【毕业学位论文】（Word原稿）基于物联网的后方堆场调度系统的设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 基于物联网的后方堆场调度系统 的设计与实现 姓 名： 学 号： 所在院系： 软件学院 职业类型： 工程硕士 专业领域： 软件工程 指导教师： 校外导师： 二 一四年二月 A in on 2014 基于物联网的后方堆场调度系统的 设 计 与 实 现 同 济 大 学 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定 ，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 随着 物联网技术的发展 ，随着后方 堆场信息化、智能化的不断 受到 关注 ，各大 后方堆场 都 纷纷建立了信息化 管理 系统， 但 是后方堆场 作业效率低 一直以来是个难题 。 由于 各后方堆场的调度普遍都是 工作人员手工记录 并安排任务 ， 而且工作人员使用作业车辆工作时大多数会依靠经验因此会出现较多意想不到的问题 ，这样使得后方堆场调度管理不规范、技术不先进 。 基于此， 本课题 提出将物联网技术应用于后方堆场调度 管理 中。主要在后方堆场调度中引用入了 频标 签），用来绑定入场的集装箱， 实现集装箱信息快速识别和集装箱验证等功能，而且 便于统一管理；同时引入 作业车辆 位，以实现可视化调度和自动化调度任务安排；在作业车辆上安装了 车载电脑，同时使用 发了车载终端子系统，用来接收调度和任务安排，同时能够和调度子系统进行交互，提高工作效率，节省时间。 在实际应用中，通过使用本系统能够提高 后方堆场工 作人员的工作效率以及堆场管理的安全性、规范性等 ， 不但 大大提高 了后方堆场调度 的 自动化程度和信息化水平 ，为 堆场调度 向更高阶段的 智能化发展 提供技术保证。 关键词 ： 物联网 ， 后方堆场 ， 车载电脑 ， 可视化调度of of of of up a to is in of on so on of of in in to of is at PS to of of in at of In by of of of to a of 济大学 硕士学位论文 目录 I 目录 第 1 章 引言 . 1 述 . 1 内外的研究现状 . 2 文的主要研究内容 . 3 文的章节结构 . 4 第 2 章 系统开发环境 . 5 发平台和数据库 . 5 软公司的 008 . 5 . 6 软公司 005 企业版 . 6 联网技术 . 6 第 3 章 系统需求分析 . 8 行性研究 . 8 济可行性分析 . 9 术可行性分析 . 10 求分 析 . 11 签管理子系统需求分析 . 13 动作业生成子系统需求分析 . 15 载终端子系统需求 分析 . 16 台可视化调度子系统需求分析 . 17 功能需求 . 19 行环境需求 . 19 件环境 . 19 件环境 . 20 第 4 章 系统模块设计 . 21 统设计思路 . 21 统设计目标 . 21 统设计原则 . 21 统开发平台和体系结构 . 22 统开发平台 . 22 统体系结构 . 22 统模块设计 . 23 签管理子系统功能设计 . 23 动作业生成子系统功能设计 . 25 同济大学 硕士学位论文 目录 车载终端子系统功能设计 . 26 台可视化调度子系统功能设计 . 28 统数据库设计 . 32 据库的 选择 . 32 据库的设计 . 32 第 5 章 系统模块实现 . 38 签管理子系统功能实现 . 38 签参数设置功能模块的实现 . 38 签批量创建功能模块的实现 . 39 签盘点功能模块的实现 . 40 签绑定 /解绑功能模块的实现 . 42 动作业生成子系统实现 . 43 载终端子系统功能实现 . 45 户登录功能模块的实现 . 45 装箱二维显示模块的实现 . 46 业任务交互模块的实现 . 48 位模块的实现 . 51 装箱验证模块的实现 . 52 台可视化调度子系统功能实现 . 53 场二维模拟调度模块的实现 . 