基于物联网技术的装备全寿命管理系统关键技术探究

中国人民解放军72850部队 宋福刚 管文强 赵 峰 吕芳飞

当前社会日新月异，科技不断发展，各型装备的更新换代也变得越来越快，装备种类越来越多。作为装备生产及管理部门而言，日常管理日趋复杂，这就要求要快速有效地对所分管装备进行管理。装备管理是否科学、合理、高效，将会影响部队的战斗力水平，是装备建设的重大问题。如何设计一个低成本、高性能、使用方便、网络化且功能完善的装备管理信息系统，可以全面实现装备从生产、存储、递送、使用到销毁的信息化管理，使装备管理层次分明，井然有序，为生产、配发、存储、递送和销毁提供依据，已经成为装备管理研究中的一个热点。

因此，本文对基于物联网的装备全寿命管理系统的关键技术做了深入研究，提出了基于RFID与QR条形码的装备信息获取技术和基于RFID与北斗定位的递送轨迹信息反馈技术，对于提高我部的工作效率、加快装备管理的自动化具有重要的意义。

1.物联网技术简介

基于物联网技术的装备全寿命管理系统中，作为物体与物体间信息交互的物联网技术，自然是研究的重点。物联网技术的基础与核心依然是“互联网技术”，其实质也是一种互联网技术，只不过是将互联网技术延伸到了物理空间中的各个个体身上。它将用户端遍布世界上的任何物品和物品之间，使得它们能够进行数据交互和通讯。

物联网技术（Internet of things），将计算机网络或通信系统延伸到任何物体，也就是说每一个客观存在的物体都能够看成一个信息终端，将其纳入到信息网络中。具体来说，就是使用一些射频技术、条形码技术、传感器网络等获取物体的信息，完成对物体与物体、物体与人的信息交互。通常来说，把该网络从架构上划成如图1.1所示。

图1.1 物联网架构图

（1）感知层：通过各种感应器和射频标签被用来识别物体，能够对物体信息进行采集和获取。其使用时已非常方便高效，只需把记录有物体信息的标签或感应器安装在需要监控管理的物体上，然后用对应的读写器进行扫描，就能够获取到物体信息，感应层将这些数据通过网络层上传到应用层对应的应用程序，从而完成对物体的管理。

（2）网络层：该网络架构中，通过此层将图1.1所示的各类网络进行互联互通，从而组建起一个连接了不同接口、不同应用场景的现有网络。在现有网络中，用户可以按照自己的需求对各分网络中的信息进行处理、共享，达到对信息高效获取、高效利用的目的。

（3）应用层：该层的功能是将通过上述两层所获取到的信息，按用户使用场景不同，以方便直观、易于理解的方式提供给用户，主要解决好人与系统之间友好交互问题。

2.基于RFID与QR条形码的装备信息获取技术

装备作为一个客观存在的物体，在装备信息管理系统中，可以将物联网技术融入其中。从上文可以看出，在物联网中，我们可以使用的信息获取设备和手段很多。因此，在本文的装备全寿命管理系统中，如何根据实际需要选择相应的一种信息传感设备或者多种信息传感设备的组合，就是系统技术探究的关键问题之一，也是最基础的一个问题。

射频识别技术，它能够使用无线电信号来读取相关的数据来识别特定的物体，具有自主、高效、准确识别的特点。QR条形码与普通二维码相比，它可以存储更丰富的信息，如文字、URL地址和其他类型的数据加密，并且无需像普通条码一样在扫描时直线对准扫描器。

在装备全寿命管理系统中，对装备的信息化管理，需要能够方便快速的实现库存盘点、库存监控、产品定位等功能，这样可大幅提高自动化水平。如果用QR条形码进行库存盘点则需要用扫描器将每个装备上的二维码进行扫描，这样费时费力，并且无法做到对库存的实时监控，而RFID射频卡正好具有这些优势，它的一次扫描面积大，范围广，速度快，能够短时间自动化的实现整个库存装备的扫描，能够满足自动、快速等工作需要。而在出入库管理操作中，在开放环境下射频扫描的扫描范围过大，容易读到任务以外的其他装备的无关标签，这会给出入库操作带来很多不便，这样就需要考虑采取措施缩小扫描范围，此时QR条形码除扫描范围小外，同样具有RFID所具有的高速度、高精度等特点，其操作方式也符合我们现有的工作习惯，正好满足出入库的现实需求。

经过对装备管理的出入库、库存扫描监控等相关环节进行认真研究与综合考虑，最终确定装备产品的标签和大、小封单在不改变原有样式的基础上，标签及封单采用915MHZ的纸质RFID电子标签并加印QR条形码。如图2.1所示。

