物联网机场集成行李处理系统设计.pdf

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在国内外大型机场中,目前虽然应用了RFID电子标签技术来对行李进行分拣,但这些系统只针对行李分拣,没有很好地把这些行李信息与
OFweek物联网 步的处理,如数据的解析、过滤、完整性检査查等,这些处理过的数据保存到相 应的数据库屮,以供上层应用管理软件使用。 b)产品命名服务器(ONs)。 该服务器ONS主要实巩的功能是在各个信息采集点与PML信息服务器之间建 立关联,实现从物品电子标签EFC码到产品PML描述信息之间的映射。 c)PML信息服务器。 该服务器中的数据定义规则由用户创建并维护,用户根据事先规定的规则对 物品进行编码,并利用XML对物品信息进行详细描述。在物联网中,PML服务器 主要用于以通用的模式提供对物品原始信息的规则定义,以便于其他服务器访问。 d)业务管理系统。 该系统通过获取信息采集软件得到的EPC信息,并通过0NS找到物品的PML 信息服务器,从而可以Web的形式向 Internet用户提供诸如信息査询、跟踪等 功能,用户也可以通过手机或无线PDA实时了解物品的状态。 2机场集成行李处理系统设计 2.1系统架构设计 基于物联网的机场集成行李处理采用了国际上最先进的无线射频身份识别 技术,每件行李的条形码都严格对应传送带上行李小车的编号,它们将会自动识 别行李,不管行李走到哪里,只要输入小车的编号,就可以对行李进行跟踪和监 控。另外,行李车间还可女装多个摄像头,基木覆盖了所有盲区,工作人员可以 在监控中心随时观察行李的去向。即使行李走错路径,有了这个身份识别系统, 工作人员也可以控制小车让其返回正确路径,这样就基本上杜绝了行李丢失或者 拿错的情况 基于物联网的机场集成行李处理系统的结构如图2所小。它主要由行李物品 识别、信息处理/行李控制/跟踪、PML服务器、本地数据库服务器、业务系统五 大模块组成 OFweek物联网 INternet 远程 PML服务器 李 物收D探测器数信息采集上1出 处理 采 本地 集 放[平务系统服务 数 季D探测器 1|接行李跟踪]接口 物 监控 无线PDA 本地数据库服务器 行李物品识别信息处理/行李控制/跟踪 图2基于物联网的机场集成行李处理系统的结构 它们的作用分别如下 a)行李物品识别 该系统的核心是行李的编码和识别。 由于每件行李的条形码都严格对应传送带l行李小车的编号,它们将会自动 识别行李,不管行李走到哪里,只要输入小车的编号就可以对行李进行跟踪和监 控。所以,在基于RFID标签的机场行李管理系统采用EPC码作为行李的惟一标 志码,标签由芯片和天线( antenna)组成,每个标签具有惟一的产品电子码 EPC码( electronicproductcode)是Auto-ID研究中心为每个物理目标分配的 惟一的可查询的标志码,其内含的串数宇可代表行李类别和旅客ID、登机日 期和登机地、有效日期、应运往何地等信息。同时,随着行李在机场内的转移或 变化,这些数据可以实时更新。通常,EPC码可存入硅芯片做成的电子标签内, 并附在被标志行李上,以被信息处理软件识別、传递和査询。 b)信息处理/行李控制/跟踪。 该模块是系统的核心功能模块,它通过数据釆集接凵、信息处理、行李跟踪 和监控三个接口与其他功能模块进行交互,从而实现机场行李的自动处理。 信息处理/行李控制/跟踪业务处理逻辑如图3所示。当行李通过行李入口时, 由设置在行李入口的行李标签探测器读取行李的EPC码,然后通过数据采集接口 交由行李信息处理模块,机场行李入口处可以安装多部行李标签条形码信息分拣 机,一部分用于国内飞行,其他用于国际飞行。行李分拣机还为不可读标签提供 了手动编码区。例如,上海浦东机场行李分拣机系统,无论是国际航班还是国内 航班,抵达上海还是在上海中转,都能够轻松地进行行李分拣。系统也提供了早 期行李分拣功能,将经过核对的行李通过旋转式传送带送达合适位置,从而能够 在飞机起飞前就对其进行有序存储。 OFweek物联网 从RFD数据采集接口处 获取行李的EPC码 根据行李的EPC码访问 PML服务器 PML服务器返回行李 的详细信息 保存行李的详细信息到 本地数据库 启动行李的发送/跟踪接口 图3机场行李信息处理 行李控制跟踪流程 c)PML服务器。 该服务器主要是由航空公司创建并维护的旅客信息服务器,它以标准的XML 为基础,提供行李的详细信息,如行李类别和旅客⑩、登机口期和登机地、有 效日期、应运往何地等信息,并允许通过行李的EPC码对行李信息进行查询。PML 服务架构在一个Web服务器之上,服务处理程序将数据存储单元中的行李数据转 换成标准的ⅫML格式,并通过SOAP引擎向客户端提供服务,PML服务器屏蔽了 数据存储的异构性,以统一的格式向接口请求端提供信息服务。PML服务器的工 作原理如图4所示。 请求 远程 Web 应用o 服务数据 程序响应服务引擎下接口下莞 图4PML服务器工作原理 d)本地数据库服务器。 该服务器主要用于存储数据采集和处理接口获得的行李信息,以便在业务系 统中合询和维护。 例如,用户可以通过手机或无线PDA或Web客户端随时随地査查询行李的当前 状态。 