货物智能跟踪技术研究

1、山东交通学院毕业设计（论文）2010届山东交通学院本科生毕业论文山东交通学院货物智能跟踪技术研究院(系)别 交通与物流工程系 专 业 物流工程 届 别 2010届 学 号 060518221 姓 名 孙 梦 熊 指导教师 陈 建 岭 山东交通学院教务处二一年六月原 创 声 明本人孙梦熊郑重声明：所呈交的论文“货物智能跟踪技术研究”，是本人在导师陈建岭的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一

2、切法律责任。 论文作者(签字)： 日期： 年 月 日 29摘 要 在货物运输复杂程度越来越高的今天，对货物运输的智能化管理程度也越来越高，而且随着劳动力成本的升高以及科学技术成本的降低，货物跟踪自动化是未来货物运输不可阻挡的趋势。本文从GPS/GIS/GSM和RFID应用原理出发，讨论了其应用于货物智能跟踪的原理、系统构成、可行性、关键技术和发展趋势。提出了利用车载GPS接收机作为定位信息采集方法，GSM短消息作为信息的传输方法，GIS作为信息的表达方法，RFID作为货物信息的识别方法实现货物智能跟踪的系统设计。在此基础上，确立了系统的物理框架和逻辑框架，并且对系统的整体功能实现了模块化分解，

3、提出了各模块的关键技术和解决办法。本文阐述了货物智能跟踪系统的概念、应用和存在的问题，进而提出了基于GPS、GSM、GIS以及RFID的货物智能跟踪的系统设计。 关键字：智能跟踪，车辆定位，移动通信，地理信息，射频技术AbstractToday, the transportation of goods is increasing complexity and its intelligent management level is also higher and higher, moreover, with the increase of labor cost and decrease of s

4、cience and technology cost, goods tracking automation is the unstoppable trend in the future goods transport. From the application principle of GPS/GIS/GSM and RFID, this thesis discusses the application principles, system structure, feasibility, key technology and its development trend of goods int

5、elligent tracking. It also puts forward using on-board GPS receiver as information acquisition method, GSM short message as information transmission method, GIS as the information expression method to realize the main function of goods dynamic tracking system and using RFID as the main way to identi

6、fy goods. On this basis, established the physical and logical framework of the system, realized the modular decomposition to the whole function of the system and put forward the module key technology and solution. This thesis expounds the concept, application and existing problems of goods intellige

7、nt tracking system, then, puts forward the ideas that apply the goods intelligent tracking system ,which is on the basis of GIS, GPS, GSM ,in logistic distribution and delivery. Key words：Intelligent tracking，GIS，GSM,GPS,RFID 目 录前 言11绪论21.1货物智能系统的概述21.1.1基本概念21.1.2目前现状21.1.3发展趋势21.2货物智能跟踪系统需要解决的问题31

8、.3研究内容42系统集成关键技术42.1 GIS技术42.1.1 GIS基本介绍42.1.2 GIS的构成42.2 GPS技术52.2.1 GPS基本介绍52.2.2 GPS构成62.2.3 GPS定位基本工作原理72.3 GSM技术82.3.1 GSM基本介绍82.3.2 GSM的构成82.4 RFID技术92.4.1 RFID基本介绍92.4.2 RFID的构成103 货物智能跟踪系统总体设计113.1 系统的物理框架设计113.1.1 系统的工作原理113.1.2 系统的物理框架123.1.3 系统的模块组成143.2 货物监控中心163.2.1 组成和功能163.2.2 监控中心子系统

9、164 实例分析194.1 货物信息194.2 行车路线194.3 实时跟踪204.3.1 收货待运阶段204.3.2 行车运货阶段214.3.3 货物送达阶段225 设备配置方案235.1 硬件分析245.1.1 RFID标签245.1.2 RFID读写器245.1.3 GPS定位仪265.2 软件分析26结 论27致谢28参考文献29前 言现在货物运输复杂程度越来越高，相对应货物运输的智能化管理程度也越来越高，而且随着劳动力成本的升高以及科学技术成本的降低，货物跟踪自动化是未来货物运输不可阻挡的趋势，而且，当今货物运输的复杂程度已经超出了如今的管理范围，建立一个高效、实用、简洁的货物动态跟

