基于物联网的物流实时定位管理系统设计

基于物联网的物流实时定位管理系统设计
摘要：物流产业化的发展,使得物流的实时定位管理占有更加重要地位。

物联网时代的到来,让人们的生活更加便捷,同时也使物流实时定位系统更加智能化。

本文通过物联网技术中的定位技术—GPS，实现供需双方都能随时随地了解货物位置信息，降低供销经营风险，完善各方信任机制。

物流配送企业运用GPS监控管理系统对车辆进行实时监控，确保货物安全，提高车辆工作效率，杜绝违规操作等不良现象，以此将企业运营成本压缩在最低范围内，加强对车辆的管理力度。

配送车辆安装GPS监控管理系统，在车辆遭遇意外事故或者货物被盗抢时向监控中心发出报警信息，监控中心立即根据系统提供的车辆实时数据进行协助，以此将人员伤亡和财产损失降到最低。

GPS物流服务系统可以随时了解车辆在什么地方、车辆的位置和状态，车上配载情况，可以根据最新的订货信息实时指挥货物车辆的派发和配送，从而大大提高了物流系统的效率和安全，并大大压缩了运输成本。

关键词：物联网;物流实时定位;GPS监控管理系统;
目录
1 引言 (1)
2 物联网 (1)
2.1 概念 (1)
2.2 技术体系 (1)
2.3 结构 (2)
3 GPS原理与电路 (2)
3.1 GPS实时定位监控管理系统的架构 (2)
3.2 GPS实时定位管理系统工作原理 (3)
3.3 GPS定位系统电路图 (3)
3.4 GPS车载终端 (5)
3.5 手机接收模块 (5)
4 GPS软件操作 (6)
4.1 实时定位 (6)
4.2 轨迹分析 (6)
4.3 轨迹回放 (7)
4.4 车辆其他信息 (8)
4.5 情况分析及速度检测 (9)
5 总结 (10)
参考文献 (12)
1 引言
物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，目前多个国家都在花巨资进行深入研究。

物联网是由多项信息技术融合而成的新型技术体系。

随着物联网的提出与发展，"物联网促进物流智能化"已被广泛关注。

"基于物联网的智能物流"包含三个基本要点：一是如何部署更加广泛、及时、准确的信息采集技术；二是如何把这些信息实现互联互通，既满足专用的要求，也能实现方便的开放和共享；三是信息如何管理、加工、应用，解决各种现实问题，把虚拟世界的信息转化到实体世界的应用中来，也就是进入到IBM称之为"智慧地球"的时代。

在物流领域看来，物联网只是技术手段，目标是物流的智能化。

实时定位管理是现代物流的重要组成部分，本文试图通过对物联网的研究设计一种新型高智能化的物流实时定位管理系统。

2 物联网
2.1 概念
在2005年突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟（ITU）发布了《互联网报告2005:物联网》一文，正式提出了物联网的概念。

2009 年初，在美国总统奥巴马与美国工商业领袖举行的会议上，IBM首席执行官提出"智慧地球"的概念，并建议新政府投资新一代的智慧型基础设施，从此物联网的概念进入了国家的战略层，发达国家也纷纷效仿，提出相应的战略对策。

随即物联网概念也在中国升温，2009年8月温家宝总理指出，在国家重大科技专项中加快推进传感网发展，尽快建立“感知中国中心”，2010年物联网进入了人代会的政府工作报告。

关于物联网概念有很多解释，简言之：物联网是指通过射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

在这个网络中，系统可以自动地、实时地对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件。

2.2 技术体系
结合实际应用对物联网涉及的核心技术进行归类和梳理，主要包括感知与标识技术、网络与通信技术、计算与服务技术及管理与支撑技术四大体系。

感知和标识技术是物联网的基础，负责采集物理世界中发生的物理事件和数据，实现外部世界信息的感知和识别。

网络是物联网信息传递和服务支撑的基础设施，通过泛在的
互联功能，实现感知信息高可靠性、高安全性传送；通信技术包括各种有线及无线通信，其中近距离无线通信技术将是物联网的研究重点。