OFweek物联网 基于物联网的机场行李集成处理系统主要通过RFID电子标签实现行李的自 动识別和发运,利用物联网获取旅客的原始信息并自动生成旅客行李清单,从而 极大地提高了机场行李的自动化分拣和智能化水平。 2.2系统开发平台 该系统运用Iη ternet环境,采用B/S模式进行开发。系统服务器端捰作系 统选用 Windowsserver2008,开发工具为 Eclipse,主要技术为 Javaee和使用 Java语言编程,数据库系统选用0 racle11g,分拣机采用 FKILogistexS-3000F 翻碟式分拣机。在该系统中,其中一套用于囻内飞行,两套用于国际飞行 3000翻碟式分拣机的另一重要特点是,为处理不可读标签提供了手动编 码区。 FKILogistex系统具有极强的处理能力和极高的灵活性,因此无论是国际 航班还是国内航班,抵达上海还是在上海中转,都能够轻松地进行行李分拣 3机场集成行李处理系统实现 3.1系统实现的关键技术 机场集成行李处理系统中行李链条上每个参与对象都是处理系统的关键点, 旦产品出现问题,是否能够査找到具体的问题来源和正确实施行李回收取决于 参与对象的记录是否健仝。 为确保杋场集成行李处理的完整性,行李链祭上每个参与对象都进行了惟一 编码。编码由2位行李类别码和18位旅客ⅠD码、10位登机日期码和3位登机 地码、3位目的地码及4位序列号组成。在旅客登机托运行李前,为每一位旅客 的行李上贴一个RFID卡,每张RFID卡惟一对应一位旅客的行李。RFID卡能快 速准确地为行李分拣机提供自动识别功能,操作快捷方便,冋吋在机场的恶劣环 境中即使RFID卡部分歴损也不会影响分拣机的识别效果。RFID电子标签编码组 成如图5所示。 (01)无 D+54+++ TTTT MEPHH X3 旅客旅客登机登机目的行李序列 类别⑩D 日期地地车号号 图5RFI电子标签编码组成 3.2RFID读写器服务组件的设计 在本系统中将每个读写器模块的远程方法调用封装为一个管理组件( MBean) 作为JMX服务器的实例注册到JMX服务器中。JMX( Javamanagementextensions, OFweek物联网 Java管理扩展)是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的彬架。在JMX 规范中,管理组件是一个能代表管理资源的Java对象,遵从一定的设计模式, 实现该规范定义的特定的接口。该定义保证了所有的管理组件以一种标准的方式 来表示被管理资源。管理接口就是被管理资源暴露出的一些信息,通过对这些信 息的修改就能控制被管理资源。管理接口包括能被接触的属性值、能够执行的操 作、能发出的通知事件等。 通过JX框架对读写器进行监控和管理,使RFID中间件系统能提供管理 监控读写器的功能。JMX时间服务在指定的日期和时间触发消息,也可以在一个 固定间隔重复触发消息。时间服务由一个 MBean实现并可以管理,能够发送它指 定的 timerNotification类的消息实例,而Java提供的接口 Javax management.№ otificationlistener由想要接收通知的对象米实现,实现方 法 handlenotification。对于定期通知则使用固定延迟执行方案,如在 timer 中指定的那样。为了使用固定速率执行方案,要使用 addNotification方法 3.3RFID中间件的设计 根据前面研究的标ID表示方法以及 savant中间件的定义,RFID中间件 的功能模块应该包含如下几个功能模块: Reader接口模块、逻辑驱动器映射模块、RFID数据过滤模块、业务规则过 滤模块、设备管理与配置模块、上层服务接口模块,如图6所小。其中: reader 接口用于中间件与RFID读写器的数据通信,主要有获取RFID数据以及下达设备 管呷模块的读写器指令;设备管理配置模块用亍调整RFID读写设备的工作状态, 配置相应的 reader接口参数等:逻辑读写器映射模块用于将多个物理读写器或 者读写器的多条天线映射成为一个逻辑读写器。一个逻辑读写器代表了一个有具 体含义的数据采集点(如机场1号航站楼),而不管该采集点在物理上由多少个 读写器和天线组成。它屏蔽了数据采集点的具体实现方式,减少了数据过滤等上 层模块与下层数据采集部分的软件耦合度。对丁上层模块来说,可见的只冇逻辑 读写器,所以逻辑读写器映射模块对RFID数据有初步过滤的功能。 OFweek物联网 上一层提供调用接口 行理处理並务模块 机场 设备 配置 RFD敬据处理过鸿 模块 逻辑读写器映射 reader读写接口 reader reader reader 图6RFID中间件的设计 4RFID数据采集过滤方法设计 RFID采集的原始数据量非常大,在实际应用中,根据具体的配置不同,每 台读写器每秒可以上报数个至数十个不等的电子标签数据,如重复多次扫描同 个电了标签,但其中只有少部分是对用户有意义的、非重复性的数据,这样大量 的数据如果不经过去冗等处理而直接上传,将会给整个RFID系统带来很大的负 担。所以,对RFID采集的数据进行过滤处理。 RFID数据采集过滤方法设计主要分为以下儿类: a)建立数据采集事件列表类。 对每一个新到电孑标签数据进行实时检测,如果是新扫描的电子标签,则加 入到相应列表中;如果该标签在列表中已存在,则仅更新对应标签的吋间等状态 数据,而不新建标签数据记录,以达到清除重复数据的日的。 