CN103049838B - 基于有限状态机的包裹运输状态监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，用于物流运输系统中包裹运输状态的监控。该方法针对包裹在整个运输过程中的运输状态建模，通过包裹内安置的无线传感器节点监测包裹内发生的各种事件，再根据有限状态机跳转到不同的运输状态，对于每个状态采取相应的处理措施，从而达到实时监控包裹运输过程的目的。本发明通过具有感知能力和一定计算能力的无线传感器节点来实现对包裹运输状态的监控，无需将物流状态信息发送到后台服务器就能分析、处理和决策，使得对包裹的决策和处理更及时，实现了包裹运输状态的自治控制，减轻了后台服务器的负担，实现了物流网络的优化。
Description
技术领域
本发明专利涉及物流监控领域，特别涉及货物包裹运输监控领域。
背景技术
物流系统及其网络的规模越来越大，结构越来越复杂，而且处于不断变化之中。在这样的环境中，要实现高效的物流运作过程，必须能够：1）实时收集物流信息，包括货物、设备等，了解物流系统当前运作的状态；2）对物流系统产生的海量信息进行快速的处理和分析，实时做出决策，优化物流网络的运作。最终保证将顾客所需的正确的产品能够在正确的时间、按照正确的数量和正确的质量以正确的价格送到正确的地点。
国内外已有的物流控制和优化的系统多是采用RFID技术或条码技术，在前端采用条码、RFID等技术采集物流信息，然后将采集到的信息传递到后台计算机进行分析、处理和决策，对物流过程进行控制和优化，其中RFID技术占的比重越来越大，如EPCglobal、Auto-ID labs提出的方案和标准。
条码技术最早产生在风声鹤唳的二十年代，诞生于Westinghouse的实验室里。条码（又称条形码）是由一组按一定编码规则排列的条、空符号，用以表示一定的字符、数字及符号组成的信息，具有输入速度快、可靠性高、采集信息量大等特点。条码系统是由条码符号设计、制作及扫描阅读组成的自动识别系统。条形码按规定的编码原则及符号印制标准将文字、数字等信息，在诸如标签、吊牌等平面载体上印制成有光学反射差异的条、点、块状图形，这种图形可用扫描器阅读，识别、解码并传输进计算机。在物流领域中条形码是用在产品装卸、仓储、运输等过程中的识别符号，通常印在包装外箱上，用来识别产品种类及数量，亦可用于仓储批发业销售现场的扫描结账。
无线射频识别RFID(Radio Frequency Identification)是近几年来出现的一项热门技术，其所用的电子标签具有信息量大、存储操作方便等特点.它是利用无线电波来进行通信来进行的一种非接触式自动识别技术，一个典型的射频识别系统由射频卡或者应答器，读写器或阅读器和应用系统三部分。应答器中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，应答器附着在待识别物体的表面。阅读器又称为读出装置，可以无接触的读取并识别应答器中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的，进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理以及远程传送等管理功能。
上述这些方法虽然在一定程度上优化了物流系统的管理，但无法满足目前物流运作的需求。条码标签必须处在读取器的实现范围内，而且不具备任何的感知、计算和通信能力，要实现物流信息的实时采集需要部署复杂的系统和设施。RFID技术不要求RFID标签和读取器处于实现范围内，但是，RFID标签无法感知物品的状态，例如食品运输中的温度，化学品运输中的压力、震动等信息，而这些信息对于保证物品质量至关重要。而且，RFID产生的对象表示、位置和事件信息需要传回给后台服务器进行处理，这样随着物流信息的快速变化将产生海量的实时数据流，给网络和后台服务器带来极大的负载，而且很难满足实时决策的要求。
无线通信能力使得无线传感器物流系统在信息获取能力的部署方面，摆脱了传统的网络的基础设施的限制，而且提高了信息的实时性和准确性，通过将大量的具有一定处理能力和无线通信能力的集成化传感器节点部署在物流过程中，使得物流对象在节点的支持下能够以协同的方式完成物流运作中的识别，跟踪，定位，状态监视，实时控制和优化。无线传感器网络能够面向物流运作的需求进行定制，同以前的技术相比，它不仅能够收集和传输数据，还能够感知物品和周围环境的状态信息，执行部分的业务逻辑，优化了物流流程，运输造成的损失也能够进一步降低，从而提供物流运作的效率。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的缺陷和不足，提出基于有限状态机的包裹运输状态监控方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术构思是通过具有感知能力和一定计算能力的无线传感器节点监测包裹内发生的各种事件（温湿度变化、货物丢失等等），再根据有限状态机跳转到不同的状态，对于每个状态采取不同的处理决策，这样使得在包裹的整个运输周期中，包裹通过无线传感器节点来实现对其运输状态的监控，而不用将货物状态发送到后台计算机就能分析、处理和决策，既保证了物流监控过程的实时性，又减轻了网络和后台服务器的负担。
