CN110333687A - 一种集装箱的位置监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集装箱的位置监控系统，所述系统包括：终端设备和服务器；所述终端设备设置于待检测集装箱内；所述终端设备也所述服务器通信。应用本发明实施例，可以实现集装箱运作过程的透明化管理，特别是采用预设区域的电子围栏技术，将集装箱在海上运输过程中的位置信息采用船舶位置信息替代，并在此过程中将终端设备关闭，最大程度的节约终端设备的能源消耗。同时，优先采用太阳能电板供电，极大的延长了集装箱位置监测设备的使用寿命。

Description

一种集装箱的位置监控系统

技术领域

本发明涉及集装箱位置技术领域，特别是涉及一种集装箱的位置监控系统。

背景技术

集装箱一直以来就是远洋海运中主要的运输载体，随着信息技术的不断发展，特别是陆运过程中全程透明化的高度发展，使越来越多的海运客户更加迫切的希望能实现海运过程透明化管理。目前已有部分集装箱作业的位置监测设备，但由于集装箱通常寿命周期在10年左右，而且作业过程中的下一目的地具有随机性，使得现有的监测设备中的电池难以满足监测需求，而频繁更换电池也不具有可操作性。

可见，现有技术中缺乏一种有效的海洋运载过程中集装箱的监控系统。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种集装箱的位置监控系统，对海洋运载作业过程中的集装箱进行时空信息的定位，实现运输过程的安全透明。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种集装箱的位置监控系统，所述系统包括：终端设备和服务器；

所述终端设备安装于集装箱上，包括：

九轴加速度传感模块，用于采集集装箱在设定方向上的加速度信息；

控制模块，用于读取所述九轴加速度传感模块所获取的加速度信息，并根据所述加速度信息，确定是否启动所述定位模块；

定位模块，用于接收所述控制模块信号，并进行当前的集装箱定位；

通信模块，用于与所述服务器通信连接，将所述主控器模块的信息发送至所述服务器；

第一存储模块，用于在网络建立不成功时终将所述控制模块发送所述服务器的信息进行存储；

服务器，包括：

数据收发模块、计算分析模块、数据存储模块、指令缓存模块、信息通知模块、可视监控模块组成；

所述数据收发模块，用于与所述终端设备通进行双向通信，接收由终端设备回传的数据包，接收后按照自定义的通讯协议进行解析并存储；

所述计算分析模块，用于将所述终端设备回传的经纬度坐标信息反向解析成位置信息；

所述可视监控模块，用于将所述终端设备回传的经纬度、时间以及电池电量等信息显示在电子地图上；

所述指令缓存模块，接收由所述可视控制模块下达指令存入，在所述数据收发模块调用时通过内存读取；

所述数据存储模块，包括存储由数据收发模块接收的数据以及可视监控模块、信息通知模块应用的数据；

所述信息通知模块，用于根据自定义的规则将监控数据通过邮件、短信或微信实时发送至目标通讯终端。

本发明的一种实现方式中，所述的控制模块在工作状态时，按照设定时间中断唤醒，读取九轴加速度传感模块的数值；在判断九轴加速度传感模块发生位移时，启动所述定位模块采集时空数据，启动通信模块向服务器回发采集的时空数据，重置九轴加速度传感模块，并将终端设备休眠。

本发明的一种实现方式中，所述终端数设备接收所述九轴加速度传感模块的采集数据，并从关闭状态唤醒。

本发明的一种实现方式中，所述九轴加速度传感模块当发生向上加速度大于预设值时，中断唤醒所述控制模块。

本发明的一种实现方式中，所述通信模块采用2G及以上全球的全频段通信模块、所述定位模块为北斗定位模块或GPS定位模块。

本发明的一种实现方式中，所述终端设备包括：电源模块，其中，所述电源模块包括不小于10000mAh的非充电电池与带有不小于100mAh锂电池的太阳能电板组成，太阳能电板为主供电电路，只有当太阳能电板低于放电电压时，启用非充电电池供电。

本发明的一种实现方式中，所述数据收发模块由Socket编程实现，与所述终端设备通过无线网络进行双向通信，接收由终端设备回传的数据包，按照自定义的通讯协议进行解析并存入数据存储模块。

