基于安全智能锁的进出口货物物流监控平台设计与实现Word下载.docx
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表索引
第1章绪论
1.1研究背景与意义
据海关总署发布的数据显示，2015年，我国货物贸易进出口总值24.59万亿元人民币，比2014年下降7%。
2014年，我国进出口货物量38.9145亿吨，同比2013年增长8.1%，比2013年增长3.7个百分点。
其中，进口货物量为23.7198亿吨，同比增长3%；
出口货运量为15.1947亿吨，同比增长了17.2%。
随着进出口货物物流的不断发展，进出口过程中，海关、检验检疫、边防、海事等部门对进出口过程中的通关物流监控能力与物流发展需求之间的矛盾日益突出，掌控物流过程和提高通关效率难以有机统一。
因此，强化信息化系统特别是物联网技术对一线通关监管作业的预警、调控、监督作用，建立新型通关运输物流监控模式迫在眉睫[1]。
从进出口贸易通关物流信息监控现状看，现有监控数据主要来源于企业的自主申报，通关物流监控信息化手段相对落后，缺乏对实际进出口贸易货物物流信息的提取和掌握，难以提高对货物的追踪和控制能力[2]；
从监管部门的人力资源现状看，随着现场监管任务的加重，一线监管人力资源不足的矛盾将加剧，只有以科技为先导，提高监管技能和效能，才能将有限的人力充实到更为需要的监管作业环节[3]；
从防范风险看，将监管作业全过程置于信息化监控之下，最大程度地排除人为因素和执法随意性，有助于完善对监管作业的监督制约，防止一线权力倒挂和自由裁量权滥用的情事发生。
只有实行全程可视化、智能化、自动化的进出口贸易通关物流监控模式，通过物联网技术和信息化的手段，加强科学监管、实际监管，才能达到有效监管、高效运作的目的[4]。
通过建立基于物联网技术的进出口货物物流监控平台，应用物联网、移动通讯等先进技术，可以有效提升海关、海事等监管部门的监管效能，减少人工干预，实现进出口货物运输监管智能化。
通过为监管部门及决策人员及时提供货物的位置、运行轨迹和状态的实时准确信息，实现货物运输的在途全程监控，确保物流链全过程的可追溯、可管控。
1.2国内外研究现状
国际电信联盟（ITU）称物联网是通过二维码识读设备、射频识别（RFID）装置、全球定位系统（GPS）、红外感应器和激光扫描器等信息传感设备，按事先约定的协议，把物品与互联网连接后进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网是通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的一种技术[5]。
物联网技术主要包括三项关键技术[6]：
（1）传感器技术。
这是物联网的触觉所在，也是物联网之所以万物互联的根本因素；
（2）通信技术。
目前主流是通过无线Wi-Fi、蓝牙、RFID、GPRS、3G、4G等实现物与物之间的通信，定义每一个物品的MAC地址，用来标识与采集信息；
（3）嵌入式系统技术。
物联网的核心大脑，通过计算机、软件、云计算等汇总而成的数据中心。
利用物联网技术来实现对外贸进出口货物在通关运输过程中的物流全程可视化监管和监控，在世界以及我国已经有了一定的技术基础和应用基础。
（一）在国际上
物联网目前已成为许多国家发展的战略，2005年4月8日，国际电信联盟在日内瓦举办的信息社会世界峰会上，专门成立了一个提供在国际上讨论物联网的常设咨询机构：
“泛在网络社会（UbiquitousNetworkSociety）国际专家工作组”。
会后，许多国家根据这个工作组的报告开始谋划“物联网”的发展战略，并在军事、工业、农业、环境监测、建筑、医疗、空间和海洋探索等领域投入应用[7]。
Ø
美国
美国国家情报委员会（NIC）将物联网技术列为六种最关键技术的其中之一，并在《2025对美国利益潜在影响的关键技术》报告中进行了发表。
