基于物联网技术的气象物资在线管理应用

张叶杰，张婷，冯婉悦，殷星晨

新疆维吾尔自治区气象技术装备保障中心，新疆 乌鲁木齐 830000

0 引言

随着气象世界高质量发展，大批量的气象设备投入业务运行中，其中包含了八大类设备：自动气象站、新一代天气雷达、L波段探空雷达、GPS/MET水汽观测站、闪电定位仪、自动土壤水分仪、大气成分观测设备，有效地管理气象条件和确保及时供应至关重要。实施气象装备全生命周期管理，实现了各类气象装备终身采购、供应、储存和处置跟踪，是气象装备供应现代化升级的迫切需要。

信息化技术的不断发展，物联网技术被广泛应用到各行各业，物联网的关键是通过信息化技术，搭建起与物品之间的智能化、自动化管控，实现对设备的信息实施提取、整合和运用，给物资提供对应局域互联网，促使装备物资仓储管理向智能化发展[1-2]。

本文通过介绍线上气象物资库存管理、出入库登记、采购管理、设备条码等功能，实现气象物资在线实时跟踪管理，将采购、检定、维护维修、报废中涉及气象物资的环节整合，利用物联网技术，实现气象物资智能化和科学化管理。

1 物联网技术概述

1.1 物联网简介

物联网（Internet of Things，IoT）是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。

1.2 物联网架构模式

物联网的主要特点就是对周围世界实现“可知、可思、可控”的目的；其中可知就是感知；可思就是自身判断中的智能化；可控就是及时影响外界。另外，物联网这三个特点恰好同结构中的业务层、网络层和应用层这三个层次一一对应。

1.2.1 业务层

业务层的作用就是对应用层信息进行应答，通过传感器、RFID、条形码等相关载体对物体相关的信息实现智能化感知、定位及识别。该层次对相关技术的应用主要涵盖有自动识别、传感器和定位等方面的技术[3]。

（1）自动识别技术。主要是借助于特定设备自动获取到物品信息，并向计算机系统提供对应信息的一种处理技术。在自动识别技术的基础上，通过物联网可对每个物品进行有效标记和识别，进而实时更新对应的数据信息。自动识别技术是物联网的基石，也是实现信息共享的重要组成部分。

（2）传感技术。主要是将自然信源的模拟信号转为化数字信号，进而对信息实现量化的一种技术。通过传感器采集到的信息包含有物理世界中的物理量，生物量和化学量，且直接对识别这些信号在当前还不能实现，在将其转化后数字信号后才能被识别。

1.2.2 网络层

网络层包括有互联网、无线通信网、有线网和专用网络，可对业务层获取到的信息进行传输和处理。在网络层的作用下，可确保两个端口系统间数据的透明性、高安全性和高可靠性水平，具体功能含有寻址、路由选择、保持和终止等。

1.2.3 应用层

应用层主要是结合行业实际需求，向用户提供对应接口，包含有对平台子层和应用服务子层进行支撑的接口。在物联网应用层的基础上，可实现不同行业、应用及信息间的共享和互通，以充分发挥出互联网真正的智能。

2 物资管理系统设计研究

2.1 系统设计原则

2.1.1 始终坚持简洁性原则

该原则的实现需对系统界面风格进行统一管理，最好保证具有简单、明快的特征，将没有必要显示的内容或操作步骤省略掉，以对轻松、愉快的使用氛围积极进行营造，确保用户对管理系统进行轻松愉快地使用，并将业务体验作为重点。

2.1.2 遵循可扩充新原则

在设计系统的过程中需保证方法的科学合理性水平，根据当前软件支持环境应用现状，将管理系统未来发展趋势进行全面考虑。与此同时，在开发软件相关功能时，还要将准备、计划过程中的扩充和开发准备工作做好。另外，在对硬件支持环境进行选择时需要考虑到扩充中的成本费用，始终将其控制在用户接受的范围内。

2.1.3 落实模块化原则

系统设计完成后，为保证系统具有可增长性水平，应将系统的维护和管理工作考虑进去。因此，要将不同模块进行有效组合，并将其作为整体纳入到当前的结构系统中来[4]。与此同时，在模块整合时，应使其与低耦合、高内聚的要求相符，并根据用户实际需求，对模块进行合理增减调整，保证为用户提供的数据接口具有多样化特征。

2.2 需求分析

为了保证软件服务中的稳定性和安全性水平，需要做好以下几方面的工作。

（1）在对网络通信、软件系统和硬件设备进行开发构建的过程中，数据连接需在TCP/IP协议的支持下完成。在物联网技术的基础上能否对后台软件进行有效管理和应用则是气象物资在线管理的重点工作。因此，选择TCP/IP协议可确保向用户提供的数据通信具有较高的可靠性水平。

（2）因气象物资种类丰富，在信息采集中有一定难度。此时需要应用到RFID读写设备，方便系统对电子标签信息进行自动生成，并对物资管理操作流程不断简化，增强采集气象物资信息的准确性和有效性水平。

（3）保证数据安全、完整。在对RFID读写设备进行引入时，用户可随时恢复、插入或删除电子标签读写操作中的数据信息，该过程会影响数据的安全性水平。通过设计加密验证功能，可防止他人恶意篡改数据信息，确保数据的真实性和完整性。

2.3 系统设计

将物联网技术应用到气象物资管理中，重要应用到的技术有三种：一是传感器技术；二是RFID标签；三是嵌入式技术。总体设计就是将气象设备的各类模拟信号变成数字信息。典型体系框架分为感知层、网络层和应用层。基于物联网技术的气象物资管理系统主要包括用户管理、物资管理、耗材管理、标签管理、出入库报表、系统维护等功能。

