CN104468808A - 一种获取货物状态信息的应急物流管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种获取货物状态信息的应急物流管理系统及方法，包括应急物流管理中心平台、设有RFID标签的货物和货运车辆，货物位于货运车辆上，货运车辆上设有至少三个频段侦测模块、中继模块、GPS定位模块、北斗导航定位模块、WIFI模块、LTE通信模块、RFID阅读器、存储器和中央处理模块，货物上设有微处理芯片、压力传感器和红外传感器，应急物流管理中心平台与中央处理模块连接。频段侦测模块侦测当前通信频段，调整LTE通信模块到空闲频段通信，从而将GPS定位模块、北斗导航定位模块、WIFI模块的协作定位数据或者目标货物标记状态发送给应急物流管理中心平台进行管理，实现了应急通信环境下应急物流管理工作的开展。

Description

一种获取货物状态信息的应急物流管理系统及方法

技术领域

本发明涉及物流管理领域，尤其涉及一种获取货物状态信息的应急物流管理系统及方法。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的发展和基站布局数量的增加，人们对无线通信技术应用的依赖程度也更加加深。无线通信技术不仅深深地融入到人们的生活、学习和工作中，而且也深刻地影响着社会管理、交通管控以及社会安全的方方面面，通信技术的发展和成熟，给人们的活动、社会管理、经济活动的正常运行带来了极大的便利，也对促进经济活动的物流管理活动提供了便利。然而，当发生特殊应急事件时，如地震、泥石流等严重自然灾害时，针对此类特殊环境的应急物流活动的正常运作会受到严重的破坏性影响。

应急物流管理是指为应对严重自然灾害、突发公共安全事件及军事冲突等突发事件而对物资、人员、资金的需求进行紧急保障的一种特殊物流管理活动。应急物流管理包括对物资采购、运输、储存、装卸、配送及信息处理等活动的管理。

当发生地震、泥石流、台风等极其严重的自然灾害时，全国防灾指挥中心会调拨全国各地物资车辆向灾区运送应急物资；另外，在发生军事冲突等战备条件下，军区后勤部也会指挥、调拨大量的运输车辆迅速、准确的运送军需物资至前线作战部队。在以上这些特殊应急环境背景下，防灾指挥中心或军区后勤部均需要通过无线通信系统对运送物资进行定位，时刻掌握应急物资或军需物资当前的状态情况，例如物资当前所处的具体位置、物资在到目的地之前是否被打开情况等。在应急或者战时的特殊环境下，频谱资源会发生井喷式的紧张，导致现有的无线通信环境和应急物流管理系统往往会遭受瘫痪性的破坏，致使防灾指挥中心或者军区后勤部不能实时、准确地了解应急物资、军需物资的当前状态信息，延误了应急预案的正常进行。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是针对上述现有技术提供一种能够在应急环境下，实时获取货物当前具体位置信息和状态信息的应急物流管理系统。

本发明进一步要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种包括如上所述系统的能够获取货物当前具体位置信息和状态信息的应急物流管理方法。

本发明解决上述首要技术问题所采用的技术方案为：一种获取货物状态信息的应急物流管理系统，其特征在于，包括应急物流管理中心平台、设置有RFID标签的货物和货运车辆，所述货物位于货运车辆上，所述货运车辆上设置有至少三个频段侦测模块、中继模块、GPS定位模块、北斗导航定位模块、WIFI模块、LTE通信模块、RFID阅读器、存储器和中央处理模块，所述货物上设置有微处理芯片、压力传感器和红外传感器，所述应急物流管理中心平台通过LTE通信模块与中央处理模块连接，所述中央处理模块分别与频段侦测模块、中继模块、GPS定位模块、北斗导航定位模块、WIFI模块、LTE通信模块、RFID阅读器和存储器连接，所述LTE通信模块分别与GPS定位模块、北斗导航定位模块、WIFI模块和存储器连接，所述压力传感器、红外传感器分别与微处理芯片连接，所述微处理芯片与中央处理模块进行无线连接。

一种包括如上所述系统的获取货物状态信息的应急物流管理方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

(1)应急物流管理中心平台通过LTE通信模块发送需要监控的目标货物信息给中央处理模块；

(2)中央处理模块指令频段侦测模块对货运车辆所处的通信环境进行聚合侦测，并反馈侦测结果给中央处理模块进行判断，并由中央处理模块根据判断结果，指令LTE通信模块在可用频段上进行通信：

(2-1)设定货运车辆上有N个频段侦测模块DT_i，频段侦测模块DT_i将空闲频段错误侦测为被占用状态的概率为P_fa,i，频段侦测模块DT_i自身所具有的讯噪比为snr_i，其中i＝1,2,3,...,N且N≥3；