本发明的一种实现方式中，所述可视监控模块收到所述终端设备处于关闭状态通知或船公司业务系统显示集装箱装船时，与船公司内部业务系统对接，通过接收运输管理系统获取运的输集装箱的船舶编号，并用船舶位置代替集装箱位置显示在电子地图上，默认显示船舶最近一条记录的信息。

本发明的一种实现方式中，所述可视监控模块维护终端设备号与集装箱号的绑定关系。

本发明的一种实现方式中，所述可视监控模块向终端设备下发远程修改参数。

如上所述，本发明实施例提供的一种集装箱的位置监控系统，将集装箱在海上运输过程中的位置信息采用船舶位置信息替代，并在此过程中将终端设备关闭，最大程度的节约终端设备的能源消耗。同时，优先采用太阳能电板供电，极大的延长了集装箱位置监测设备的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的一种集装箱的位置监控系统的一种结构示意图。

图2是本发明实施例的一种集装箱的位置监控系统的一种具体实施方式。

图3是本发明实施例的一种集装箱的位置监控系统的一种具体实施方式。

图4是本发明实施例的一种集装箱的位置监控系统的一种具体实施方式。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明实施例提供的一种集装箱的位置监控系统,适用于集装箱船公司，包括终端设备和服务器端两大模块，终端设备通过移动通信网络连接到服务器端，使用TCP/IP协议进行数据包发送，采用“请求-应答”网络通信交互模式，确保数据不丢包。

其中，终端设备模块由九轴加速度传感模块、通信模块、定位模块、存储模块、电源模块、控制模块组成，各个模块之间通过电路板上的线路连接；服务器端由数据收发模块、计算分析模块、数据存储模块、指令缓存模块、信息通知模块、可视监控模块组成，各个模块通过软件设计集成在一个系统中。

具体的，终端设备模块是安装在凹槽内，一种具体实现为：终端设备通过磁铁背板吸附安装于集装箱凹槽中，并用硅胶封住。

本发明实施例中，终端数设备有两种状态，分别是工作状态和关闭状态，当设备处于工作状态时，有定时中断唤醒的工作机制；当设备处于关闭状态时，没有定时中断唤醒的工作机制。终端数设备的控制模块是整个设备的主控处理器，由电源模块供电。

终端设备的控制模块为了达到设备整体低功耗，主动控制定位模块、通信模块的开启与关闭，默认情况下定位模块和通信模块处于关闭状态。终端数设备的控制模块在工作状态时，按照设定的采集频率(默认2小时)由内部计时器控制中断唤醒，读取九轴加速度传感模块，如九轴加速度传感模块的水平位移标志位为true时，首先启动定位模块采集时空数据(如定位模块无法定位则直接休眠终端设备)，然后启动通信模块向服务器回发采集的时空数据(如网络无法建立，则检查采集的定位点是否在预设区域内，如是则直接休眠终端设备，如否则暂存采集的时空数据到存储模块；如网络不通则暂存采集的时空数据到存储模块)，最后重置九轴加速度传感模块的水平位移标志位为false并将终端设备休眠；如九轴加速度传感模块的水平位移标志位为false时，则认为集装箱在该段事件没有发生水平位移，直接使终端设备休眠。

控制模块在任何状态下都可由九轴加速度传感模块中断唤醒，但在关闭状态时，只能由九轴加速度传感模块中断唤醒。控制模块由九轴加速度传感模块中断唤醒后，打开定位模块待集装箱稳定后(九轴加速度传感模块在水平方向的加速度值均小于0.5g，该值为经验值可调节)获取定位信息，借助电子围栏技术判断集装箱是否在存储模块的预设区域(海域)内。如在预设区域内，则进一步判断终端设备之前是否处于关闭状态，如是可认定为该集装箱在装卸船过程中的捣箱作业，休眠设备并继续保持关闭状态；如否可认定为该集装箱完成从陆地到船上的装船过程，打开通信模块，将采集的时空信息回传并通知服务器端终端设备进入关闭状态，之后将终端设备休眠并转入关闭状态(如网络建立不成功或网络不通，则直接休眠终端设备并转入关闭状态)；如不在预设区域内，则进一步判断终端设备之前是否处于关闭状态，如是可认定为该集装箱完成从船上到陆地的卸船过程，打开通信模块，将采集的时空信息回传并通知服务器端终端设备进入工作状态(如网络建立不成功或网络不通，则暂存发送信息)，开启定时唤醒的计时器，之后休眠终端设备；如否可认定为该集装箱在陆地区域内的装卸(如堆场捣箱、装车等)，直接休眠终端设备，等待下一个计时器唤醒时刻。