10、踪系统迫在眉睫。货物动态跟踪系统是指货物在运输过程中利用现代信息技术及时获取有关货物运输状态的信息，提高运输服务水平的方法。具体说就是物流或运输企业的工作人员在向货主取货时、在物流中心重新集装运输时、在向顾客配送交货时，利用RFID阅读器自动读取货物包装上的物流电子标签等货物信息，通过公共通讯网络、专用通讯线路或卫星通讯线路把货物的信息传送到总部的中心计算机进行汇总整理，这样所有被运送的货物的信息都集中在中心计算机里。货物跟踪系统提高了物流或运输企业的服务水平，可以随时查询货物的位置和状态。本文主要需解决时问题是如何将GIS/GPS/GSM和RFID技术实现有机的结合，并设计出可实际运行的具体

11、方案，为了实现用户查询功能，还需对用户端Web Browser进行设计。提出了一个能对货物进行全方位、实时跟踪的智能跟踪系统。1 绪论1.1货物智能系统的概述1.1.1基本概念货物智能跟踪系统是指货物在运输过程中利用现代信息技术及时获取有关货物运输状态的信息（如货物的品种、数量、货物的在途情况、到货时间、发货地和到达地、货主、送货责任和人员和车辆等），提高运输服务水平的方法1。具体说就是物流或运输企业的工作人员在向货主取货时、在物流中心重新集装运输时、在向顾客配送交货时，利用RFID阅读器自动读取货物包装上的物流电子标签等货物信息，通过公共通讯网络、专用通讯线路或卫星通讯线路把货物的信息传送到

12、总部的中心计算机进行汇总整理，这样所有被运送的货物的信息都集中在中心计算机里。货物跟踪系统提高了物流或运输企业的服务水平，可以随时查询货物的位置和状态。1.1.2目前现状随着我国现代商业的发展，传统的货物运输已经逐步向着物流配送方向发展。在各大中城市均将逐渐形成大型的物流园区，并且拥有大型的物流公司。大型物流中心和物流企业的发展，对物流效率的高要求变得迫在眉睫。物流系统是一个复杂的大系统，它包括运输、储存保管、包装、装卸搬运、流通加工、配送以及物流信息等子系统，货物配送是物流中的重要组成部分。在货物的配送过程中，物流企业需要了解货物的实时状态和位置，客户也想知道自己的货物被配送的状态和位置。特

13、别针对一些贵重货物、大批集装箱货物、危险品、保鲜货物等时间要求紧的货物，人们更需要知道这些货物的实时位置。货物动态跟踪系统的发展也是为满足人们对个性化物流配送服务要求，同时，也能提高物流企业、运输企业在货物运输过程中的技术含量，有效地提高竞争力和服务水平。建立货物跟踪系统需要较大的投资，如购买设备、标准化工作、系统运行费用等。因此只有具备一定实力的大型物流运输企业才能够建立和应用货物跟踪系统。但是随着信息产品和通讯费用的低价格化以及互联网的普及，许多中小物流运输企业也开始应用货物跟踪系统。在信息技术广泛普及的美国，物流运输企业建立本企业的网页，顾客通过互联网与物流运输企业进行信息的传输和查询。

14、同时，随着ITS(Intelligent Transportation System)应用的日益广泛和深入，将ITS技术用于公路货物运输智能跟踪管理必然会对其产生革命性的影响。1.1.3发展趋势货物智能跟踪系统发展趋势是物流配送利用计算机及通信技术来提高配送效率。虽然目前这套系统还没有被大范围的推广和应用，但是不久的将来，无论物流配送还是重要货物运输、危险货物运输都将依赖该系统。该系统的发展趋势如下：(1)区域集中货物跟踪区域集中货物跟踪就是某一个地区或者某一个物流园区把该区域的所有车辆和货物进行集中跟踪。区域内的物流公司、运输公司采用租用服务器的方式，把自己的车辆数据、货物数据等存放在集中监