(2-2)N个频段侦测模块DT_i分别将自身的讯噪比snr_i发送给中继模块，然后中继模块转发频段侦测模块DT_i发送的讯噪比snr_i、中继模块实际接收的讯噪比snr_i,中继给中央处理模块，由中央处理模块根据两次的讯噪比snr_i和snr_i,中继，计算出用于进行聚合的讯噪比SNR_i，并获取讯噪比SNR_i的降序序列{Snr₁,Snr₂,Snr₃,....,Snr_t}，选择出讯噪比降序序列的第一值Snr₁，其中，t＝1,2,3,....,N且N≥3，

i＝1,2,3,...,N且N≥3；

(2-3)将讯噪比的第一值Snr₁所对应的频段侦测模块作为参考，分别和N个频段侦测模块的讯噪比Snr_i作差并取绝对值，其差值的绝对值记为γ_i，且令该差值的绝对值γ_i为初始比较值：

γ_i＝|Snr₁-Snr_i|，其中i＝1,2,3,...,N且N≥3；

(2-4)在获取频段侦测模块DT_i的讯噪比SNR_i基础上，计算出各频段侦测模块DT_i分别经过讯噪比贡献加权后所对应的自适应系数δ_i：

${\mathrm{\δ}}_i=1+\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}-{\mathrm{SNR}}_i}{\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}},$

$\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\·{\mathrm{SNR}}_i,$

$w_i=\frac{{\mathrm{SNR}}_i}{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SNR}}_i},$ i＝1,2,3,...,N且N≥3；

其中，自适应系数δ_i用来根据中继模块转发的频段侦测模块DT_i的讯噪比SNR_i实现对概率P_fa,i大小的自适应改变，为参与聚合的N个频段侦测模块DT_i讯噪比分别经过加权后的平均值，SNR_i为中继模块转发的第i个频段侦测模块DT_i的讯噪比，w_i为频段侦测模块DT_i所对应的讯噪比SNR_i的贡献系数；

(2-5)计算每个频段侦测模块DT_i自适应后所对应的判断比较值λ_i：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_i={\mathrm{\σ}}_w^2[\sqrt{2N}{\mathrm{\φ}}^{-1}\left(P_{\mathrm{fa},i}\right)+N]\\ ={\mathrm{\σ}}_w^2[\sqrt{2N}{\mathrm{\φ}}^{-1}({\mathrm{\δ}}_i\·P_{\mathrm{fa}})+N]\\ ={\mathrm{\σ}}_w^2[\sqrt{2N}{\mathrm{\φ}}^{-1}((1+\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}-{\mathrm{SNR}}_i}{\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}})\·P_{\mathrm{fa}})+N];\end{array}$

其中，P_fa，i＝δ_i·P_fa，i＝1,2,3,...,N且N≥3；

(2-6)分别将λ₁,λ₂,...,λ₃,λ_N作为第1个、第2个、第3个、...、第N个判断比较值，依次将λ_i与|Snr₁-Snr_j|作差比较，并记获得的对应差值为Δ_ij：

Δ_ij＝λ_i-|Snr₁-Snr_j|，其中，i,j＝1,2,3,...,N且N≥3；

(2-7)根据步骤(2-6)中获取的对应差值Δ_ij，针对每一个判断比较值λ_i选取对应差值Δ_ij≥0时的频段侦测模块DT_j参与聚合侦测；

(2-8)对应于每一个判断比较值λ_i，分别选择步骤(2-7)中确定的频段侦测模块按照以下第一聚合准则和第二聚合准则进行聚合侦测，并获取聚合侦测性能曲线：

第一聚合准则： $P_D=1-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}(1-P_{\mathrm{da},i}),P_{\mathrm{FA}}=1-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}\left({1-P}_{\mathrm{fa},i}\right);$

第二聚合准则： $P_D=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{da},i},P_{\mathrm{FA}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{fa},i};$

其中，P_da,i表示第i个频段侦测模块DT_i正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_fa,i表示第i个频段侦测模块DT_i将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；P_D表示N个频段侦测模块经过聚合后，正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_FA表示N个频段侦测模块经过聚合后，将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；

(2-9)在频段侦测模块DT_i将空闲频段错误侦测为占用状态的概率P_fa确定的条件下，选择正确侦测占用频段为占用状态的概率P_da最高的侦测性能曲线所对应的判断比较值为极优比较值λ_optimal；

(2-10)选取极优比较值λ_optimal所对应的M个聚合频段侦测模块，并自适应地调整所选取的频段侦测模块DT_j将空闲频段错误侦测为占用状态的概率P_fa,j：

P_fa,j＝δ_j·P_fa，j＝1,2,...,M且1≤M≤N；

(2-11)令步骤(2-10)中选取的M个频段侦测模块按照第二聚合准则进行聚合侦测，并对LTE通信模块当前占用的频段空闲情况做出判断：

$P_D=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{da},j},P_{\mathrm{FA}}=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{fa},j},$ j＝1,2,...,M且1≤M≤N；

其中，P_da,j表示第j个频段侦测模块DT_j正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_fa,j表示第j个频段侦测模块DT_j将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；P_D表示步骤(2-10)中选取的M个频段侦测模块经过聚合后，正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_FA表示步骤(2-10)中选取的M个频段侦测模块经过聚合后，将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；

(2-111)当频段侦测模块侦测到当前LTE通信模块所处的频段被占用时，则由中央处理模块发送频段切换命令给LTE通信模块，LTE通信模块切换到另一空闲频段上进行通信；