本发明的一种具体实现方式中，九轴加速度传感模块采用通用的低功耗模块，由电源模块直接供电，探测集装箱的运动状态，当发生向上加速度大于1g的情况时(发生装卸事件)，中断唤醒控制模块；当发生水平方向加速度大于1g的情况时(发生水平位移事件)，设置模块的水平位移标志位为true(其中1g可根据实际应用效果进行调整，本发明实施例不对加速度的设置值做具体限定)。

通信模块采用2G及以上适用全球的全频段通信模块，用于建立终端设备与服务器端的通信连接。定位采用北斗(或GPS)定位模块，用于获取集装箱的位置信息以及当前的时间。存储模块暂存当网络建立不成功或网络不通时终端设备采集的时空信息，，待有网络时集中向服务器发送；存储终端设备的预设区域信息，通过Arcgis软件应用节点抽稀的方法将校准的世界地图GIS数据中海洋区域抽取出来作为预设区域(海域)。集装箱船靠岸后，装载集装箱最靠近岸边的位置与岸边通常有3米以上的间隔，且集装箱在卸船后也不会紧贴在岸边，也会留有2米以上的间隔，因此采用高精度米级定位的北斗/GPS定位模块，确保在海域内的节点不会通过电子围栏技术判断到陆域内，也不会把陆域内的节点判断到海域内。

终端设备的电源模块由不小于10000mAh、自放电率低的非充电电池与带有不小于100mAh锂电池的太阳能电板组成，其中太阳能电板为主供电电路，只有当太阳能电板低于放电电压时，启用非充电电池供电。

本发明实施例中，服务器端由数据收发模块、计算分析模块、数据存储模块、指令缓存模块、信息通知模块、可视监控模块组成，各个模块通过软件设计集成在一个系统中。数据收发模块由Socket编程实现，与终端设备通过无线网络进行双向通信，接收由终端设备回传的数据包，接收后按照自定义的通讯协议进行解析并存入数据存储模块。计算分析模块包含GIS分析引擎，将终端设备回传的经纬度坐标信息反向解析成位置信息(如120.17,35.99解析为中国山东省青岛市黄岛区)。数据存储模块由关系型数据库组成，存储由数据收发模块接收的终端设备采集的数据以及可视监控模块、信息通知模块应用相关的数据信息。

指令缓存模块可由可视控制模块下达指令存入，在数据收发模块调用时通过内存读取，提高数据收发模块读取指令的效率。指令缓存模块中的指令在终端设备回传采集数据时，与服务器端发送的应答数据包合在一起下发至终端设备。

信息通知模块可根据自定义的规则将监控数据通过邮件、短信或微信等方式实时发送至相关联系人。可视监控模块在设备处于工作状态时将存储在数据存储模块中终端设备回传的经纬度、时间以及电池电量等信息显示在电子地图上，默认显示每个设备最近一条记录的信息。可视监控模块收到终端设备处于关闭状态通知或船公司业务系统显示集装箱装船后，将与船公司内部业务系统对接，通过运输管理系统获取运输集装箱的船舶编号，再与船舶管理系统对接，通过船舶编号获取船舶的位置，并用船舶位置代替集装箱位置显示在电子地图上，默认显示船舶最近一条。可视监控模块具有向终端设备下发远程修改参数的功能，包括：数据采集频率(默认2小时)、服务器地址(包括IP地址和端口号)。

如图1所示，本发明实施例提供参照图1所示，一种集装箱的位置监控系统，包括终端设备和服务器两大模块，终端设备通过移动通信网络连接到服务器，使用TCP/IP协议进行数据包发送，采用“请求-应答”网络通信交互模式，确保数据不丢包。其中，终端设备模块由九轴加速度传感模块、通信模块、定位模块、存储模块、电源模块、控制模块组成，各个模块之间通过电路板上的线路连接；服务器由数据收发模块、计算分析模块、数据存储模块、指令缓存模块、信息通知模块、可视监控模块组成，各个模块通过软件设计集成在一个系统中。

参照图2所示，集装箱在陆域的公路、铁路、内河运输和存储过程中，一种集装箱的位置监控系统处于工作状态时，由终端设备控制模块内部的计时器中断唤醒后的主要工作流程如下：

