航空貨運(yùn)追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引 言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代貨運(yùn)物流在經(jīng)濟(jì)生活中的地位日益凸顯。貨運(yùn)流轉(zhuǎn)過(guò)程中的定位追蹤是貨物承運(yùn)人十分關(guān)注的物流信息，相關(guān)貨運(yùn)流轉(zhuǎn)信息的易獲得性、準(zhǔn)確性、即時(shí)性和詳實(shí)性等是對(duì)實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)信息追蹤系統(tǒng)的基本要求。

目前，相比于中國(guó)國(guó)內(nèi)鐵路、公路系統(tǒng)可以提供的貨運(yùn)信息追蹤服務(wù)，國(guó)內(nèi)的航空公司還未能實(shí)現(xiàn)運(yùn)用完備的現(xiàn)代信息技術(shù)來(lái)保證貨運(yùn)經(jīng)營(yíng)機(jī)制，沒(méi)有建設(shè)完整、全面的航空貨運(yùn)管理信息體系[1]。同時(shí)，在實(shí)施現(xiàn)代物流電子化系統(tǒng)過(guò)程中， 如電子商務(wù)、網(wǎng)上訂單、呼叫中心、資源優(yōu)化調(diào)度、時(shí)效配送、快速通關(guān)等功能方面還存在很大差距。特別是國(guó)內(nèi)眾多的貨運(yùn)代理人由于規(guī)模小，使用貨運(yùn)信息系統(tǒng)成本高，有些企業(yè)仍然采用手工操作模式，還未與任何貨運(yùn)信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。同時(shí)， 航空公司、機(jī)場(chǎng)、貨運(yùn)代理、政府監(jiān)管各管一段，航空運(yùn)輸條塊分割、信息孤島嚴(yán)重；國(guó)內(nèi)各大航空公司（東航、國(guó)航、南航、海航等）都已開(kāi)發(fā)或擁有了自己獨(dú)立的貨運(yùn)信息系統(tǒng)，系統(tǒng)多樣性造成了多環(huán)節(jié)重復(fù)勞動(dòng)；各系統(tǒng)的流程、數(shù)據(jù)、接口等物流信息交換標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，難與國(guó)際接軌 [2] ；貨單分離， RFID 等 IT 新技術(shù)應(yīng)用落后，不能進(jìn)行貨物實(shí)時(shí)跟蹤 ；缺乏物流信息管理系統(tǒng)的一體化整合，協(xié)同性不足。

在全球化航空物流產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，國(guó)內(nèi)航空貨運(yùn)企業(yè)的這種市場(chǎng)狀況和技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r都無(wú)法滿足航空貨運(yùn)快速發(fā)展的需要。因此，為了滿足日益增長(zhǎng)的航空貨運(yùn)發(fā)展要求，急需從技術(shù)和應(yīng)用上發(fā)展航空貨運(yùn)追蹤系統(tǒng)。本文提出采用RFID電子標(biāo)簽和ZigBee 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合航空貨運(yùn)業(yè)務(wù)流程特點(diǎn)構(gòu)建航空貨物定位追蹤系統(tǒng)，可以有效滿足航空貨運(yùn)信息追蹤的迫切需求。

1 航空貨運(yùn)追蹤系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程分析及RFID節(jié)點(diǎn)設(shè)置

貨物航空運(yùn)輸流程如圖 1所示，其基本運(yùn)轉(zhuǎn)流程如下：

(1) 收貨業(yè)務(wù)。貨運(yùn)代理人對(duì)貨物進(jìn)行內(nèi)容、目的地、包裝、體積等信息的檢查和采集，包括貨物重量、尺寸等，在此基礎(chǔ)上形成運(yùn)費(fèi)等數(shù)據(jù)；貨物托運(yùn)人提交托運(yùn)書(shū)、航空貨運(yùn)單，并連同貨物交給貨運(yùn)代理人；貨運(yùn)代理人制作貨物 RFID 標(biāo)簽并將其固定于貨物上，進(jìn)一步核對(duì)貨物、貨運(yùn)單和標(biāo)簽信息；貨運(yùn)代理人按照目的地對(duì)貨物進(jìn)行歸集打包，形成主單，并通過(guò)信息平臺(tái)完成貨物訂艙操作，等待發(fā)貨。

(2) 貨物承運(yùn)人完成貨物安全檢查和機(jī)場(chǎng)安檢流程，運(yùn)送貨物到貨站，在貨站中對(duì)同一航班的主單進(jìn)行歸集打板。