(2-112)当频段侦测模块侦测到当前LTE通信模块所处的频段空闲时，则中央处理模块不作任何处理，LTE通信模块保持在原有频段上进行通信；

(3)货物上的压力传感器和红外传感器分别实时将获取的压力、热辐射数据发送给微处理芯片，并由微处理芯片将压力、热辐射数据转发给中央处理模块进行判断，中央处理模块将判断后货物的标记状态发送至存储器进行存储：

(3-1)当压力数值大于或者等于设定的压力阈值且具有红外数据时，表示目标货物被人动过且受到了严重碰撞，则中央处理模块发送标记状态ξ₁至存储器进行存储；

(3-2)当压力数值大于或者等于设定的压力阈值且没有红外数据时，表示目标货物未被人动过且受到了严重碰撞，则中央处理模块发送标记状态ξ₂至存储器进行存储；

(3-3)当压力数值小于设定的压力阈值且具有红外数据时，表示目标货物被人动过且没有受到严重碰撞，则中央处理模块发送标记状态ξ₃至存储器进行存储；

(3-4)当压力数值小于设定的压力阈值且没有红外数据时，表示目标货物未被人动过且没有受到严重碰撞，则中央处理模块发送标记状态ξ₄至存储器进行存储；

(4)中央处理模块将接收的目前货物标签信息发送给RFID阅读器，由RFID阅读器对货运车辆上的货物进行扫描，并将扫描结果反馈给存储器存储：

(4-1)存储器发送扫描的RFID标签信息给中央处理模块，中央处理模块对存储器发送的RFID标签信息进行判断操作：

(4-11)当RFID阅读器扫面获取的RFID标签信息中含有目标货物的标签信息时，表示目标货物仍然处于货运车辆上，则中央处理模块分别发送定位命令给GPS定位模块、北斗导航定位模块；

(4-12)当RFID阅读器扫面获取的RFID标签信息中未含有目标货物的标签信息时，表示目标货物已经被收货，则中央处理模块发送已收货信息给存储器进行存储；

(5)GPS定位模块和北斗导航定位模块分别执行定位命令，并将获取的定位数据发送给中央处理模块进行判断操作：

(5-1)当中央处理模块未获取到GPS定位数据时，表示GPS定位模块此时不能正常定位，则中央处理模块指令WIFI模块搜索周围WIFI热点信号，并结合搜索到的WIFI热点信号和获取的北斗定位数据进行协作定位操作；

(5-2)当中央处理模块获取到GPS定位数据时，表示GPS定位模块此时能够正常定位，则中央处理模块根据GPS定位数据和北斗定位数据进行协作定位操作；

(6)中央处理模块将步骤(5)中的协作定位数据发送给存储器，并同时由存储器将存储的标记状态、已收货信息和协作定位数据通过LTE通信模块发送给应急物流管理中心平台。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在应急物流管理系统中，通过增设频段侦测模块对当前通信环境中的频段占用情况进行选择，并通过调整LTE通信模块到可用的空闲频段上，实现货运车辆和应急物流管理中心之间的正常通信，从而将GPS定位模块、北斗导航定位模块、WIFI模块的协作定位数据或者目标货物的标记状态信息发送给应急物流管理中心平台进行参考管理，实现了在应急复杂通信环境下，应急物流管理中心对应急物资状态、位置信息的获取，保障了应急物资运送的及时到位和应急工作的开展。

附图说明

图1为本发明实施例中获取货物状态信息的应急物流管理系统的结构示意图；

图2为具有图1所示系统的获取货物状态信息的应急物流管理方法的流程示意图；

图3为基于第一聚合准则下的传统聚合频段侦测的侦测性能曲线图；

图4为基于第二聚合准则下的传统聚合频段侦测的侦测性能曲线图；

图5为利用本发明实施例中聚合频段侦测方法的侦测性能曲线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明实施例中获取货物状态信息的应急物流管理系统，包括应急物流管理中心平台1、设置有RFID标签21的货物2和货运车辆3，货物2位于货运车辆3上，货运车辆3上设置有至少三个频段侦测模块31、中继模块32、GPS定位模块33、北斗导航定位模块34、WIFI模块35、LTE通信模块36、RFID阅读器37、存储器38和中央处理模块39，货物2上设置有微处理芯片22、压力传感器23和红外传感器24，应急物流管理中心平台1通过LTE通信模块36与中央处理模块39连接，中央处理模块39分别与频段侦测模块31、中继模块32、GPS定位模块33、北斗导航定位模块34、WIFI模块35、LTE通信模块36、RFID阅读器37和存储器38连接，LTE通信模块36分别与GPS定位模块33、北斗导航定位模块34、WIFI模块35和存储器38连接，压力传感器23、红外传感器24分别与微处理芯片22连接，微处理芯片22与中央处理模块39进行无线连接。其中，为了应急物流管理需要，此处分别标记货运车辆3上的货物为A₁、A₂、...、A_k，k∈Z⁺。