海量感知信息的计算与处理是物联网的核心支撑，需要研究数据融合、高效存储、语义集成、数据挖掘等关键技术，攻克物联网"云计算"中的虚拟化、网格计算、服务化和智能化技术；服务和应用是物联网的最终价值体现，需要面向典型应用需求，提炼核心共性支撑技术，研究规范化、通用化服务体系结构以及应用支撑环境、面向服务的计算技术等。

管理与支撑技术是保证物联网实现"可运行-可管理-可控制"的关键，包括测量分析、网络管理和安全保障等方面。

2.3 结构
如图2-1所示，物联网划分为感知层、网络层和应用层3层。

其中感知层用于识别物体，采集信息；网络层用于传递和处理感知层获取的信息；应用层与各行各业的专业技术深度融合，实现智能化管理。

3 GPS原理与电路
3.1 GPS实时定位监控管理系统的架构
GPS的实时定位架构由四个架构，分别为：（1）GPS：提供全球、全天候、连续、实时、
以空中卫星为基础的高精度定位。

（2）GSM：提供全国联网的无缝通信网络。

（3）GPRS：具有“永远在线”、“自如切换”、“高速图象传输”等优点，迅速降低服务成本。

（4）GIS：提供地理信息管理。

3.2 GPS实时定位管理系统工作原理
GPS实时定位监控管理系统的工作过程如图3-1所示[1]，通过控制车载，来实现物流的实时定位监控。

图3-1 GPS实时定位原理
Figure 3-1 GPS real-time positioning principle
车载终端接收3颗以上的卫星GPS定位信号，同时采集车辆的实时状态信息，将这些数据打包通过GPRS网络与公司监控中心服务器进行数据交换，处理分析后，通过互联网发送到各客户端，客户便可从客户端实时掌握车辆活动状态数据，以此达到监控管理的目的。

3.3 GPS定位系统电路图
利用Altium Designer软件,采用ATmega32芯片设计GPS定位系统电路图，如果数据库中没有ATmega32芯片，这时就要自己手动添加，并进行封装，通过查找资料可得出，在美国atmel公司查阅了芯片封装的资料后，了解到ATmega32[2]芯片的芯片如图3-2所示：
图3-2 ATmega32芯片封装图
Figure 3-2 atmega32 chip packaging figure
当系统具有ATmega32芯片后，就可以进行GPS封装电路图设计[3]，设计结果如3-3所示：
图3-3 GPS电路设计图
Figure 3-3 GPS circuit design
3.4 GPS车载终端
GPS车载终端安装在物流车辆上，是一个由天线、GPS接收模块和GSM 通讯模块组成的具有短信发送功能的GPS信号接收器。

GPS接收到卫星信号后，自动计算出三维坐标、速度和时间等信息，GSM 将这些信息以一定的时间间隔，通过短信的形式发送到监控中心。

目前多数GPS车载终端具有SMS与GPRS双重通讯功能。

GPRS虽然可以支持更大的数据量、更高的传输稳定性，但目前该网络的覆盖面积小，使用还不普及，只有大中城市的繁华区县才能使用，不利于长途车辆的监控；而且使用这种方式后，GPS数据和应用需要放到Internet上，大大增加了网络方面的投资；所以对于物流车辆监控这种业务应用，只能选择网络覆盖面大、应用更加普及的SMS方式。

GPS短信的发送时间间隔是可以选择的，根据车辆的实际运行状况和应用需求，系统动态的控制短信的发送间隔，在满足实时监控需要的前提下，尽量降低系统运行负荷和费用。

GPS车载终端向调度监控中心发送的GPS短信数据使用PDU(protocol description unit)模式，它不仅包括GPS数据，而且还有很多发送方的元信息，如发送方的短信中心、时间标志等。

根据GPS车载终端发送给调度监控中心的GPS信息，就可以对车辆运行状况进行监控。

3.5 手机接收模块
普通计算机并无直接接收短信的功能[4]，目前开发短信应用软件通常使用2种短信接收方式：一种是在ISP申请特服号码，用socket进行网络通信，大多数手机短信增值服务都采用这种方法；另一种是使用专用手机设备，用AT指令进行开发。

