现代物流中心车辆三维智能引导系统技术.docx
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现代物流中心车辆三维智能引导系统技术
盐田港现代物流中心
仓储车辆智能无线引导追踪系统
《技术建议书》
1.概述
随着经济全球化进程的加快和国际贸易快速发展，大大推动了航运业界超大型集装箱船舶运输和班轮公司大型化、联盟化的迅猛发展。
在这样的市场环境下，世界各地的港口处于严密而又有序的国际化经济网络中，在追求高效益的同时，不断谋求对己有利的竞争环境和竞争地位。
在现代港口竞争因素多元化、港口经营国际化、港口腹地经济贸易化和港口信息化的今天，信息化建设，无疑为港口提高服务质量和服务水平，进而强化整体竞争实力提供了重要手段。
港口作为国际海陆间物流通道的枢纽，在现代供应链中处于越来越重要的战略地位。
信息技术作为一种能带来高效率的长期战略，在港口物流的竞争中得到了空前的重视。
港口信息化已成为发展港口物流的主题。
信息化是世界物流业发展的大趋势，信息化将最新的信息技术与管理技术和物流活动相结合，对企业而言，可以挖掘到更多的资源，并创造利润。
近几年来，许多港口都比较重视信息化建设，计算机应用水平有所提高，但现代物流信息技术发展现状仍相对落后，需要对其进行建设和完善。
任何货物在实现空间位移的同时，必然伴随着相关信息的流动，因此，港口在实现货物流动的同时，必须有效地处理大量信息。
港口信息化程度越好，港口物流的效率便越高。
港口信息化的根本目的是突出区域物流枢纽的数据交换和信息共享的特点，综合运用现代信息技术，开发利用港口物流经济信息资源，支持港口生产经营活动的高效经济运作，带动企业经济的发展。
2.需求分析
盐田港现代物流中心致力于打造以先进的软硬件环境为依托，强化其对港口周边物流活动的辐射能力，突出港口集货、存货、配货特长，以临港产业为基础，以信息技术为支撑，以优化港口资源整合为目标，发展具有涵盖物流产业链所有环节特点的港口综合服务体系。
在港口物流操作过程中，主要存在装卸搬运、运输、辅助加工、仓储服务、其他港口服务以及信息处理活动，其流程如图1所示。
图1：
港口物流流程图
港口物流是提高港口竞争力的重要环节：
有利于提高港口的服务质量；增加港口中转量，提升枢纽港形象；促进港口吸引客户，聚散货源和港口自身的建设。
而港口物流中的车辆运输活动是港口物流最重要活动之一，决定了港口物流中心车辆活动是否先进、高效，进一步影响着整个港口的信息化发展和经济效益。
盐田港现代物流中心一期工程包括A区仓库（4层）、B1区仓库（5层）、B2区仓库（5层）、相应的进出库区盘道和行车道（3-4层）及综合办公楼（9层），共11个闸口，总建筑面积约26.2万平方米。
由于港口物流仓储区域的面积、结构和功能等特殊性，对物流中心交通组织信息化中的车辆智能引导活动提出了很高的要求。
车辆智能引导系统属于交通组织的范畴，但不仅仅只是交通组织系统的一个子模块，它在很大程度上增强了交通组织的功能，是交通组织的核心，极大提高了整套管理信息系统的技术含量，提升了物流活动的核心效率。
但目前国内港口物流的车辆导引技术手段普遍落后，很多环节需要人工干预。
进入仓库区域车辆无法迅速找到正确位置、未进入的则需在闸口前排队办理业务、人工处理的效率和错误率等诸多问题，不仅使港口物流服务水平低下，影响了服务质量，也让港口的出口企业客户蒙受到经济损失。
更使自身的实力大打折扣。
为了提高车辆活动的信息化管理水平，规范货车入库及出库的管理，急需搭建一套智能化的监控引导指挥平台。
仓储三维车辆智能无线引导系统的出现恰好解决了这一问题。
仓储三维车辆智能引导系统是一套高科技含量的室内外无线立体导航系统，专门针对港口仓储物流基地车辆活动设计。