如图2所示，假设应急物流管理中心平台1需要对目标货物A₁的状态信息进行获取，设定货运车辆3上设置有七个频段侦测模块31，并分别标记各频段侦测模块为DT₁、DT₂、DT₃、DT₄、DT₅、DT₆和DT₇，频段侦测模块DT₁至DT₇所对应的自身的讯噪比snr₁～snr₇分别为-16dB、-17dB、-19dB、-21dB、-23dB、-25dB、-27dB，中继模块32实际接收的讯噪比snr_1,中继～snr_7,中继分别为-17dB、-18dB、-20dB、-22dB、-24dB、-26dB、-28dB，则应急物流管理中心平台1获取目标货物A₁的状态信息的应急物流管理方法依次包括如下步骤：

(1)应急物流管理中心平台1通过LTE通信模块36发送需要监控的目标货物A₁信息给中央处理模块39；

(2)中央处理模块39指令七个频段侦测模块DT₁～DT₇对货运车辆3所处的通信环境进行聚合侦测，并反馈侦测结果给中央处理模块39进行判断，并由中央处理模块39根据判断结果，指令LTE通信模块36在可用频段上进行通信：

(2-1)设定货运车辆3上有七个频段侦测模块DT₁～DT₇，频段侦测模块DT_i将空闲频段错误侦测为被占用状态的概率为P_fa,i，频段侦测模块DT_i所具有的讯噪比为snr_i，其中i＝1,2,3,...，7；

(2-2)七个频段侦测模块DT₁～DT₇分别将自身的讯噪比snr₁～snr₇发送给中继模块32，然后中继模块32转发频段侦测模块DT₁～DT₇分别发送的讯噪比snr₁～snr₇、中继模块32实际接收的讯噪比snr_1,中继～snr_7,中继给中央处理模块39，由中央处理模块39根据两次的讯噪比snr₁～snr₇和snr_1,中继～snr_7,中继，计算出用于进行聚合的讯噪比SNR₁～SNR₇，并获取讯噪比SNR₁～SNR₇的降序序列{Snr₁,Snr₂,Snr₃,....,Snr₇}，选择出讯噪比降序序列的第一值Snr₁，

例如，

依次类推，可分别得出SNR₃＝-10dB、SNR₄＝-11dB、SNR₅＝-12dB、SNR₆＝-13dB、SNR₇＝-14dB；即构成讯噪比SNR₁～SNR₇的降序序列{Snr_i}为：{-8dB,-8.5dB,-10dB,-11dB,-12dB,-13dB,-14dB}，可知，该讯噪比降序序列的第一值Snr₁＝-8dB；

(2-3)将讯噪比的第一值Snr₁＝-8dB所对应的频段侦测模块DT₂作为参考，分别和七个频段侦测模块的讯噪比Snr₁～Snr₇作差并取绝对值，其差值的绝对值分别记为γ₁～γ₇，且令该差值的绝对值γ₁～γ₇分别为初始比较值：

γ₁＝|Snr₁-Snr₁|、γ₂＝|Snr₁-Snr₂|、...、γ₇＝|Snr₁-Snr₇|；

(2-4)在获取频段侦测模块DT₁～DT₇的讯噪比SNR₁～SNR₇基础上，计算出各频段侦测模块DT₁～DT₇分别经过讯噪比贡献加权后所对应的自适应系数δ_i：

由式计算得w₁＝0.78，依次类推，得到w₂＝0.73、w₃＝0.92、w₄＝1.00、w₅＝1.10、w₆＝1.19、w₇＝1.28；依次分别将w₁～w₇、SNR_i代入和可分别得到自适应系数δ₁～δ₇；

其中，自适应系数δ_i用来根据中继模块32转发的频段侦测模块DT_i的讯噪比SNR_i实现对概率P_fa,i大小的自适应改变，为参与聚合的N个频段侦测模块DT_i讯噪比分别经过加权后的平均值，SNR_i为中继模块32转发的第i个频段侦测模块DT_i的讯噪比，w_i为频段侦测模块DT_i所对应的讯噪比SNR_i的贡献系数；

(2-5)计算每个频段侦测模块DT₁～DT₇自适应后所对应的判断比较值λ₁～λ₇：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_1={\mathrm{\σ}}_w^2[\sqrt{14}{\mathrm{\φ}}^{-1}\left(P_{\mathrm{fa},1}\right)+7]\\ ={\mathrm{\σ}}_w^2[\sqrt{14}{\mathrm{\φ}}^{-1}({\mathrm{\δ}}_1\·P_{\mathrm{fa}})+7]\\ ={\mathrm{\σ}}_w^2[\sqrt{14}{\mathrm{\φ}}^{-1}((1+\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}-{\mathrm{SNR}}_1}{\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}})\·P_{\mathrm{fa}})+7];\end{array}$

其中，P_fa,1＝δ₁·P_fa，依次类推，可分别得到判断比较值λ₂～λ₇；

(2-6)分别将λ₁,λ₂,...,λ₃,λ₇作为第1个、第2个、第3个、...、第7个判断比较值，依次将λ_i与|Snr₁-Snr_j|作差比较，并记获得的对应差值为Δ_ij：