图2.1 RFID与QR码对应关系示意图

小封单是指贴在单个装备上的电子标签。大封单是指贴在一个大包装盒上的包含多个装备信息的电子标签。在大封单上加印QR条形码，主要用于方便实现装备产品在出入库管理时进行精确的批量检查、核对工作。为防止电子标签电磁泄密，电子标签中不存储任何与产品有关的信息，仅把其全球唯一的TID作为每份装备产品的标识，并由系统实现QR条形码信息和RFID电子标签TID信息的绑定，以使二者互为补充，以便在装备库房管理、递送管理和销毁监控等环节实现装备产品的自动识别和定位。因此在出入库管理环节中我们引入了QR条形码，并使之与RFID电子标签相结合，共同作为实现装备产品信息获取的技术手段，提高了装备管理工作的准确性和时效性。

3.基于RFID与北斗定位的递送轨迹信息反馈技术

在装备全寿命周期中，当装备在厂家被生产完成后，将会被分发递送到使用单位的库存中，或者因为其他调配任务进行装备递送。由于装备的特殊性，要确保装备能够安全的到达目的地库存，并且要求在递送过程中完全掌握装备的位置、内容等信息，监控装备是否遗失、被调换。这就要求我们能够准确获得装备的轨迹信息。信息技术高速发展，当前基于北斗、GPS、格洛纳斯等定位系统的轨迹追踪技术已经变得非常成熟了，各种关于定位的软件琳琅满目。在网上可以轻易的买到各种导航系统的定位模块，并且提供调用编程的接口，非常便于将其开发应用到我们的实际应用中。因此我们首先考虑将国产的北斗定位导航技术应用到装备全寿命管理系统的装备递送管理模块中去。但是传统的轨迹监控装置仅仅是实现了对监控对象位置信息的监控，也就是仅仅有轨迹信息，而缺乏装备信息的反馈，无法确认装备自身的状态。当递送箱中的装备被掉包也无从得知。

因此我们将射频扫描技术和北斗定位系统相结合，提出了一个基于RFID与北斗定位的递送轨迹信息反馈技术。在该技术中，为了适应业务安全需求，我们专门设计了一个专用装备递送装具。该装备产品递送装具中嵌入北斗定位模块UM220、超高频（UHF）电子标签读取模块RJ2000、通信模块SIM300和MSP430核心单片机。北斗定位模块提供位置信息服务，电子标签读取模块提供装备信息扫描服务，通信模块提供信息反馈功能。该技术中有一个信息管理中心服务器和多个装备递送终端（递送装具）。信息管理中心分为递送任务管理、递送监控两项功能。递送任务管理包括生成递送任务和任务查询两个功能，生成递送任务是利用扫描枪读取任务产品的QR码信息并生成本次任务的校验码，并将校验码、产品个数、递送负责人、目的地等基本信息写入数据库。其工作流程如图3.1所示，装备递送任务生成后，在递送过程中由射频卡感应模块读取电子标签的基本信息（TID号），并发送到核心单片机，考虑到信息保密及信息发送长度的限制（短信息传输长度限制），单片机将对TID号进行累加和运算，将累加和、标签个数以及由定位模块获取的位置信息通过标准AT命令接口控制SIM300模块以短信的形式发送回信息管理中心，信息管理中心根据接收到的短消息提取出所需信息，在与数据库中的任务信息进行比对后将比对结果存入数据库。

图3.1 装备递送原理流程图

这样既保证了在递送过程中递送装具的位置信息，又能够及时获得反馈的装备信息，保证了装备的唯一性，同时又提高了信息反馈的效率。

4.结语

本文对基于物联网技术的装备全寿命管理系统所用到的关键技术展开了研究。先对物联网技术做了分析；其次根据装备全寿命管理的实际业务需要，结合物联网技术的最新研究成果，对装备信息获取的手段进行了研究，提出了将RFID射频扫描技术与QR条形码相结合的方法，解决了开放环境下射频扫描的扫描范围过大，容易读到任务以外的其他装备的无关标签，入库操作不便的问题。然后，针对传统装具递送环节中的安全隐患，即只能获取装具轨迹信息，无法获取装备信息，装具内装备可能被更换掉包的问题，提出了一个基于RFID与北斗定位的递送轨迹信息反馈技术，能够同时获取装具轨迹信息和装具内装备的校验和，从而消除了装备的递送安全隐患。通过这些关键技术研究，为系统设计提供了良好的理论依据，并最终实现了一个针对装备全寿命管理工作的管理信息系统，该系统实现了我部装备在生命周期各个阶段的管理需求，满足了我部对装备管理的要求，功能上完善，技术上较为先进，同时拥有良好的用户界面。