CN101609138B - 货物跟踪监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种货物跟踪监测系统。包括电子标签、电子标签管理器、定位服务器，其特征在于：所述电子标签具有唯一标识且包含GPS模块，电子标签安装于货物与货物的运送交通工具上，各个电子标签在近距离内相互进行无线通信，并且通过无线局域网络或者移动电话网络，与电子标签管理器和定位服务器连接，其中电子标签管理器对电子标签进行功能设置和管理，定位服务器接收电子标签报告的信息，实现对货物的跟踪监测。由此结合多种定位和通信方式，在各种环境中均能有效定位。同时简化了网络结构，降低了网络安装和运行管理的复杂程度，可对货物运送储存环境进行有效监测。再者，通过对系统通信和定位方法的优化，有效延长了电子标签的使用寿命。

Description

货物跟踪监测系统

技术领域

本发明涉及一种货物资产的实时定位(Real Time locating Service，RTLS)系统，尤其是物流系统或其他运输系统中所运送的货物的实时跟踪定位以及运输和储存过程中的环境监测，特别是一种货物跟踪监测系统，属于数据识别技术领域。

背景技术

在物流、运输业各种资产和人员处于不断移动和变化的环境中，很难即时了解各种资产和人员的状况，对其进行实时的管理，因此容易造成资源的浪费，工作效率的低下，影响企业发展。

对于堆场管理来说，堆场的空间往往极为有限，在如此有限的空间内处理频繁的拖车、集装箱进出和堆放工作是一个重大考验。在堆场，卡车司机被分配到一个位置号停放拖车，这个位置是事先设定的。当拖车被错误放置时，在装运开始前拖车必须被人工重新放置到正确位置，因此常常花费很多的时间来纠正这些错误，甚至需要组建一支“堆场勘察队”来管理拖车，造成大量人力、物力的浪费，生产成本的增加，工作效率的下降。低效率的操作和滞后的信息同时，容易导致客户的不满和货物的损坏。绝大多数的集装箱外形极为相似，查找起来十分困难费力，物流、运输公司往往储备很多的集装箱以供使用，使得绝大多数集装箱不能得到合理利用。一边是集装箱过多，造成资源的闲置；另一边是找不到合适的集装箱，造成资源短缺，成本增加。

对于仓储管理来说，其是目前国内物流管理中使用实时定位技术最能明显提高效率的环节之一。如何有效管理仓储各环节的移动资产，比如叉车、托盘、货物等，快速准确地找寻到急需的货物或工具，对提高运行效率至关重要。

从运输过程监控管理来考虑，运输过程由于各种因素影响，容易造成货物的损坏或丢失。特别对于冷藏品、药品、危化物等特殊物品的运输，更应该注意确保货物的状态，如：特定的温度、压力等等。对货物运输过程的监控，可以实时掌握货物在运输过程中的状况和位置，一旦发生状况可以及时采取应对措施。

在过去的几年中，物流运输业针对以上问题，在信息技术开发方面投入了很大的努力，以实现管理物流运输各环节的动态化和透明化，并取得了一定成效。在技术上移动通信加互联网的基础架构逐渐成为普遍的共识。在此基础上出现了多种使用手机、GPS、RFID以及其他各种采集信息的终端(或电子标签)的定位跟踪系统。如相关资料：中国专利申请03155721.X“全球卫星定位与网络定位相结合的混合定位系统和方法”、中国专利申请200510090773.4“双向实时物流信息跟踪及配货的方法和系统”、中国专利申请03135055.0“物流无线监控管理系统”，均提出了用于运货车辆的定位方法，中国专利申请200580027462.1“用于跟踪在卸到地面的海运码头操作中的集装箱的系统和方法”提出了一种在海运码头跟踪装卸过程中的集装箱的方法，中国专利申请200480038710.8“集装箱的跟踪”提出了一种在船运过程中跟踪集装箱的方法。然而，这些解决方案和目前可商用的系统均不同程度地存在着问题，主要有：

