基于物联网技术的铁路货物运输追溯系统设计

陶汉卿，黄　聪

(柳州铁道职业技术学院电子技术学院，柳州　545616)



基于物联网技术的铁路货物运输追溯系统设计

陶汉卿，黄聪

(柳州铁道职业技术学院电子技术学院，柳州545616)

摘要：文章针对铁路货物运输存在的问题，根据物联网的构架结构和关键技术的工作原理，应用物联网技术设计铁路货物运输追溯系统，并对货物的承运装载环节、运输质量监控环节、卸载交付环节和追溯查询管理环节进行了详细的设计说明。

关键词：物联网构架；物联网关键技术；铁路货物运输追溯系统；环节设计；设计流程

0引言

随着我国社会经济的高速发展和对外开放的扩大，特别是加入世贸组织后对外贸易的增加，我国铁路货物的运输得到了迅猛的发展，长期以来一直在我国交通运输体系中作为主力和骨干，但是我国建立宏观调控的市场经济体制以来，物流市场中大宗货物不断减少、高附加值、小批量运输不断增加，要求在货运运输过程中提供快捷、机动、准确、安全的服务，对货物运输品质的要求越来越高，铁路运输对这些新的货物运输要求不能适应，特别是铁路运输时货损货差比较严重，影响了货主对铁路运输的信任程度，导致部分货源的货主选择其它的运输方式[1]。在中国铁路跨越式发展的政策要求下，加快铁路货物运输装备资源优化，实现技术装备的现代化已势在必行。

要提升我国铁路货物运输的竞争力，增加货运市场中的份额，引进先进的货运技术、提升信息化程度是有效的途径之一。普及技术含量较高的货运设备，充分挖掘这些设备的潜力，特别对超限货物、阔大货物运输要引入高科技检测手段，运用计算机和网络信息技术对货运规章管理、统计数据、动态安全信息等数据实现资源共享、实时监控，建立铁路货物运输追溯系统[2]，这样有利于货主及时掌握铁路货物运输能力的信息，及时选择和组织运输，减少货物存库时间，降低运输成本，且可以随时随地查询货物运输过程中流动的状态，对铁路运输部门的服务进行监督，大大提高了铁路货物运输的质量和效率。

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络，目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制[2]，适用于铁路货物运输追溯系统。我国物联网技术发展迅速，并广泛应用到了智能农业、智能工业、智能电网、智能家居、智能物流、智能安防、智能环保、智能交通、智能医疗等行业，我国物联网技术处于国际领先水平，是国际物联网标准制定的主导国之一，我国物联网技术的发展和完善为铁路货物运输追溯系统提供了技术支撑平台。

1铁路货物运输追溯系统的物联网关键技术应用

1.1物联网构架

物联网是融合了传感器技术、计算机通信技术、智能处理技术实现物与物相联的互联网络，由三个层次组成：用于感知数据的感知层，以二维码、RFID、传感器技术为支撑，实现监测物体标识和感知，处于最底层；用于数据传输的网络层，通过现有的因特网、移动通信网络等接入到物联通信网上去，实现感知层数据的传输和处理，处于第二层；用于内容应用的应用层，使用输入输出控制终端，包括电脑、服务器、工作站等终端以及手机、PDA等移动终端，实现对网络层发送数据的存储、融合、处理和应用，解决信息处理和人机界面的交互问题，处于最上层[3]。

1.2物联网关键技术应用

ZigBee技术、二维码编码技术和RFID射频识别技术是物联网的三大关键技术[3]，本文结合铁路货物运输的特点和过程，研究了铁路货物运输的质量追溯系统，应用这三大关键技术总体设计了铁路货物运输的追溯系统，将物联网技术运用在整个铁路货物运输的各个过程，融入到货物运输的装载、运输、卸载和查询等铁路货物运输流通的每一环节。

物联网三大关键技术能有效满足铁路货运追溯系统对运输全程追踪的要求，由于二维码具有防水和耐高温的特点，适用于在恶劣环境中使用，所以可将二维码嵌印在铁路运输的货物上，用于对运输货物的信息记录和全程跟踪。RFID由电子标签、读写器和信息处理模块组成，该技术可以反复读写数据，铁路货物运输追溯系统可用于在线监测数据的采集和录入。ZigBee是一种数据传输速率较高、功耗低、成本低、短距离的无线技术，通常被用来监测和控制在不同地点的物理或者环境参量，该技术可以用于监测和控制铁路货物运输车厢中的环境参数，且通过协调器和无线通信网络将参数传输到应用层的服务器数据库和工作站。

