基于RFID的運(yùn)輸車輛自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)研究

1、基于RFID的運(yùn)輸車輛自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)研究第一作者：唐志忠 天津豐田物流有限公司 總工程師摘要： 本文針對商品車運(yùn)輸過程中承運(yùn)商使用違規(guī)改造拖車、不能保證按時(shí)到達(dá)銷售店、以及私自移動(dòng)商品車配載位置等管理問題，導(dǎo)致的送達(dá)延誤，商品車損壞甚至丟失現(xiàn)象，結(jié)合包括射頻識別技術(shù)（RFID）等現(xiàn)代信息技術(shù)，研究了一種可以為單臺商品車定位、監(jiān)控商品車運(yùn)輸途中拖車使用情況和配載情況，并可攝錄監(jiān)控的集成設(shè)備和對應(yīng)的軟件平臺。同時(shí)研究了以該平臺為基礎(chǔ)的，用于商品車運(yùn)輸過程中的自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的物流管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸過程的精益控制。Research on Automatic Monitoring System of

2、Vehiclesbased on RFIDABSTRACT ：To solve the management problem in which illegal transformed trailers, delayed delivery to the store, and the arbitrary change on merchandise cars loading distribution are involved, a theory of the modern information technology including RFID is discussed to avoid the

3、delayed delivery and unnecessary damage of the merchandise cars. A set of Integrated Devices and software platform with video function is built up in this thesis, which makes it possible to position a merchandise car individually or to monitor the state of the trailers and the loading distribution o

4、f merchandise cars. Based on this platform, a new Logistics Management System is proposed to reach the Lean Control by monitoring the whole process during the transportation.1. 介紹近年來我國汽車行業(yè)高速發(fā)展，已進(jìn)入汽車消費(fèi)普及期。2011年我國產(chǎn)銷分別完成1841.89萬輛和1850.51萬輛，保守估計(jì)未來五年我國汽車產(chǎn)銷量仍將平穩(wěn)增長。但是我國汽車企業(yè)物流成本占總成本比重達(dá)15%以上，遠(yuǎn)高于國際先進(jìn)汽車制造企業(yè)平均水

5、平；而豐田在日本國內(nèi)的物流成本可以控制在3%以內(nèi)。在所有的物流成本中，所占比率最高的是運(yùn)輸費(fèi)用。通常運(yùn)輸成本占物流成本的40%以上1。物流服務(wù)商理論上應(yīng)為客戶提供商品車運(yùn)輸過程中的狀態(tài)和位置，保障貨物安全及時(shí)地將商品車送達(dá)銷售店。而國內(nèi)承運(yùn)商運(yùn)輸過程中普遍存在使用違規(guī)改造拖車，不能保證按時(shí)到達(dá)銷售店，以及私自移動(dòng)商品車配載位置等管理問題，導(dǎo)致送達(dá)延誤，商品車損壞甚至丟失現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成不必要的損失；同時(shí)也存在運(yùn)輸事故和道路安全隱患。針對以上問題，非常有必要結(jié)合商品車整車運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)開發(fā)一套以RFID為核心，集合GPS/GPRS等多項(xiàng)技術(shù)的全程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的問題、降低物

6、流成本，提高企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。隨著RFID、GPRS等信息技術(shù)的日趨完善，國內(nèi)涌現(xiàn)了大量頗具價(jià)值的研究。何海洋等2利用RFID、GPS和GPRS等技術(shù)研究了放射源監(jiān)控系統(tǒng)，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端獲取放射源實(shí)時(shí)劑量值數(shù)據(jù)與GPS位置信息，并通過RFID技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)定位，實(shí)現(xiàn)放射源的狀態(tài)監(jiān)測。李俊韜等3采用GPS/GIS/GPRS系統(tǒng)架構(gòu)，利用了GPRS以分組形式交換信息的優(yōu)點(diǎn)及GIS技術(shù)的準(zhǔn)確可靠、數(shù)據(jù)信息多樣化的特點(diǎn)，建立了物流運(yùn)輸監(jiān)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。王玉泉等4綜合利用RFID/GPS/GPRS技術(shù)，建立危險(xiǎn)品物流監(jiān)控安全預(yù)警系統(tǒng)，對危險(xiǎn)品貨物進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤和監(jiān)管。本文將結(jié)合RFID、GPS、GPRS等技