同时，美国国家科学基金会在"
全球网络环境研究"
（GENI）项目中，也把基于下一代互联网组建传感器子网作为一项重要内容进行阐述。
在2005年，美国国防部建立了重点研发项目“智能微尘（SMARTDUST）”。
在2009年，美国颁布的《2009年美国恢复与再投资法案》中，提出将重点投资建设与物联网技术直接相关的卫生医疗信息、智能电网和教育信息等技术应用来刺激经济的恢复[25]。
欧盟
2005年4月，欧盟执委会正式公布了5年欧盟信息通信政策框架“i2010”。
这个框架提出，为迎接数字融合时代的来临和适应全球化的数字经济，发展更具市场导向、弹性及面向未来的物联网技术，必须整合多种类型的内容服务、终端设备和通信网络等，并提供一致性的管理架构。
2006年9月，芬兰和欧盟委员会共同举办了i2010——创建一个无处不在的欧洲信息社会。
为了推动数据经济的发展，自2007年至2013年，欧盟共计投入研发经费532亿欧元推动第7期欧盟科研架构（EU-FP7）研究补助计划。
日本
2004年，日本推出了基于物联网的“U-Japan”国家信息化战略。
其中“u”代指英文单词“ubiquitous”，意思就是“普遍存在的，无所不在的”。
这个战略是希望催生日本新一代信息科技革命，实现无所不在的便利社会。
该战略的目标是到2010年，通过建立一个无所不在的物联网，创建一个新的信息社会，使所有的日本人都能积极地参与日本社会的活动，把日本建成一个充满朝气的国家。
U-Japan战略的理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的联接。
为了实现U-Japan战略，日本进一步加强官、产、学、研的有机联合。
在具体政策实施上，将以民、产、学为主，政府的主要职责就是统筹和整合
目前，在日本物联网技术已深入到人们的衣食住行中。
如松下电器公司研发的家电网络系统，可通过冰箱内部的镜头远程查看存储的食品状态，可通过远程网络控制电饭煲进行自动的下米、加水、做饭和保温控制，可通过手机进行菜谱的下载等；
同时，日本人们还可通过各种网络（如移动通信网、数字电视网和有线通信网等），不管在车上、家里和公众场合，都可以便捷、快速、自由地享受各种信息服务。
韩国
2004年2月，韩国情报通信部发表了“IT-839计划”，这个计划被视作“u-Korea”战略的先导。
随后，韩国信息通信产业部在3月提出了为期10年的u-Korea战略，其目标是“在全球最优的泛在基础设施上，将韩国建设成全球第一个泛在社会”“u-Korea”战略目标是通过建设智能网络、最新的信息技术应用等信息基础环境建设，运用IT科技为民众创造食、衣、住、行等各方面无所不在的便利生活服务，建立无所不在的信息化社会，强化产业优势与国家竞争力。
“u-Korea”战略主要涉及“平衡全球领导地位”、“生态工业”、“现代化社会”、“透明化技术”4项关键技术和“亲民政府”、“智慧科技园区”、“再生经济”、“安全社会环境”、“u生活定制化服务”5大应用领域的建设。
（二）在我国
目前，在我国，物联网技术也已经充分运用在各行各业之中，具有广阔的应用场景。
例如，把感应器嵌入和装备到桥梁、隧道、供水系统、电网、铁路、公路、建筑等各种物体中，通过遍及政府工作、公共安全、智能交通、环境保护、平安家居、智能消防、工业监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控等多个领域应用，将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合[8]。
在这个整合的网络当中，通过中心计算机群对网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制[9]。
自从2009年前国务院总理温家宝提出“感知中国”以来，中央和地方政府对物联网行业在资金和政策上均给予了大量的支持。
