基于RFID的运输车辆自动监控系统研究.doc

基于RFID的运输车辆自动监控系统研究第一作者：唐志忠 天津丰田物流有限公司 总工程师摘要： 本文针对商品车运输过程中承运商使用违规改造拖车、不能保证按时到达销售店、以及私自移动商品车配载位置等管理问题，导致的送达延误，商品车损坏甚至丢失现象，结合包括射频识别技术（RFID）等现代信息技术，研究了一种可以为单台商品车定位、监控商品车运输途中拖车使用情况和配载情况，并可摄录监控的集成设备和对应的软件平台。同时研究了以该平台为基础的，用于商品车运输过程中的自动远程监控的物流管理系统，从而实现了运输过程的精益控制。Research on Automatic Monitoring System of 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 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 of 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. 介绍近年来我国汽车行业高速发展，已进入汽车消费普及期。2011年我国产销分别完成1841.89万辆和1850.51万辆，保守估计未来五年我国汽车产销量仍将平稳增长。但是我国汽车企业物流成本占总成本比重达15%以上，远高于国际先进汽车制造企业平均水平；而丰田在日本国内的物流成本可以控制在3%以内。在所有的物流成本中，所占比率最高的是运输费用。通常运输成本占物流成本的40%以上1。物流服务商理论上应为客户提供商品车运输过程中的状态和位置，保障货物安全及时地将商品车送达销售店。而国内承运商运输过程中普遍存在使用违规改造拖车，不能保证按时到达销售店，以及私自移动商品车配载位置等管理问题，导致送达延误，商品车损坏甚至丢失现象时有发生，造成不必要的损失；同时也存在运输事故和道路安全隐患。针对以上问题，非常有必要结合商品车整车运输的特点开发一套以RFID为核心，集合GPS/GPRS等多项技术的全程状态监控系统，以解决现有运输过程中出现的问题、降低物流成本，提高企业的服务质量。随着RFID、GPRS等信息技术的日趋完善，国内涌现了大量颇具价值的研究。何海洋等2利用RFID、GPS和GPRS等技术研究了放射源监控系统，通过现场数据采集终端获取放射源实时剂量值数据与GPS位置信息，并通过RFID技术进行室内定位，实现放射源的状态监测。李俊韬等3采用GPS/GIS/GPRS系统架构，利用了GPRS以分组形式交换信息的优点及GIS技术的准确可靠、数据信息多样化的特点，建立了物流运输监控实验系统。王玉泉等4综合利用RFID/GPS/GPRS技术，建立危险品物流监控安全预警系统，对危险品货物进行动态跟踪和监管。本文将结合RFID、GPS、GPRS等技术的特点，研究能够全程监控运输状态的监控系统。2. RFID、GPRS和GPS技术在监控系统的结合应用GPS技术目前已广泛应用于对目标精确定位以及相应的交通管制系统中。但GPS只能够提供定位信息，既不能对不同的货物进行识别或监控，也不能进行实时通信。而RFID技术和GPRS技术的结合运用则弥补了GPS的不足。2.1 RFID技术RFID(Radio Frequency Identification Technology)射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，RFID与传统条码相比具有快速扫描、重复使用、无障碍阅读、记忆数据容量大、安全等优点，具有超强的数据采集能力，可以实时跟踪。在原理上，RFID是以电子芯片来承载数据，能储存商品序号、模块编号、包装颜色、组装位置或数据类型等电子化信息。在运作模式方面，RFID系统是由RFID标签（或称Tag）与RFID阅读器两个主要组件组成。双方以射频传输技术来传递数据，当RFID标签通过一个RFID阅读器的有效范围时，RFID标签会将所置的信息传递至RFID阅读器上，RFID阅读器再结合信息系统，提供信息查询、物品辨别的功能5。RFID技术目前不仅可应用于汽车生产线中的零件制造和整车装配环节，也可应用于汽车供应链的可追溯管理，为汽车行业各环节提供了控制产品质量的有效技术手段。车辆自动识别系统是基于RFID技术的应用之一，通常配置在会场入口、路边、检查站或收费站，能实时采集经过的装有标签的车辆的信息，利用RFID技术对信息进行识别处理，并且将信息通过通信网络（如GPRS）传到总部管理中心计算机，与数据库中的车辆信息进行比对，以判断车辆的违章及是否被盗等信息，将结果及指令实时返回以决定对车辆的处理。2.2 GPRS/GPS技术GPRS(General Packet Radio Service)通用分组无线服务技术是移动电话用户可用的一种移动数据业务，位于第二代和第三代移动通讯技术之间。它突破了GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通讯系统）网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，使得到的用户数据速率相当可观，通过这种经济高效的分组数据技术，可有效地利用稀有的无线资源，能够快速建立连接6。GPS（Global Positioning System）是全球定位系统的简称，通过测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据便可知道接收机的具体位置。2.3信息技术在物流监控系统中的结合应用RFID、GPRS和GPS技术结合构成的监控系统一般包括货品状态信息采集终端、GPRS通信模块以及远程监控平台三部分。