b)数据采集事件编码类 对电子标签状态的改变进行编码,定义标签岀现的状态编码为0,标签状态 消失的编码为1,然后加入计时器机制,对计时器有效时间内的同一标签的状态 跳变进行忽略,从而在状态定义和时间维度两个方面对数据进行去重化。 上述这些算法均能够很好地消除冗余数据,减少上层系统的负荷。但在实际 应用中,除了RFID数据的去化以外,对数据的过滤还有着其他的需求。比如, 由于信号不稳定或其他干扰因素,行李上的RFID标筮并不能在每一个读写器周 期中被检测到:或者当行今午从货架旁走过时,其行今午内已有的物品被机场入 口内的读写器误读到。针对上述问题,设计了在不同应用场景下的适应性和有效 性的过滤算法。实验平台使用RS-232接口的单天线读写器,该读写器报告周期 OFweek物联网 为ls,每次报告标签数为五个。算法实现采用Java语言,通过Java串口来进 行串口通信。 首先是为标签构建一个 RTagReadeven类,该类包含的关键参数和方法如下: publie class RT'agReadEvent implements Runnable t private inl currenlyalue t privale boolean delecedStauls false privale inl layman, laminin r public void run()i while( currentvalue >01 read. currenI'Thread(). sleep(1000) I catch( InterrupledExcep Lion e)i) if( currentvalue > taymax&&! delecedStauts)i //触发标签出现记录 delecedstauls true i else if( currentvalue < lamin& &detecedStauts) f //触发标签消失记录 detecedstauis =false currenlvalue--r 过滤模块主程序检测到一个新标签时,便为其建立一个 RTagreadevent 类的对象 newReadTag,并对各个关键字段赋初值,同时启动该对象内部的计时 器线程: newThread( newRead-Tag) c start()。该计时器线程的作用是每个 报告周期对标签权值νale进行检査并触发相应操作。每次梲査后将标笭权值 currrentvalue诚1,以实现当标签未被报眚时其权值的逐步下降。当权值 currentvalue减到0时,计时器线程停止,这时可以销毁该对象 当过滤算法主模块发现报告的标已存在时,对该标对象的 currentvalue值进行累加: OFweek物联网 new ReadTag. currentvalue + valueStep if( newReadTag. currentvalue > new ReadT'ag. lagmax)i newReadTag. currentvalue new ReadTag. lagmax i 其中, valueStep就是算法中定义的累加权值。如果权值 curreη tvalue已 绎达到阈值 readTagmax,则将其保持在该值,防止纤过多个上报周期后标签权 值过高,影响后继判断。 3.5RFID数据采集仿真与实现 应用该算法对机场带读写器的行李架进行了模拟,当行李架读写器能稳定识 别放入的带标签的行李时,不会因为信号波动而误报货品离开信息,并对经过行 李架的其他物品保持较低的敏感度,在这种应用场景中,设置 valueStep=5, tagmax=8, taemin=0。当标签进入读写器范围后,经过8s左右的时间过滤模块 触发标签出现操作,人为将标签多次短时间移出读写器范围,模拟信号干扰和波 动的情况,并将另一标签从读写器范围内移过,读写器均未触发多余的标签出现 和消失操作,读写器扫描标签数据如图7所示。 tagS tag tag3 tag2 tag report report report report report report report report cyclel cycle2 cycle3 cycle4 cycle5 cycle cycle cycle8 图7读写器扫描标签模拟数据 将图7周期屮岀现的RFID标签编码标为1,未岀现的编码为0。这样,对每 个行李电子标签,其事件可以记录为一个01序的二进制串。对图6而言,tag1 可编码为01001011,表示标签通过了读写器范围;tag2可编码为11011000,表 示标签离开了读写器范围;tag3可编码为0000011,表示标签进入并停留在读 写器范围中。 3.6业务系统的实现 依据上述的基本原理,本文基于 Javaee平台下设计并实现了一个基于物联 网的机场集成行李处理系统,该原型系统实现了信息采集系统行李物品识别、信 息处理/行李控制/跟踪、PⅦ服务器的维护、本地数据库的维护等。基于物联网 的机场行李集成处理系统主要通过RFID电子标签实现行李的自动识别和发运, 利用物联网获取旅客的原始信息并自动生成旅客行李清单。其中,业务管理系统 通过获取信息釆集软件得到的EPC信息,并通过0NS找到物品的PM信息服务器,

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