无锡市率先建立了“感知中国”研究中心。
2012年工信部制定了《物联网“十二五”发展规划》，提出重点培养物联网产业10个聚集区和100个骨干企业，实现产业链上下游企业的汇集和产业资源整合。
2012年也因此成为了中国物联网整体实施的元年[10]。
（三）在进出口领域
1993年，国务院提出实施金关工程,金关工程就是要推动海关报关业务的电子化和自动化，通过电子化的报关形式，节省传统报关单据传送的时间和成本。
在2001年，海关总署正式启动了金关工程的建设。
金关工程的总体建设核心内容分两项：
一是建设海关内部监管的通关作业系统；
二是中国电子口岸以及地方电子口岸平台建设。
电子口岸平台的建设是基于海关内部各系统的互联互通基础上，利用最新的信息技术和网络，将海关、检验检疫、税务、外汇、工商、公安、政府、港口、码头、场站等部门的涉及进出口业务的相关信息流、资金流、货物流进行整合和交换，使得各部门可以通过跨部门、跨行业的信息互换，达到外贸进出口数据联网核查，达到“信息互换、监管互认、执法互助”的目的。
同时，企业可以通过网上办理通关、退税、结汇等手续，极大便利企业[11]。
2012年初，海关总署启动了海关金关工程（二期）相关工作，其核心是希望在已建成的基础上，通过顶层设计和科技创新，采用物联网、云计算等新技术，发挥海关在国家建设发展中的关境保护作用，实现科技业务一体化，全面提高海关信息化建设水平。
目前，建立基于物联网技术的进出口货物物流监控平台，已经具有良好的可行性，具体表现在：
（1）海关具备了良好的物流监管基础。
从现行业务管理实践看，海关已对物流监控工作进行了一些创新，如利用AIS系统对船舶实现了全程可视化跟踪监控，部分现场应用了智能化的卡口自动识别系统提高物流监管效率等，各种管理创新在海关物流监控业务中都发挥了关键性作用，取得良好效果，在业务上是完全可行的。
（2）海关监管场所规范建设工作得以加强。
《中华人民共和国海关监管场所管理办法》（署令第171号）的实施，使得海关规范并加强了对监管场所的管理，不断提高关区监管场所科技应用含量，为实施物流智能监管打下了坚实的基础。
（3）先进的物联网技术、移动视频技术为平台建设提供了充分的技术支持。
经过近年来的物联网研发应用实践，海关在卡口系统、场地监控系统等方面均已有应用RFID电子车牌、安全智能关锁、集装箱号自动识别、电子地磅、运输工具联动抓拍、GPS定位、LED显示、音频报警、电动栏杆等多种技术装备的成功案例，实时、自动地对进出口物流实体进行识别、定位、追踪和监控[12]。
深圳海关利用自动感应技术和互联网技术相结合，建立了物联网监管平台。
这个平台的应用主要体现在以下几个方面：
（1）所有物品增加电子标识，拥有自己的电子身份证
综合运用RFID和传感器技术，为海关涉及到物品增加标识，如海关作业和工作人员带有包含身份信息的标识、车辆增加汽车电子标识、操作工具增加抗金属标签，通关物品根据产品情况带有各种电子标签等，从而构建出物联网的基础网络单元[13]。
（2）统一调度指挥
通过利用物联网技术，将海关管理和监管中涉及到人、车和物的身份信息和状态进行采集和统一管理，对于数据通过集中分析处理结合智能海关监控指挥系统、进出口企业诚信管理系统、税收监管系统和海关物流监控系统，形成全面的监管，对于各个系统进行统一指挥调度。
（3）立体实时监管
通过物联网技术，结合视频监控、GPS/北斗、3G/4G通讯传输技术、三维建模和GIS等综合运用[14]，可以实时、立体地对进出口物品和运输工具进行监管，监管人员通过屏幕实时查看产品信息、位置信息、报关信息等，提高监控能力，能够对监管信息进行实时分析和风险研判、进行快速反应和应急处置。
同时，也可以对于海关机场、码头等正在作业的人员和工具等进行监控，便于合理分配资源，缩短作业时间和提高工作效率[15]。
1.3研究目标和内容
1.3.1研究目标