7、術(shù)的特點(diǎn)，研究能夠全程監(jiān)控運(yùn)輸狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)。2. RFID、GPRS和GPS技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用GPS技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于對目標(biāo)精確定位以及相應(yīng)的交通管制系統(tǒng)中。但GPS只能夠提供定位信息，既不能對不同的貨物進(jìn)行識別或監(jiān)控，也不能進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。而RFID技術(shù)和GPRS技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用則彌補(bǔ)了GPS的不足。2.1 RFID技術(shù)RFID(Radio Frequency Identification Technology)射頻識別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過射頻信號自動(dòng)識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，RFID與傳統(tǒng)條碼相比具有快速掃描、重復(fù)使用、無障礙閱讀、記憶數(shù)據(jù)容量大、安全等優(yōu)點(diǎn)，具

8、有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集能力，可以實(shí)時(shí)跟蹤。在原理上，RFID是以電子芯片來承載數(shù)據(jù)，能儲(chǔ)存商品序號、模塊編號、包裝顏色、組裝位置或數(shù)據(jù)類型等電子化信息。在運(yùn)作模式方面，RFID系統(tǒng)是由RFID標(biāo)簽（或稱Tag）與RFID閱讀器兩個(gè)主要組件組成。雙方以射頻傳輸技術(shù)來傳遞數(shù)據(jù)，當(dāng)RFID標(biāo)簽通過一個(gè)RFID閱讀器的有效范圍時(shí)，RFID標(biāo)簽會(huì)將所置的信息傳遞至RFID閱讀器上，RFID閱讀器再結(jié)合信息系統(tǒng)，提供信息查詢、物品辨別的功能5。RFID技術(shù)目前不僅可應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線中的零件制造和整車裝配環(huán)節(jié)，也可應(yīng)用于汽車供應(yīng)鏈的可追溯管理，為汽車行業(yè)各環(huán)節(jié)提供了控制產(chǎn)品質(zhì)量的有效技術(shù)手段。車輛自動(dòng)識別系統(tǒng)是基

9、于RFID技術(shù)的應(yīng)用之一，通常配置在會(huì)場入口、路邊、檢查站或收費(fèi)站，能實(shí)時(shí)采集經(jīng)過的裝有標(biāo)簽的車輛的信息，利用RFID技術(shù)對信息進(jìn)行識別處理，并且將信息通過通信網(wǎng)絡(luò)（如GPRS）傳到總部管理中心計(jì)算機(jī)，與數(shù)據(jù)庫中的車輛信息進(jìn)行比對，以判斷車輛的違章及是否被盜等信息，將結(jié)果及指令實(shí)時(shí)返回以決定對車輛的處理。2.2 GPRS/GPS技術(shù)GPRS(General Packet Radio Service)通用分組無線服務(wù)技術(shù)是移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，位于第二代和第三代移動(dòng)通訊技術(shù)之間。它突破了GSM（Global System of Mobile communication，全球移動(dòng)通訊

10、系統(tǒng)）網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，使得到的用戶數(shù)據(jù)速率相當(dāng)可觀，通過這種經(jīng)濟(jì)高效的分組數(shù)據(jù)技術(shù)，可有效地利用稀有的無線資源，能夠快速建立連接6。GPS（Global Positioning System）是全球定位系統(tǒng)的簡稱，通過測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)便可知道接收機(jī)的具體位置。2.3信息技術(shù)在物流監(jiān)控系統(tǒng)中的結(jié)合應(yīng)用RFID、GPRS和GPS技術(shù)結(jié)合構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)一般包括貨品狀態(tài)信息采集終端、GPRS通信模塊以及遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺三部分。貨物自產(chǎn)生起就由生產(chǎn)單位賦予了記錄著產(chǎn)品身份信息