系统对进入仓库的拖车进行精确实时智能导航，使车辆能快捷方便的行驶至需要到达仓储区域。
系统主要由：
定位引擎服务器、核心控制器、定位控制器、定位探测器和导航终端组成。
3.系统原理介绍
本系统是依靠三维仿真、无线定位、路径导航、语音双向对讲等四大基础技术构成。
首先通过三维仿真技术建立仓储区域三维仿真地图及内部剖面立体结构图；通过无线定位功能，对进入仓储区域的货车进行实时精准定位；位置信息通过无线传输通道回传到调度中心管理系统，使用路径导航技术实现自动道路路径规划，结合语音/图像提示等功能，最终在后台及终端实时显示车辆状态；同时对进入仓储的货车进行精确的导航。
系统还可以配合视频监控，实时记录、调取车辆的进出和作业情况。
系统的工作过程如下：
货车在进入仓库的闸口处领取导航终端，选择目标区域；定位探测器对导航终端进行探测并上报数据，定位服务器进行后台运算并显示货车的精确位置并下发定位导航路径，导航终端通过图像和声音提示的方式引导货车进入仓库，到达目的区域。
3.1专用无线网络覆盖系统
由于WLAN无线网络方便灵活的优势和近些年来的大规模应用，使得不少港口码头的数据传输通道采用了该种方式。
但面对众多厂商技术水平的参差不齐，打造一个完全符合盐田港现代物流中心实际、高效、安全、节省、价值最大化的无线网络，既出色的承载了引导系统，又使得网络物尽其用、一网多用、节省投资，是建设该网络的初衷和最终目标。
专用无线网络覆盖系统主要包含两个部分：
WLAN信号综合分布和无线网络控制。
一套信号综合分布可以同时满足多种物流中心无线设备的接入；同时支持多种无线通讯协议，包括802.11a/b/g/n、WMTS、RFID等。
仓储区域铺设专用无线网络，接入多个无线应用系统，从而避免重复建设，简化无线应用系统架构，降低维护成本。
在实际应用中，每路无线负责覆盖一个物理或逻辑仓储区，每路分布系统包含一台基站，若干个天线、功分器和耦合器。
其中基站将一个或多个无线应用子系统通过双向放大、合路、滤波等信号处理后，由一个或几个信号输出口输出到信号综合分布系统中，使得一个或多个互不干扰的信道或协议可以独立或协同工作。
当移动终端在一路信号综合分布系统下移动时，它会始终与同一个子系统关联，并保持良好的链接，在移动过程中始终保持良好的带宽稳定性和较低的通讯时延，不会出现基站间跳转和切换所带来的各种问题。
与传统无线AP的对比
WSDS无线网络覆盖系统
传统无线AP覆盖
兼容性
一网多用，兼容性好，可以支持各种港口专用设备的无线接入
只提能供2.4G频率上网用，兼容性差，无法接入专用的设备
协议标准
802.11a/b/g/n
802.15.4
IEEE1073
802.11b/g/n
稳定性
系统稳定性好。
✓信号覆盖均匀，无盲点
✓带宽稳定，无丢包，无基站间切换
✓无同频干扰
系统稳定性差。
✓在2.4G频段上很难避免同频干扰
✓同一区内存在AP间切换、延时、掉包问题
✓受到同频干扰及AP切换的影响，覆盖有盲点，带宽不稳定
可靠性
可靠性高。
支持全网络的负载均衡冗和余备份，任何电源或设备的故障均不影响网络的使用。
可靠性低。
无法进行负载均衡和冗余备份，其中一个AP故障，将导致该AP覆盖区域的网络中断。
管理与维护
易管理、系统维护成本低。
系统故障率低，有源设备集中放置，易于维护和管理。
不易管理、系统维护成本高。
系统主要由有源设备组成，故障率高，故障定位困难，系统可维护性差。
扩容性
可线性扩容。
带宽容量和并发用户数可以通过多信道合路来线性扩容
无法线性扩容。
受信道干扰影响，系统容量与信号质量间存在矛盾，无法进行线性扩容
安全性
设备物理安全性好。
有源设备集中放置在弱电井，设备物理安全有保障。
设备物理安全性差。
仓储属于开放环境，AP设备到处安放容易产生安全隐患。