本发明基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，初始化传感器节点，货物包裹初始状态置为正常状态（n），此时货物等待被装载上车。
第二步，当传感器节点监测到货物上车，触发eO事件后，货物状态跳转至装货上车状态（O）。
第三步，货物上车后，传感器节点判断货物是否被装载至正确的车辆，若货物包裹装载到正确指定的车辆，则触发en事件，货物的状态跳转至正常状态（n），此时货物装载完毕，开始运输任务；若没有装载到指定的车辆，则触发事件ew，货物的状态跳转至上错车辆（w）。
第四步，货物在正常状态下，传感器节点周期性地监测环境参数、车辆位置，周期性的与车载网关保持联系。若传感器节点一段时间与车载网关失去联系，则触发事件el，货物状态跳转至货物丢失（l），表明货物包裹于车辆失去了联系；若传感器节点监测出周围的环境参数超标（温度超标、湿度超标等等），则触发事件ea，货物状态跳转至环境参数超标（a），表明货物包裹处于不安全的环境。
第五步，传感器节点周期性的接收网关传来的车辆位置信息，若当前位置为该包裹的目的站点，则表明包裹到达交付站点，触发ee事件，跳转至结束状态，表明货物包裹到达了目的地，成功完成运输；若不是，传感器节点利用相关算法计算得到从当前位置到该包裹交付站点的最短交付时间，判断最短交付时间是否大于剩余时间，若是，表明货物包肯定无法按时交付，触发事件et，货物状态跳转至无法及时交付（t），若不是，则表明行车正常，货物状态继续留在正常状态（n）。
第六步，当货物在异常状态下（即处于上错车、无法按时交付、环境参数超标、货物丢失这四种状态），无线传感器节点关闭当前的运输任务后，触发事件eew，跳转至等待处理状态（ew），此时货物等待异常处理。
第七步，对于处于等待处理状态的货物，当异常处理开始执行时，触发事件eep，跳转至处理异常状态（ep）。
第八步，当异常处理完成后，触发事件en，跳转至正常状态（n），表明此时货物恢复正常状态。
第三步中，传感器节点判断货物是否装载至正确的车辆的方法是，车载网关将车辆信息发送给传感器节点，传感器节点将收到的车辆信息与自己记录的车辆信息进行比对，若不符，则表明该包裹所在的车辆有误，传感器节点记录包裹上错车的错误代码，若符合，则停留在正常状态。
第四步中，传感器节点判断与车载网关失去联系的方法是，传感器节点开启超时计时器，设置超时时间，若一段时间内都没有接受到网关发来的信息，则表明与网关车去联系，传感器节点记录包裹与网关失去联系的错误代码。
传感器节点判断货物环境参数超标的方法是，传感器节点周期性的采集周围环境包括温度、湿度、震动的参数值，若其值超过设定的阈值，则表明该货物所在的环境不安全，传感器节点记录该错误代码。
第五步所述的计算当前位置到交付站点最短路径的算法是基于二维邻接矩阵存储的拓扑图结构，采用迪杰斯特拉算法得到当前节点到达目的节点的最短路线长度；若当前位置即为交付站点，传感器节点停止工作，表明完成交付过程。
第六步中，当货物处于异常状态的时候，传感器节点会进行报警，通知司机和相关工作人员，然后停止运输任务后跳转至等待处理状态。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、具有感知能力和一定计算能力的无线传感器节点能够根据收集到的局部信息实时管理和控制包裹的运输过程，而无需将采集到的信息传递到后台计算机就能分析、处理和决策，使得对包裹的处理和决策更及时，能对外部环境的变化做出及时的反应，实现了包裹运输状态的自治控制
2、由于传感器节点能够感知物品和周围环境的信息，执行一部分业务逻辑，这样就减轻了网络和后台服务器的负担。
附图说明
图1为本发明的包裹状态转移图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步说明。
表1为本发明的包裹状态转移规则表，基于有限状态机的物流运输系统的包裹状态监控模型，它包括了货物基于事件的状态转移规则。