1、电子标签消耗能量大、工作寿命短。如目前使用GPS和数字移动电话通信的终端一般在定位时需消耗70-100毫瓦的电能，而在通信时需消耗高达300-1500毫瓦的电能，因而仅适合在有外部供电条件的场合如车辆上使用，难以应用于要求使用小型化学电池时能够连续工作数月甚至数年以上的货物和设备定位应用。

2、覆盖范围有限，难以做到对货物的全程跟踪。如安装在运货车辆上的终端在货物卸载后即无法跟踪货物在堆场中的位置。又如单一使用GPS定位方式的电子标签在室内环境下难以获得卫星信号，无法进行定位操作。

3、安装维护复杂，系统运行成本高。如现存的系统一般需安装多种不同的终端，电子标签和其他软硬件设备，如电子标签读写器，车载终端，货物电子标签等等，整合和维护这些不同种类而且经常来自不同厂家的设备需要大量的人力投入，从而使系统运行成本难以降低。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种能有效解决上述问题的货物实时定位跟踪系统的设计方案，即提供一种货物跟踪监测系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

货物跟踪监测系统，包括电子标签、电子标签管理器、定位服务器，其中：所述电子标签具有唯一标识且包含GPS模块，电子标签安装于货物与货物的运送交通工具上，各个电子标签在近距离内相互进行无线通信，并且通过无线局域网络或者移动电话网络，与电子标签管理器和定位服务器连接，其中电子标签管理器对电子标签进行功能设置和管理，定位服务器接收电子标签报告的信息，实现对货物的跟踪监测。

上述的货物跟踪监测系统，其中：在货物的停放场所中，还分布有若干个固定位置的电子标签，形成无线定位测量点，这些电子标签通过互联网连接定位服务器；安装于货物与货物的运送交通工具上的电子标签和无线定位测量点所属的电子标签之间直接进行信息交换和信号测量，进行局域定位。

进一步地，上述的货物跟踪监测系统，其中：所述的电子标签之间通过无线自组网，或是基础设施方式经由接入点连接。

更进一步地，上述的货物跟踪监测系统，其中：所述的电子标签包括，传感器模块、电源管理模块、定时器模块、外围接口模块、中央处理器模块、存储器模块、无线局域网通信模块、GSM/GPRS通信模块、GSM天线、GPS模块，电源连接传感器模块，传感器模块和定时器模块与电源管理模块连接，中央处理器模块与存储器模块、无线局域网通信模块、GSM/GPRS通信模块、GSM天线、GPS模块相连接，GPS模块可根据外部提供的初始位置和时间信息加快卫星定位信号的获取和跟踪过程。

更进一步地，上述的货物跟踪监测系统，其中：所述的传感器模块包括温度传感器，或是压力传感器，或是加速度传感器，或是湿度传感器。

更进一步地，上述的货物跟踪监测系统，其中：所述电子标签采用的电源为一次性或可充电化学电池，或是太阳能电池，或是外部直流电源，或是外部交流电源。

更进一步地，上述的货物跟踪监测系统，其中：所述的电子标签采用ISO-20730.2国际标准的定位信号格式；或是通过GSM/GPRS或CDMA数字移动通信网络，以短信或分组数据方式进行远程通信；或是采用IEEE802.11系列无线局域网标准通信协议。

更进一步地，上述的货物跟踪监测系统，其中：所述的电子标签管理器通过点对点方式连接单个电子标签；或是采用广播方式连接多个电子标签。

再进一步地，上述的货物跟踪监测系统，其中：所述的定位服务器，采用三角计算方法，根据接收到的电子标签定位信息，解算电子标签和货物的位置。

本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：结合多种定位和通信方式，在包括室内、室外、堆场、码头、运送交通工具等，在各种环境中均能有效定位，从而达到对货物的全程定位跟踪。同时，采用单一电子标签构建通信和定位网络，简化了网络结构，降低了网络安装和运行管理的复杂程度，从而有效降低了系统的安装和运行成本。并且，电子标签具备多种功能，可对货物运送储存环境进行有效监测。再者，通过对系统通信和定位方法的优化，有效延长了电子标签的使用寿命，在使用低成本锂锰化学电池的情况下，电子标签工作寿命可达3至5(又留空格？数字格式要统一！)年。