53 载终端远程控制模块的实现 . 54 讯信息显示模块的实现 . 55 第 6 章 系统测试和绩效分析 . 57 签管理子系统测试 . 57 载终端子系统测试 . 58 台可视化调度子系统测试 . 59 效分析 . 60 载终端子系统绩效分析 . 60 台可视化调度子系统绩效分析 . 61 体绩效分析 . 61 第 7 章 结论和展望 . 63 论 . 63 一步工作方向 . 63 致谢 . 64 参考文献 . 65 个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成 果 . 67 第 1 章 引言 1 第 1章 引言 述 滨海新区主要是以港口为龙头，目的是使之发展成为北方航运中心，而集装箱物流产业必然成为滨海新区发展的主要支柱产业 2随着天津港信息化的推进，天津港的前方堆场将信息化建设纳入规划当中，同时，各公司的后方堆场都紧随其后进行信息化的建设和实施，特别是作 为国有企业的滨海中远物流堆场的信息化也在逐步开展。堆场信息化建设除了堆场的集装箱管理和财务管理等功能的信息化之外，后方堆场调度的信息化和智能化问题也被提到日程上来。目前，滨海中远堆场调度处理流程都是：公司从要将集装箱存放于堆场的物流公司接过单子，然后将单子数据录入系统，调度人员手动制定调度计划安排并打印。调度计划安排制定完成后，调度人员人工指挥作业叉车和正面吊车或者堆高机完成作业任务，完成任务之后则手动进行标注，等所有的调度安排都结束以后，调度人员再将最新的数据及时录入到系统，用于记录调度信息以及司机工作量 传给员工绩效考核管理系统便于考核员工绩效。这种信息化调度比传统的完全需要人工处理的调度安排 虽然 有了很多的改进，但是还存在着许多不足，比如调度安排不合理导致就近的叉车不能执行作业任务的人为失误、现场作业人员凭借经验人为安排倒箱顺序导致倒箱效率低、记录信息不准确也不及时、调度安排 作业任务 时缺少可视化管理工具的辅助等问题。所以亟需引入新的技术和设备来实现后方堆场调 度 的可视化、智能化和规范化 5 目前，物联网的出现给人类生活和工作带来了诸多便利。主要是因为物联网技术应用范围非常广泛，除了在智能家居、智能交通 、食品溯源等方面的应用，还应用于智能物流等 12物联网技术涵盖了传感器、 嵌入式等领域。目前为止集装箱前方堆场在集装箱调度管理方面也采用了 术和嵌入式技术，但是在后方堆场还仅限于对堆场的视频监控以及信息化管理 8,9,16。如果在后方堆场引入物联网技术（包括 入式硬件设备和 位技术），将会提高堆场的空间利用率、减少人为失误，优化作业任务序列，提高堆场整体的效率，使堆场管理更加规范化，自动化，智能化。 基于此情况，提出设计一套基于物联网的后方堆场调度系统，来实现通过签来标识并绑定存放于堆场的集装箱；通过 位技术以及作业任务生成算法进行智能作业任务调度分配 1；通过后台可视化调度子系统和车载终端子系统结合使用实现现场作业情况监控和实时信息交互，对车载终端进行远程遥同济大学 硕士学位论文 基于物联网的后方堆场调度系统的设计与实现 2 控；通过引入 自动 作业生成算法实现作业任务生成的 自动 化、规范化。 基于物联网的后方堆场调度系统的设计与实现作为天津市中小企业创新基金项目的即将结题，同时也会实际应用于滨海中远的后方堆场。从技术上来说物联网中的 别技术、车载设备嵌入式开发、 位技术以及相关技术都已成熟稳定。调度系统首 先将标签与存放在堆场的集装箱进行绑定用于自动识别集装箱和对集装箱进行操作前的验证工作，然后通过 星定位技术以及二维集装箱现场可视化技术和作业任务生成算法来实现系统自动作业任务调度。调度人员在后台通过二维可视化模拟画面对现场作业情况进行监控，现场作业人员则通过操作车载电脑上安装的车载终端子系统来获取作业任务安排进行作业并且和调度后台进行信息交互，完成作业任务后自动更新数据变化。当集装箱出场时需要将标签和集装箱解绑，并将标签回收用于其它进场的集装箱再次使用。在集装箱数据采集时采用了非接触式的 术。 堆场内的车载终端通过 调度后台和数据库服务器之间则通过有线局域网相连接 10。 