貨物跟蹤監測系統的製作方法

2023-05-21 05:44:21 2

專利名稱：貨物跟蹤監測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種貨物資產的實時定位(Real Time locating Service, RTLS)系統，尤其是物流系統或其^g輸系統中戶;fii送的貨物的實時足跟宗 定位以及運輸和儲存過程中的環境監測，特別是一種貨物跟蹤監測系統， 屬於數據識別技術領域。
背景技術：
在物流、運輸業各種資產和人員處於不斷移動和變化的環境中，很難 即時了解各種資產和人員的狀況，對其進行實時的管理，因此容易造成資 源的浪費，工作效率的低下，影響企業發展。
對於堆場管理來說，堆場的空間往往極為有限，在如此有限的空間內 處理頻繁的拖車、貨櫃進出和堆放工作是一個重大考驗。在堆場，卡車 司機被分配到一個位置號停放拖車，這個位置是事先設定的。當拖車被錯 誤放置時，在裝運開始前拖車必須被人工重新放置至證確位置，因此常常 花費很多的時間來糾正這些錯誤，甚至需要組建一支"堆場勘察隊"來管 理拖車，造成大量人力、物力的浪費，生產成本的增加，工作效率的下降。 低效率的操作和滯後的信息同時，容易導致客戶的不滿和貨物的損壞。絕 大多數的貨櫃外形極為相似，查找起來十分困難費力，物流、運輸公司 往往儲備很多的貨櫃以供使用，使得絕大多數貨櫃不能得到合理利用。 一邊是貨櫃過多，造成資源的閒置；另一邊是找不到合適的貨櫃，造 成資源短缺，成本增加。
對於倉儲管理來說，其是目前國內物流管理中使用實時定位技術最能明顯提高效率的環節之一。如何有效管理倉儲各環節的移動資產，比如叉 車、託盤、貨物等，快速準確地找尋到急需的貨物或工具，對提高運行效 率至關重要。
從運輸過 控管理來考慮，運輸過程由於各種因素影響，容易造成 貨物的損壞或丟失。特別對於冷藏品、藥品、危化物等特殊物品的運輸， 更應該注意確保貨物的狀態，如特定的溫度、壓力等等。對貨物運輸過 程的監控，可以實時掌握貨物在運輸過程中的狀況和位置， 一旦發生狀況 可以及時採取應對措施。
在過去的幾年中，物流運輸業針對以上問題，在信息技術開發方面投 入了很大的努力，以實現管理物流運輸各環節的動態化和透明化，並取得 了一定成效。在技術上移動通信加網際網路的基礎架構逐漸成為普遍的共識。
在此基礎上出現了多種使用手機、GPS、 RFID以及其他各種採集信息的終 端(或電子標籤)的定位跟蹤系統。如相關資料中國專利申請0315572LX "全球衛星定位與網絡定位相結合的混合定位系統和方法"、中國專利申 請200510090773.4 "雙向實時物流信息跟蹤及配貨的方法和系統"、中國專 利申請03135055.0 "物流無線監控管理系統"，均提出了用於運貨車輛的定 位方法，中國專利申請200580027462.1 "用於跟蹤在卸到地面的海運碼頭操 作中的貨櫃的系統和方法"提出了一種在海運碼頭跟蹤裝卸過程中的集 裝箱的方法，中國專利申請200480038710.8 "貨櫃的跟蹤"提出了一種在 鵬過程中跟蹤貨櫃的方法。然而，這些解決方案和目前可商用的系統 均不同程度地存在著問題，主要有
1、電子標籤消耗能量大、工作壽命短。如目前使用GPS和數字移動電 話通信的終端一般在定位時需消耗70-100毫瓦的電能，而在通信時需消耗高 恐00-1500毫瓦的電能，因而僅適合在有外部供電條件的場合如車輛上使用，難以應用於要求使用小型化學電池時能夠連續工作數月甚至數年以上 的貨物和設備定位應用。
2、 覆蓋範圍有限，難以做到對貨物的全程跟蹤。如安裝在運貨車輛上 的終端在貨物卸載後即無法跟蹤貨物在堆場中的位置。又如單一使用GPS 定位方式的電子標籤在室內環境下難以獲得衛星信號，無法進行定位操作。
3、 安裝維護複雜，系統運行成本高。如現存的系統一般需安裝多種不 同的終端，電子標籤和其他軟硬體設備，如電子標籤讀寫器，車載終端， 貨物電子標籤等等，整合和維護這些不同種類而且經常來自不同廠家的設 備需要大量的人力投入，從而使系統運行成本難以降低。

發明內容