15、控中心的服务器上，让监控中心负责对该地区的所有车辆和货物进行实时跟踪。当本公司需要某一个车辆或货物的位置信息时只要直接通过DDN专线访问监控中心的服务器就可实现。同时外部的用户可以通过Internet访问监控中心服务器。这样一方面可以减少中小物流企业的重复性的昂贵投资，另一方面可以形成货物跟踪规模化服务，有利于降低成本。(2)货物监控和物流管理软件的结合在物流公司或者运输公司里对车辆的实时动态跟踪是提高运输服务的一个重要组成部分。同时，管理信息系统也相当重要，管理信息系统和货物实时动态跟踪系统结合在一起，一方面可以随时监控在途的货物，另一方面可以通过管理信息系统加强公司内管理，使物流的管理更具

16、体、方便、简单和实用。这样能够更大的提高物流的信息化和自动化水平，提高效率。(3)电子地图租用电子地图租用是在线电子地图应用业务，通过在线租用的方式，选择需要的电子地图区域或者选择需要的地图服务，这样可以方便快捷地拥有自己公司的地理信息系统，为自己的用户群提供基于GIS的位置特色服务，而且不用为地图的更新和管理而付出代价。(4)与Internet的结合货物动态跟踪会与Internet相结合成Web Browser，无论客户身在何处，只要有一台与Internet连接电脑就可以随时在网上查询自己货物的位置和状态。运输公司或者物流企业通过货物数据服务器和电子地图服务器向客户提供网上货物跟踪服务。1.

17、2货物智能跟踪系统需要解决的问题从市场调研中发现，目前货物运输中对GPS/GIS/GSM技术多数应用于对车辆的跟踪、导航和监控等等，GPS车辆定位监控系统虽然解决了一般车辆监控和调度问题，但是没有能够和货物动态跟踪紧密结合，它只能够完成对车辆的监控和管理。市场上的货物智能跟踪系统还没有发展成熟，还不能很好的完成对货物的智能跟踪，更没有实现方便客户在Internet上查询货物的动态位置的功能。通过调研还发现，货物智能跟踪系统能够提高物流和运输企业的服务水平和竞争力，企业对其市场需求旺盛，同时现代高新技术的成熟能够为其提供可靠的技术条件，因此需要进一步研究和推广。从以上分析，货物智能跟踪系统需要解

18、决的问题是：在已经发展成熟的车辆定位监控系统和相关的高新技术的基础上，来实现对货物的动态跟踪，促进系统的成熟和完善并逐步推广到市场，提高我国物流和运输企业的科技水平。本文研究的货物动态跟踪系统是通过RFID技术采集货物和车辆信息形成货物动态跟踪数据库，有效集成GPS技术、GIS技术、GSM技术、计算机网络技术等高新技术，通过车辆定位而间接实现对货物进行动态跟踪和管理。由于该系统是涉及货运管理的复杂系统，应按照系统工程的方法进行研究。1.3研究内容本论文的研究内容是(1)通过对货物智能跟踪系统的综合论述，讨论物流业和运输企业对货物智能跟踪系统的功能要求及该系统要实现的整体目标；(2)提出货物智能

19、跟踪系统总体设计方案；(3)把货物智能跟踪系统进行模块化分解，确定每个模块要实现的功能，之后对每个模块进行详细论述，并确定实现各功能模块的技术方法；(4)解决系统中的各个功能模块中的关键技术。2 系统集成关键技术2.1 GIS技术2.1.1 GIS基本介绍GIS即地理信息系统（Geographic Information System），经过了四十多年的发展，到今天已经逐步成为一门相当成熟的技术，并且得到了非常广泛的应用。尤其是近些年，GIS更以其强大的地理信息空间分析功能，在GPS及路径优化中发挥了越来越重要的作用。GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用信息

20、科学和系统工程的理论，管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合分析和处理地理空间数据的一种技术系统2。 2.1.2 GIS的构成从应用的角度，地理信息系统由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成（如图2-1所示）。硬件和软件为地理信息系统建设提供环境；数据是GIS的重要内容；方法为GIS建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其它几个组成部分。 硬件主要包括计算机和网络设备，存储设备，数据输入，显示和输出的外围设备等等。 软件主要包括以下几类：操作系统软件 、数据库管理软件 、系统开发软件 、GIS

21、软件等等。GIS软件的选型，直接影响其它软件的选择，影响系统解决方案，也影响着系统建设周期和效益。数据是GIS的重要内容，也是GIS系统的灵魂和生命。数据组织和处理是GIS应用系统建设中的关键环节，涉及许多问题。 方法指系统需要采用何种技术路线，采用何种解决方案来实现系统目标。方法的采用会直接影响系统性能，影响系统的可用性和可维护性。 人是GIS系统的能动部分。人员的技术水平和组织管理能力是决定系统建设成败的重要因素。系统人员按不同分工有项目经理、项目开发人员、项目数据人员、系统文档撰写和系统测试人员等。各个部分齐心协力、分工协作是GIS系统成功建设的重要保证。 GIS应用系统建设需要从以上五

22、个方面着手。 图形编码请求接口属性编码请求查询功能查询请求制图功能输出请求图形数据获得属性数据编码地理信息系统数据库与数据库管理系统空间数据处理空间数据分析规划、管理和决策模型信息显示与制图输出扫描仪窗口条件数字化仪属性条件点线面打印机绘图仪显示器图1.1 地理信息系统基本组成Fig.1.1 The basic composition of geographical information systems2.2 GPS技术2.2.1 GPS基本介绍全球卫星定位系统(Global Positioning System，GPS)是美国从二十世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于19

23、94年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命3。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。2.2.2 GPS构成GPS系统主要由三大部分组成，即空间部分GPS卫星星座；地面控制部分地面监控

24、系统；用户设备部分GPS信号接收机。(1)GPS工作卫星及其星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座记作(21+3)GPS星座。轨道高度为20183公里。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。GPS卫星绕地球一周的时间为12恒星时。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了结算测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何

25、位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。(2) 地面监控系统对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历（描述卫星运动及其轨道的参数）算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出时差，然后由地面注入站

26、发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。(3) GPS信号接收机GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的己知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是

27、用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体(如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等)。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数(瞬间三维位置和三维速度)。GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机，就可以在任何时候用其进行导航定位测量。接收机硬件和机内软件以及GPS数据后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。

28、根据使用目的的不同，用户可以选择不同的GPS信号接收机。目前世界上已有几十家工厂生产了数百种GPS接收机。对于车载型接收机，它主要用于运动车辆的监控定位，可实时给出车辆的位置和速度。这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为25m，但其价格便宜，应用广泛。2.2.3 GPS定位基本工作原理测量学中有测距交会确定点位的方法。与其相似，无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系统，其定位原理也是利用测距交会的原理确定点位。就卫星定位来说，GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号，测量出测站点(接收

29、机天线中心)P至三颗以上的GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站P的位置。如图2-1所示，设在时刻在测站点P用GPS接收机同时测得P点至三颗GPS卫星，的距离，通过GPS导航电文解译出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为(，)，j=1，2，3。用距离交会的方法求解P点的三维坐标(X，Y，Z)的观测方程如公式2-1所示。P图2.1 GPS卫星定位原理Fig.2.1GPS Satellite positioning principle (2-1)在GPS定位中，GPS卫星是高速运动的卫星，其坐标值随时间在快速变化着。需要实时的由GPS卫星信号测量出测站至卫

30、星之间的距离，实时的由卫星的导航电文解算出卫星的坐标值，并进行测站点的定位。依据测距的原理，其定位原理与方法主要有伪距法定位、载波相位测量定位以及差分GPS定位等。对于待定点来说，根据其运动状态可以将GPS定位分为静态定位和动态定位。静态定位指的是对于固定不动的待定点，将GPS接收机安置于其上，观测数分钟乃至更长的时间，以确定该点的三维坐标，又叫绝对定位。若以两台GPS接收机分别置于两个固定不变的待定点上，则通过一定时间的观测，可以确定两个待定点之间的相对位置，又叫相对定位。而动态定位则至少有一台接收机处于运动状态，测定的是各观测时刻(观测历元)运动中的接收机的点位(绝对点位或相对点位)3。2