内外的研究现状 在国际上， 物联网技术的研究和发展 竞争 得 日益 激烈，美国 选择 将物联网的研究提 升为国家 重点 创新战略之一 12欧盟 则 提出了促进物联网 大规模发展的行动计划；韩国 也将物联网作为三大基础建设之一；日本 的 划将物联网作为四项重点战略之一。在研究技术方面 发达国家一方面加大力度发展嵌入式操作系统、 传感器节点核心芯片、 智能计算等核心技术，另一方面加快标准制定和产业化进 程，力 求未来 在 物联网的大规模发展及国际竞争中占据 主导 地位 。 国内的 物联网 技术和产品起步较晚 但是发展 速度却 较快 ， 并且国家非常重视物联网技术的发展和实际应用。 物 联网的发展从企业开始，由于技术先进和企业对该方向的人才需求扩大 ，目前高校 也开展了物联网专业的建设和人才 培养；国家在 大方向制订了物联网的 长期 发展规划，并且提供专项资金鼓励相关部门和企业进行物联网技术和应用的研究 与推广 。 目前 ， 物联网 技术 主要应用在 智能交通 、智能办公、职能电网 智能通讯、智能医疗 和 智能农业等 领域 12目前在 智能家居 方面 也得到广泛地应用 。 我国物联网的发展 现状 主要 表现在 以下几个方面： 1、 虽然我国的物联网技术人员较少并且师资缺乏，但是目前的自主创新能力明显增强，在一些核心的关键技术上已经有一定的进展，在国际上有一定的话语权 ； 第 1 章 引言 3 2、 随着我国物联网关键技术不断攻克，初步形成了具有国际竞争力的产业体系 ； 3、 在国家的支持下以及各级政府的帮助下，各物联网企业都不断的进行研究和使用投入以及推广 ，目前典型的是小米公司已打算进入智能家居的开发 ， 以上原因 使得 物联网 应用水平不断提高，并且已经跨入民生行业比如智能农业、智能医疗和交通等 。 物联网在物流 领域的应用 也 得到长足地 发展，将物联网技术引入到集装箱后方堆场调度也是发展趋势之一。 文的主要研究内容 本课题作为 天津联讯科技 发展 有限公司申请并开发的 天津 市 科委 科技型 中小企业创新 基金项目， 主要研究在 后方堆场调度系统中引入物联网技术 ，并把 该系统在滨海中远堆场 进行了实际应用。该 调度系统 能够实现对 后方堆场的可视化、 自动 化调度 功能，因为 主要针对后方堆场实现的可视化、 自动 化调度系统 所以 存在着调度不 像前方堆场那样同一个集装箱调度频繁，而是相对稳定的保存一定时间再运 出堆场。为了实现可视化在系统中引入了车载系统，为了实现智能 化所以在系统中引入了 位以及 频识别技术，以上的技术均属于物联网技术。从集装箱进入堆场和 为绑定然后扫描入库，其间后台系统通过 位和算法进行作业安排，安排之后通过 送到车载系统，车载系统通过调度作业安排以及车载的堆场二维显示来进行作业，每完成一项作业则点击车载上按钮表示完成当前作业，一直操作下去直至最后一项作业完成，司机点击提交，表示一个作业完成并将司机完成任务 并且记录到 绩效管理系统，同时需要注意的是在进行作业的时候需要对集装箱 绑定的堆场标签进行扫描验证，用以保证作业的顺 利完成。物联网技术的引入，极大地 提高了 后方堆场调度系统中的自动化和智能性 。 本课题以 天津市 科技型中小企业 创新基金 作为依托 并且将滨海中远作为合作伙伴用于需求分析和试运行和测试等 ， 该系统主要以实现自动化、可视化调度车辆进行作业。并且能够将堆场原有的财务管理系统和绩效系统进行整合。能够实现后方堆场的可视化和 自动 化调度，主要研究物联网如何有效地应用于 堆场的现场调度管理 。本课题主要是根据实际项目的需求，严格按照软件工程进行项目开发。在进行课 题的理论研究同时把理论成果应用于项目的实际开发中，使设计出的 后方 堆场调度系统能 够很好的实现对于可视化调度 以及车载交互等。由于技术的先进性 和应用广泛性 ，从而具有实用性和先进性。 同济大学 硕士学位论文 基于物联网的后方堆场调度系统的设计与实现 4 本课题实施方案是：硬件设备有 读器及 签 、 车载终端等设备 。 签 拟采用国内 有 源、 超 高频 的 标签 ； 同时在 车载系统上进行二次 开发 ， 位为了有效地定位车载系统便于自动化作业安排。 