航空货运追踪系统的设计与实现

引 言

随着信息技术的飞速发展，现代货运物流在经济生活中的地位日益凸显。货运流转过程中的定位追踪是货物承运人十分关注的物流信息，相关货运流转信息的易获得性、准确性、即时性和详实性等是对实现货运信息追踪系统的基本要求。

目前，相比于中国国内铁路、公路系统可以提供的货运信息追踪服务，国内的航空公司还未能实现运用完备的现代信息技术来保证货运经营机制，没有建设完整、全面的航空货运管理信息体系[1]。同时，在实施现代物流电子化系统过程中， 如电子商务、网上订单、呼叫中心、资源优化调度、时效配送、快速通关等功能方面还存在很大差距。特别是国内众多的货运代理人由于规模小，使用货运信息系统成本高，有些企业仍然采用手工操作模式，还未与任何货运信息系统联网。同时， 航空公司、机场、货运代理、政府监管各管一段，航空运输条块分割、信息孤岛严重；国内各大航空公司（东航、国航、南航、海航等）都已开发或拥有了自己独立的货运信息系统，系统多样性造成了多环节重复劳动；各系统的流程、数据、接口等物流信息交换标准也不统一，难与国际接轨 [2] ；货单分离， RFID 等 IT 新技术应用落后，不能进行货物实时跟踪 ；缺乏物流信息管理系统的一体化整合，协同性不足。

在全球化航空物流产业链竞争激烈的市场环境下，国内航空货运企业的这种市场状况和技术发展状况都无法满足航空货运快速发展的需要。因此，为了满足日益增长的航空货运发展要求，急需从技术和应用上发展航空货运追踪系统。本文提出采用RFID电子标签和ZigBee 无线组网技术，结合航空货运业务流程特点构建航空货物定位追踪系统，可以有效满足航空货运信息追踪的迫切需求。

1 航空货运追踪系统业务流程分析及RFID节点设置

货物航空运输流程如图 1所示，其基本运转流程如下：

(1) 收货业务。货运代理人对货物进行内容、目的地、包装、体积等信息的检查和采集，包括货物重量、尺寸等，在此基础上形成运费等数据；货物托运人提交托运书、航空货运单，并连同货物交给货运代理人；货运代理人制作货物 RFID 标签并将其固定于货物上，进一步核对货物、货运单和标签信息；货运代理人按照目的地对货物进行归集打包，形成主单，并通过信息平台完成货物订舱操作，等待发货。

(2) 货物承运人完成货物安全检查和机场安检流程，运送货物到货站，在货站中对同一航班的主单进行归集打板。

(3) 航班起飞前，将货物板车送至机舱。

到达目的地后，下飞机后的流程是上飞机前的逆过程。航空货运流程图如图 1 所示。

按照航空货运流程图，可依据信息监控和收集的需要， 在节点位置设置货物追踪 RFID 读写器，如图 2 所示。其中， 代理人收货环节设置节点称为已收货，货物到达始发机场货站设置节点称为始发机场货站，货物上飞机后设置节点称为运输中，目的机场收货设置节点称为目的机场货站，代理人提货设置节点称为可提货。通过货物交运处、仓库出入口上安装的固定RFID 读写器以及登机前持有的移动式手持读写器，可读取RFID 标签的信息，完成数据采集。

上述RFID 标签的设置和数据读取与传输，实现了对航空货物实时、准确的定位追踪。客户利用PC 端进入航空物流查询系统就可获取物流信息，了解货物的状态、位置及配送地点等信息。