Δ_ij＝λ_i-|Snr₁-Snr_j|，其中，i,j＝1,2,3,...,7；

例如，Δ₁₁＝λ₁-|Snr₁-Snr₁|，Δ₁₂＝λ₁-|Snr₁-Snr₂|，...，Δ₁₇＝λ₁-|Snr₁-Snr₇|；

Δ₂₁＝λ₂-|Snr₁-Snr₁|，Δ₂₂＝λ₂-|Snr₁-Snr₂|，...，Δ₂₇＝λ₂-|Snr₁-Snr₇|；

依次类推，得到Δ₃₁～Δ₃₇、...、Δ₇₁～Δ₇₇；

(2-7)根据步骤(2-6)中获取的对应差值Δ_ij，针对每一个判断比较值λ_i选取对应差值Δ_ij≥0时的频段侦测模块DT₁～DT_j参与聚合侦测；

例如，针对第一个判断比较值λ₁，如果在对应差值Δ₁₁～Δ₁₇中，只有Δ₁₁≥0和Δ₁₂≥0，则在判断比较值λ₁条件下，仅选取DT₁和DT₂参与聚合侦测；针对第二个判断比较值λ₂，如果在对应差值Δ₂₁～Δ₂₇中，只有Δ₂₁≥0、Δ₂₂≥0和Δ₂₃≥0，则在判断比较值λ₂条件下，仅选取DT₁、DT₂和DT₃参与聚合侦测；依次类推，分别确定针对判断比较值λ₃～λ₇条件下参与聚合侦测的频段侦测模块；

(2-8)对应于每一个判断比较值λ_i，分别选择步骤(2-7)中确定的频段侦测模块按照以下第一聚合准则和第二聚合准则进行聚合侦测，并获取聚合侦测性能曲线：

第一聚合准则： $P_D=1-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}(1-P_{\mathrm{da},i}),P_{\mathrm{FA}}=1-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}\left({1-P}_{\mathrm{fa},i}\right);$

第二聚合准则： $P_D=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{da},i},P_{\mathrm{FA}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{fa},i};$

其中，P_da,i表示第i个频段侦测模块DT_i正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_fa,i表示第i个频段侦测模块DT_i将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；P_D表示N个频段侦测模块经过聚合后，正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_FA表示N个频段侦测模块经过聚合后，将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；

其中，为了便于比较分析，在判断比较值λ_i条件下，基于第一聚合准则的聚合侦测性能曲线放置于同一个曲线图中，如图3所示；基于第二聚合准则的聚合侦测性能曲线放置于同一个曲线图中，如图4所示；

例如，针对第一个判断比较值λ₁，频段侦测模块DT₁和DT₂按照第一聚合准则进行聚合侦测的结果为：

$P_D=1-\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Π}}}(1-P_{\mathrm{da},i})=1-(1-P_{\mathrm{da},1})\·(1-P_{\mathrm{da},2}),$

$P_{\mathrm{FA}}=1-\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Π}}}(1-P_{\mathrm{fa},i})=1-(1-P_{\mathrm{fa},1})\·(1-P_{\mathrm{fa},2});$

针对第一个判断比较值λ₁，频段侦测模块DT₁和DT₂按照第二聚合准则进行聚合侦测的结果为：

$P_D=\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{da},i}=P_{\mathrm{da},1}\·P_{\mathrm{da},2},P_{\mathrm{FA}}=\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{fa},i}=P_{\mathrm{fa},1}\·P_{\mathrm{fa},2};$

其中，P_da,1表示第1个频段侦测模块DT₁正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_fa,1表示第1个频段侦测模块DT₁将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；P_da,2表示第2个频段侦测模块DT₂正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_fa,2表示第2个频段侦测模块DT₂将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；P_D表示两个频段侦测模块经过聚合后，正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_FA表示两个频段侦测模块经过聚合后，将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；

(2-9)在频段侦测模块DT_i将空闲频段错误侦测为占用状态的概率P_fa确定的条件下，选择正确侦测占用频段为占用状态的概率P_da最高的侦测性能曲线所对应的判断比较值为极优比较值λ_optimal：

由图3可以看出，当判断比较值λ＝1.2时，系统在第一聚合准则下具有最优的侦测性能，随着判断比较值的不断增加，聚合侦测的性能不断下降。据此可知，判断比较值λ＝1.2为第一聚合准则下的极优比较值；

图4给出了在第二聚合准则下，针对不同判断比较值选取时的聚合侦测性能曲线。可以看出，在第二聚合准则下，当λ＝1.2时的聚合侦测性能明显比其他判断比较值对应的侦测性能强。据此可得出结论，判断比较值λ＝1.2为第二聚合准则的极优比较值；