专用无线网络的“一网多用”
1.通过该专用无线网络建设，可节省招标文件中“综合办公楼及仓库办公楼部分的主要区域无线覆盖”投入；
2.通过该专用无线网络，可完全取代对讲系统，实现高质量、全区无盲点语音通话；
3.通过该专用无线网络，可无缝完美实现对招标文件中“车流量监测系统”的网络承载应用要求；
4.该网络对多种无线应用做到了很大的前瞻性设计（如移动办公），能高效、广泛支持。
3.2无线RFID定位机制
鉴于现代物流中心现场环境是多个多层仓库组成，大部分为实内分布环境，无法通过GPS相关技术实现定位需求。
通过RFID与WI-FI相结合的定位技术，能有效实现系统效果。
要实现车辆的智能化导引，对车辆进行精确的定位是首要前提。
在盘旋及入口部分至少要达到10米精度，装卸码头位置至少要达到5米精度。
才能真正有效实现智能引导。
现阶段，应用比较广泛的RFID定位在区域定位技术上，通过该技术只能得知比较粗略的一个较大范围位置信息。
根本无法实时的对移动中的目标进行精确定位。
而且区域定位精度完全取决于读头的覆盖范围，如果要实现10米精度，就需要每10米布放一个读头，如果要精确到3米，读头就将布置的非常密集。
成本将非常高。
完全采用此方式，对于本物流中心是不可行的。
本建议书采用基于RSSI检测的RFID定位技术，加入RSSI强度检测模块。
当一个读头在一条直线上无阻挡读取标签时，读到标签的RSSI是规律变化的。
通过建模计算出标签此时距离读头距离。
如下图所示：
但无线信号受传播环境的影响很大。
当有阻挡时，直线径的强度低于其它反射路径的强度，而且信号是由点为中心向外发散的，有多个对称位置的RSSI值相同，无法做出判断。
就需要进行联合检测。
如下图所示：
当一个标签发出的无线信号被多个读头读到时，到达每个读头的RSSI不同，通过不同位置读头的计算模型计算出标签相对每个读头的位置，再通过后台定位服务器进行修正计算，便可以得出标签精确的位置。
根据现场环境，在无阻挡情况，三个读头能达到3米精度，6个读头可以达到0.5米精度。
但实际工程中，由于无线环境复杂，通常标签会有多个面被阻挡，需要6～8个才能达到3米精度。
盐田港现代物流中心将采用区域定位和RSSI联合定位两种方式。
入口通道、盘旋将采用区域定位方式引导车辆进入不同的楼层，精度10～20米，控制车辆不会进错楼层。
卸货区采用RSSI联合定位，控制车辆进入正确的卡位。
3.3系统数据传输机制
1由导航终端发送终端设备ID号至定位探测器，定位探测器接收ID号的同时检测其信号强度；
2定位探测器将终端ID号、信号强度、定位探测器ID号等信息封装成标准报文，通过WIFI模块发送至定位控制器；
3无线网络由定位控制器组成，无线网络将定位探测器上报的报文送至机房内的核心控制器再转发至服务器；
4服务器根据收到的多个导航终端信息进行计算处理，得出终端坐标，写入数据库。
同时计算出终端的路径，传送至应用软件服务器，结合应用软件呈现给后台中心用户；
5应用软件服务器收到终端路径后，实时向导航终端发送最新坐标位置、语音提示等一系列指令。
指令先通过核心控制器转发至无线网络，无线网络下行至导航终端的WIFI模块接收；
6导航终端调用接收到的指令信息，实时对库位进行确认和动态引导。
3.4软件架构介绍
系统整体技术设计采用当下最流行高效的JAVA技术实现，JAVA适合构建成熟、稳定、大型的系统应用，并且可以跨平台（Windows系统、Linux系统或Unix系统）应用的开发。
系统的架构上采用C/S模式构建。
监控服务器采用JAVA实现，接受系统数据和处理系统数据；客户端采用Android操作系统，使用JAVA开发本地应用程序，执行导航操作。
系统架构图如下：
3.5系统硬件介绍