2 基于RFID及ZigBee技术的航空货运追踪系统设计与实现

2.1 三级货物追踪系统设计

考虑应用RFID设计货物追踪系统的可实现性，结合货运业务流程追踪货物信息的需求，设计了三级追踪系统 [3]， 如图 3所示。

由于航空货运中货物的运输要按照货物的目的地和航班班次进行归集和分发，因此需要关联货运流和信息流，并在归集和分发节点形成数据标记信息。具体规则及过程可描述如下：

(1) 货运代理人收货后，为每一货物贴一个分单号并给予标签，构成三级信息标签，发货人可依据该级标签信息及分单号查询货物。

(2) 货运代理人将发往同一航班的各分单打包汇集，给予同一航班目的地的每包货物一个标签并对应一个主单号，构成该包货物的二级信息标签，此时主单和分单的联系为：一张主单包含多张分单，一张分单只能被一张主单关联；在通过机场安检或进入货站时，RFID读写器读写的标签信息为主单信息 ；在货运站对货物进行打板后，将货物按照一定的航空货运规则放入板车中，贴上板车 RFID标签，此时构成该板车上所有货物的一级信息标签，即建立板车和主单信息关联，每张板车标签包含多张主单，而每张主单只能被一张板车标签关联； 在出机场货站和上飞机前，RFID读写器读写的是每辆板车的标签。当追踪某一货物时，根据分单号可以找到其主单号，进而找到装入的板车，此时板车的位置和状态就是该货物的位置和状态，实现了货物在航空货运状态下的信息追踪。

2.2 货物RFID标签信息的读写过程

RFID 读写器通过发射射频信号来感知标签并获取标签内的信息。RFID 标签信息的获取有两种方式，即主动和被动方式[4]。在主动方式下，RFID 读写器可设置为自动读写工作模式。当读写器通电时，在该模式下可不间断的感知处于工作范围的标签。如工作范围内有标签，则会把包含所读标签储存信息的一组数据上传给上位机，由上位机及服务器在后台进行数据处理。在被动方式下，则由上位机主动发送给读写器读命令，读写器接收到该命令后，必须返回一组数据。如读写器在其工作范围内读取了命令要求的标签信息，则在返回数据中包含该标签信息；否则，返回错误提示信息。同样，所有返回数据信息都在服务器后台进行处理。因此，利用一个循环函数就可以不断给读写器发送命令，并接收返回的标签数据信息。

2.3 航空货运 RFID信息的 ZigBee组网传输与实现

按照前述航空货运追踪系统的设计与RFID 技术的应用， 在实现信息采集的基础上，所有标签信息的传输需要应用无线组网技术，故在本研究中采用ZigBee 无线组网技术实现。

ZigBee 无线组网主要用于采集数据，传输数据和接收数据。在ZigBee 无线组网中有三种设备类型，即协调器、路由器和终端节点。协调器主要负责网络组建、维护、控制终端节点的加入等；路由器主要负责数据包的路由选择 ；终端节点负责数据采集，不具备路由功能[5]。

采用ZigBee 无线组网技术实现货运RFID 数据信息的过程为：读写器采集的信息通过 RS 232 串口将数据传输到ZigBee 终端节点，利用ZigBee 无线通讯的自定义传输协议传输数据到ZigBee 路由节点。然后利用ZigBee 无线网络进行短距离传输，最后通过ZigBee 网关转换成其他网络形式将信息传送到数据采集平台上。

ZigBee 无线组网可以将RFID 读写器的返回数据传送给上位机，同样，上位机也可以通过 ZigBee 无线组网将正确的命令发送给RFID 读写器，实现了航空货运信息的无线组网传输过程。

完整的系统架构图如图 4 所示。

3 结 语

航空物流企业现有的系统多数为传统单点信息操作系统， 缺少全行业信息系统的支持，在一定程度上制约了企业运营效率的提高和服务质量的改善，甚至无法满足客户的一般性需求。因此，从货物交运开始，有关货物的运输、到达和提取等信息就无法查询，为航空货运信息化带来了极大的阻碍。

应用 RFID 和 ZigBee 技术的航空货运追踪系统的设计与 实现，能提供面向物流业务各环节的信息化服务，不仅可以加 强业务的透明度、高效协作和实时监控，还能有效提高运输 效率和服务质量。该系统的实现得益于企业信息的互联互通， 便于实现对货物运输的全程跟踪，即实现代理人、货主通过 航空物流物联网快速查询货物全程运输状态的需求，可以极 大地提高客户满意度。