(3) 航班起飛前，將貨物板車(chē)送至機(jī)艙。

到達(dá)目的地后，下飛機(jī)后的流程是上飛機(jī)前的逆過(guò)程。航空貨運(yùn)流程圖如圖 1 所示。

按照航空貨運(yùn)流程圖，可依據(jù)信息監(jiān)控和收集的需要， 在節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置貨物追蹤 RFID 讀寫(xiě)器，如圖 2 所示。其中， 代理人收貨環(huán)節(jié)設(shè)置節(jié)點(diǎn)稱為已收貨，貨物到達(dá)始發(fā)機(jī)場(chǎng)貨站設(shè)置節(jié)點(diǎn)稱為始發(fā)機(jī)場(chǎng)貨站，貨物上飛機(jī)后設(shè)置節(jié)點(diǎn)稱為運(yùn)輸中，目的機(jī)場(chǎng)收貨設(shè)置節(jié)點(diǎn)稱為目的機(jī)場(chǎng)貨站，代理人提貨設(shè)置節(jié)點(diǎn)稱為可提貨。通過(guò)貨物交運(yùn)處、倉(cāng)庫(kù)出入口上安裝的固定RFID 讀寫(xiě)器以及登機(jī)前持有的移動(dòng)式手持讀寫(xiě)器，可讀取RFID 標(biāo)簽的信息，完成數(shù)據(jù)采集。

上述RFID 標(biāo)簽的設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取與傳輸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航空貨物實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的定位追蹤?？蛻衾肞C 端進(jìn)入航空物流查詢系統(tǒng)就可獲取物流信息，了解貨物的狀態(tài)、位置及配送地點(diǎn)等信息。

2 基于RFID及ZigBee技術(shù)的航空貨運(yùn)追蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 三級(jí)貨物追蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮應(yīng)用RFID設(shè)計(jì)貨物追蹤系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性，結(jié)合貨運(yùn)業(yè)務(wù)流程追蹤貨物信息的需求，設(shè)計(jì)了三級(jí)追蹤系統(tǒng) [3]， 如圖 3所示。

由于航空貨運(yùn)中貨物的運(yùn)輸要按照貨物的目的地和航班班次進(jìn)行歸集和分發(fā)，因此需要關(guān)聯(lián)貨運(yùn)流和信息流，并在歸集和分發(fā)節(jié)點(diǎn)形成數(shù)據(jù)標(biāo)記信息。具體規(guī)則及過(guò)程可描述如下：

(1) 貨運(yùn)代理人收貨后，為每一貨物貼一個(gè)分單號(hào)并給予標(biāo)簽，構(gòu)成三級(jí)信息標(biāo)簽，發(fā)貨人可依據(jù)該級(jí)標(biāo)簽信息及分單號(hào)查詢貨物。

(2) 貨運(yùn)代理人將發(fā)往同一航班的各分單打包匯集，給予同一航班目的地的每包貨物一個(gè)標(biāo)簽并對(duì)應(yīng)一個(gè)主單號(hào)，構(gòu)成該包貨物的二級(jí)信息標(biāo)簽，此時(shí)主單和分單的聯(lián)系為：一張主單包含多張分單，一張分單只能被一張主單關(guān)聯(lián)；在通過(guò)機(jī)場(chǎng)安檢或進(jìn)入貨站時(shí)，RFID讀寫(xiě)器讀寫(xiě)的標(biāo)簽信息為主單信息 ；在貨運(yùn)站對(duì)貨物進(jìn)行打板后，將貨物按照一定的航空貨運(yùn)規(guī)則放入板車(chē)中，貼上板車(chē) RFID標(biāo)簽，此時(shí)構(gòu)成該板車(chē)上所有貨物的一級(jí)信息標(biāo)簽，即建立板車(chē)和主單信息關(guān)聯(lián)，每張板車(chē)標(biāo)簽包含多張主單，而每張主單只能被一張板車(chē)標(biāo)簽關(guān)聯(lián)； 在出機(jī)場(chǎng)貨站和上飛機(jī)前，RFID讀寫(xiě)器讀寫(xiě)的是每輛板車(chē)的標(biāo)簽。當(dāng)追蹤某一貨物時(shí)，根據(jù)分單號(hào)可以找到其主單號(hào)，進(jìn)而找到裝入的板車(chē)，此時(shí)板車(chē)的位置和狀態(tài)就是該貨物的位置和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了貨物在航空貨運(yùn)狀態(tài)下的信息追蹤。