系统的硬件部分由服务器、核心控制器、定位控制器、定位探测器和导航终端组成。
如下图所示：
3.6仿真三维地图创建
本系统将建设仓储区域总面积约26.2万平方米的仿真地图，仿真地图建设将以仓库区域高精度卫星图或建筑结构底图为基础，通过数据采集人员实地对各个仓库建筑的外立面信息及仓库区域内的道路、地形信息进行数据实地采集、勘测，由三维建模人员按照采集的数据对仓库区建筑进行三维模拟。
三维仿真地图不仅将作为车辆定位导引系统的数据源及定位基础，保证前端后台数据一致。
而且在今后物流中心其他增值性智能化应用（如货物远程状态在线监测等）涉及地图使用中将发挥重要基础性作用。
4.系统硬件
该车辆智能引导系统硬件主要由：
前端导航定位、无线网络传输、后台控制管理三大部分组成。
前端导航定位主要包括的硬件设备有：
导航终端、定位探测器
无线网络传输的硬件设备有：
定位控制器、核心控制器
后台控制管理的硬件设备有：
服务器（计算、应用、数据库）
4.1前端硬件设备
4.1.1导航终端
该系统导航终端外观采用类车载GPS导航设备，融合当下流行的PDA元素设计。
采用安卓智能平台系统，多点触控，平滑操控。
易上手、人性化，高效、安全、稳定、美观。
主要功能有：
1.导航终端可以手动设置引导目标区域，当出现引导目标和实际目标不相符时，可由后台人工语音通知或自动告警；
2.通过导航终端内置的唯一ID编码，可以通过后台软件控制前端定位探测器标识区别进场车辆；
3.导航终端最终接收由后台中心通过定位控制器下发的实时位置、路径信息；
4.导航终端具有与后台调度中心无线实时通话的功能，同时导航终端内置软件具有对车辆驾驶人员实时图像、语言提示引导。
4.1.2定位探测器
定位探测器与导航终端作为前端设备，是系统实现实时定位功能的一个中间核心部件。
其主要功能是：
对导航终端进行联合探测，上报导航终端的位置数据，向定位服务器实时提供数据计算出货车的精确位置。
4.2网络传输硬件设备
4.2.1定位控制器
定位控制器在整个系统运行中主要负责两方面的机制工作：
1实时信息数据的上传下达
2对前端定位探测器的硬件控制
但定位控制器，作为整个专用无线网络覆盖系统的前端，在整个定位引导系统乃至整个物流中心信息化基建中是具有举足轻重、无可替代的核心位置的。
它好比一条信息高速公路，所有数字化、信息化、智能化的应用、效果及扩展，能跑多快多好，全耐于此。
4.2.2核心控制器
核心控制器是整个系统中唯一与后台中心服务器直接进行信息交流的部件，类似OSI模型中上层会话表示层的职能。
核心控制器主要实现了对定位控制器的管理和控制，并承担定位控制器各种数据流与定位服务器数据流之间的协议转换功能。
同时作为专用无线网络覆盖系统对未来多应用多协议的接入的支持支撑部件，体现出前瞻性和广泛兼容特性。
4.3后台控制管理设备
主要包含对系统应用及管理的后台服务器，按功能划分主要有以下三部分：
1定位服务器：
Ⅰ.根据接收到的实时前端数据，进行数据模型计算，得出位置信息。
最终实现后台对前端的实时定位功能
Ⅱ.根据前端目标引导区域，进行引导路径计算，并向应用服务器提供路径智能引导数据信息
Ⅲ.实时计算比对车辆实际行进行为与预置提供路径数据，对非正确车辆活动发出告警
2应用服务器：
接收来自定位服务器的路径分析数据，由应用服务器向前端下发所需功能及应用数据
3数据库服务器：
定位服务器及应用服务器所需保存、查询、调用、挖掘、共享数据均要求写入数据库中
5.系统软件
系统的软件部分由后台中心管控系统、终端导航系统、仿真地图三部分组成。
5.1后台中心管控系统
后台中心管控系统部署在仓储物流中心后台服务器，主要负责收集各个车辆的位置信息、下发调度指令到各个车辆终端，规划管理地图数据、规划管理路径，RFID信息管理、WIFI信息管理、终端信息、系统参数设定，车辆运行时间统计、车辆导航统计、其他统计报表等信息。
5.2前端导航系统
本系统基于货车入库精确实时定位及引导的需求，开发的一套应用于车载导航终端的车辆导航信息系统，系统将提供基于RFID的定位功能，能通过RFID方式将位置信息无线回传至后台中心，并能实现语音/图像的道路提示、预告警等功能；
地图终端采用Android操作系统，使用Java开发，界面类似如下：
其主要功能模块如下：
1自动导航
显示当前车辆所在的地图，导航规划路径，本车在地图上的信息和运行轨迹图形；显示其他车辆在地图上的位置信息
2路径说明
详细说明所将经过的路径中各节点的信息，起到对导航的补充说明
3地图逐级分层次呈现
地图多级呈现主要通过缩放控件可以对地图显示级别进行快速操作；用户可以根据自己的要求对缩放控件是否显示进行设置。
可按照分级的方式进行放大缩小，每个等级都有独立的地图。
能够提供多个等级地图的放大，第一级地图显示的建筑和道路最大
4仓储信息查询及漫游
仓储地图信息查询展示能够查询具体地物的信息，对仓库的信息查看。
当点触控停留在地图建筑物上，会显示建筑物的名称、地址等具体自定义信息；若点击仓库，系统将通过数据关联机制，快速的读取仓库信息页，页面上将具体展示仓库详细信息内容。
地图漫游能实现用户对地图的基本漫游操作，包括地图的放大、缩小、上移、下移、左移、右移功能；地图使用者可以通过触摸屏来进行地图的各种智能拖拽动作
5车辆偏离报警
系统将提供车辆路线规划功能，可设定车辆的导航线路。
当车辆行驶出现错误或偏离导航线路时，系统会语音及文字提示车辆偏离告警信息
6地图信息索引
系统平台建立了完善的地图索引库及智能分词匹配，提供了一个强大的地图信息查询搜索引擎。
引擎支持关键字模糊搜索功能和分类搜索功能，搜索的结果在地图中通过自定义形象的图标显示出来并与实际的位置准确智能对应
7双向语音辅助引导
后台系统管理人员通过三维地图实时查看每辆入库车辆的行驶轨迹和位置信息，在必要情况下，可通过语音方式向某一辆车或是某一集群车辆辅助发送引导命令
5.3三维仿真仓储地图
三维仿真的多角度地图要构建三维虚拟场景，按照预设角度进行分区域无缝渲染，生成多角度三维地图；对所述三维地图的图片进行切割、并对切割后的地图按角度进行数据编码和组织管理；按照所述地图数据编码和组织管理读取切割后的三维地图以使所述三维地图在多个角度进行地图变换；最终下发在导航客户端窗口中填充地图。
上述对三维地图的图片进行切割、并对切割后的地图按角度进行数据编码和组织管理，实现了在后台浏览器被快速的加载显示，提高浏览速度，并且不需要安装插件即可在网络客户端实现二维、遥感、多角度的三维地图之间的地图浏览。
项目需建设仓库区总面积约20万平方米的三维仿真地图，要求能直观的展示仓库区内各个仓库的立面效果、分布情况、仓库区的地形情况及道路分布情况及每个仓库间的连通道路等情况，为货车位置导航提供基础数据底图；建设的地图通过管理中心系统加载和下发到各个导航终端。
6.设备技术参数
6.1定位服务器
技术指标
主机箱
2U机架式服务器,可支持Inter四核5600系列处理器,可扩至两路处理器,0GB内存,最大可扩充至192GB,可选支持RAID0/1,或可选支持RAID5,DVDR/W,标配1个电源,集成双口10/100/1000自适应网卡,主机箱中带有上架套件（导轨/导轨螺钉）
处理器
AddlIntelXeonProcessorE56204C2.40GHz12MBCache1066MHz80w
硬盘
300GB10KSAS2.5"HSHDD
内存
4GB（1x4GB,2Rx4,1.5V）PC3-10600CL9ECCDDR31333MHzLPRDIMM
电源
675wPowerSupply
Raid卡
ServeRAIDM1000SeriesAdvanceFeatureKeySRM1015RIAD5UpgradeNoCache/Battery
其他选件
VirtualMediaKey
其他选件
超薄多功能内置光驱DVD-RW
其他选件
USB键盘（带定点设备）
其他选件
USB双键滚轮光电鼠标
其他选件
USB三键光电鼠标
其他选件
USB全尺寸键盘
输入电压
AC100～240V50～60Hz
标称功率
600W
环境要求
工作温度:
0°C～+40°C
工作湿度 :
5%～80%（无凝露）
工作温度:
-20°C～+40°C
工作湿度 :
5%～95%（无凝露）
6.2核心控制器
技术指标
可管理接入点数量
512，不受license限制
冗余备份
支持
认证方式
支持本地WEB认证；
支持802.1X/WPA/WPA2认证
支持MAC地址认证及开放接入
支持本地RADIUS服务器及RADIUSClient配置
支持RADIUSProxy配置
支持LDAP认证
支持与第三方用户数据库对接认证
生成及管理X.509数字证书
基于802.1X下的多种EAP封装（TLS,PEAP/MSCHAP,TTLS）
IVPN协议
支持L2TP、PPTP、IPSec
安全规范
支持802.1i标准、支持WPA标准
网络接口
4个10/100/1000Base-TX以太网口
环境要求
工作温度:
0°C～+40°C
工作湿度 :
5%～80%（无凝露）
工作温度:
-20°C～+40°C
工作湿度 :
5%～95%（无凝露）
输入电压
AC100～240V50～60Hz
标称功率
180W
6.3定位控制器
技术指标
覆盖范围
1500㎡（典型）
冗余备份
可选
安全标准
WEP、dynamicWEP、TKIP、WPA、WPA-2
采用协议
EAP、PAEP、TLS、TTLS、LEAP、EAP-FAST
Qos
支持
接收灵敏度
802.11g
传输速率
最高54Mbps
RF接口
N-F
阻抗
50欧姆
网络接口
10/100/1000
物理尺寸L*B*H（mm）
340*274*113
工作环境
工作温度-20°C～60°C，工作湿度：
10%～95%（无冷凝）
输入电压
AC90～240V
功率范围
90W
6.4定位探测器
技术指标
工作频率
2.400-2.4835GHz
频道数
120
跳频方式
广谱跳频（FHSS）或定频，由软件设置
调制方式
GFSK
通讯速率
1Mbps
接收灵敏度
-95dBm
通信接口
RS-232接口、10/100M自适应以太网接口
通讯扩展接口
RS-485接口、CAN总线接口
无线扩展模块
802.11模块
I/O接口
2路继电器输出、2路触发输入
固件升级
串口
应用软件平台
提供基于C++和C#的API函数包
支持标签协议
私有协议
读标签距离
8~170米（取决于标签输出功率）
读取速度
<120公里/小时
最大同时识别标签数
200
标签识别率
>99.99%
尺 寸
Φ330mm×126mm
电 源
AC180V~240V
功耗
300mW
工作环境
工作温度:
-40°C~+70°C、 工作湿度 :
10%~95%（无凝露）
6.5导航终端
技术指标
处理器
S3C2440
存储器
64MBSDRAMROM
显示输出
5.0"TFTLCD,480x272分辨率,触摸屏
音频输出
内置1.5W喇叭和立体声耳机输出接口
扩展卡槽
支持SD/MMC存储卡
通讯协议
ISO18000-6C/18000-6B、IEEE802.11b/g
重量
250g
尺寸（mm）
L120*W80*H22
电源
内置3.7V锂电池，通过外
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