1.3铁路货物运输追溯系统总体逻辑构架设计

根据物联网结构体系和关键技术，铁路货物运输追溯系统的逻辑构架可以设计为三层：表示层(UI)、业务逻辑层(BLL)和数据访问层(DAL)[4]。表示层为用户提供交互操作界面，业务逻辑层负责关键业务的处理和数据的传递，复杂的逻辑判断和涉及到数据库的数据验证都需要在此做出处理，根据传入的值返回用户想得到的值，或者处理相关的逻辑。数据访问层：负责数据库的访问，主要为业务逻辑层提供数据，根据传入的值来操作数据库的增、减、删、改或者其它操作。铁路货物运输追溯系统总体逻辑构架设计如下页图1所示。

图1　铁路货物运输追溯系统总体逻辑构架设计图

2铁路货物运输追溯系统设计

铁路货物运输追溯系统是利用物联网技术，将铁路货物的承运装载、运输、卸货交付和追溯查询的信息相关联，通过建立铁路货物的承运装载、运输和卸载交付到市场监督和追溯查询等子系统，并建立铁路系统货物运输质量安全信息追溯数据中心，实时监测和存储货物运输过程中的信息，保证货物运输过程中的质量，便于货主能及时地查询货物流通的状态，提高铁路货物运输的服务质量和效率。基于物联网技术的铁路货物运输追溯系统主要分为四个环节，即货物的承运装载环节、货物的运输质量监控环节、货物的卸载交付环节和追溯查询管理环节。铁路货物运输追溯系统结构如图2所示。

图2　铁路货物运输追溯系统结构图

2.1货物的承运装载环节

货主将所托运货物交给货运员时，货运员通过工作站的PC采用GUID生成唯一标识的二维码，用于识别货主承运货物的身份，并将二维码信息贴到货物上，同时采用手持式追溯终端如PDA来采集货物信息，通过无线网络将货主托运的货物详细信息上传到服务器的数据库中，用监控摄像机自动拍下现场图像并上传到服务器的数据库作为证明。货物信息应包括货主、货物品种、承运时货物温度、质量和货物目的地等，用RFID读写器将这类信息写入IC卡中，交给货主作为一种凭证。

2.2货物的运输质量监控环节

货物的运输质量监控环节主要实现的是对运输过程中车厢环境的监测、控制和相应数据的记录。通过车厢监测、控制模块的传感器和继电器进行感知、控制和数据的保存，保障货物在合适的环境条件下运输。此环节通过物联网技术的感知层对环境信息进行采集和控制，环境信息包括车厢的温度、湿度、可燃气体、二氧化碳和火焰等，且通过控制模块和继电器控制环境参数，保证货物在合适的环境下运输，然后利用zigbee无线通信方式通过协调器将获取的环境信息传送到PC主控端，主控端对感知层获取的环境信息进行闭环控制[5]，将实际获取的环境信息和系统设置的环境信息参数进行比较，当实际的环境信息与设置的环境信息参数不符合时，PC主控端发出声光报警，且通过zigbee无线通信方式将控制信息发送到车厢主控模块，通过继电器控制开关使相对应的环境控制模块启动，使车厢保持合适的环境。

2.3货物的卸载交付环节

货物的卸载交付环节主要是货运交付员通过手持终端PDA对货物标识的二维码信息进行校验，通过对货物身份标识的二维码信息查阅货物承运时的初始信息包括货主、承运重量、货物质量和卸载交付时的信息，并对货物承运装载环节的数据与当前环节的数据进行比较，得出此次货物运输中的质量信息，确保货物的可靠交付，同时将用RFID读写器获取IC卡信息传输到工作站PC，然后回收货主的IC卡，交付成功后货主将得到一张附有追溯码的交易小票。

2.4追溯查询管理环节

在托运完成后货主收货付款，铁路货运交付员将收回承运装载环节发放的IC卡以便于重复利用，发给货主铁路货物运输追溯一维码。货主可以在铁路部门安装的查询终端上打开追溯管理网站，扫描货物运输质量信息追溯码，即可查询出所托运货物的全程运输信息[6]，包括承运装载、运输和卸载交付环节的全部数据、图像信息；也可以通过其它移动终端的方式进行铁路货物运输质量信息进行查询，例如：在手机上输入或扫描所托运货物条码编码，发送至中心服务器上，即可查询出托运货物的质量安全信息。铁路货物运输追溯管理网站的主要功能是采集、加工和分析货物运输质量安全的各个环节的追溯数据，统计分析各个货主的托运货物信息，设置运输环境的安全告警限值，供货主和铁路部门对承运装载到卸载交付全过程进行监督，为社会和货主发布货物运输质量安全信息。

