作業(yè)。GPS定位模組電路如圖2所示。

圖2 GPS定位模組電路

GPS接收機選用的LEA-5X模組結(jié)合車載，路側(cè)與設(shè)施的監(jiān)控模塊環(huán)視視覺傳感器模組通過同步定位與地圖構(gòu)建技術(shù)，將自身位姿估計與港站全息可視化高精度地圖匹配，可實現(xiàn)精準(zhǔn)位置姿態(tài)判斷以及自主導(dǎo)航。

2.3 無線通信模塊

本模塊采用衛(wèi)星通訊結(jié)合5G車路協(xié)同短距通訊的技術(shù)方案，衛(wèi)星通訊模組具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高、信道頻段寬、容量大的特點，可實現(xiàn)各模塊與上位機管理界面的關(guān)鍵信息實時同步傳輸共享。衛(wèi)星通信模組電路如圖3所示。

圖3 衛(wèi)星通信模組電路

由車載OBU通訊模塊、路側(cè)RSU通訊模塊以及其他數(shù)據(jù)傳輸通訊子系統(tǒng)共同組成的短距通訊系統(tǒng)，可實現(xiàn)港站人、車、路、環(huán)境的和諧統(tǒng)一與整體協(xié)同。在交叉口、倉儲區(qū)域、裝卸庫場等典型場景下，可通過路協(xié)同完成通行時空資源的安全高效分配，同時可支持載具與路側(cè)和設(shè)施的監(jiān)控模塊，定位模塊交互。

2.4 射頻識別模塊

本模塊廣泛適配于運輸載具、裝卸載具、港內(nèi)智能路側(cè)單元以及倉儲設(shè)施，可以實現(xiàn)對進出港運輸載具的運輸需求、運輸目的以及集裝箱信息等物流數(shù)據(jù)信息的實時采集并上傳至上位機管理界面，為管理人員以物流數(shù)據(jù)信息為導(dǎo)向整體協(xié)調(diào)載具的動態(tài)規(guī)劃與港站內(nèi)裝卸運力智能調(diào)度提供支持。在倉儲環(huán)節(jié)，可完成全環(huán)節(jié)、全要素作業(yè)過程的匹配與信息錄入，大大提高進出庫搬運作業(yè)的效率。射頻識別模組電路如圖4所示。

圖4 射頻識別模組電路

射頻識別模組電路SLRC610芯片采用高頻系統(tǒng)典型的工作頻段：915MHz、2.45GHz和5.08GHz，具有標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)量大、閱讀距離遠(yuǎn)且閱讀速度高、適應(yīng)物體高速運動性能好等特點。

2.5 數(shù)據(jù)處理模塊

本模塊是運輸與裝卸載具智能設(shè)備、路側(cè)智能設(shè)備、上位機管理界面三者數(shù)據(jù)交互的中心節(jié)點。各模塊生成的數(shù)據(jù)需通過本模塊可視化數(shù)據(jù)處理，由無線通訊模塊實時上傳至上位機管理界面。同時，上位機管理系統(tǒng)的指令、數(shù)據(jù)、語音信號及控制信號經(jīng)無線通訊模塊接收后，通過本模塊處理生成具體操作指令，進而完成港站內(nèi)全設(shè)備要素、全作業(yè)過程的信息交互。

如圖5所示，本模塊采用K60單片機作為數(shù)據(jù)處理核心。K60具有高性能、高精度的混合信號處理能力，運算速度快、精度高，運算能力較強，可支持各硬件模塊不同類型數(shù)據(jù)的并行運算處理。

圖5 K60最小系統(tǒng)電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計選用Visual Basic 6.0軟件開發(fā)環(huán)境，搭建集裝箱多式聯(lián)運物流信息管理系統(tǒng)的界面。