货物自产生起就由生产单位赋予了记录着产品身份信息的永久标签，并将货品状态信息存储在信息系统中，以便远程监控平台可以随时从数据库中查询。远程监控平台对各运输车辆的当前位置、速度、方位及所载货品种类进行实时监视，同时提供信息，如车辆安全、报警信息处理、车辆运行路线以及车辆运行速度进行严格控制。通过GPS系统集成和GPRS通信对车辆动态定位，为车辆提供导航，为监控平台提供电子地图，辅助规划运输线路，选择最短或优化路径，实现对在途运输中的货物的全程监控管理。当RFID阅读器读到标签的异常状态或读不到标签时，可判断对应的放射源被非法移动或被盗，进而启动警示器或通过LED显示屏动态显示报警信息，并在第一时间通过GPRS/GSM通信模块将信息反馈给远程监控平台进行处理。车辆发生紧急事件时，驾驶员也可主动按下报警按钮向远程监控平台发送求助信息24。这种集RFID、GPS和GPRS技术于一体的监控系统具有以下特点：（1）利用RFID射频识别技术实现了实物流与信息流的有效融合；（2）将RFID技术和GPS定位完美结合，实现了货物的无缝定位；（3）充分利用了GPRS无线传输的连接费用低、传输速率高、接入速度快、扩容性好的特点；（4）可靠的报警功能大大降低了货物被盗或丢失的可能性。3. 商品车运输状态监控管理系统的开发传统的GPS定位系统只能提供对运输拖车的位置跟踪及部分常规预警功能，而无法对拖车所载商品车的定位或确定所载商品车状态。因此，为了实现这些在途商品车的实时监控，本文讨论了一种可以为单台商品车定位、监控商品车运输途中拖车使用情况和配载情况，并可摄录监控的集成设备和对应的软件平台。该平台可以研制成用于商品车运输过程中的自动远程监控的物流管理系统。整个系统工作原理如图1所示。从图中可以看出，整个系统包括：基于RFID/GPS/GPRS/EVDO技术的车载终端、控制中心信息接收模块和上位机软件三大部分。图1 远程监控物流管理系统原理图车载终端融合RFID和GPS的功能，同时继承了视频采集功能，是本文开发系统的核心。具体地，车载终端包括嵌入式平台模块、无线通信模块、射频识别模块、定位模块以及视频采集模块。它们分别详述如下：1）嵌入式平台模块：嵌入式系统可理解为一种小型专用计算机系统，具有较大的存储空间和较强的计算能力，可以满足系统对于数据处理出存储的需要，实现各部分功能，它通过固化在嵌入式硬件平台上的软件系统来实现某一应用，同时在嵌入式平台上运行可裁剪的嵌入式操作系统，构成一个完整的嵌入式开发平台。2）无线通信模块：无线通信模块是把一般通信产品包括MCU、电源系统、数据存储、控制与显示、语音处理等功能的核心部分，特别是技术难度最大的高频电路部分和射频部分都集成在无线通信模块内部。无线通信模块都自带有标准接口，可与嵌入式底层平台直接通信。3）射频识别模块：识别模块采用RFID技术，RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。本系统将标签放置在运输货物上，通过终端上的读卡器，对进入运输车辆的货物进行识别认证和统计管理。4）定位模块： GPS的定位模块具有完善的定位功能，提供对运输车辆的精确定位，通过串口将位置信息输出；远程终端通过与定位模块相连的嵌入式系统，对信息进行存储和处理，并通过通信模块，将位置信息发送到无线通信基站。5）视频采集模块：远程终端采用摄像头模块完成视频采集功能。摄像头模块自带摄像头和部分图像预处理功能，分辨率可调，摄像头内部自带算法，保证视频质量；同时使用MPEG-4编码提高压缩比率，降低数据传输量。模块提供TTL和标准串口，可以与嵌入式平台直接连接。摄像头模块有内部Flash存储器，可以存储一定数量的视频文件，同时，嵌入式系统可以对视频进行存储，也可进一步压缩处理，通过通信模块发送到控制中心。控制中心信息接收模块负责接收车载终端发来的信息，并输送到控制中心上位机。上位机软件包含信号解析、数据库管理、电子地图、交互界面，辅助调度和路线、运力优化等功能，将丰田生产方式指导下的运输模式（如MILK RUN运输，集荷便运输，中集地运输等）的业务流程，凝练出软件应用层程序，并集成为业务流和数据包。整套系统用于商品车运输过程中自动远程监控。由GPS定位信息获取车辆位置，实现对各运输车辆的精确定位，并以此评价司机的运输行为。通过RFID货物统计标识功能，对运输的车辆自动标识、统计；由图像采集模块分析图像信息，自动识别异常信息，实现智能监控。当在途商品车的配载位置被移动时，视频采集模块对移动过程及被移动商品车的视频信息，这些信息一方面由嵌入式系统对采集到的视频图像进行轮廓提取和差异分析等运算和处理并存储，另一方面通过对网络环境的判断，实时检查3G网络和GSM网络的条件，选择合适的传输渠道将信息加密后由通信模块传输到总部监控台的控制中心信息接收模块，再由控制中心信息接收模块输送到控制中心上位机，由上位机解析信号后进行控制，必要时向车载终端返回信息。4. 结论运输成本在整个物流成本中占有相当的比例，运输成本的居高不下和难以控制是当前面临的难题之一。丰田结合商品车运输的特点，针对商品车运输过程中存在的不能保证按时到达销售店、私自移动商品车配载位置等管理问题，开发了一套以RFID为核心，集合GPS/GPRS等多项技术的全程状态监控系统，能有效避免送达延误、商品车损坏甚至丢失等现象的发生，实现了运输过程的精益控制。5. 参考文献1李静, 张毕西. 我国整车物流高成本的原因及对策研究J物流技术. 2007,179(8): 48-502何海洋, 周洪亮, 张宏建, 张胜, 周俊儒, 翁国杰. 基于RFID_GPRS的放射源监控系统J核电子学与探测技术. 2