2.5详细设计流程

根据铁路货物运输追溯系统的环节功能和要求，详细的设计流程如图3所示。

(1)承运装载环节，货主将货物托运给铁路货运员，打印并贴上二维码，货运员通过PDA手持式终端扫描二维码对承运详细信息进行录入，如货物类型、货源地、质检员、质检结果、包装号等，然后通过RFID写入IC卡，并将货运信息上传至服务器。

(2)运输环节，货物经过承运装载环节后进入途中运输，由货物员对货物的部分信息进行录入、上传，同时监控货物的运输环境，如果环境参数超过设定值，进行声光报警，通过主控模块控制，保持适合货物运输的环境，且上传环境数据。

(3)卸货交付环节，托运货物到达目的地后，由货运员负责卸货交付，并对货物的信息进行读取、校核和录入，包括货标号、运输质检证号、货主、重量、日期、货物类型、IC卡等，同时回收IC卡，打印和发给货主查询追溯信息的一维码，提供数据展现、条件组合搜索等功能，且为卸货后的记录信息进行“新增”“删除”“编辑”“查看”“查询”操作。

(4)货主通过一维码查询追溯信息，如出现货物运输质量问题可及时进行处理。

图3　详细的设计流程图

4结语

本文设计的铁路货物运输追溯系统结合物联网的结构体系和关键技术，从我国铁路货物运输存在的问题出发，立足于提高铁路货物运输的质量和效率，以追溯为目的，对铁路货物的装载、运输、交付和查询等环节进行了全程追踪，对运输环境进行监控，并进行数据的采集、存储、校核和查询，系统不仅为铁路货运部门对货物运输的监督提供了条件，而且也方便了货主通过追溯系统查询货物运输过程中的信息，提高了铁路货物运输的质量和效率，符合货主和铁路运输部门的利益。随着物联网技术的进一步成熟和发展，铁路货物运输追溯的成本也会进一步降低，使追溯系统能够实现且推广应用。

参考文献

[1]李久平.中国铁路货运组织创新模式研究[D].西南交通大学，2013.

[2]杨琴，孙林.铁路货物运输电子化的法律思考[J].铁道经济研究，2013(Z1)：71-74.

[3]陈利.基于物联网的产品追溯系统关键技术研究[D].武汉理工大学，2012.

[4]王辉，井文华，吴瑞红.基于物联网技术的体育用品追溯系统的研究与设计[J].物流技术，2013，32(4)：262-272.

[5]严萍，张兴敢，柏业超，等.基于物联网技术的智能家居系统[J].南京大学学报(自然科学版)，2012，48(1)：26-32.

[6]李彦辉，白连科.基于物联网技术的主关键件质量追溯系统[J].科技创新与生产力，2015(6)：36-38.

Railway Freight Transport Tracking System Design Based on IoT Technology

TAO Han-qing，HUANG Cong

(Institute of Electronic Technology，Liuzhou Railway Vocational Technical College，Liuzhou，545616)

Abstract：Aiming at the problems existing in railway freight transport，and according to the IoT frame structure and the work principle of key technologies，this article used the IoT technology to design the railway freight transport tracking system，and made the detailed design description on the cargo carrier loading，transport quality monitoring，unloading delivery，and tracking query management aspects.

Keywords：Internet of things(IoT)frame；Key technology of IoT；Railway freight transport tracking system；Link design；Design procedures

收稿日期：2015-12-07

文章编号：1673-4874(2016)01-0074-04

中图分类号：U283.4

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.01.017

基金项目

作者简介

陶汉卿(1983—)，硕士研究生，讲师，从事智能交通系统方面的教学科研工作；

黄聪(1982—)，讲师，主要研究方向：轨道交通自动控制。

2012年度全国铁道职业教育铁道通信信号专业教学指导委员会立项课题“铁路车站自动控制系统维护”课程考试技术考试方法与手段的改革与实践(编号：2012-04)；2015年度柳州铁道职业技术学院校级立项课题“城市轨道交通车载ATO控制器实验装置的研制”(编号：2015-A02)