由图3和图4，可以确定，判断比较值λ＝1.2为此概率P_fa确定条件下的极优比较值λ_optimal，即λ_optimal＝1.2；

在概率P_fa确定的条件下，判断比较值为λ＝1.2＝λ₁时具有最高的侦测性能，即判断比较值λ₁为极优比较值λ_optimal，亦即λ_optimal＝λ₁；

(2-10)选取极优比较值λ_optimal＝λ₁所对应的两个聚合频段侦测模块DT₁和DT₂，并自适应地调整所选取的频段侦测模块DT₁和DT₂将空闲频段错误侦测为占用状态的概率P_fa,1、P_fa,2：

P_fa,1＝δ₁·P_fa，P_fa,2＝δ₂·P_fa；

(2-11)令步骤(2-10)中选取的两个频段侦测模块DT₁和DT₂按照第二聚合准则进行聚合侦测，并对LTE通信模块当前占用的频段空闲情况做出判断：

$P_D=\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{da},j}=P_{\mathrm{da},1}\·P_{\mathrm{da},2},P_{\mathrm{FA}}=\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{fa},j}=P_{\mathrm{fa},1}\·P_{\mathrm{fa},2};$

(2-111)当频段侦测模块侦测到当前LTE通信模块36所处的频段被占用时，则由中央处理模块39发送频段切换命令给LTE通信模块36，LTE通信模块36切换到另一空闲频段上进行通信；

(2-112)当频段侦测模块侦测到当前LTE通信模块36所处的频段空闲时，则中央处理模块39不作任何处理，LTE通信模块36保持在原有频段上进行通信；

(3)货物2上的压力传感器23和红外传感器24分别实时将获取的压力F_N(t)、热辐射数据发送给微处理芯片22，并由微处理芯片22将压力F_N(t)、热辐射数据转发给中央处理模块39进行判断，中央处理模块39将判断后货物的标记状态发送至存储器38进行存储：

(3-1)当压力数值F_N(t)大于或者等于设定的压力阈值F_N(D)且具有红外数据时，表示目标货物A₁被人动过且受到了严重碰撞，则中央处理模块39发送标记状态ξ₁至存储器38进行存储；

(3-2)当压力数值F_N(t)大于或者等于设定的压力阈值F_N(D)且没有红外数据时，表示目标货物A₁未被人动过且受到了严重碰撞，则中央处理模块39发送标记状态ξ₂至存储器38进行存储；

(3-3)当压力数值F_N(t)小于设定的压力阈值F_N(D)且具有红外数据时，表示目标货物A₁被人动过且没有受到严重碰撞，则中央处理模块39发送标记状态ξ₃至存储器38进行存储；

(3-4)当压力数值F_N(t)小于设定的压力阈值F_N(D)且没有红外数据时，表示目标货物A₁未被人动过且没有受到严重碰撞，则中央处理模块39发送标记状态ξ₄至存储器38进行存储；

(4)中央处理模块39将接收的目前货物A₁标签信息发送给RFID阅读器37，由RFID阅读器37对货运车辆3上的货物A₁、A₂、...、A_k进行扫描，并将扫描结果反馈给存储器38存储：

(4-1)存储器38发送扫描的RFID标签信息给中央处理模块39，中央处理模块39对存储器38发送的RFID标签信息进行判断操作：

(4-11)当RFID阅读器37扫面获取的RFID标签信息中含有目标货物A₁的标签信息时，表示目标货物A₁仍然处于货运车辆3上，则中央处理模块39分别发送定位命令给GPS定位模块33、北斗导航定位模块34；

(4-12)当RFID阅读器37扫面获取的RFID标签信息中未含有目标货物A₁的标签信息时，表示目标货物A₁已经被收货，则中央处理模块39发送已收货信息给存储器38进行存储；

(5)GPS定位模块33和北斗导航定位模块34分别执行定位命令，并将获取的定位数据发送给中央处理模块39进行判断操作：

(5-1)当中央处理模块39未获取到GPS定位数据时，表示GPS定位模块33此时不能正常定位，则中央处理模块39指令WIFI模块35搜索周围WIFI热点信号，并结合搜索到的WIFI热点信号和获取的北斗定位数据进行协作定位操作；

(5-2)当中央处理模块39获取到GPS定位数据时，表示GPS定位模块33此时能够正常定位，则中央处理模块39根据GPS定位数据和北斗定位数据进行协作定位操作；

(6)中央处理模块39将步骤(5)中的协作定位数据发送给存储器38，并同时由存储器38将存储的标记状态ξ₁、ξ₂、ξ₃或ξ₄、已收货信息和协作定位数据通过LTE通信模块36发送给应急物流管理中心平台1，然后由应急物流管理中心对应急物资进行管理。

由图5可以看出，当概率P_fa确定为0.1的条件下，传统的聚合频段侦测方法在第一聚合准则和第二聚合准则下，正确的将占用频段侦测为占用状态的概率分别为0.74和0.75；而本发明实施例中的聚合频段侦测方法对应于在第一聚合准则和第二聚合准则下，正确的将占用频段侦测为占用状态的概率分别为0.78和0.8。同时可以发现，相对于传统的聚合频段侦测方法，本发明实施例中的聚合频段侦测方法的侦测性能随着概率P_fa的增大而变的更具优势。由此可以知道，文中提出的改进型的聚合频段侦测方法具有更好的侦测性能。

Claims (2)