附图说明

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。这些附图当中，

图1是本发明实施示意图；

图2是电子标签的构造示意图。

具体实施方式

货物实时定位跟踪系统，包括具有唯一的标识的电子标签，电子标签管理器和定位服务器。电子标签安装于需跟踪的货物和运送交通工具上。电子标签可在近距离内相互进行无线通信，同时通过无线局域网络接入点与定位服务器和电子标签管理器通信。并且，在不能与上述接入点建立联系的情况下，电子标签可通过移动电话网络进行与定位服务器和电子标签管理器远程通信。再者，电子标签可通过上述无线局域网络发送和接收局域定位信息，并在无法进行局域定位的情况下接收全球定位系统(GPS)的卫星定位信息。电子标签管理器提供电子标签的设置和管理功能，定位服务器与互联网或其他广域通信网络相连，接收电子标签报告的位置等信息，并提供进一步管理功能如货物位置显示。

为了起到更好的跟踪作用，在货物停放场所中分布有多个固定位置的电子标签作为无线定位测量点。安装在货物上的电子标签和测量点电子标签之间可进行信息交换和信号测量以进行局域定位。测量点电子标签和定位服务器间可通过互联网通信。同时，固定于运货交通工具上的电子标签可与安装在货物上的电子标签进行信息交换，其内容包括定位信息如GPS卫星数据及其他电子标签管理信息。

进一步来看，电子标签拥有进行射频信号强度和到达时间的测量功能，以支持局域定位。电子标签可使用ISO-20730.2国际标准的定位信号格式。同时，其所使用的近距离无线通信协议是IEEE 802.11系列无线局域网标准。电子标签之间可通过自组网或Ad-Hoc网络相互通信，亦可通过基础设施方式与无线接入点通信。并且，为了让电子标签以短信或分组数据方式进行远程通信，其还包括有GSM/GPRS或CDMA通信模块。

再进一步来看，电子标签内还设有GPS接收模块，借助近程无线通信方式接收到的初始位置信息，进行快速GPS定位操作，以减低定位所需的能量消耗；定时器，并可与网络时间准确同步。同时，考虑到电源的稳定和长时间工作，电子标签的电源可选择一次性或可充电化学电池；太阳能电池；外部直流电源如车载电源；外部交流电源等方式供电。同时，电子标签可探测到当前使用的供电方式，并据此调节通信的频率及内容以减低功耗。

为了应对多变的运输环境，实时跟踪电子标签及货物的状态，电子标签内设有温度传感器，或是压力传感器，或是加速度传感器，或是湿度传感器。电子标签可记录所测量的各环境变量值，并按事先设定的条件决定是否向定位服务器报告。

并且，考虑到货物运送的安全性问题，电子标签拥有防拆防盗功能，可通过电子或光学手段监测非法拆卸电子标签的企图并通过无线网络报警。

更进一步来说，上述的电子标签管理器，采用点对点方式对单个电子标签进行设置或使用广播方式对多个电子标签同时进行设置的功能。并且，其能够通过在线方式对电子标签的内置软件进行更新。定位服务器使用包括三角计算(Triangulation)方法在内的定位方法，根据接收到的电子标签定位信息，最终解算得到电子标签和货物的位置。并且，为了实现更为便捷的查找定位，服务器中可使用电子地图和数据库显示并记录货物的位置和环境信息。