本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提供一種能 有效解決上述問題的貨物實時定位跟蹤系統的設計方案，即提供一種貨物 跟蹤監測系統。
本發明的目的通過以下技術方案來實現
貨物跟蹤監測系統，包括電子標籤、電子標籤管理器、定j立伺服器， 其中所述電子標籤具有唯一標識且包含GPS模塊，電子標籤安裝於貨物 與貨物的運送交通工具上，各個電子標籤在近距離內相互進行無線通信， 並且通過無線區域網路或者行動電話網絡，與電子標籤管理器和定位服務 器連接，其中電子標籤管理器對電子標籤進行功能設置和管理，定位服務 器接收電子標對艮告的信息，實現對貨物的跟蹤監測。
上述的貨物跟蹤監測系統，其中在貨物的停放場所中，還分布有若 幹個固定位置的電子標籤，形成無線定位測量點，這些電子標籤通過互聯 網連接定位伺服器；安裝於貨物與貨物的運送交通工具上的電子標籤和無 線定位測量點所屬的電子標籤之間直接進行信息交換和信號測量，進行局 域定位。進一步地，上述的貨物跟蹤監測系統，其中所述的電子標籤之間通 過無線自組網，或是基礎設施方式經由接入點連接。
更進一步地，上述的貨物跟蹤監測系統，其中戶萬述的電子l^包括， 傳感器模塊、電源管理模塊、定時器模塊、外圍接口模塊、中央處理器模
塊、存儲器模塊、無線區域網通信模塊、GSM / GPRS通信模±央、GSM天 線、GPS模塊，電源連接傳感器模塊，傳感器模塊和定時器模塊與電源管 理模塊連接，中央處理器模塊與存儲器模塊、無線區域網通信模塊、GSM / GPRS通信模±央、GSM天線、GPS模塊相連接，GPS豐莫塊可根據外部提 供的初始位置和時間信息加快衛星定位信號的獲取和跟蹤過程。
更進一步地，上述的貨物跟蹤監測系統，其中所述的傳感器模塊包 括溫度傳感器，或是壓力傳感器，或是加速度傳感器，或是溼度傳感器。
更進一步地，上述的貨物跟蹤監測系統，其中所述電子標籤採用的
電源為一次性或可充電化學電池，或是太陽能電池，或是外部直流電源， 或是外部交流電源。
更進一步地，上述的貨物跟蹤監測系統，其中所述的電子標籤採用
ISO-20730.2國際標準的定位信號格式;或是通過GSM/GPRS或CDMA數
字移動通信網絡，以簡訊或分組數據方式進行遠程通信；或是採用正EE 802.11系列無線區域網標準通信協議。
更進一步地，上述的貨物跟蹤監測系統，其中所述的電子標籤管理 器通過點對點方式連接單個電子標籤；或是採用廣播方式連接多個電子標 籤。
再進一步地，上述的貨物跟蹤監領係統，其中所述的定位伺服器， 採用三角計算方法，根據接收到的電子標籤定位信息，解算電子標籤和貨 物的位置。
本發明技術方案的突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在結合多種定位和通信方式，在包括室內、室外、堆場、碼頭、運送交通工具等， 在各種環境中均能有效定位，從而達到對貨物的全程定位跟蹤。同時，採 用單一電子標籤構建通信和定位網絡，簡化了網絡結構，降低了網絡安裝 和運行管理的複雜程度，從而有效降低了系統的安裝和運行成本。並且，
電子標籤具備多種功能，可對貨物Mit儲存環境進行有效監測。再者，通 過對系統通信和定位方法的優化，有效延長了電子標籤的使用壽命，在使 用低成本鋰錳化學電池的情況下，電子標籤工作壽命可達3至5 (又留空 格？數字格式要統一!)年。


本發明的目的、優點和特點，將通過下面優選實施例的非限制性說明 進行圖示和解釋。這些實施例僅是應用本發明技術方案的典型範例，凡採 取等同替換或者等效變換而形成的技術方案，均落在本發明要求保護的範 圍之內。這些附圖當中，
圖1是本發明實施示意圖2是電子標籤的構造示意圖。
具體實施例方式
貨物實時定位跟蹤系統，包括具有唯一的標識的電子標籤，電子標籤
管理器和定位伺服器。電子標籤安裝於需跟蹤的貨物和g^a工具上。 電子標籤可在近距離內相互進行無線通信，同時通過無線區域網路接入點 與定位伺服器和電子標籤管理器通信。並且，在不能與上述接入點建立聯 系的情況下，電子標籤可通過行動電話網絡進行與定位伺服器和電子標籤 管理器遠程通信。再者，電子+縫可通過上述無線區域網路錢和接收局