31、.3 GSM技术2.3.1 GSM基本介绍全球数字移动通讯系统(Global System for Mobiles communications，GSM)是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成的。在现阶段，GSM包括两个并行的系统：GSM900和DCS 1800(Digital Cellular System at 1800MHz)，这两个系统功能相同，主要是频率不同。目前，我国采用以GSM900网络为依托，DCS 1800网络为补充的组网方式，构成GSM900/ DCS 1800双频网。GSM系统除提供话音业务外，还提供数据业务、短信息服

32、务等多项功能4。短信息服务(Short Message Service, SMS)是一种在移动通信网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上储存和转寄的过程。目前短信息服务已在全国各大中小城市推出，每条信息收费0.10元，而且是单向的。2.3.2 GSM的构成GSM通信系统主要是由交换网络子系统(Network Station System, NSS) ,无线基站子系统(Base Station System, BSS)和移动台(Mobile Station, MS)三大部分组成。(1)交换网络子系统交换网络子系统(NSS)主要完成交换功能以及客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数

33、据库功能。NSS由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：移动交换中心(MSC)是蜂窝通信网络的核心，是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。其主要功能是对位于本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制和管理。例如:1)信道的管理和分配；2)呼叫的处理和控制；3)过区切换和漫游的控制；4)用户位置信息的登记与管理；5)用户号码和移动设备号码的登记和管理；6)服务类型的控制；7)对用户实施鉴权；8)为系统中连接别的MSC及为其它公用通信网络，如公用陆地移动网络(Public Lands Mobile Network, PLMN)、公用交换电信网(Public Switched Telephon

34、e Network, PSTN)、综合业务数字网(Integrated Services Digital Network, ISDN)和分组交换公用数据网(Packet Switched Public Data Network, PSPDN)提供链路接口，保证用户在转移或漫游的过程中实现无间隙的服务4。(2)无线基站子系统无线基站子系统(BSS)是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS) 。基站控制器(BSC)是基站收发台和移动交换中心之间的连接点，也为基站收发台和操作

35、维护中心之间交换信息提供接口。一个基站控制器通常控制几个基站收发台，其主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移动台的过区切换进行控制等。基站收发台(BTS)包括无线传输所需要的各种硬件和软件。它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能5。(3)移动台移动台即移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MT)和用户识别模块(SIM) 。移动终端是物理设备，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收等功能。SIM卡存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，

36、以防止非法客户进入网络。SIM卡还存储与网络和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入GSM网络(紧急业务除外)。(4)操作维护子系统GSM系统还包含一个操作维护子系统(Operations & Maintenance Centre，OMC)，它主要是对整个GSM网络进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。OMC与MSC之间的接口目前还未开放。GSM系统遵循CCITT(International Telephone and Telegraph Consultative Committee，国际电话与电报顾问委员会)建议的公用陆地移

37、动通信网(PLMN) 接口标准，采用7号信令支持PLMN接口进行所需的数据传输5。2.4 RFID技术2.4.1 RFID基本介绍RFID是英文“Radio Frequency Identification”的缩写，中文则称为无线射频识别技术，是近几年发展起来的一项新的自动识别技术。RFID是一颗IC芯片安装上微型天线的组合，是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。作为条形码的无线版本，RFID技术具有读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。2.4.2 RFID的构成基本的RFID系统由RFID标签、RFID阅读器及应用支撑软

38、件等几部分组成。基本结构如图2-2所示6。图2.2 RFID组成结构图Fig.2.2 RFID composition structure(1) RFID标签由芯片与天线组成，每个标签具有唯一的电子编码。标签附着在物体上以标识目标对象。RFID标签依据发送射频信号的方式不同，分为主动式和被动式两种（如表4-1所示）：1)主动式标签主动向读写器发送射频信号，通常由内置电池供电，又称为有源标签；2)被动式标签不带电池，又称为无源标签，其发射电波及内部处理器运行所需能量均来自阅读器产生的电磁波。被动式标签在接收到阅读器发出的电磁波信号后，将部分电磁能量转化为供自己工作的能量。表2.1 两种标签的性能

39、对比Tab. 2.1 The performance comparison of two kinds of tag主动标签被动标签能量来源自身电池供电，可持续供电通过电磁感应获取工作距离可达100m可达35m,通常2040cm存储容量可达16K字节以上通常小于128字节信号强度要求低高平均价格高低工作寿命24年长其中主动式标签通常具有更远的通信距离，其价格相对较高，主要应用于贵重物品远距离检测等应用领域。被动式标签具有价格便宜的优势，但其工作距离、存储容量等受到能量来源的限制。(2)RFID读写器主要任务是对标签的数据写入，控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息

40、进行解码，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。根据应用不同，阅读器可以是手持式或固定式。当前阅读器虽然成本较高，但大多能在多个频率点工作，而且功能拓展也非常全面。随着技术的成熟和发展，未来阅读器的价格将大幅降低，并且支持更多个频率点，能自动识别各种不同频率的标签信息。(3)RFID应用支撑软件除了标签和阅读器上运行的软件外，介于阅读器与企业应用之间的中间件是其中的一个重要组成部分。该中间件为企业应用提供一系列计算功能，在电子产品编码(Electronic produce code，EPC)规范中被称为savant。其主要任务是对阅读器读取的标签数据进行过滤、汇集和计算，减少

41、从阅读器传往企业应用的数据量。同时Savant还提供与其他RFID支撑系统进行互操作的功能7。3 货物智能跟踪系统总体设计3.1 系统的物理框架设计3.1.1 系统的工作原理货物在配送中心或仓储中心集装运输时，工作人员利用RFID阅读器自动读取货物包装上的RFID货物电子信息（如货物品种、货物编号等），并结合仓储中心信息数据库中的其它信息（如运单编号、货物数量、货物的货主、运送车牌号码、运送人员、车辆载重量等），通过计算机网络（包括局域网和广域网）把货物信息和运输车辆信息传送到监控中心进行汇总整理，这样所有被运送货物的信息及车辆信息都集中在货运信息数据库里。运输过程中车辆通过车载单元GPS模块

42、进行自身定位通过GSM短消息把自身的位置和状态（如速度、方位等）信息经短消息服务中心 (SMSC)中转发送到监控中心，监控中心可通过与短消息服务中心的DDN专线或者无线通讯控制器(GSM Modem)接收车载单元返回的信息。监控中心将传输的车辆位置信息与GIS、货物信息数据库（通过车辆信息）匹配，在计算机屏幕上显示车辆位置，同时显示车辆在途货物和已送达目的地的货物信息，实现对货物的动态跟踪和监控；对于各种报警信息，监控中心及时区分，并能迅速地将其传送给车辆所在地的公安交警部门、消防部门、急救中心、车辆维修中心，保障车辆得到快速救援【8】。同时，物流监控中心和客户可以向车载系统和驾驶员发送查询信

43、令、控制信令或调度指挥信令。这些数据也是通过语音信道或者SMSC发往车载系统和驾驶员。同时物流配送的客户可以通过Internet对向其配送的货物进行远程监控和信息查询。本文建立系统的逻辑框架如图3-1所示。查询结果客户GPS车载终端货物和车辆动态跟踪显示InternetGSM网络RFID货物识别系统货物跟踪与车辆监控中心车货信息捆绑定位信息呼叫车辆定位信息图3.1系统逻辑框架Fig. 3.1 The system logic framework在系统中，究其工作原理的技术核心就是信息的接收、分析处理和发送技术，GIS地图显示技术，Internet技术。物流配送监控中心是该系统的核心，监控中心的

44、GSM通信模块负责接收和发出信息，控制中心计算机分析接收到的信息并将其送到GIS地图显示台8。3.1.2 系统的物理框架跟据前述系统的组成、工作原理和系统的组成框图9，本文建立系统的物理框架如图3-2所示GIS地图显示配送货物信息GPS卫星GPS卫星GPS卫星车载GPS接收机，通信控制器及GSM手机仓库仓管系统RFID采集设备GSM基站通信塔SMS服务中心DNN专线通信塔监控中心GSM-ModemRS232货物数据库车辆数据库电子地图数据库服务器客户客户110报警中心交警中心消防中心急救中心维修中心图3.2 系统物理框架Fig. 3.2 The system physical framewor