1.一种获取货物状态信息的应急物流管理系统，其特征在于，包括应急物流管理中心平台、设置有RFID标签的货物和货运车辆，所述货物位于货运车辆上，所述货运车辆上设置有至少三个频段侦测模块、中继模块、GPS定位模块、北斗导航定位模块、WIFI模块、LTE通信模块、RFID阅读器、存储器和中央处理模块，所述货物上设置有微处理芯片、压力传感器和红外传感器，所述应急物流管理中心平台通过LTE通信模块与中央处理模块连接，所述中央处理模块分别与频段侦测模块、中继模块、GPS定位模块、北斗导航定位模块、WIFI模块、LTE通信模块、RFID阅读器和存储器连接，所述LTE通信模块分别与GPS定位模块、北斗导航定位模块、WIFI模块和存储器连接，所述压力传感器、红外传感器分别与微处理芯片连接，所述微处理芯片与中央处理模块进行无线连接。

2.一种包括权利要求1所述系统的获取货物状态信息的应急物流管理方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

(1)应急物流管理中心平台通过LTE通信模块发送需要监控的目标货物信息给中央处理模块；

(2)中央处理模块指令频段侦测模块对货运车辆所处的通信环境进行聚合侦测，并反馈侦测结果给中央处理模块进行判断，并由中央处理模块根据判断结果，指令LTE通信模块在可用频段上进行通信：

(2-1)设定货运车辆上有N个频段侦测模块DT_i，频段侦测模块DT_i将空闲频段错误侦测为被占用状态的概率为P_fa,i，频段侦测模块DT_i自身所具有的讯噪比为snr_i，其中i＝1,2,3,…,N且N≥3；

(2-2)N个频段侦测模块DT_i分别将自身的讯噪比snr_i发送给中继模块，然后中继模块转发频段侦测模块DT_i发送的讯噪比snr_i、中继模块实际接收的讯噪比snr_i,中继给中央处理模块，由中央处理模块根据两次的讯噪比snr_i和snr_i,中继，计算出用于进行聚合的讯噪比SNR_i，并获取讯噪比SNR_i的降序序列{Snr₁,Snr₂,Snr₃,…·,Snr_t}，选择出讯噪比降序序列的第一值Snr₁，其中，t＝1,2,3,…·,N且N≥3，

i＝1,2,3,…,N且N≥3；

(2-3)将讯噪比的第一值Snr₁所对应的频段侦测模块作为参考，分别和N个频段侦测模块的讯噪比Snr_i作差并取绝对值，其差值的绝对值记为γ_i，且令该差值的绝对值γ_i为初始比较值：

γ_i＝|Snr₁-Snr_i|，其中i＝1,2,3,…,N且N≥3；

(2-4)在获取频段侦测模块DT_i的讯噪比SNR_i基础上，计算出各频段侦测模块DT_i分别经过讯噪比贡献加权后所对应的自适应系数δ_i：

${\mathrm{\δ}}_i=1+\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}-{\mathrm{SNR}}_i}{\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}},$

$\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\·{\mathrm{SNR}}_i,$

$w_i=\frac{{\mathrm{SNR}}_i}{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SNR}}_i},$ i＝1,2,3,…,N且N≥3；

其中，自适应系数δ_i用来根据中继模块转发的频段侦测模块DT_i的讯噪比SNR_i实现对概率P_fa,i大小的自适应改变，为参与聚合的N个频段侦测模块DT_i讯噪比分别经过加权后的平均值，SNR_i为中继模块转发的第i个频段侦测模块DT_i的讯噪比，w_i为频段侦测模块DT_i所对应的讯噪比SNR_i的贡献系数；

(2-5）计算每个频段侦测模块DT_i自适应后所对应的判断比较值λ_i：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_i={\mathrm{\σ}}_w^2[\sqrt{2N}{\mathrm{\φ}}^{-1}\left(P_{\mathrm{fa},i}\right)+N]\\ ={\mathrm{\σ}}_w^2[\sqrt{2N}{\mathrm{\φ}}^{-1}({\mathrm{\δ}}_i\·P_{\mathrm{fa}})+N]\\ ={\mathrm{\σ}}_w^2[\sqrt{2N}{\mathrm{\φ}}^{-1}((1+\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}-{\mathrm{SNR}}_i}{\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}})\·P_{\mathrm{fa}})+N];\end{array}$

其中，P_fa,i＝δ_i·P_fa，i＝1,2,3,…,N且N≥3；

(2-6)分别将λ₁,λ₂,…,λ₃,λ_N作为第1个、第2个、第3个、…、第N个判断比较值，依次将λ_i与|Snr₁-Snr_j|作差比较，并记获得的对应差值为Δ_ij：

Δ_ij＝λ_i-|Snr₁-Snr_j|，其中，i,j＝1,2,3,…,N且N≥3；

(2-7)根据步骤(2-6)中获取的对应差值Δ_ij，针对每一个判断比较值λ_i选取对应差值Δ_ij≥0时的频段侦测模块DT_j参与聚合侦测；

(2-8)对应于每一个判断比较值λ_i，分别选择步骤(2-7)中确定的频段侦测模块按照以下第一聚合准则和第二聚合准则进行聚合侦测，并获取聚合侦测性能曲线：

第一聚合准则： $P_D=1-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}(1-P_{\mathrm{da},i}),$ $P_{\mathrm{FA}}=1-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}(1-P_{\mathrm{fa},i}),$