軟件主界面由集裝箱運輸管理、集裝箱倉儲管理、多式聯(lián)運樞紐管理、突發(fā)事件上報、問題反饋、個性化設(shè)置六個區(qū)域組成，如圖6所示。

圖6 軟件主界面

普通用戶身份可使用集裝箱倉儲管理、多式聯(lián)運樞紐管理等功能；管理員身份在此基礎(chǔ)上可使用集裝箱運輸管理功能。系統(tǒng)軟件流程圖見圖7。

圖7 系統(tǒng)軟件流程圖

根據(jù)貨物屬性、起點終點、運費、企業(yè)特殊要求等要素，通過算法生成線路最優(yōu)、運費最少、貨損最少、滿足企業(yè)要求的運輸方案以供參考（如圖8所示）。通過GPS技術(shù)、RFID技術(shù)，形成運輸信息網(wǎng)絡(luò)，及時掌握集裝箱動態(tài)信息，合成最優(yōu)調(diào)度/租賃方案，合理分配箱體，避免出現(xiàn)因缺少集裝箱而導(dǎo)致的運輸時間延長等問題（如圖9所示）。根據(jù)貨物的屬性以及入庫出庫時間等因素對貨物位置進行合理安排，以減少工作量，節(jié)省裝卸時間，提高倉儲效率（如圖10所示）。

圖8 最優(yōu)運輸方案規(guī)劃

圖9 空箱調(diào)運

圖10 集裝箱倉儲管理

通過攝像頭實現(xiàn)對倉庫、路口以及事故頻發(fā)地帶的實時監(jiān)控。管理人員可通過軟件客戶端相關(guān)界面，打開實時監(jiān)控畫面窗口，實時全面掌握道路情況、運載工具情況以及裝卸搬運情況。[9]管理員收到突發(fā)事件處理提示后，通過查看突發(fā)事件詳情得出初步判斷，再結(jié)合“查看事故道路監(jiān)控”和“現(xiàn)場工作人員聯(lián)系表”具體掌握事故發(fā)生原因（如圖11所示）。

圖11 突發(fā)事件處理

通過無線通訊模塊完成運輸載具與上位機管理界面物流數(shù)據(jù)信息的傳輸與交互，管理人員可根據(jù)載具物流數(shù)據(jù)信息，定位模塊上傳的載具狀態(tài)信息；結(jié)合港站內(nèi)的裝卸運力分布與集裝箱倉儲信息，動態(tài)規(guī)劃載具的最佳運輸路線、到達(dá)時刻表與裝卸泊位；同時智能調(diào)度港站內(nèi)裝卸運力，協(xié)調(diào)銜接集裝箱的倉儲出入、集散中轉(zhuǎn)等作業(yè)，從而加快物流周轉(zhuǎn)速度，縮短載具?？繒r間，提高倉儲和裝卸庫場使用效率（如圖12所示）。

圖12 多式聯(lián)運車輛調(diào)度

對車輛設(shè)備運行情況進行監(jiān)測管理，實時上傳設(shè)備的信號強弱、巡檢、設(shè)備連接等信息，對出現(xiàn)問題的設(shè)備及時上報維修，保證車輛設(shè)備的正常運行。面對突發(fā)情況，可以緊急調(diào)度備用車輛前往現(xiàn)場，確保運輸線路高效順暢連接（如圖13所示）。

圖13 車輛設(shè)備檢測

4 結(jié)語

本文設(shè)計的集裝箱多式聯(lián)運智能管理系統(tǒng)以K60單片機為核心，通過硬件模塊完成集裝箱多式聯(lián)運關(guān)鍵信息的精確感知與實時上傳，車輛調(diào)度的處理決策，最佳運輸路線動態(tài)規(guī)劃，港站內(nèi)裝卸運力智能調(diào)度。在一定程度上解決了當(dāng)前我國多式聯(lián)運基礎(chǔ)設(shè)施不足，系統(tǒng)協(xié)調(diào)度不夠，信息系統(tǒng)不夠完善等問題，在一定程度上提高了多式聯(lián)運對于物流行業(yè)的實效性。