1、终端设备控制模块内部的计时器到达采集时刻(默认每隔2小时)，中断唤醒终端设备；

2、终端设备采集并回传时空数据，具体细节如下：1)读取九轴加速度传感模块的水平位移标志位；2)如九轴加速度传感模块的水平位移标志位为true时，首先启动定位模块采集时空数据(如定位模块无法定位则直接休眠终端设备)，然后启动通信模块向服务器回发采集的时空数据(如网络无法建立，则检查采集的定位点是否在预设区域内，如是则直接休眠终端设备，如否则暂存采集的时空数据到存储模块，待之后有网络时集中向服务器发送)，最后重置九轴加速度传感模块的水平位移标志位为false并将终端设备休眠；3)如九轴加速度传感模块的水平位移标志位为false时，则认为集装箱在该段事件没有发生水平位移，直接使终端设备休眠。

3、服务器数据收发模块接收终端设备回传的数据包请求，服务器计算分析模块反向解析定位数据后存入服务器的数据存储模块；

4、服务器数据收发模块应答终端设备的数据包请求，首先查看指令缓存模块中是否有缓存指令，如有则加入到应答数据包中，如无则直接回复应答数据包；

5、终端设备网络延时等待10秒(该值为经验值，可调整)，如收到服务器的应答数据包，确定数据已提交成功，休眠终端设备；如收不到应答数据包则认为网络不通，暂存采集的时空数据到存储模块，休眠终端设备。

参照图3所示，集装箱在码头装卸过程中，通过九轴加速度传感模块向上加速度捕获唤醒后的主要工作流程如下：

1.九轴加速度传感模块探测到集装箱发生向上加速度大于1g的情况时(发生装卸事件)，中断唤醒控制模块；

2.打开定位模块待集装箱稳定后(九轴加速度传感模块在水平方向的加速度值均小于0.5g，该值为经验值可调节)获取定位信息；

3.借助电子围栏技术判断集装箱是否在存储模块的预设区域(海域)内，具体实施细节如下：

1)如在预设区域内，则进一步判断终端设备之前是否处于关闭状态，如是可认定为该集装箱在装卸船过程中的捣箱作业，休眠设备并继续保持关闭状态；如否可认定为该集装箱完成从陆地到船上的装船过程，打开通信模块，将采集的时空信息回传并通知服务器终端设备进入关闭状态，之后将终端设备休眠并转入关闭状态(如网络建立不成功或网络不通，则直接休眠终端设备并转入关闭状态)；

2)如不在预设区域内，则进一步判断终端设备之前是否处于关闭状态，如是可认定为该集装箱完成从船上到陆地的卸船过程，打开通信模块，将采集的时空信息回传并通知服务器终端设备进入工作状态(如网络建立不成功或网络不通，则暂存发送信息)，开启定时唤醒的计时器，之后休眠终端设备；如否可认定为该集装箱在陆地区域内的装卸(如堆场捣箱、装车等)，直接休眠终端设备，等待下一个计时器唤醒时刻。

参照图4所示，一种集装箱的位置监控系统在码头的装卸作业场景结合本发明应用阐述如下：

码头装船作业

1)堆场的轮胎吊或轨道吊等堆场机械将放置在堆场的集装箱吊装至集卡上，该阶段触发九轴加速度传感模块的向上加速度捕获事件，但由于堆场处于陆域，终端设备继续保持工作状态；

2)由集卡将集装箱拖至码头桥吊(也称岸桥)下；

3)由桥吊将集卡上的集装箱吊装至船上，该阶段触发九轴加速度传感模块的向上加速度捕获事件，待集装箱放置在船上稳定后，定位模块获取定位信息在预设区域内，打开通信通知服务器终端设备进入关闭状态，休眠终端设备并进入关闭状态。如此时定位模块出现定位偏差没有落在预设区域内，后续在海上无法建立通信后也会使设备进入关闭状态，达到终端设备节能的目的；

4)一种集装箱的位置监控系统在海域进入关闭状态。

2.码头卸船作业，

1)桥吊将位于船上的集装箱吊装至集卡上，该阶段触发九轴加速度传感模块的向上加速度捕获事件，待集装箱放置在船上稳定后，定位模块获取定位信息不在预设区域内，终端设备进入工作状态，采集并回发采集数据，启动内部定时器后休眠终端设备，如此时定位模块出现定位偏差落在预设区域内，后续在堆场吊装集装箱时还会将设备调整到工作状态；