45、k3.1.3 系统的模块组成本文设计的货物智能跟踪系统可以作为基于Internet的货物智能跟踪平台。它既可以用于物流中心对其配送货物和车辆的监控，还可以作为通过Internet向用户远程提供查询货物动态信息的手段。系统的组成可以分为6大部分：GPS卫星、GPS车载部分、GSM移动通信网、RFID识别系统、货物跟踪和车辆监控调度中心Web Server以及客户端Web Browser【9】。图3-3是货物智能跟踪系统的模块结构框图。GPS卫星定位信号GPS接收机通信控制器及GSM手机车载台显示屏GSM900/1800移动通信网及短消息中心SMC货物跟踪和车辆监控中心Server英特网客户端We

46、b Browser客户端Web BrowserDNN专线图 3.3 系统模块结构框图Fig. 3.3 System module structure diagram在前述的章节里介绍了系统中的GPS卫星部分、GSM通信部分和GIS地图显示部分，下面介绍车载系统、车辆监控调度中心Web server、客户端Web Browser以及RFID模块。(1)车载系统模块车载系统指被安装在车辆内的可移动部件，包括GPS/GSM模块、声音话筒、数字显示终端。 1) GPS/GSM模块：GPS/GSM模块被安装在车辆的底部或座位底下，具有许多功能和内部零件，提供了许多外围设备的接口，还可以加载一个内部的差分

47、接收器，以改良车辆位置的实时精确度。GPS/GSM模块所包括的主要零件有：内部的GPS接收器：它可以是高性能12通道OEM的GPS接收器的任何一种，用于处理GPS信号并计算车辆所在的位置。它有12个平行接收通道和敏感的RF前端，具有同时跟踪12颗卫星的能力。内部的GSM调制解调器：具有尖端技术的OEM GSM调制解调器提供接入GSM 网络的接口，支持语音通信，通过短信息服务(SMS),Data call和小区广播进行数据传输。具有可靠性更高和高压缩设计等优越性。黑匣子：它用于详细记录车辆历史位置的信息，即使在不供电的情况下，听记录的数据也下会丢失。其所记录数据可通过通信网络(SMS或Data

48、call)或直接电缆连接下载。其容量为1M, 可以储存5000060000条历史记录，每一条记录都包括日期、时间、车辆标识、纬度、经度、速度、方向和GPS状态。从每一条记录数据可分析出发车时间和结束时间、行车的全部时间、经过的距离、实际的路程、最大的速度、平均速度、等待时间、特别速度持续的时间、加速、减速等具体信息。它具有事前数据自动记录，事后重演和分析的优越性。内部微处理器：它从GPS接收器的输出口读出位置信息，按正确格式处理记录和传输，然后将信息传给内部的GSM调制解调器。输入/输出和串口：它最少可以为外围设备提供8个输入和输出的接口，同时也为数字通信设备提供4个COM端口。GPS天线：它

49、用于接收GPS信号，使用的是有源天线。 GSM天线：它用于传输和接收GSM信号。本系统主要利用车载终端传输GPS定位数据、车辆属性数据和其它监控调度信号，系统运行费用低廉。表3-1是车载系统向监控中心的数据发射格式，多数GPS接收机都输出符合NMEA0183标准的ASC码形式的数据信息。表3.1 GPS车载系统主要数据发射格式Tab. 3.1 The main launch data format of GPS vehicle system 报头标识符车辆ID号定位信息(时间、经度、纬度、GPS状态、报警状态)格式：$GSMS<1>,<2>,<3>,<

50、4>,<5>,<6># 例如：$GSMS,003,084532,2813,1688,1259,4598,1,1#$GSMS:报头标识：<1>:车辆编号，小于10位；<2>格林威治时间，hh mm ss格式；<3>经度，dd mm mmmm格式；<4>纬度，ddd mm mmmmm格式；<5>GPS状态标志，0-未定位，1-无差分定位，2-差分定位；<6>报警状态；#：数据结尾。2)声音话筒用于声音的通信，在GSM网络所覆盖的区域，使用附有一个拨号程序键盘的有线话筒，可以发送和接收声音呼叫。3)