域定位信息，並在無法進行局域定位的情況下接收全球定位系統(GPS)的衛
星定位信息。電子標籤管理器提供電子標籤的設置和管理功能，定位伺服器與網際網路或其他廣域通信網絡相連，接收電子標對艮告的位置等信息， 並提供進一步管理功能如貨物位置顯示。
為了起到更好的跟蹤作用，在貨物停放場所中分布有多個固定位置的 電子標籤作為無線定位須糧點。安裝在貨物上的電子+碟和觀糧點電子標 籤之間可進行信息交換和信號測量以進行局域定位。測量點電子標籤和定 位伺服器間可通過網際網路通信。同時，固定於運貨交通工具上的電子標籤
可與安裝在貨物上的電子標籤進行信息交換，其內容包括定位信息如GPS 衛星數據及其他電子標籤管理信息。
進一步來看，電子標^有進行射頻信號強度和到達時間的測量功能， 以支持局域定位。電子標籤可使用ISO-20730.2國際標準的定位信號格式。 同時，其所使用的鄉巨離無線通信協議是正EE802.11系列無線區域網標 準。電子標籤之間可通過自組網或Ad-Hoc網絡相互通信，亦可通過基礎設 施方式與無線接入點通信。並且，為了讓電子標籤以簡訊或分組數據方式 進行遠程通信，其還包括有GSM/GPRS或CDMA通信模塊。
再進一步來看，電子標籤內還設有GPS接收模±央，藉助近程無線通 信方式接收到的初始位置信息，進行快速GPS定位操作，以減低定^^f 需的能量消耗；定時器，並可與網絡時間準確同步。同時，考慮到電源的 穩定和長時間工作，電子標籤的電源可選擇一次性或可充電化學電池；太 陽能電池；外部直流電源如車載電源；外部交流電源等方式供電。同時， 電子標籤可探測至擋前使用的供電方式，並據此調節通信的頻率及內容以 減低功耗。
為了應對多變的運輸環境，實時跟蹤電子標籤及貨物的狀態，電子標 籤內設有溫度傳感器，或是壓力傳感器，或是加速度傳感器，或是溼度傳 感器。電子標籤可記錄所測量的各環境變量值，並按事先設定的條件決定
9是否向定位伺服器報告。
並且，考慮到貨物錢的安全性問題，電子標翻有防拆防盜功能， 可通過電子或光學手段監領排法拆卸電子標籤的企圖並通過無線網鋭艮
更進一步來說，上述的電子標籤管理器，採用點對點方式對單個電子 標籤進行設置或使用廣播方式對多個電子標籤同時進行設置的功能。並 且，其能夠通過在線方式對電子標籤的內置軟體進行更新。定位伺服器使
用包括三角計算(Triangulation)方法在內的定位方法，根據接收到的電子 標籤定位信息，最終解算得到電子標籤和貨物的位置。並且，為了實現更 為便捷的査找定位，伺服器中可使用電子地圖和資料庫顯示並記錄貨物的 位置和環境信息。
結合圖l來具體說明，圖1中顯示了三件需要定位跟蹤的貨物，即貨 物l、貨物4和貨物8，分別處於倉庫3、運送車輛6和堆場10中。貨物l 處於倉庫3中，電子標籤2安裝於貨物1上，電子標籤2由內置電池供電。 倉庫3安裝了無線區域網接入點13，同時，在倉庫3內設有固定於已知位 置，使用外部交流供電的定位電子標籤ll、電子標籤12。電子標籤2平時 處於低功耗休眠狀態，僅在以下條件之一得到滿足時被喚醒1、電子標籤 通過運動傳感器探測到貨物1被移動；2、電子標籤通過其他傳感器探測到 周圍環境變化，如t鵬，溼度，光照等，需要記錄或報警；3、電子標籤防 盜功能探測到有非法拆卸企圖。
當電子標籤2被喚醒後，即對無線區域網信號進行掃描。獲得無線局 域網信號後，電子標籤2發送定位信息。該定位信息包含電子標籤2的唯 一標識信息和其他需要報告的內容，如觀懂的環境信息，電池狀態或報警 信息等。隨後，固定電子標籤ll、固定電子標籤12和固定電子標籤13接收到定位信息後，進行信號強度和到達時間的測量，並將觀懂到的結果通
過無線區域網接入點15轉發至網際網路20，最終通過網際網路20發送至定位 伺服器21。同樣的，定位信息本身也同樣經無線區域網接入點15轉發至定 位伺服器21。由此，定位伺服器21根據所儲存的有關固定電子標籤11、 固定電子標籤12、固定電子標籤13的位置信息和所收到的定位信號湖糧結 果，使用三角運算解出電子標籤2的當前位置，存儲於資料庫中，並顯示 在電子地圖上。
接著，貨物4裝載於運送車輛6上，且貨物4上安裝有電子標籤5，定 位電子標籤7則安裝於車輛6上。在g過程中，電子標籤5由內置電池 供電，電子標籤7由運送車輛6車載直流電源供電。電子標籤7持續接收 GPS衛星17發送的定位信號並對自身定位。在此期間，電子標籤5由電 子標籤定時器每隔一定時間喚醒，然後採用自組網方式和電子標籤7建立 無線區域網通信。電子標籤7將其獲得的自身GPS定位信息發送給電子標 籤5。同時，電子標籤7定期通過GSM/GPRS網絡16向定位月艮務器21發 送自身位置信息，並轉發電子標籤5的報告信息。
在貨物到達目的地後，電子標籤7通知電子標籤5啟動其自身的GPS 定位模塊，以最後收到的電子標籤7位置為初始位置進行快速GPS定位， 從而達到在不過多消耗電池電能的條件下，對電子標籤5準確定位的目的。
進一步來看，貨物8處於未安裝無線區域網設備的堆場10中。電子標 籤9安裝於貨物8上。同上所述，電子標籤9平時處於低功耗休眠狀態， 僅在滿足^#時被喚醒。電子標籤9被喚醒後，即對無線區域網信號進行 掃描，由於周圍不存在無線區域網設備，掃描失敗後，電子標籤9即啟動 GPS定位功能模塊，獲取GPS衛星19發送的定位信號。為節省電能，電 子標籤2並不直接解算自身位置，而是將從衛星收到的定位信息儲存在存
ii儲器中。如需要報告，則啟動GSM/GPRS通信模i央，通過移動通信網絡18 以簡訊或分組數據方式通過網際網路20向定位伺服器報告。由於在此條件下 的定位與通信的成本和能量消耗遠高於通過無線區域網進行通信及定位， 電子標籤9將根據電池消耗情況調整定位操作和報告的頻率，以保證工作 壽命。
具體來說，電子標籤管理器22通過網際網路20可保持與電子標籤2、電 子標籤5、電子標籤7、電子標籤9、電子標籤li、電子標籤12、電子標籤 13的通信聯繫。電子標籤管理器22可設置控制電子標籤工作的各種參數， 如傳輸方式，發射功率，定時器長度，報警事件設置等等。電子標籤管理
器22的另一項功能是支持電子標籤戶;fig行的軟體的動態更新。在需要進行
軟體更新時，電子標籤管理器22通過網際網路20和無線網絡轉發，將新版 軟體下載至各個電子標籤中並儲存於非易失存儲器中，並通過電子標籤復 位加載新版軟體。同時，為方便管理，電子標籤管理器22包括使用點對點 方式對單個電子標籤進行設置，也可以使用廣播方式對多個電子標籤同時 進行設置的功能。
為了令電子標籤實現更好的功能，電子標籤結構如附圖2所示包括 傳感器模塊201，電源管理模±央202，定時器模i央203，外圍接口模塊204， 中央處理器模塊205，存儲器模塊206，無線區域網通信模塊207，無線局 域網天線210， GSM / GPRS通信模i央209， GSM天線211， GPS模塊209， GPS天線212。其中，傳感器模決201和定時器模塊203與電源管理模i央 202連接，提供系統喚醒功能。傳感器模塊201包括環境監測傳感器如驢， 運動等。電源管理模塊202控制向其他模塊的供電。在發生傳感器或定時 器事件的情況下，電源管理器向中央處理器模塊205和存儲器模塊206供 電，從而喚醒電子標籤使其進入工作狀態。中央處理器模±央205與存儲器模塊206相連接，並從存儲器模±央206中讀取軟體代碼並執行。中央處理 器模塊205與通信模塊，GPS模塊209相連接。根據事先設定和當前所發 生事件的種類，中央處理器模±央205可決定啟動通信*莫塊進行無線區域網 通信，啟動通信模塊進行GSM/GPRS通信，或啟動GPS模塊209進行 GPS定位。通信模1央和GPS模塊209均配有各自相應的天線。中央處理器 模塊205和外圍接口模塊204相連接，外圍接口模塊204提供人機接口功 能如顯示，按鍵或鍵盤輸入，蜂鳴器等。當然，外圍接口模塊204還提供 其他互聯和擴展功能，如串行通信接口 (UART)，通用串行總線(USB) 等。
結合上述文字並通過附圖可以看出，本發明具有以下的優點