2)由集卡将集装箱拖至堆场；

3)堆场的轮胎吊或轨道吊等堆场机械将放置在集卡上集装箱吊装至堆场上，该阶段触发九轴加速度传感模块的向上加速度捕获事件，但由于堆场处于陆域，终端设备继续保持工作状态，如之前在码头边出现定位偏差，此时可予以纠正(码头的堆场离岸边的距离远远大于定位模块的定位偏差)；

4)一种集装箱的位置监控系统在陆域进入工作状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种集装箱的位置监控系统，其特征在于，所述系统包括：终端设备和服务器；

所述终端设备安装于集装箱上，包括：

九轴加速度传感模块，用于采集集装箱在设定方向上的加速度信息；

控制模块，用于读取所述九轴加速度传感模块所获取的加速度信息，并根据所述加速度信息，确定是否启动所述定位模块；

定位模块，用于接收所述控制模块信号，并进行当前的集装箱定位；

通信模块，用于与所述服务器通信连接，将所述主控器模块的信息发送至所述服务器；

第一存储模块，用于在网络建立不成功时终将所述控制模块发送所述服务器的信息进行存储；

服务器，包括：

数据收发模块、计算分析模块、数据存储模块、指令缓存模块、信息通知模块、可视监控模块组成；

所述数据收发模块，用于与所述终端设备通进行双向通信，接收由终端设备回传的数据包，接收后按照自定义的通讯协议进行解析并存储；

所述计算分析模块，用于将所述终端设备回传的经纬度坐标信息反向解析成位置信息；

所述可视监控模块，用于将所述终端设备回传的经纬度、时间以及电池电量等信息显示在电子地图上；

所述指令缓存模块，接收由所述可视控制模块下达指令存入，在所述数据收发模块调用时通过内存读取；

所述数据存储模块，包括存储由数据收发模块接收的数据以及可视监控模块、信息通知模块应用的数据；

所述信息通知模块，用于根据自定义的规则将监控数据通过邮件、短信或微信实时发送至目标通讯终端。

2.根据权利要求1所述的集装箱的位置监控系统，其特征在于，所述的控制模块在工作状态时，按照设定时间中断唤醒，读取九轴加速度传感模块的数值；在判断九轴加速度传感模块发生位移时，启动所述定位模块采集时空数据，启动通信模块向服务器回发采集的时空数据，重置九轴加速度传感模块，并将终端设备休眠。

3.根据权利要求1所述的集装箱的位置监控系统，其特征在于，所述终端数设备接收所述九轴加速度传感模块的采集数据，并从关闭状态唤醒。

4.根据权利要求1所述的集装箱的位置监控系统，其特征在于，所述九轴加速度传感模块当发生向上加速度大于预设值，中断唤醒所述控制模块。

5.根据权利要求1所述的集装箱的位置监控系统，其特征在于，所述通信模块采用2G及以上全球的全频段通信模块、所述定位模块为北斗定位模块或GPS定位模块。

6.根据权利要求1所述的集装箱的位置监控系统，其特征在于，所述终端设备包括：电源模块，其中，所述电源模块包括不小于10000mAh的非充电电池与带有不小于100mAh锂电池的太阳能电板组成，太阳能电板为主供电电路，只有当太阳能电板低于放电电压时，启用非充电电池供电。

7.根据权利要求1所述的集装箱的位置监控系统，其特征在于，所述数据收发模块由Socket编程实现，与所述终端设备通过无线网络进行双向通信，接收由终端设备回传的数据包，按照自定义的通讯协议进行解析并存入数据存储模块。

8.根据权利要求1所述的集装箱的位置监控系统，其特征在于，所述可视监控模块收到所述终端设备处于关闭状态通知或船公司业务系统显示集装箱装船时，与船公司内部业务系统对接，通过接收运输管理系统获取运的输集装箱的船舶编号，并用船舶位置代替集装箱位置显示在电子地图上，默认显示船舶最近一条记录的信息。

9.根据权利要求8所述的集装箱的位置监控系统，其特征在于，所述可视监控模块维护终端设备号与集装箱号的绑定关系。

10.根据权利要求8所述的集装箱的位置监控系统，其特征在于，所述可视监控模块向终端设备下发远程修改参数。