结合图1来具体说明，图1中显示了三件需要定位跟踪的货物，即货物1、货物4和货物8，分别处于仓库3、运送车辆6和堆场10中。货物1处于仓库3中，电子标签2安装于货物1上，电子标签2由内置电池供电。仓库3安装了无线局域网接入点13，同时，在仓库3内设有固定于已知位置，使用外部交流供电的定位电子标签11、电子标签12。电子标签2平时处于低功耗休眠状态，仅在以下条件之一得到满足时被唤醒：1、电子标签通过运动传感器探测到货物1被移动；2、电子标签通过其他传感器探测到周围环境变化，如温度，湿度，光照等，需要记录或报警；3、电子标签防盗功能探测到有非法拆卸企图。

当电子标签2被唤醒后，即对无线局域网信号进行扫描。获得无线局域网信号后，电子标签2发送定位信息。该定位信息包含电子标签2的唯一标识信息和其他需要报告的内容，如测量的环境信息，电池状态或报警信息等。随后，固定电子标签11、固定电子标签12和固定电子标签13接收到定位信息后，进行信号强度和到达时间的测量，并将测量到的结果通过无线局域网接入点15转发至互联网20，最终通过互联网20发送至定位服务器21。同样的，定位信息本身也同样经无线局域网接入点15转发至定位服务器21。由此，定位服务器21根据所储存的有关固定电子标签11、固定电子标签12、固定电子标签13的位置信息和所收到的定位信号测量结果，使用三角运算解出电子标签2的当前位置，存储于数据库中，并显示在电子地图上。

接着，货物4装载于运送车辆6上，且货物4上安装有电子标签5，定位电子标签7则安装于车辆6上。在运送过程中，电子标签5由内置电池供电，电子标签7由运送车辆6车载直流电源供电。电子标签7持续接收GPS卫星17发送的定位信号并对自身定位。在此期间，电子标签5由电子标签定时器每隔一定时间唤醒，然后采用自组网方式和电子标签7建立无线局域网通信。电子标签7将其获得的自身GPS定位信息发送给电子标签5。同时，电子标签7定期通过GSM/GPRS网络16向定位服务器21发送自身位置信息，并转发电子标签5的报告信息。

在货物到达目的地后，电子标签7通知电子标签5启动其自身的GPS定位模块，以最后收到的电子标签7位置为初始位置进行快速GPS定位，从而达到在不过多消耗电池电能的条件下，对电子标签5准确定位的目的。

进一步来看，货物8处于未安装无线局域网设备的堆场10中。电子标签9安装于货物8上。同上所述，电子标签9平时处于低功耗休眠状态，仅在满足条件时被唤醒。电子标签9被唤醒后，即对无线局域网信号进行扫描，由于周围不存在无线局域网设备，扫描失败后，电子标签9即启动GPS定位功能模块，获取GPS卫星19发送的定位信号。为节省电能，电子标签2并不直接解算自身位置，而是将从卫星收到的定位信息储存在存储器中。如需要报告，则启动GSM/GPRS通信模块，通过移动通信网络18以短信或分组数据方式通过互联网20向定位服务器报告。由于在此条件下的定位与通信的成本和能量消耗远高于通过无线局域网进行通信及定位，电子标签9将根据电池消耗情况调整定位操作和报告的频率，以保证工作寿命。

具体来说，电子标签管理器22通过互联网20可保持与电子标签2、电子标签5、电子标签7、电子标签9、电子标签11、电子标签12、电子标签13的通信联系。电子标签管理器22可设置控制电子标签工作的各种参数，如传输方式，发射功率，定时器长度，报警事件设置等等。电子标签管理器22的另一项功能是支持电子标签所运行的软件的动态更新。在需要进行软件更新时，电子标签管理器22通过互联网20和无线网络转发，将新版软件下载至各个电子标签中并储存于非易失存储器中，并通过电子标签复位加载新版软件。同时，为方便管理，电子标签管理器22包括使用点对点方式对单个电子标签进行设置，也可以使用广播方式对多个电子标签同时进行设置的功能。

