基于物联网技术的货运监测系统终端设计

宋余君 吴兆丰

摘 要：为应对我国邮政寄递业务的快速发展，针对当前邮政服务行业存在货运损害数量大幅增加，物流运输损害赔偿问题权责界限不清等问题，论文着眼于物流运输损害过程监测，运用移动网络、ZigBee及北斗定位等新兴物联网技术，设计了一套集货物振动信息、环境参数信息、车辆位置信息及驾驶员驾驶状态信息采集与货物追踪的货运监测系统。该系统的应用可为物流运输包装技术的改进提供可靠依据，为物流运输损害发生时的权责界定提供货运过程的佐证数据。

关键词：物联网;ZigBee;北斗定位;驾驶状态信息采集;货运监测;车载终端

中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）09-00-02

0 引 言

物流货运行业在我国经济发展中发挥着巨大作用。近年来，伴随着电子商务的崛起，用户对物流货运行业的安全性、时效性与可靠性提出了更高的要求。与此同时，货运物品的需求不断增加，由常规物品向高价值易损物品转化。如近年来出现的生鲜类、高价值易碎类及高精密仪器仪表类货运需求不断增长。

中国的物流运输业务量增速迅猛，2018年中国快递年业务量达到507.1亿件，2019年已突破600亿件，连续6年位居世界第一[1]。随着货运量的增加，货运网络的不断细化，运输道路等级不一，货运理赔数量大幅增加，损害赔偿问题权责界限不清等严重损害了货运企业形象、客户应用体验，给供应商、快递公司与用户带来巨大的经济损失。仅2019年11月，邮政行业消费者申诉电话或网站共处理21 096件消费者申诉案件，其中认定企业责任的2 261件，挽回消费者经济损失高达660.2万元，客户申诉的主要问题集中在快件损毁（21.7%）、快件延误（20.9%）与丢失短少（19.9%）三个方面[2]。而物流货运损伤主要是由于货物在运输过程中的跌落、振动、冲击及环境急剧变化等因素造成[3-6]，因此系统主要监测货物振动信息、环境参数信息、车辆位置信息及驾驶员驾驶状态信息。

1 系统结构

货运监测系统网络拓扑如图1所示。系统采用GPRS/CDMA移动网络将安装于各运输车辆上的车载终端接入云端服务器，客户、企业决策者以及监管部门根据不同权限可通过监控平台实时掌握货物、车辆与驾驶员的位置和状态信息。

车载终端负责收集运输车辆内货物振动信息与环境参数信息。车载终端应用示意如图2所示。每件货运物品上均安装有货物信息采集终端，货物信息采集终端负责记录该货物从揽件到送达过程中货运物品的振动信息及环境参数信息。车载终端通过建立的ZigBee网络，每间隔10 min轮询一次货物信息（最大限度节约能耗），并将轮询结果上传至云端服务器。

车载终端除采集货物信息终端的数据外还负责车辆定位、驾驶员状态检测等功能的实现。

2 系统硬件设计

系统硬件部分主要包含两大模块，即车载终端和货物信息采集终端。

2.1 车载终端硬件设计

车载终端硬件原理如图3所示。车载终端分为感知模块、处理模块与通信模块。感知模块由压力传感器、摄像头及北斗定位组成，其中压力传感器用于检测驾驶员驾驶车辆时间，若连续驾驶时间超过3小时，则发出提醒信息，并记录。当检测到驾驶员坐上驾驶位或连续驾驶超过3小时后启动摄像头拍照保存信息，确认驾驶员身份及驾驶状态。北斗定位系统用以确认车辆及车内货物位置。处理器模块设有一个缓存区，用于存储摄像头拍摄的图像以及存储因网络信号差而未成功发送的数据。通信模块主要包括与云端服务器连接的移动通信模块和与货物信息采集终端连接的ZigBee模块。

2.2 货物信息采集终端硬件设计

运输过程中的振动、冲击、跌落以及环境参数突变是造成货物损伤的主要原因。因此货物信息采集终端主要采集货物的振动信息、温湿度信息以及大气压强三方面信息。

货物信息采集终端固定于货物上，其硬件设计原理如图4所示。感知模块主要采集货物运输过程中的振动和环境参数信息。由于货物运输过程中货物在低频段损伤最大[3]，故处理器每间隔0.01 s采集一次该信息并存储，以备分析和上传至云端服务器。

3 系统终端软件设计

货物运输环节特别是快递包裹类，单次货运量大，持续时间一般需要2～5天，因此系统在软件设计部分需要考虑功耗因素以及由庞大数据量而造成的数据堵塞问题。

3.1 车载终端軟件设计

车载终端由汽车电瓶供电，其工作主流程如图5所示。车载终端依靠压力传感器检测驾驶员驾驶时间，并联合摄像头拍照以识别司机驾驶状态，对于判定存在疲劳驾驶的情况，将上报照片信息。

3.2 货物信息采集终端软件设计

货物信息采集终端由锂电池供电，系统每间隔10 ms采集一次振动、温湿度及大气压强，其工作主流程如图6所示。

4 结 语

随着物流货运量的急速增长，针对物流货运环节的精细化控制愈显重要。由车载终端及货物信息采集终端构成的货运监测系统可为用户提供货运过程中的货物振动信息、环境信息、车辆位置信息及驾驶员驾驶状态信息，为后续运输过程精细化控制提供可靠的信息支撑，为货运包装技术的改进提供可靠依据。

注：本文通讯作者为吴兆丰。

参考文献

[1]李心萍.我国快递年业务量破600亿件[N].人民日报，2019-12-18（02）.

[2]中华人民共和国国家邮政局.国家邮政局关于2019年11月邮政业消费者申诉情况通告[EB/OL].[2019-12-28]. http：//www.spb.gov.cn/sj/.

[3]刘宁，史沛瑶，吴祖川.路面激励下的运输包装货物系统仿真分析[J].汽车科技，2014（3）：34-37.

[4]刘宁.基于路面随机激励的车载货物损伤动力学机理分析研究[D].合肥：合肥工业大学，2013.

[5]赵长波，扈海军，曾宇清，等.基于TPDS的货物列车踏面损伤分析与控制[J].中国铁路，2011（11）：52-56.

[6]梁博.铁路集装箱货物装载加固研究[D].长沙：中南大学，2010.

[7]穆天，曹清源.基于物联网的智能运输车辆控制系统设计与实现[J].物联网技术，2018，8（1）：51-53.

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[9]王含宇，张辉军，张彦路，等.基于北斗卫星数据采集传输一体化终端的研发与应用[J].物联网技术，2018，8（2）：83-84.

[10]孙涛.基于物联网技术货运车辆管理与安防系统研制[J].西安：西安科技大学，2013.