（1）应用层。采用Java编程技术和J2EE技术架构，以网站为中心的B/S模式采用TCP/IP和HTTP传输协议，将共享浏览器作为网站客户端的软件，使系统与用户之间能够产生媒介互动，主要是为了控制计算机和读写设备，以便用户和系统之间进行有效的对话。而且，各种应用层的接口都可以提供，这样的功能条件就可以便于气象设备管理工作人员和相关登录人员的应用。不仅如此，这个应用层接口众多、界面丰富，很具备智能化，使用的人员能够明确定位和识别、管理等。

（2）网络层。这包括两个主要部分：连接局域网和连接无限网。有了该系统的支持，就可以实现使用计算机和读写工具对管理系统中的资源进行统一访问。

（3）业务层。使用设备自身条码和手持式标签机形成二维码标签。这个模块的功能具备有对物料进行登记和物料分类，也有读写功能和快捷识别用户的功能。

（4）数据层。利用SQL Server数据库，实现设备基础信息添加、查询、分析等，这是一个不同类型的数据库集合，旨在提供来自不同来源的数据，以满足用户的多种需求。一般来说，放在这一级的资料库主要包括交易纪录及处理方法资料库、商品资料库、电子标签及使用者资料库[5]。

3 气象物资在线管理

通过气象物资在线管理，按照各类设备分类编码，实现装备在线流转，包括采购、入库、出库、送检、维修、报废等，业务流程如图1所示。

图1 装备动态管理流程图

3.1 设备编码

系统可根据观测设备的不同类型、不同生产厂商、不同观测项目生成唯一的34位设备条码并生成与之匹配的二维码对设备进行身份绑定。

3.2 出入库管理

利用设备条码识别入库，记录在用和备用采购、调拨或修复后的种类、型号、数量的清点、登记、核对。其中二维码是每个设备的唯一标识，通过单品条码，实现在线修改出入库单、提交出入库单、确认出入库、新建出入库单、库存查询、打印输出、合同登记、采购预算等功能。

3.3 仓储管理

在线建立库房如图2所示，在每个库位建立设备清单，其中入库跟合同关联，调拨入库跟调拨出库单关联；送检和送修与两个机构物资进行出入库关联；根据单据状态查看库中设备存储状态，通过盘点入库可对仓库中的物资信息进行对账，实时查询物资流转情况和储备情况[6]。

图2 仓库管理信息

3.4 报废管理

该功能需录入报废设备唯一的身份编码加上报废审批相关文件进行报废申请，让报废流程更加规范。

4 物联网技术在气象物资在线管理中的应用

现阶段，物联网在理论研究和实际技术应用不断发展成熟，通过物联网可对相关业务流程实现全面感知、安全传输和智能化处理，可确保资源使用效益和物流管理水平得到大幅度增强。基于物联网技术的气象物资在线管理的主要优势如下。

4.1 优化仓储运作流程

气象物资管理流程包含有入库、出库和盘点。在入库管理中，因气象物资上镶嵌有RFID标签，借助于编码识别感应器后，系统可对该批气象物件进行自动读取，并形成到货记录。验货人员通过比对到货记录与订货单，进而对接收入库情况进行判断；出库管理中，在RFID技术的基础上不再逐一近距离扫码，可对库存量和货物库存信息进行更新，为定位和分拣物资提供便利；在物资盘点中，可在物资定位基础上保证盘点的精确性和快速性水平，降低人工盘点中费时费力的弊端，增强了盘点效率和准确性水平。

4.2 降低库存成本

为了确保气象部门相关工作的顺利开展，在库存管理中应保证库存的安全性、准确的订货时间和订货量。在物联网技术的基础上，可对气象产品进行动态查询、跟踪和监测，还能为原材料的入库提供方便。另外，还能对产品库存和原材料消耗状况进行了解，进而评估下次订货时间和订货量。这种方法可确保气象部门始终保持最佳的经济库存量，降低占用资金的情况出现。

4.3 提升服务质量

通过物联网技术，可对气象部门的库存变动情况进行查询和统计，提升库存管理的透明性水平，增强客户满意度水平；还可以对问题产品的原材料来源及加工流程进行查询，以锁定产品问题原因。另外，还能整个库存管理中的入库、出库和库内管理的机械化进行实现，增强了气象部门库存管理效率。

4.4 加强储备供应管理

仓储管理是实现供、检、修一体化的基础工作，只有科学合理的进行仓储管理，实时跟踪备品备件状态，才能高效实现气象保障工作。引入物联网技术，利用二维码编码方法和射频识别技术，让盘点工作通过扫描，开展多级库存记录模式，让定期盘点和不定期盘点有机结合，使得库存信息实时同步，保障数据信息的一致性。对于库存信息的把握，可作为应急保障和备品备件储备的有效分析依据，通过监视设备检定周期，可以合理安排送检仪器。

5 结语

以后勤保障技术为基础的气象物资管理系统，使预备队补给作业简单易行，具有明确的模块化和扩展性特点，这对于现行管理人员通过系统信息，有效监控、管理、定位、跟踪、识别气象物资，规范了所有物资的编码规则，让系统中的物资数量与仓库物资数量实时一致，实现了装备全生命周期的编码信息动态管理，提高了气象装备管理信息化水平，也为科学配置备件，处置备品备件提供了科学依据。