2.2 貨物RFID標(biāo)簽信息的讀寫(xiě)過(guò)程

RFID 讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)射射頻信號(hào)來(lái)感知標(biāo)簽并獲取標(biāo)簽內(nèi)的信息。RFID 標(biāo)簽信息的獲取有兩種方式，即主動(dòng)和被動(dòng)方式[4]。在主動(dòng)方式下，RFID 讀寫(xiě)器可設(shè)置為自動(dòng)讀寫(xiě)工作模式。當(dāng)讀寫(xiě)器通電時(shí)，在該模式下可不間斷的感知處于工作范圍的標(biāo)簽。如工作范圍內(nèi)有標(biāo)簽，則會(huì)把包含所讀標(biāo)簽儲(chǔ)存信息的一組數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)，由上位機(jī)及服務(wù)器在后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在被動(dòng)方式下，則由上位機(jī)主動(dòng)發(fā)送給讀寫(xiě)器讀命令，讀寫(xiě)器接收到該命令后，必須返回一組數(shù)據(jù)。如讀寫(xiě)器在其工作范圍內(nèi)讀取了命令要求的標(biāo)簽信息，則在返回?cái)?shù)據(jù)中包含該標(biāo)簽信息；否則，返回錯(cuò)誤提示信息。同樣，所有返回?cái)?shù)據(jù)信息都在服務(wù)器后臺(tái)進(jìn)行處理。因此，利用一個(gè)循環(huán)函數(shù)就可以不斷給讀寫(xiě)器發(fā)送命令，并接收返回的標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息。

2.3 航空貨運(yùn) RFID信息的 ZigBee組網(wǎng)傳輸與實(shí)現(xiàn)

按照前述航空貨運(yùn)追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與RFID 技術(shù)的應(yīng)用， 在實(shí)現(xiàn)信息采集的基礎(chǔ)上，所有標(biāo)簽信息的傳輸需要應(yīng)用無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，故在本研究中采用ZigBee 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

ZigBee 無(wú)線組網(wǎng)主要用于采集數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。在ZigBee 無(wú)線組網(wǎng)中有三種設(shè)備類(lèi)型，即協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)組建、維護(hù)、控制終端節(jié)點(diǎn)的加入等；路由器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由選擇 ；終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，不具備路由功能[5]。

采用ZigBee 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)RFID 數(shù)據(jù)信息的過(guò)程為：讀寫(xiě)器采集的信息通過(guò) RS 232 串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑igBee 終端節(jié)點(diǎn)，利用ZigBee 無(wú)線通訊的自定義傳輸協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)到ZigBee 路由節(jié)點(diǎn)。然后利用ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行短距離傳輸，最后通過(guò)ZigBee 網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成其他網(wǎng)絡(luò)形式將信息傳送到數(shù)據(jù)采集平臺(tái)上。

ZigBee 無(wú)線組網(wǎng)可以將RFID 讀寫(xiě)器的返回?cái)?shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，同樣，上位機(jī)也可以通過(guò) ZigBee 無(wú)線組網(wǎng)將正確的命令發(fā)送給RFID 讀寫(xiě)器，實(shí)現(xiàn)了航空貨運(yùn)信息的無(wú)線組網(wǎng)傳輸過(guò)程。

完整的系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖 4 所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

航空物流企業(yè)現(xiàn)有的系統(tǒng)多數(shù)為傳統(tǒng)單點(diǎn)信息操作系統(tǒng)， 缺少全行業(yè)信息系統(tǒng)的支持，在一定程度上制約了企業(yè)運(yùn)營(yíng)效率的提高和服務(wù)質(zhì)量的改善，甚至無(wú)法滿足客戶的一般性需求。因此，從貨物交運(yùn)開(kāi)始，有關(guān)貨物的運(yùn)輸、到達(dá)和提取等信息就無(wú)法查詢，為航空貨運(yùn)信息化帶來(lái)了極大的阻礙。

應(yīng)用 RFID 和 ZigBee 技術(shù)的航空貨運(yùn)追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn)，能提供面向物流業(yè)務(wù)各環(huán)節(jié)的信息化服務(wù)，不僅可以加 強(qiáng)業(yè)務(wù)的透明度、高效協(xié)作和實(shí)時(shí)監(jiān)控，還能有效提高運(yùn)輸 效率和服務(wù)質(zhì)量。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)得益于企業(yè)信息的互聯(lián)互通， 便于實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物運(yùn)輸?shù)娜谈櫍磳?shí)現(xiàn)代理人、貨主通過(guò) 航空物流物聯(lián)網(wǎng)快速查詢貨物全程運(yùn)輸狀態(tài)的需求，可以極 大地提高客戶滿意度。