11、的永久標(biāo)簽，并將貨品狀態(tài)信息存儲(chǔ)在信息系統(tǒng)中，以便遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺可以隨時(shí)從數(shù)據(jù)庫中查詢。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺對各運(yùn)輸車輛的當(dāng)前位置、速度、方位及所載貨品種類進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，同時(shí)提供信息，如車輛安全、報(bào)警信息處理、車輛運(yùn)行路線以及車輛運(yùn)行速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。通過GPS系統(tǒng)集成和GPRS通信對車輛動(dòng)態(tài)定位，為車輛提供導(dǎo)航，為監(jiān)控平臺提供電子地圖，輔助規(guī)劃運(yùn)輸線路，選擇最短或優(yōu)化路徑，實(shí)現(xiàn)對在途運(yùn)輸中的貨物的全程監(jiān)控管理。當(dāng)RFID閱讀器讀到標(biāo)簽的異常狀態(tài)或讀不到標(biāo)簽時(shí)，可判斷對應(yīng)的放射源被非法移動(dòng)或被盜，進(jìn)而啟動(dòng)警示器或通過LED顯示屏動(dòng)態(tài)顯示報(bào)警信息，并在第一時(shí)間通過GPRS/GSM通信模塊將信息反饋給遠(yuǎn)程監(jiān)

12、控平臺進(jìn)行處理。車輛發(fā)生緊急事件時(shí)，駕駛員也可主動(dòng)按下報(bào)警按鈕向遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺發(fā)送求助信息24。這種集RFID、GPS和GPRS技術(shù)于一體的監(jiān)控系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）利用RFID射頻識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)物流與信息流的有效融合；（2）將RFID技術(shù)和GPS定位完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了貨物的無縫定位；（3）充分利用了GPRS無線傳輸?shù)倪B接費(fèi)用低、傳輸速率高、接入速度快、擴(kuò)容性好的特點(diǎn)；（4）可靠的報(bào)警功能大大降低了貨物被盜或丟失的可能性。3. 商品車運(yùn)輸狀態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)傳統(tǒng)的GPS定位系統(tǒng)只能提供對運(yùn)輸拖車的位置跟蹤及部分常規(guī)預(yù)警功能，而無法對拖車所載商品車的定位或確定所載商品車狀態(tài)。因此，為了實(shí)現(xiàn)這些

13、在途商品車的實(shí)時(shí)監(jiān)控，本文討論了一種可以為單臺商品車定位、監(jiān)控商品車運(yùn)輸途中拖車使用情況和配載情況，并可攝錄監(jiān)控的集成設(shè)備和對應(yīng)的軟件平臺。該平臺可以研制成用于商品車運(yùn)輸過程中的自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的物流管理系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)工作原理如圖1所示。從圖中可以看出，整個(gè)系統(tǒng)包括：基于RFID/GPS/GPRS/EVDO技術(shù)的車載終端、控制中心信息接收模塊和上位機(jī)軟件三大部分。圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控物流管理系統(tǒng)原理圖車載終端融合RFID和GPS的功能，同時(shí)繼承了視頻采集功能，是本文開發(fā)系統(tǒng)的核心。具體地，車載終端包括嵌入式平臺模塊、無線通信模塊、射頻識別模塊、定位模塊以及視頻采集模塊。它們分別詳述如下：1）嵌入式平臺模

14、塊：嵌入式系統(tǒng)可理解為一種小型專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有較大的存儲(chǔ)空間和較強(qiáng)的計(jì)算能力，可以滿足系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)處理出存儲(chǔ)的需要，實(shí)現(xiàn)各部分功能，它通過固化在嵌入式硬件平臺上的軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)某一應(yīng)用，同時(shí)在嵌入式平臺上運(yùn)行可裁剪的嵌入式操作系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)完整的嵌入式開發(fā)平臺。2）無線通信模塊：無線通信模塊是把一般通信產(chǎn)品包括MCU、電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、控制與顯示、語音處理等功能的核心部分，特別是技術(shù)難度最大的高頻電路部分和射頻部分都集成在無線通信模塊內(nèi)部。無線通信模塊都自帶有標(biāo)準(zhǔn)接口，可與嵌入式底層平臺直接通信。3）射頻識別模塊：識別模塊采用RFID技術(shù)，RFID標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復(fù)使