如图1所示，基于有限状态机的物流运输系统的包裹状态监控模型，工作流程具体包括以下步骤：
第一步，初始化传感器节点，货物包裹初始状态置为正常状态（N），此时货物等待被装载上车。初始化传感器节点是将包裹信息写入其flash中，开始运输任务；所述包裹信息包括包裹ID，包裹交付站点，包裹交付时间，网关ID，运载车辆ID和环境参数阈值。
第二步，当传感器节点监测到货物上车，触发eO事件后，货物状态跳转至装货上车状态（O）。
第三步，货物上车后，传感器节点判断货物是否被装载至正确的车辆，若货物包裹装载到正确指定的车辆，则触发eN事件，货物的状态跳转至正常状态（N），此时货物装载完毕，开始运输任务；若没有装载到指定的车辆，则触发事件eW，货物的状态跳转至上错车辆（W）。传感器节点判断货物是否装载至正确的车辆的方法是，车载网关将车辆信息发送给传感器节点，传感器节点将收到的车辆信息与自己记录的车辆信息进行比对，若不符，则表明该包裹所在的车辆有误，传感器节点记录包裹上错车的错误代码，若符合，则停留在正常状态。
第四步，货物在正常状态下，传感器节点周期性地监测环境参数、车辆位置，周期性的与车载网关保持联系。若传感器节点一段时间与车载网关失去联系，则触发事件el，货物状态跳转至货物丢失（l），表明货物包裹于车辆失去了联系；若传感器节点监测出周围的环境参数超标（温度超标、湿度超标等等），则触发事件ea，货物状态跳转至环境参数超标（a），表明货物包裹处于不安全的环境。
传感器节点判断与车载网关失去联系的方法是，传感器节点开启超时计时器，设置超时时间，若一段时间内都没有接受到网关发来的信息，则表明与网关车去联系，传感器节点记录包裹与网关失去联系的错误代码。
传感器节点判断货物环境参数超标的方法是，传感器节点周期性的采集周围环境包括温度、湿度、震动的参数值，若其值超过设定的阈值，则表明该货物所在的环境不安全，传感器节点记录该错误代码。
第五步，传感器节点周期性的接收网关传来的车辆位置信息，若当前位置为该包裹的目的站点，则表明包裹到达交付站点，触发ee事件，跳转至结束状态，表明货物包裹到达了目的地，成功完成运输；若不是，传感器节点利用相关算法计算得到从当前位置到该包裹交付站点的最短交付时间，判断最短交付时间是否大于剩余时间，若是，表明货物包肯定无法按时交付，触发事件et，货物状态跳转至无法及时交付（t），若不是，则表明行车正常，货物状态继续留在正常状态（n）。
计算当前位置到交付站点最短路径的算法是基于二维邻接矩阵存储的拓扑图结构，采用迪杰斯特拉算法得到当前节点到达目的节点的最短路线长度。
通过二维邻接矩阵C[][]来构建整个拓扑路线图G=（V，E）。其中V表示站点集，E表示站点之间距离，C[i][j]表示站点i到站点j的距离值。二维邻接矩阵初始值是系统默认写好的值，网关可以通过发送修改路线参数的命令修改二维矩阵C的值，从而实现动态更新路线拓扑结构。
设传感器记录的交付站点ID为destSt，交付时间为dTime，下一站ID为nextSt，车辆当前位置距离下一站为distToNext，交付站点为destSt，当前时间为currTime。
若destSt=nextSt，而distToNext=0，则表明包裹已经到达了目标站点，包裹处于已交付的状态。
若未交付，传感器节点通过调用最短路径算法得到下一站点nextSt到交付站点destSt的时间为distToDest，设理论上该包裹交付所需最少时间为leastTime=distToDest+distToNext，设该包裹交付的剩余时间为remainTime=dTime–currTime。如果least>remainTime，表明，该包裹在最快的情况下都无法按时交付，所以该包裹肯定无法按时交付。
第六步，当货物在异常状态下（即处于上错车、无法按时交付、环境参数超标、货物丢失这四种状态），无线传感器节点关闭当前的运输任务后，触发事件eew，跳转至等待处理状态（ew），此时货物等待异常处理。
当货物处于异常状态的时候，传感器节点会进行报警，通知司机和相关工作人员，然后停止运输任务后跳转至等待处理状态。
第七步，对于处于等待处理状态的货物，当异常处理开始执行时，触发事件eep，跳转至处理异常状态（ep）。
第八步，当异常处理完成后，触发事件en，跳转至正常状态（n），表明此时货物恢复正常状态。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将传感器节点置于货物包裹内，初始化传感器节点，货物包裹初始状态置为正常状态(n)，此时货物等待被装载上车；