前者的性能和稳定性较好，但费用较高，适合业务量巨大的应用。

物流车辆管理的GPS短信收发流量并不很大，因此选择后者。

通过RS232串口与计算机相连，在COM 口上进行短信的接收。

手机设备也可以通过红外接口与计算机相连。

当手机接收模块收到短信时，会向计算机发出通知信息，计算机通过监听COM 端口就可以及时捕获这个事件；然后可以对其做相应处理，使用AT指令读取、删除手机中的短信。

手机接收模块与普通手机的基本构造和工作原理相同，接收的短信存储在SIM 卡中。

由于SIM 卡的容量非常有限，一般只能存储几十条短信，因此当SIM 卡内空间耗尽时，
短信将被缓存在短信息中心，直到SIM 卡中短信被删除，再次存在可用空间时，被缓存的短信才会被发送至手机。

经过测试发现，这种缓存转发方式是导致短信丢失或顺序错乱的主要原因之一。

因此，要想提高GPS信息的准确性和可靠性，就必须尽量减少接收短信在卡内的停留时间，即在短信被接收到SIM 卡后的最短时间内，将短信读取到计算机的存储中，并删除SIM 卡上的相应短信，最大程度地降低SIM 卡空间的占用率，防止空间耗尽情况的发生，确保短信接收的畅通无阻。

4 GPS软件操作
4.1 实时定位
设计好电路后，便可利用GPS定位系统进行物流的实时定位，通过控制车辆的信息，将车辆实时位置、发动机、速度、空调、ACC等状态信息显示在电子地图上面；如图4-1所示[5]：获得的信息发送给物流中心，进行实时定位及确保货物安全。

图4-1 车辆状态信息
Figure 4-1 vehicle information
4.2 轨迹分析
通过GPS定位系统确定最优的道路，列表显示车辆行驶状态，包括车辆信息回传时间、车牌号、该车当时的位置、速度、状态、方向、行驶路段统计、停车时间统计等；通过SMS 短信将信息传送到物流中心如图4-2所示，并将位置信息发送给消费者，实现智能化及安
全化。

图4-2 车辆路径定位信息
Figure 4-2 vehicle path location information
4.3 轨迹回放
通过轨迹回放，随时清查每台车辆任意时间段行驶数据，确保货物的位置及安全。

图4-3 车辆轨迹回放图
Figure 4-3 vehicle trajectory playback figure
4.4 车辆其他信息
通过GPS可以进行车辆的搜索，根据指定的地理中心坐标和距离公里范围，可搜索出相应的车辆列表来；此外，还可随时查阅任一时间段内某车进出某固定场地的具体时间、趟数、停留时间[6]。

同样，也能对非允许时间段进出固定场地报警和统计；其结果如下所示：
图4-4 搜索相应车辆信息
Figure 4-4 search vehicle information accordingly
图4-5 停车数据信息
Figure 4-5 parking data information
图4-6 进出站场统计
Figure 4-6 in and out of the station statistics
图4-7 里程统计
Figure 4-7 mileage statistics
4.5 情况分析及速度检测
当有紧急情况发生时，车辆上装有紧急报警按扭，如遭遇险情，驾驶员可按下报警按扭向监控中心发出求救信号，以便监控中心及时做出反应，确保人员及货物的安全；此外，还可以通过检测车辆速度，直观地显示车辆速度的变化情况，对超速和车辆的平稳驾驶性一目了然，以防司机及货物出现危险。

图4-8 应急报警
Figure 4-8 emergency alarm
图4-9 速度曲线
Figure 4-9 speed curve
5 总结
通过研究在物流中的实时定位管理系统，让我对GPS的定位系统架构、工作原理以及电路设计过程，同时对于GPS架构中GIS、GSM以及GPRS的具体应用进行了深入的讨论。

本文中的设计思想和具体实现已经在一定范围内的测试和使用中取得了理想的效果，有效地支持了丰富的上层应用，如辅助送货路单编制、在途车辆管理、送货情况查询统计、司机业绩考核、运输成本核算等。

在测试和使用中，也发现了一些问题，如GSM 网络盲区的问题，由短信中心引起的短信延误、短信顺序错乱甚至丢失等问题，但目前还很难从应用层面上得到解决，还需网络运行商提供更好的服务和支持。

参考文献
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[2]徐祖舰．GIS入门与提高[M]．重庆：重庆大学出版社，2001
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