15、用等特點(diǎn)，支持快速讀寫、非可視識別、移動(dòng)識別、多目標(biāo)識別、定位及長期跟蹤管理。本系統(tǒng)將標(biāo)簽放置在運(yùn)輸貨物上，通過終端上的讀卡器，對進(jìn)入運(yùn)輸車輛的貨物進(jìn)行識別認(rèn)證和統(tǒng)計(jì)管理。4）定位模塊： GPS的定位模塊具有完善的定位功能，提供對運(yùn)輸車輛的精確定位，通過串口將位置信息輸出；遠(yuǎn)程終端通過與定位模塊相連的嵌入式系統(tǒng)，對信息進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，并通過通信模塊，將位置信息發(fā)送到無線通信基站。5）視頻采集模塊：遠(yuǎn)程終端采用攝像頭模塊完成視頻采集功能。攝像頭模塊自帶攝像頭和部分圖像預(yù)處理功能，分辨率可調(diào)，攝像頭內(nèi)部自帶算法，保證視頻質(zhì)量；同時(shí)使用MPEG-4編碼提高壓縮比率，降低數(shù)據(jù)傳輸量。模塊提供TTL和標(biāo)

16、準(zhǔn)串口，可以與嵌入式平臺直接連接。攝像頭模塊有內(nèi)部Flash存儲(chǔ)器，可以存儲(chǔ)一定數(shù)量的視頻文件，同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)可以對視頻進(jìn)行存儲(chǔ)，也可進(jìn)一步壓縮處理，通過通信模塊發(fā)送到控制中心?？刂浦行男畔⒔邮漳K負(fù)責(zé)接收車載終端發(fā)來的信息，并輸送到控制中心上位機(jī)。上位機(jī)軟件包含信號解析、數(shù)據(jù)庫管理、電子地圖、交互界面，輔助調(diào)度和路線、運(yùn)力優(yōu)化等功能，將豐田生產(chǎn)方式指導(dǎo)下的運(yùn)輸模式（如MILK RUN運(yùn)輸，集荷便運(yùn)輸，中集地運(yùn)輸?shù)龋┑臉I(yè)務(wù)流程，凝練出軟件應(yīng)用層程序，并集成為業(yè)務(wù)流和數(shù)據(jù)包。整套系統(tǒng)用于商品車運(yùn)輸過程中自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)控。由GPS定位信息獲取車輛位置，實(shí)現(xiàn)對各運(yùn)輸車輛的精確定位，并以此評價(jià)司機(jī)的運(yùn)輸

17、行為。通過RFID貨物統(tǒng)計(jì)標(biāo)識功能，對運(yùn)輸?shù)能囕v自動(dòng)標(biāo)識、統(tǒng)計(jì)；由圖像采集模塊分析圖像信息，自動(dòng)識別異常信息，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控。當(dāng)在途商品車的配載位置被移動(dòng)時(shí)，視頻采集模塊對移動(dòng)過程及被移動(dòng)商品車的視頻信息，這些信息一方面由嵌入式系統(tǒng)對采集到的視頻圖像進(jìn)行輪廓提取和差異分析等運(yùn)算和處理并存儲(chǔ)，另一方面通過對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的判斷，實(shí)時(shí)檢查3G網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)的條件，選擇合適的傳輸渠道將信息加密后由通信模塊傳輸?shù)娇偛勘O(jiān)控臺的控制中心信息接收模塊，再由控制中心信息接收模塊輸送到控制中心上位機(jī)，由上位機(jī)解析信號后進(jìn)行控制，必要時(shí)向車載終端返回信息。4. 結(jié)論運(yùn)輸成本在整個(gè)物流成本中占有相當(dāng)?shù)谋壤?，運(yùn)輸成本的居高不下和難以控制是當(dāng)前面臨的難題之一。豐田結(jié)合商品車運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，針對商品車運(yùn)輸過程中存在的不能保證按時(shí)到達(dá)銷售店、私自移動(dòng)商品車配載位置等管理問題，開發(fā)了一套以RFID為核心，集合GPS/GPRS等多項(xiàng)技術(shù)的全程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，能有效避免送達(dá)延誤、商品車損壞甚至丟失等現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸過程的精益控制。5. 參考文獻(xiàn)1李靜, 張畢西. 我國整車物流高成本的原因及對策研究J物流技術(shù). 2007,179(8): 48-502何海洋, 周洪亮, 張宏建, 張勝, 周俊儒, 翁國杰. 基于RFID_GPRS的放射源監(jiān)控系統(tǒng)J核電子學(xué)與探測技術(shù). 2