为了令电子标签实现更好的功能，电子标签结构如附图2所示：包括传感器模块201，电源管理模块202，定时器模块203，外围接口模块204，中央处理器模块205，存储器模块206，无线局域网通信模块207，无线局域网天线210，GSM/GPRS通信模块209，GSM天线211，GPS模块209，GPS天线212。其中，传感器模块201和定时器模块203与电源管理模块202连接，提供系统唤醒功能。传感器模块201包括环境监测传感器如温度，运动等。电源管理模块202控制向其他模块的供电。在发生传感器或定时器事件的情况下，电源管理器向中央处理器模块205和存储器模块206供电，从而唤醒电子标签使其进入工作状态。中央处理器模块205与存储器模块206相连接，并从存储器模块206中读取软件代码并执行。中央处理器模块205与通信模块，GPS模块209相连接。根据事先设定和当前所发生事件的种类，中央处理器模块205可决定启动通信模块进行无线局域网通信，启动通信模块进行GSM/GPRS通信，或启动GPS模块209进行GPS定位。通信模块和GPS模块209均配有各自相应的天线。中央处理器模块205和外围接口模块204相连接，外围接口模块204提供人机接口功能如显示，按键或键盘输入，蜂鸣器等。当然，外围接口模块204还提供其他互联和扩展功能，如串行通信接口(UART)，通用串行总线(USB)等。

结合上述文字并通过附图可以看出，本发明具有以下的优点：

1、结合多种定位和通信方式，在包括室内、室外、堆场、码头、运送交通工具等，在各种环境中均能有效定位，从而达到对货物的全程定位跟踪。

2、采用单一电子标签构建通信和定位网络，简化了网络结构，降低了网络安装和运行管理的复杂程度，从而有效降低了系统的安装和运行成本。

3、电子标签具备多种功能，可对货物运送储存环境进行有效监测。

4、通过对系统通信和定位方法的优化，有效延长了电子标签的使用寿命，在使用低成本锂锰化学电池的情况下，电子标签工作寿命可达3年以上。

Claims (2)

1.货物跟踪监测系统，包括电子标签、电子标签管理器、定位服务器，其特征在于：所述电子标签具有唯一标识且包含GPS模块，电子标签安装于货物与货物的运送交通工具上，各个电子标签在近距离内相互进行无线通信，并且通过无线局域网络或者移动电话网络，与电子标签管理器和定位服务器连接，其中电子标签管理器对电子标签进行功能设置和管理，定位服务器接收电子标签报告的信息，实现对货物的跟踪监测；在货物的停放场所中，还分布有若干个固定位置的电子标签，形成无线定位测量点，这些电子标签通过互联网连接定位服务器；安装于货物与货物运送交通工具上的电子标签和无线定位测量点所属的电子标签之间直接进行信息交换和信号测量，进行局域定位；所述的电子标签之间通过无线自组网，或是基础设施方式经由接入点连接；所述的电子标签包括，传感器模块、电源管理模块、定时器模块、外围接口模块、中央处理器模块、存储器模块、无线局域网通信模块、GSM/GPRS通信模块、GSM天线、GPS模块，电源连接传感器模块，传感器模块和定时器模块与电源管理模块连接，中央处理器模块与存储器模块、无线局域网通信模块、GSM/GPRS通信模块、GSM天线、GPS模块相连接；所述的传感器模块包括温度传感器，或是压力传感器，或是加速度传感器，或是湿度传感器；所述电子标签采用的电源为一次性或可充电化学电池，或是太阳能电池，或是外部直流电源，或是外部交流电源；所述的电子标签管理器通过点对点方式连接单个电子标签；或是采用广播方式连接多个电子标签。

2.根据权利要求1所述的货物跟踪监测系统，其特征在于：所述的定位服务器，采用三角计算方法，根据接收到的电子标签定位信息，解算电子标签和货物的位置。

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