第二聚合准则： $P_D=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{da},i},$ $P_{\mathrm{FA}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{fa},i};$

其中，P_da,i表示第i个频段侦测模块DT_i正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_fa,i表示第i个频段侦测模块DT_i将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；P_D表示N个频段侦测模块经过聚合后，正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_FA表示N个频段侦测模块经过聚合后，将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；

(2-9)在频段侦测模块DT_i将空闲频段错误侦测为占用状态的概率P_fa确定的条件下，选择正确侦测占用频段为占用状态的概率P_da最高的侦测性能曲线所对应的判断比较值为极优比较值λ_optimal；

(2-10)选取极优比较值λ_optimal所对应的M个聚合频段侦测模块，并自适应地调整所选取的频段侦测模块DT_j将空闲频段错误侦测为占用状态的概率P_fa,j：

P_fa,j＝δ_j·P_fa，j＝1,2,…,M且1≤M≤N；

(2-11)令步骤(2-10)中选取的M个频段侦测模块按照第二聚合准则进行聚合侦测，并对LTE通信模块当前占用的频段空闲情况做出判断：

$P_D=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{da},j},P_{\mathrm{FA}}=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Π}}}{P}_{\mathrm{fa},j},$ j＝1,2,…,M且1≤M≤N；

其中，P_da,j表示第j个频段侦测模块DT_j正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_fa,j表示第j个频段侦测模块DT_j将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；P_D表示步骤(2-10)中选取的M个频段侦测模块经过聚合后，正确的将占用频段侦测为占用状态的概率；P_FA表示步骤(2-10)中选取的M个频段侦测模块经过聚合后，将空闲频段错误侦测为占用状态的概率；

(2-111)当频段侦测模块侦测到当前LTE通信模块所处的频段被占用时，则由中央处理模块发送频段切换命令给LTE通信模块，LTE通信模块切换到另一空闲频段上进行通信；

(2-112)当频段侦测模块侦测到当前LTE通信模块所处的频段空闲时，则中央处理模块不作任何处理，LTE通信模块保持在原有频段上进行通信；

(3)货物上的压力传感器和红外传感器分别实时将获取的压力、热辐射数据发送给微处理芯片，并由微处理芯片将压力、热辐射数据转发给中央处理模块进行判断，中央处理模块将判断后货物的标记状态发送至存储器进行存储：

(3-1)当压力数值大于或者等于设定的压力阈值且具有红外数据时，表示目标货物被人动过且受到了严重碰撞，则中央处理模块发送标记状态ξ₁至存储器进行存储；

(3-2)当压力数值大于或者等于设定的压力阈值且没有红外数据时，表示目标货物未被人动过且受到了严重碰撞，则中央处理模块发送标记状态ξ₂至存储器进行存储；

(3-3)当压力数值小于设定的压力阈值且具有红外数据时，表示目标货物被人动过且没有受到严重碰撞，则中央处理模块发送标记状态ξ₃至存储器进行存储；

(3-4)当压力数值小于设定的压力阈值且没有红外数据时，表示目标货物未被人动过且没有受到严重碰撞，则中央处理模块发送标记状态ξ₄至存储器进行存储；

(4)中央处理模块将接收的目前货物标签信息发送给RFID阅读器，由RFID阅读器对货运车辆上的货物进行扫描，并将扫描结果反馈给存储器存储：

(4-1)存储器发送扫描的RFID标签信息给中央处理模块，中央处理模块对存储器发送的RFID标签信息进行判断操作：

(4-11)当RFID阅读器扫面获取的RFID标签信息中含有目标货物的标签信息时，表示目标货物仍然处于货运车辆上，则中央处理模块分别发送定位命令给GPS定位模块、北斗导航定位模块；

(4-12)当RFID阅读器扫面获取的RFID标签信息中未含有目标货物的标签信息时，表示目标货物已经被收货，则中央处理模块发送已收货信息给存储器进行存储；

(5)GPS定位模块和北斗导航定位模块分别执行定位命令，并将获取的定位数据发送给中央处理模块进行判断操作：

(5-1)当中央处理模块未获取到GPS定位数据时，表示GPS定位模块此时不能正常定位，则中央处理模块指令WIFI模块搜索周围WIFI热点信号，并结合搜索到的WIFI热点信号和获取的北斗定位数据进行协作定位操作；

(5-2)当中央处理模块获取到GPS定位数据时，表示GPS定位模块此时能够正常定位，则中央处理模块根据GPS定位数据和北斗定位数据进行协作定位操作；

(6)中央处理模块将步骤(5)中的协作定位数据发送给存储器，并同时由存储器将存储的标记状态、已收货信息和协作定位数据通过LTE通信模块发送给应急物流管理中心平台。