大数据环境下一种新型包裹存放柜系统的分析与设计

谢小芳 罗旭 杨蓝隽 胡赟 左安康

摘  要： 包裹派送是目前网购过程中比较薄弱的环节，存在诸多问题，包裹存放柜的使用是一种可选的智能解决方案。介绍了一种用大数据优化的新型包裹存放柜的设计方案。通过分析目前包裹存放柜的应用现状，提出系统的功能需求;介绍了包裹柜使用中投件，取件和大数据获取过程;给出系统的整体设计方案，详细介绍了系统组成中的存物柜状态检测，条形码/二维码扫描和柜体箱门自动控制等主要功能模块;最后针对该系统设计特点对其应用模式进行了说明。

关键词： 大数据; 包裹派送; 包裹存放柜; 系统方案

中图分类号：TP399          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2019）05-01-04

Abstract： The parcel delivery is a relative weak link in the current online shopping process， and there are many problems. The use of parcel storage cabinet is an optional intelligent solution. This paper introduces a design scheme of a new type of parcel storage cabinet optimized by big data. Through the analysis of the current application status of parcel storage cabinets， the functional requirements of the system are proposed. The process of parcel pickup， parcel delivery and big data obtaining in the use of the parcel cabinet is introduced. The overall design scheme of the system is presented. The main functional modules of the system， such as state detection of the storage cabinet， bar code/QR code scanning， automatic control of the cabinet door， etc.， are introduced in detail. Finally， the application mode of the system is described according to its design characteristics.

Key words： big data; express delivery; parcel storage cabinet; system solution

0 引言

目前各種线上购物网站百花齐放，同时竞争日趋激烈。正是由于网上购物方便、快捷、价优等特点，网上购物基本上已成为大多数人的主要购物渠道，人们对网购的热衷源于对其快捷和方便程度的追求，那么包裹派送环节作为网购过程的最后一百米能否延续快捷的购物体验变得十分关键。目前大部分线上购物网站日趋成熟，开始扩展自己的物流品牌，以提升平台线下影响力，包裹派送作为网购过程中一个重要的组成部分更显其重要性。

目前，包裹派送主要采用如下几种方式：第一种人工配送方式，大多数的包裹配送仍采用这种方式，需要投递员逐件通知和等待揽收，缺点是投递员工作强度大效率低，而对于大多数上班的用户却存在送和收的时间冲突;第二种方式驿站代收方式，在大多数的人群集中区域出现一些包裹的代收驿站，例如妈妈驿站，菜鸟驿站，熊猫快递等，这种代收驿站在一定程度上方便了客户的收件，但是成本比较高;第三种包裹柜方式，在一些小区能够看到一些包裹柜的使用，但就目前来着，使用体验不够理想，通常存在的问题是要么包裹柜形同虚设，没有发挥作用，要么包裹柜太少，不够用，最后包裹派送仍然依靠前面两种方式。

通过分析，本文提出了一种大数据环境下专用于包裹高效投递的包裹存物柜的设计。力图解决上述网购过程中的派送环节存在的问题，延续我们对网上购物高效，快捷的体验。

1 系统功能需求

该系统主要设计一种包裹存放柜用于包裹派送环节，主要根据目前包裹柜存在的问题，应用大数据分析提供包裹存放的高效实用和合理布置的方案[1]。根据应用需求本系统主要包括以下功能。

⑴ 包裹信息的快速高效读取。快速获取包裹收件人相关信息，方便快递员投件。

⑵ 能够发送包裹对应的惟一取件码，用户可以根据取件码的提取包裹。

⑶ 大数据分析当前包裹柜的使用情况，动态地反馈相关信息给运营部门，提供数据供决策部门合理安排包裹柜的数量和位置。

⑷ 获取包裹柜的状态。能够准确的获得每个包裹存放箱体的空/非空状态，保证每一个柜体都能够被充分的使用。

⑸ 辅助功能设计。为了方便操作和保证设备的安全性，应安装具有保证设备安全的摄像头，可视化屏幕，键盘等。

⑹ 方便和快捷的联网，方便远程操作以及定位信息的获取。

2 主要数据分析和处理

根据功能需求，接下来介绍包裹柜主要操作。

⑴ 投件

包裹的投递环节数据信息流如图1所示，完成包括投件入柜，发送相应验证码，规定条件下启动收费程序等工作。

⑵ 取件

客户的取件过程，主要信息流如图2所示，包括开箱取件，根据时间记录函数判断是否需要收费，相关收件人信息和快递信息的上传等工作。

⑶ 大数据提取

大数据提取主要是获取到当前包裹柜的使用率，包裹的使用人群，使用人群具体地址与包裹柜的具体距离，包裹存放的时长等信息，应用大数据进行分析，具体获取数据项详见表1。

获取表1所列出的数据，进行数据深层分析和解析，获取当前快递柜位置是否合理，快递柜安装数量是否合理等数据，将结果送至运营决策部门，以助于完善包裹柜的投放和使用。

3 系统主要模块详细设计

根据上面对系统功能需求和数据流的分析，系统整体组成框图[3]如图3所示。

硬件主控核心芯片采用S3C2440，该款主控芯片属于ARM9系列控制芯片。根据本应用功能和性能需求，该款芯片能够完全满足应用要求。嵌入式操作系统采用Linux，Linux系统不但具有开源软件的优势，并且其不断提升的页面友好化设计，使得它成为很多应用的选择[4]。

下面对系统组成的主要功能模块的进行详细的设计。

⑴ 存物柜状态的检测

为了判断存物柜的状态是否为空，即准确的判断包裹是否被取走，以此作为保留当前验证信息的依据，需要能够非常准确的进行检测，因此，这里采用红外检测技术来实现。

在每个存物柜的箱内安装3对红外测距传感器，使用三维传感，综合各传感数据，得出存物柜是否为空的结论。具体红外测距传感器安装示意图如图4所示。

测距信号通过A/D转换后送到主控芯片，进行数据的处理，获取判断当前存物柜状态的相关参数，实现存物柜状态的实时检测。

⑵ GSM短消息模块实现通知收件消息的发送

通过发送相关的短消息来通知收件人在规定的时间内领取包裹，此项功能实现的基础是GSM硬件模块，通过串口与控制芯片相连。软件实现上，控制芯片通过AT指令控制GSM模块完成相关操作[5]。主要步骤如下。

① 发送“AT”，测试GSM模块是否准备好，回复“OK”说明已经准备就绪。

② 获取收件人手机号码，发送“AT+CMGS=“11位电话号码””设置短消息发送的对象。

③ 根据具体情况发送包括存物柜的编号、领取包裹所需的验证码、限取时间以及超期后的计费方式的短消息给收件人。

⑶ 快速投件

为了方便快递员投件，需要设计条形码/二维码扫描模块，能够通过扫描快递单号来获取全部的包裹信息。条形码/二维码扫描模块固定在包裹柜箱体上，投件时快递员将单号上印有条形码或者二维码部分移至扫描模块的读取头附近，包裹信息自动获取。同时调用对应的程序打开目前处于空状态的箱体，一次性完成包裹的投递。

本系统选用MG65条形码/二维码识读模块，与主控模块采用UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter全双工异步串行通信）进行数据的交互，单次读码时间为3s，读码间隔为1s，使用TTL-232电平可直接与主控芯片进行串口相连。

⑷ 柜体箱门自动控制

在进行投件和取件过程中都需要对快递柜箱门实现自动控制，通过每个箱体对应的二进制编码串（惟一标识单个箱体），调用对应的驱动电路，实现箱门的自动打开。

箱门的自动打开采用电子锁原理，原理框图如图6所示。箱门在关闭平整后自动上锁，接收指令后需要打开箱门时，驱动电路接通线圈通电，门锁自动弹开。

⑸ 辅助功能的实现

辅助功能模块主要为了提供方便的人机交互，并保证设备的安全性。

为了方便快递员投件和客户取件的方便，设计提供了包括屏幕输出和語音提示输出两种方式。屏幕输出能够使人机交互变得可视化，提高交互指令的准确性，语音提示提醒操作者避免误操作，并提高交互效率。输入设备采用键盘，提高输入的准确性，同时较触屏输出具有更好的经济效益[6]。

⑹ 电源模块设计

电源模块是为整个设备供电的模块，在安装设备附近引入220V交流电。本系统使用DC5V供电，门锁驱动模块需要直流12V的驱动电压，所以电源模块主要实现电压的转换，将220V交流电逐级转换为5V和12V的直流电。一般情况下，为了保证在临时停电的情况下可以持续工作一段时间，而且在停电后将目前的包裹柜情况上传至服务器，待重启后恢复正常的工作，电源模块需要配置一个锂电池充电模块。

4 产品应用模式

目前，快递柜的运营模式多样，包括快递模商自用模式，线下收货模式，第三方代投平台模式，O2O商圈引流模式，公共性平台投递模式。每一种模式都有其优缺点[6]，但结合目前各大主流购物网站都开始扩展自己物流平台的新形势，线下收货模式是一种更好选择，由电商品牌自行运营，从线上扩展到线下，根据自己的客户量整体规划和布局包裹柜的位置和数量，并进行自我运营和维护。另外一方面包裹柜以一种固定式形象出现在线下，扩大品牌影响力和曝光率的同时解放人力节约成本。

5 结束语

本文主要介绍一种利用大数据优化的包裹柜设计方案，尤其适用于电商平台的线下收货模式，能够更大程度的优化配置节约成本和资源。

参考文献（References）：

[1] 苏新菊，阳瑞新，阳晓彤.基于大数据的人工智能教育系统设计[J].中国科技信息，2017.23：52-55

[2]肖乃慎，李博，孔德诗.大数据背景下的电网客户用电行为分析系统设计[J].电子设计工程，2016.24（17）：61-63，69

[3] 尚一猛，赵莉，邓向阳，闫子晴，刘锦阳.基于RFID技术的超市储物柜的设计[J].信息与电脑（理论版），2017.14：160-161

[4] 胡雯，赵海廷.基于嵌入式系统的Linux网络远程监控设计[J].科技通报，2015.31（8）：72-74

[5] 谢小芳，黄俊，谭成宇.基于RFID的电力温度监控系统的软件分析与设计[J].电子技术应用，2013.39（1）：23-26

[6] 孙振楠，王昌达，严圣华.基于物联网的实体店商品评价信息系统的设计[J].电视技术，2018.42（2）：115-120

[7] 方宇惟.智能包裹柜的商业模式探讨[J].物流技术与应用，2015.20（8）：123-126