在研究系统的设计和实现时侧重于解决以下几方面的问题： 1、 二维可视化的设计与实现 ； 2、 基于 卫星定位具体实现，用以保证车辆和需要入贝的位置最近 ,节省等待和移动时间 ； 3、 后方堆场调度系统中车载系统的二次开发 ，用来实现车载系统的开发来达到可视化开发和任务交互 。 文的章节结构 本论文分为七大章节，每个章节内容如下： 第 1 章：引言。主要描述论文的研究背景、 国内 外 发展现状 、 研究内容和 研究 方向等 以及论文的章节结构 。 第 2 章：系统开发环境。主要描述 了基于 物联网的后方 堆场 调度系统 的架构和开发过程中所采用的开发工具、开发平台 以及技术 等。 第 3 章：系统需 求分析。 首先 描述了系统经济和技术可行性分析，之后阐述了系统的实际工作 功能需求 ， 在描述时 充分使用数据流图、模块图和用例图阐述系统需求。 第 4 章：系统模块设计。依据第三章 的需求 分析 ， 设计出 后方堆场调度管理系 统 的解决方案，用来说明系统具体执行的工作内容 ，可以提高 工作效率 。 第 5 章：系统模块实现。挑选具有代表性的实现界面和关键代码 以及 流程，描述主要功能模块的实现。 第 6 章：系统模块测试和绩效分析。使用测试用例进行功能测试，并对结果和绩效进行分析。 第 7 章：结论和展望。 第 2 章 系统开发环境 5 第 2章 系统开发环境 本章主要介绍 基于物联网的后方堆场调度系统 在 开发 过程中所用到的开发工具 、技术 和相应的数据库系统软件， 其中主要包括 008、 QL 据库以及物联网（ 载嵌入式、 位等）技术，本章将详细进行阐述。 发 平台和数据库 008 008 开发平台是 可以创建 台下的 桌面 应用程序和 基于浏览器的 网络应用程序，还可以创建网络服务 应用程序 、智能设备应用程序和 件 程序 。 008 能辅助开发人员以及开发团队尽可能高效地 创建并发布 分布式 、全 面的、 完善的 的软件解决方案 19。 008 为了使开发人员和团队能够提高开发效率、充分发挥团队合作以及创建良好的用户体验，在该版本中增加了很多 新特性 21。这样就为使用 使 008 进行项目开发的团队与开发人员快速的创建应用程序，而且也为用户创建高质量、用户体验良好的应用开发提供了可能 21。下面简单介绍一下 008 本身如何为开发者提供快速开发、团队合作以及突破体 验的。 1、 为开发者提供快速创建应用程序的可能 。 008 提供了先进的开发语言和数据功能，使得开发者能够快速 创建先进的软件 。也就是说开发者可以使用 008 在相同的 开发环境内 开发面向不同框架的多个版本的应用程序，框架版本包括 21 2、 提供 团队 合作开发流程功能，使得开发团队 高效协作。 008增加了新特性，能够 为 开发人员和开发团队提供 了帮助团队进行合作的扩展以及改进的服务项目， 甚至还提供了能够将 数据库专业人员和图形设计人员共同加入到开发流程 和开发团队 的工具 ，为有效提高合作开发提供了可能 。 3、为用户提供良好的 用户体验。 008 增加了很多新的技术 ，比如 为开发人员和开发团队提供了在 008 上加速创建联系紧密的应用程序的许多新工具，平台包括 008、 008 、同济大学 硕士学位论文 基于物联网的后方堆场调度系统的设计与实现 6 007 等。 特别是在 发方 面 ， 其他新技术 帮助 开发人员 和开发团队 能够迅速创建更高效、交互式更强和更个性化的新型的 验 25。 被称为 微软 架 ，该 框架 以通用语言运行库 (写 基础， 能够 支持多种语言（ C#、#,C+ 等）的 混合 开发 25 。 以为基础，增加 对 底层 支持，提供了语言集成查询（ 术以及一些附加的 辅助 类库 23 这些 框架都使用 共 同的公共语言运行库。 持 快速构建分布式的系统和 丰富的 用户体验 应用程序 。 建的分布式应用程序能够将 业务流程 构建为有效的模型 ，并且能够实现与异 构平台 的 无缝 集成。同时， 开发团队尽可能地减少在通用模块上开发代码，从而提高开发效率 ，同时将 更多 精力 放 在解决系统中的业务 方面的 问题上。 