51、数据显示终端依据用户功能需求，配备适应的数据显示终端。(2)货物监控调度中心模块货物监控调度中心的工作原理及流程将在下节详细介绍。(3)客户端Web Browser模块客户端基于Windows系统及IE浏览器或者 Web Browser。通过Internet可以访问监控中心主页。输入监控中心预先给定的用户名和密码后，进入监控中心的Web Browser货物跟踪管理平台界面；然后根据车辆ID号选择并显示要监控的车辆，根据车辆经纬度信息调用Web Server的电子地图和货物管理数据库。用户可在与监控中心保持连线的情况下实现对用户所属车辆目标及其货物目标进行动态监控车辆运行、查询货物位置并能实现用

52、户随时与车辆通话，可以远程对车辆发出控制指令。客户端Web Browser还能完成以下功能：地图显示及对地图的操作、目标监控和多窗口目标监控、信息查询、回放目标轨迹、短消息的发送、车辆管理、用户管理、数据库的维护。(4)RFID识别模块RFID识别模块主要作用是使用RFID阅读器把货物上的RFID标签信息读出，然后将信息与仓库监控中心信息库同步，如果对货物进行运输，通过车辆上的阅读器将标签信息与车载GPS模块信息进行捆绑，然后将捆绑信息传输到货物跟踪与监控系统，这样无论在仓库还是在运输途中，带有RFID标签的货物就能处于实时跟踪系统的监控之下。因此，RFID识别模块是实现货物智能跟踪的基础。3

53、.2 货物监控中心3.2.1 组成和功能(1)组成货物监控中心主要由数据通讯服务器、车辆属性/用户信息数据库服务器、电子地图/Web Server服务器、路由器、大屏幕显示器、集线器HUB和与SMC（短消息中心）相连的DDN专线等组成的Web GIS电子地图货物动态跟踪调度系统10。根据功能划分，监控中心系统由短消息接收子系统、监控处理子系统、地理信息子系统、信息查询子系统、数据维护子系统、轨迹存储及回放子系统等组成。(2)功能本文对货物监控中心的设计目标是建立一套实用的货物动态跟踪系统的应用模型，并为系统配置扩展接口，包括：接收报警信息的扩展接口、建立分监控中心的扩展接口、同时接收更多车载系

54、统传送信息的扩展接口、控制车辆状态的扩展接口。系统的功能包括：u 报警定位功能u 货物实时跟踪功能u 询址功能u 调度管理功能u 智能辅佐配送功能u 双向语音和短消息通讯功能3.2.2 监控中心子系统(1)监控处理子系统根据车辆的监控请求（如自动报警）对车辆进行主动监控处理，也可设定系统和车载单元的参数（如通信端口、车载单元短消息发送周期等）。监控中心对车载单元的监控处理机制为：一般情况下对所有的车辆和货物动态随机监控，各车载台按照设定的周期定时向监控中心发送GPS定位数据。当接收到车辆的报警信息或车辆申请被监控时，监控中心将对该车辆进行实时重点监控，若不需要监控某车辆，可以对其发送停止发送短

55、消息的控制指令。货物监控调度中心向车载台发送的控制指令格式如表3-2。监控中心货物跟踪流程图如图3-4所示10。表3.2 监控中心数据发射格式Tab. 3.2 The launch data format of the monitoring center 报头标识符时间间隔车辆ID号短消息中心号码监控中心号码格式：$GSMR,<1>,<2>,<3>,<4># 例如：$GSMR,20,0003,+8613814574567$GSMR：报头标识；<1>：时间间隔；单位-秒。最大65535；<2>车辆编

56、号，小于5位；<3>短消息中心SIM卡号码；<4>监控中心SIM卡号；#：数据结尾。系统初始化匹配货物和车辆ID车辆呼叫接受车辆GPS数据货物跟踪结果反馈货物跟踪显示车辆监控GIS投影无有货物和车辆位置信息监听图3.4 货物跟踪流程图Fig. 3.4 Shipment tracking flowchart (2)地理信息系统 地理信息子系统采用比例为1: 10, 000的监控区域电子地图，地图采用Mapinfo地图格式，按照图层组织，每个图层分为4个文件，*.tab, *.map,*.ind, *.dat。按照货物监控系统的要求和监控区域的范围，可以把电子地图分为7层：公路(高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、规划道路)、铁路、水系、区界、居民地、岛屿与陆地海岸线、地物。地理信息子系