1、 結合多種定位和通信方式，在包括室內、室外、堆場、碼頭、皿 交通工具等，在各種環境中均能有效定位，從而達到對貨物的全程定位跟
蹤o
2、 採用單一電子標籤構建通信和定位網絡，簡化了網絡結構，降低了 網絡安裝和運行管理的複雜程度，從而有效降低了系統的安裝和運行成本。
3、 電子標籤具備多種功能，可對貨物運送儲存環境進行有效監測。
4、 通過對系統通信和定位方法的優化，有效延長了電子標籤的使用壽 命，在使用低成本鋰錳化學電池的情況下，電子標籤工作壽命可達3年以 上。
權利要求
1、貨物跟蹤監測系統，包括電子標籤、電子標籤管理器、定位伺服器，其特徵在於所述電子標籤具有唯一標識且包含GPS模塊，電子標籤安裝於貨物與貨物的運送交通工具上，各個電子標籤在近距離內相互進行無線通信，並且通過無線區域網路或者行動電話網絡，與電子標籤管理器和定位伺服器連接，其中電子標籤管理器對電子標籤進行功能設置和管理，定位伺服器接收電子標籤報告的信息，實現對貨物的跟蹤監測。
2、 根據權利要求1所述的貨物跟蹤監測系統，其特徵在於在貨 物的停放場所中，還分布有若干個固定位置的電子標籤，形成無線定位 測量點，這些電子標籤通過網際網路連接定位伺服器；安裝於貨物與貨物 運送交通工具上的電子標籤和無線定位測量點所屬的電子標籤之間直 接進行信息交換和信號測量，進行局域定位。
3、 根據權利要求1或2所述的貨物跟蹤監測系統，其特徵在於 所述的電子標籤之間通過無線自組網，或是基礎設施方式經由接入點連 接。
4.根據權利要求1或2所述的貨物跟蹤監測系統，其特徵在於 所述的電子標籤包括，傳感器模塊、電源管理模塊、定時器模塊、外圍接口模塊、中央處理器模塊、存儲器模塊、無線區域網通信模塊、GSM /GPRS通信模塊、GSM天線、GPS模塊，電源連接傳感器模塊，傳感器模塊和定時器模塊與電源管理模塊連接，中央處理器模塊與存儲器模塊、無線區域網通信模塊、GSM / GPRS通信模塊、GSM天線、GPS 模塊相連接。
5、 根據權利要求4所述的貨物跟蹤監測系統，其特徵在於所述 的傳感器模塊包括溫度傳感器，或是壓力傳感器，或是加速度傳感器， 或是溼度傳感器。
6、 根據權利要求4所述的貨物跟蹤監測系統，其特徵在於所述 電子標籤採用的電源為一次性或可充電化學電池，或是太陽能電池，或 是外部直流電源，或是外部交流電源。
7、 根據權利要求1或2所述的貨物跟蹤監測系統，其特徵在於-所述的電子標籤採用ISO-20730.2國際標準的定位信號格式；或是通過 GSM/GPRS或CDMA數字移動通信網絡，以簡訊或分組數據方式進行 遠程通信；或是採用IEEE 802.11系列無線區域網標準通信協議。
8、 根據權利要求1所述的貨物跟蹤監測系統，其特徵在於:所述 的電子標籤管理器通過點對點方式連接單個電子標籤；或是採用廣播方 式連接多個電子標籤。
9、 根據權利要求1所述的貨物跟蹤監測系統，其特徵在於所述 的定位伺服器，採用三角計算方法，根據接收到的電子標籤定位信息， 解算電子標籤和貨物的位置。
全文摘要
本發明涉及一種貨物跟蹤監測系統。包括電子標籤、電子標籤管理器、定位伺服器，其特徵在於所述電子標籤具有唯一標識且包含GPS模塊，電子標籤安裝於貨物與貨物的運送交通工具上，各個電子標籤在近距離內相互進行無線通信，並且通過無線區域網路或者行動電話網絡，與電子標籤管理器和定位伺服器連接，其中電子標籤管理器對電子標籤進行功能設置和管理，定位伺服器接收電子標籤報告的信息，實現對貨物的跟蹤監測。由此結合多種定位和通信方式，在各種環境中均能有效定位。同時簡化了網絡結構，降低了網絡安裝和運行管理的複雜程度，可對貨物運送儲存環境進行有效監測。再者，通過對系統通信和定位方法的優化，有效延長了電子標籤的使用壽命。
文檔編號H04L12/28GK101609138SQ20081012398
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月16日 優先權日2008年6月16日
發明者劉昆焱, 張衛中, 朱宇紅 申請人:蘇州工業園區優頻科技有限公司