005 005 是微软公司 开发 的 基于 一种关系型数据库 的 管理系统 ， 005 的 数据引擎 在 企业数据管理 的 解决方案 中处于核心 地位 。 本是 由 家公司共同设计 开发的 数据库系统 。 但是后来分开 之后， 司对于 开发则主要针对于 作系统也就是致力 于 台 上的应用 20；而 微软 则将 术 移植 到 其自身的操作系统 台 上，并且 致力于 推广 和开发 台版 本 005 使得 企业可以构建 并 部署 实用 有效的解决方案，同时使开发团队 通过 分卡和 一些 移动设备将数据应用 扩展到 不同 业务的 多个 领域 28 005 可以为 开发人员 、开发团队 、数据库管理员 、 信息工作者 和 决策者提供创新的 和完美 的 解决方案，使更多的客户 从 数据中 获益。 联网技术 第 2 章 系统开发环境 7 物联网是物物相连的互联网，英文简称 缩写。物联网基于互联网的融合了射频识别（ 红外感应和气体感应以及定位等设备按照约定协议将物品和合联网相连，目的就是实现智能化识别、定位等管理的网络。本项目中涉及到了物联网中的 球定位和车载嵌入式。下面将对 以上几个技术进行介绍。 射频识别（ 术是指 射频识别 技术 ， 该技术是物联网技术中的一种，主要用来对数据进行采集的技术。该技术能够实现非接触式的自动识别，因此具有较好的应用前景和应用范围。 主要 通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据 ，在 识别工作 过程中 一般都是 无须人工干预 ，因此 可工作于各种恶劣环境 15 目前应用在公交车 自动刷 卡、门襟 卡 以及一卡通 系统中 。 目前 ， 对于 术的研究已经从初时 阶段进入了深入研究阶段，国外基本形成了标准，我国也从国家角度出发对物联网的发展给予了政策上的支持，目前在我国形成地域式发展，主要在江苏无锡和广州深圳等一些大学和技术园区发展势头较好。 有的优点包括标签 读取方便快捷、识别速度快、标签数据可动态更改 和 更好的安全性 以及 动态实时通信 126。 全球定位 全球定位也是 是英文 球定位系统 ）的缩写 10。 源于美国军方的项目 ， 开始于 1958 年并在 6 年后投入使用 ,而且上世纪 70 年代美军 研制了新一代的 目的还是为了军事上的应用。在研究过程中投入了大量的人力和财力因此到 1994 年 盖率达到了 98%。 目前 位不再局限于军事使用，已经走入生活并广泛应用，比如应用在车辆定位、手机定位和防盗定位和呼叫指挥等。如果要实现定位功能需要实现三个要素，分别是 端模块、传输网络以及系统后台监控平台 1,10。 车载电脑 车载是指为了方便在汽车运动中使用而在汽车或其他交通工具上使用的产品，车载电脑是车上的电脑主要结合导航定位、网络等功能 11,18。同时如果是特别的车辆使用则还需要 一些要求：抗震要求、显示要求、室温要求和电源性能、电磁干扰等原因 11,18。 本次项目引入的是 载电脑，对定位系统进行二次开发 ，开发堆场现场作业车载子系统，实现现场作业人员在图形化界面上接受调度人员指派的任务，按规范操作步骤执行作业任务 。 同济大学 硕士学位论文 基于物联网的后方堆场调度系统的设计与实现 8 第 3章 系统需求分析 各大中型软件项目开发，首先需要进行的是系统需求分析阶段。本阶段也是非常重要的阶段，目的是通过多种方法对项目或者系统的功能进行确定，确定用户的实际功能需求和潜在的需求，使得开发者和用户之间对该项目的具体功能和非功能性要有一个统一的规 格要求说明。在对项目进行需求分析时，采用的方法包括现场调研方法，主要到现场对使用该系统的实际用户进行沟通交流；咨询行业专家，询问该行业本系统需要关注的重点问题或者业务流程；实际观察法，有时专家或实际操作人员由于本身对于问题总结或者难免有所疏忽，因此采用实际观察工作人员的日常工作和处理的实际业务和流程对原有的需求进行修改和完善；此外还需要项目经常开会讨论实行头脑风暴法，将用户潜在的需求提炼出来，清除用户需求的模糊性和歧义性，同时挖掘出用户尚未提出但具有真正价