第二步，当所述传感器节点监测到货物包裹上车，触发eO事件后，货物包裹状态跳转至装货上车状态(O)；
第三步，货物包裹上车后，传感器节点判断货物是否被装载至正确的车辆，若货物包裹装载到正确指定的车辆，则触发en事件，货物包裹状态跳转至正常状态(n)，此时货物装载完毕，开始运输任务；若没有装载到指定的车辆，则触发事件ew，货物包裹状态跳转至上错车辆状态(W)。
2.根据权利要求1所述的基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，其特征是，还包括以下步骤：
第四步，所述货物包裹在正确指定的车辆上的过程中，所述传感器节点周期性地监测环境参数、车辆位置，周期性的与车载网关保持联系；
若传感器节点一段时间与车载网关失去联系，则触发事件el，货物状态跳转至货物丢失(l)，表明货物包裹于车辆失去了联系；若传感器节点监测出周围的环境参数超标，则触发事件ea，货物状态跳转至环境参数超标(a)，表明货物包裹处于不安全的环境。
3.根据权利要求2所述的基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，其特征是，还包括以下步骤：
第五步，所述传感器节点周期性的接收所述车载网关传来的车辆位置信息，若当前位置为该包裹的目的站点，则表明包裹到达交付站点，触发ee事件，跳转至结束状态，表明货物包裹到达了目的地，成功完成运输；若不是，传感器节点利用算法计算得到从当前位置到该包裹交付站点的最短交付时间，判断最短交付时间是否大于剩余时间，若是，表明货物包肯定无法按时交付，触发事件et，货物状态跳转至无法及时交付(t)，若不是，则表明行车正常，货物状态继续留在正常状态(n)。
4.根据权利要求3所述的基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，其特征是，还包括以下步骤：
第六步，当货物在异常状态下，包括处于上错车、无法按时交付、环境参数超标、货物丢失这四种状态，所述传感器节点关闭当前的运输任务后，触发事件eew，跳转至等待处理状态(ew)，此时货物等待异常处理；
第七步，对于处于等待处理状态的货物，当异常处理开始执行时，触发事件eep，跳转至处理异常状态(ep)；
第八步，当异常处理完成后，触发事件en，跳转至正常状态(n)，表明此时货物恢复正常状态。
5.根据权利要求1所述的基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，其特征是，所述第一步中，初始化传感器节点是将包裹信息写入其flash中，开始运输任务；所述包裹信息包括包裹ID，包裹交付站点，包裹交付时间，网关ID，运载车辆ID和环境参数阈值。
6.根据权利要求5所述的基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，其特征是，第三步中，传感器节点判断货物是否装载至正确的车辆的方法是，车载网关将车辆信息发送给传感器节点，传感器节点将收到的车辆信息与自己记录的车辆信息进行比对，若不符，则表明该包裹所在的车辆有误，传感器节点记录包裹上错车的错误代码，若符合，则停留在正常状态。
7.根据权利要求2所述的基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，其特征是，第四步中，传感器节点判断与车载网关失去联系的方法是，传感器节点开启超时计时器，设置超时时间，若一段时间内都没有接受到网关发来的信息，则表明与网关车去联系，传感器节点记录包裹与网关失去联系的错误代码。
8.根据权利要求2所述的基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，其特征是，第四步中，传感器节点判断货物环境参数超标的方法是，传感器节点周期性的采集周围环境包括温度、湿度、震动的参数值，若其值超过设定的阈值，则表明该货物所在的环境不安全，传感器节点记录错误代码。
9.根据权利要求3所述的基于有限状态机的包裹运输状态监控方法，其特征是，第五步所述的计算从当前位置到该包裹交付站点的最短交付时间的算法是基于二维邻接矩阵存储的拓扑图结构，采用迪杰斯特拉算法得到当前节点到达目的节点的最短路线长度；若当前位置即为交付站点，传感器节点停止工作，表明完成交付过程。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20170531 Termination date: 20191226 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |