基于双层嵌套物联网的智能仓储管理系统

我国目前正处于社会转型期, 各种群体性事件、突发性事件有不断增长的趋势, 这对治安维稳工作提出了新的要求, 而警用装备管理的水平则直接影响我国一线公安民警在维稳处突中的反应能力。

近年来, 随着警用装备研发力度的不断加强, 各种新技术、新装备不断涌现, 装备的现代化水平明显提高, 而警用装备管理的现代化水平则略显滞后。在西藏3.14事件、汶川5.12大地震、玉树地震等重大事件中, 都暴露出我国警用装备管理存在着诸多问题。装备管理的业务量在不断增长, 装备的数量、品种不断增加。警用装备业务涉及调运、仓储、分发多个环节, 如何实现警用装备的全过程、精细化管理是亟待解决的问题。

警用装备管理现代化对于实现警用装备的“资源整合、资源共享”, 提高我国公安民警维稳处突的快速反应能力, 提高警务工作的后勤保障水平有着重要的意义。公安部第一研究所以公安仓储管理为切入点, 运用现代警务理念和物联网技术, 开发并建设了基于双层嵌套物联网的智能仓储管理系统, 以实现对警用装备的全过程、精细化智能管理, 切实提高警用装备管理的现代化水平。

仓储管理是物流领域的重要环节, 提高仓储管理水平对于提高整个物流的效率十分重要。随着仓储业的飞速发展, 传统的手工仓储管理方式已无法适应新的业务需求, 这就要求一改以往传统的分散型、粗放型、人力密集型的仓储管理方式, 向集约型、精细型、技术密集型方式转变。

物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用, 有利于促进公共安全领域向智能化、精细化、网络化方向转变, 为提高仓储管理水平提供了契机。物联网是通过信息传感设备, 按约定的协议, 把任何物品与互联网相连接, 进行信息交换和通信, 以实现对物品的智能识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网技术与仓储管理的结合, 可以提高仓储的入库、出库、盘点、在库统计、移库、报废、维修等业务的效率。在物品上加贴RFID电子标签, 相当于给所管理物品赋予了唯一的身份标识, 在仓储管理的各个业务环节都可实现对物品的识别和追踪, 并实现精细到单品的、高时效性的全流程管理。

物联网的巨大市场, 掀起了一股物联网应用的热潮。物联网在仓储领域的应用应注意如下两点:

应该注意到, 仓储业务不仅涉及到对物品的感知, 还涉及到存放库房的环境状态、安全状态等多方面的感知需求;而物联网的定义也没有仅限定在RFID技术的应用, 而是将包括RFID在内的多种传感器综合运用。

物流业的发展使得全国甚至全球范围内的物资流动已很常见, 目前大型的物流公司在各地均设有库房, 如何对分散在各地的库房采集的物资和库房信息进行统一管理, 实现信息的共享是需要解决的一个重要问题。

双层嵌套物联网架构正是在这种背景下提出的。它结合仓储业务的实际需求, 构建物品管理、环境管理、安全管理三大平台, 形成储备物资仓库物联网;并将分布在各地仓库物联网作为全国范围内的感知层, 结合物联网四层、两支撑架构构建全国范围内的储备物资物联网。如图1所示。

内层物联网, 即储备物资仓库物联网, 其物品管理平台以RFID技术为感知层关键技术, 环境管理平台以温湿度传感器、水浸传感器、烟雾传感器等为感知层关键技术, 安全管理平台以视频监控、红外报警、电子门禁、电子巡更等为感知层关键技术;并辅以各种网络技术、现场总线技术、数据库技术、信息系统集成技术构建仓库物联网。

外层物联网, 即储备物资全国物联网, 以仓库物联网为感知层, 将仓库感知的RFID、视频等信息通过各种网络技术上报至全国物联网。全国物联网可以在全国范围内掌握单一物品的当前状态、仓库的环境和安全状态等信息, 并对这些信息进行分析和处理, 实现全国范围内仓储业务的管理和共享, 为实现物资的高效调运提供帮助。

双层嵌套物联网架构属国内物联网应用领域的首创, 具有架构合理、子系统独立性好、可扩展性强、易于推广等特点。

基于双层嵌套物联网的智能仓储管理系统的业务背景是全国范围内的物资调运, 物资品种的多样性、储备仓库的地域分散性, 决定了该系统的复杂性。系统业务模型以某全国范围的公安仓储物流应用为例建立, 按照部, 省、地市的三级结构进行管理, 各级物资管理部门均有其储备仓库, 如图2所示。各级物资管理部门负责其所管理仓库的物资调运、采购、业务量汇总和统计等工作。各仓库负责物资的储备业务, 包括入库、出库、维修、报废、盘点等业务。

储备物资全国物联网采用集中计算处理模式, 系统安装部署在公安部, 各级物资管理部门通过分级授权的方式使用该系统。

本文以采购入库业务为例, 对该业务模型进行介绍。采购入库业务由物资管理部门发起, 首先需要录入采购单, 并根据采购单生成调拨单, 然后将调拨单下发给待入库仓库, 如图3所示。

仓库在收到调拨单后, 根据调拨单生成入库单, 库房管理员根据入库单完成实际的入库操作, 如图4所示。

详细业务流程描述如下:

1) 储备物资管理人员登陆全国储备物资管理信息系统, 录入采购单。2) 储备物资管理人员根据采购单录入调拨单, 并将其下发给仓库管理人员。3) 仓库内勤接收调拨单。仓库内勤登陆仓储物资仓库管理系统, 接收调拨单。4) 仓库内勤录入入库单。仓库内勤根据调拨单录入入库单, 将入库单下发给库房管理员。5) 库房管理员完成入库操作。

全国储备物资管理系统主要设为以下9个模块, 如图5所示。

下面对部分模块的功能进行介绍:

1) 调拨管理:主要功能是手动接收上级下发的调拨单, 并可以转录或者转录变更, 继续下发给其他部门。2) 采购管理:主要功能是制定采购计划和采购任务。3) 查询统计:主要功能是对于库存、入库、出库、调拨、采购等业务的统计和查询。4) 预警管理:主要功能是对库存、有效期预警等进行管理。5) GIS管理:物资车辆实时位置的监控, 是将物资车辆按管辖归属分类显示, 可以对某个组织下所有的车辆进行监控, 也可以对单个车辆进行监控;同时可以查看指定时间段内车辆的历史轨迹。

仓储物资仓库管理系统的功能划分为14个功能模块, 如图6所示。

下面对部分模块的功能进行介绍:

1) 调拨单接收管理:负责从全国系统接收调拨单。2) 入库管理:负责物资的入库管理, 分为有调拨单入库和无调拨单入库两大类业务操作。3) 出库管理:负责物资的出库管理, 分为有调拨单出库和无调拨单出库两大类业务操作。4) 预警管理:负责对物资的库存量及有效期和库房的温湿度的上下限预警值进行管理。5) 库存管理:负责库存物资相关的库存物资、入库物资、出库物资等的统计和查询。6) 标签制作:负责RFID标签的制作和生产管理。7) 智能感知联动:根据仓库实地情况绘制仓库实景平面图, 仓库管理人员可以从平面图上观看到各感知设备采集的实时数据和设备的工作情况, 遇到突发事件时能够自动报警, 并将报警地的实时数据直观显示。

储备物资全国物联网构成了双层嵌套物联网的外层, 是各级物资管理部门使用的系统, 各下属单位管理部门按照分级权限管理的方式使用系统。全国系统包括Web服务器集群、交换设备、数据库服务器集群等, 构成典型的三级B/S架构, 支持各级物资管理部门的业务需求。

储备物资仓库物联网构成了双层嵌套物联网的内层。储备库的业务管理包括对物品的管理, 对库房、物资安全的管理和对库房环境状态的管理, 因此双层嵌套物联网的内层, 通过综合运用RFID、一维和二维条码、视频监控设备、红外对射传感器、电子围栏、水浸报警器、温湿度传感器等实现对物品、安全、环境的三方面管理。

物品管理平台简称物管平台, 主要针对仓库内保管的物品进行管理。仓储物资管理主要指系统中与物品管理相关的模块, 包括入库管理、出库管理、在库管理、盘点管理、维修管理、报废管理等。

安全管理平台简称安管平台, 主要结合视频监控系统、电子围栏、电子门禁、电子巡更等实现对仓库安全的管理, 并结合仓储物资管理信息系统, 以图形化的方式在页面上展示。

环境管理平台简称环管平台, 应用温度传感器、湿度传感器、水浸传感器、烟雾传感器等, 对仓库环境状态进行实时管控。

全国储备物资管理系统和仓储物资仓库管理系统采用三层开发模式, 所有事务的处理都在业务层 (BIZ) 中进行。采用数据库连接池来管理数据库连接, 可以有效利用资源, 使系统性能达到最优。

数据处理流程分为用户层、应用服务层和数据库三层, 如图10所示。用户提出操作请求, 经应用服务层的用户界面 (UI) 录入和显示, 由业务层 (BIZ) 进行处理, 通过DAO进行数据库连接, 对数据库中的数据进行查找、删除、修改、添加等操作, 并将结果通过UI向用户展示。

基于双层嵌套物联网的智能仓储管理系统的技术实施包括全国储备物资管理系统、仓储物资仓库管理系统和电子标签的生产管理系统三部分。

全国储备物资管理系统以公安部数据中心为依托进行建设, 包括防火墙、交换机、数据交换平台、远程灾备中心、应用服务器、数据库双机热备、网络设备等, 满足全国、省、市三级业务需求。

仓储物资仓库管理系统部署在仓库所在地的机房, 包括应用服务器、Web服务器、交换设备, 同时还包括仓库内部的各种感知设备和网络汇聚设备。仓储系统与全国系统通过数据交换平台实现数据通信。

标签制作中心部署了一套电子标签的生产管理系统, 涵盖了从标签的出入库记录, 库存量预警、查询、分类处理, 标签电子信息的写入、擦除, 标签信息打印等内容, 它通过互联网与全国储备物资管理系统相连, 实时接收全国储备物资管理系统下发的标签制作任务, 并在完成标签制作任务之后及时向全国储备物资管理系统反馈执行结果。

物联网作为我国战略性新兴产业的一个重要组成部分, 具有广阔的应用前景。目前我国的物联网正处于起步发展阶段, 存在诸多问题需要解决, 例如关键核心技术有待突破、网络信息安全存在隐患、产业基础薄弱等问题。但随着一批又一批具有示范作用的物联网应用项目的开展, 长期困扰物联网发展的问题将会逐步得到解决, 物联网的优势将会逐步显现。本文以公安仓储管理为例, 探讨了物联网应用中的问题, 提出了一种基于双层嵌套的物联网应用框架, 对于提高公安仓储管理水平有着重要的意义。