本文的研究目标是在传统的外贸进出口货物通关运输过程中，通过研发融合RFID、GPS、GPRS等技术的安全智能锁，设计并开发外贸进出口货物通关运输的物联网物流监控平台。
通过该平台，实现外贸进出口货物通关运输过程中车辆位置、安全智能锁状态、位置偏移、超时预警等信息数据的实时采集并上传，使得各监管部门能进出口监管货物在运输过程中出现异常变化实时监控，能及时告警并提醒监管人员采取监管和处置措施，从而保证各监管部门监管人员对货物通关运输的自动化、电子化和智能化监管。
1.3.2研究内容
针对以上研究目标，主要研究内容包括：
（1）安全智能锁设计
1设计集成RFID、GPS、GPRS等模块的安全智能锁设备
2设计安全智能锁状态数据采集的通信业务报文和通信协议。
3设计安全智能锁交互的指令定义和指令发送协议。
（2）数据采集设计
通过安全智能锁集成的RFID、GPS、GPRS等芯片，实现运输过程中的车辆、货物和安全智能锁的状态、位置和异常告警等信息采集。
（3）物流监控平台研制
物流监控平台主要包括状态监控、状态异常预警和运输地理位置信息展示等功能。
1状态监控：
基于安全智能锁的状态数据采集，监控货物状态是否正常。
2异常预警：
基于安全智能锁的状态数据采集，并设定预警规则，对于超出预警规则的，进行实时的货物和运输状态预警，包括运输超时、线路偏移、货物被异常打开等。
3位置展示：
基于GIS和采集的安全智能锁位置信息，实时跟踪运输货物所在位置，实现运输货物的可视化跟踪和监管。
1.4本文组织结构
本文共分为六章，详细阐述了系统如何进行设计与实现的内容。
各章主要内容如下：
第1章，绪论。
介绍了课题研究的背景，国内外相关领域的研究现状及应用，课题研究的主要目标和研究内容。
第2章，系统总体设计。
重点介绍了系统的设计目标、设计原则和总体业务流程设计。
第3章，安全智能锁设计。
首先，对设计中需要注意的问题进行分析。
然后对安全智能锁模块进行设计，主要介绍了安全智能锁的硬件和模块设计。
最后进行了通信设计，分为通信方案设计和通信协议设计，主要介绍了安全智能锁的通信协议和交互指令的设计。
第4章，数据采集平台设计。
主要对数据采集的总体架构和原则进行了设计，并对安全智能锁状态、异常和位置信息的数据采集平台各主要模块进行了设计。
第5章，物流监控平台设计与实现。
主要介绍了平台的总体设计、数据库设计和功能实现。
第6章，总结与展望。
对整个系统开发的完成过程进行了总结和展望。
第2章系统总体设计
2.1设计目标
本平台设计遵照以下设计目标开展：
1）易用性
本平台主要服务对象是各种类型物流企业和监管部门，因此，简单易用是本软件建设的最基本原则。
易用性包括两方面的内容，一是软件操作界面的友好性，二是软件安装、升级、维护的方便性。
2）先进性
先进性原则是大型IT系统必须深入研究和思考的问题。
系统的先进性要有几方面的因素：
一是整体结构的先进性,要有成熟的业务流程模型和开发平台,并有先进的建模方法；
二是应用平台的先进性，跨平台支持多操作系统；
三是数据和数据处理的先进性,数据交换支持多种报文标准和数据格式的交换。
四是技术先进性，采用目前主流的程序语言进行软件的设计。
3）安全性
安全性主要包括系统的两方面特性：
一是系统的健壮性，二是系统的安全性。
系统平台可靠性要从硬软件平台、网络构件等多方面进行考虑。
应用软件的安全性要通过选择高可靠的系统平台来保障，要通过精心设计避免可能存在的安全隐患。
信息处理的保密性和信息存取的分级性要用存取控制方法来实现。
4）可扩展性
系统设计要具有良好的可扩展性，通过负载平衡、组件开发、参数配置、分布式技术应用等多个方面使得系统可以适应未来业务的快速变化和响应。
系统设计时要坚持合理的层次结构和模块化设计的原则。
5）经济性
系统在尽可能为企业提供更多的信息服务的同时，必须充分考虑系统设计的经济性。
经济性分为建设开发的经济性和运营维护的经济性
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