物聯網在機場集成行李系統的應用

　　機場集成行李處理中，行李分揀、定位、跟蹤、監控在整個機場集成行李管理鏈中起著至關重要的作用，如果不能保證正確的分揀和定位控制及跟蹤，將會直接導致管理費用的增加，服務質量難以得到保證，從而影響企業的競爭力。傳統行李分棟方式是旅客在登機前辦理行李托運時，行李會被放到傳送帶上分別輸送到所搭乘的飛機中。這種模式就是利用行李上貼著的條形碼來進行識別。但是，提升條形碼的識別精度很難，每個行李的提手位置都不一樣，條形碼也就不可能總是朝向一致，因此，需要在幾個方向設置多個條形碼讀取器，即便如此，也有不能正確識別的現象。例如，香港機場條形碼的識別準確率為80%，也就是每五個中就有一個不能被正確識別，從而導致行李的誤發、延遲、遺失等發生率為20%左右，處理這些糾紛需要花費大量費用，給航空公司帶來很大的損失。如今，標簽中嵌入RFID標簽，特別是可以遠距離讀取的Gen2標簽將會大幅提升識別率，而且相對于條形碼來說，Gen2標簽可以張貼在任意位置。香港機場使用RFID標簽后，識別率升至97%。與以往的條形碼相比，識別失敗率從20%降到了3%。
　　
　　在國內外大型機場中，目前雖然應用了RFID電子標簽技術來對行李進行分揀，但這些系統只針對行李分揀，沒有很好地把這些行李信息與強大的物聯網相關聯，沒有應用到手機或無線PDA隨時隨地都可以定位和查詢行李信息，使這種行李分揀系統的使用受到了局限。本文通過研究基于物聯網的機場集成行李處理方案，對原有的機場集成行李處理方案進行了一定的改進，并在實際項目中應用，取得了良好的效果。
　　
　　1物聯網及其工作原理
　　
　　1.1物聯網的定義
　　
　　物聯網（Internetofthings）的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。
　　
　　1.2物聯網在國內外的應用
　　
　　目前，美國、歐盟、日本等國家都十分重視物聯網的發展，并且已經作了大量研究開發和應用工作。例如美國把它當成重振經濟的法寶，非常重視物聯網和互聯網的發展。物聯網的核心是利用信息通信技術來改變美國未來產業發展模式和結構（金融、制造、消費和服務等），改變政府、企業和人們的交互方式以提率、靈活性和響應速度。把感應器嵌入到每個角落，如電網、交通（鐵路、公路、市內交通）等相關的物體上，并利用網絡和設備收集的大量數據通過云計算、數據倉庫和人工智能技術作出分析給出解決方案，把人類智慧賦予萬物，賦予地球。他們提出“IBM.html'target='_blank'>智慧地球、物聯網和云計算”就是要作為新一輪IT技術革`命的*的證明。
　　
　　我國在物聯網的啟動和發展上與相比并不落后，我國中長期規劃《新一代寬帶移動無線通信網》中有重點專項研究開發“傳感器及其網絡”，國內不少城市和省份已大量采用傳感網解決電力、交通、*、農漁業中的“M2M”等信息通信技術的服務。在未來，物聯網不僅將滲透到智能交通、智能城市、環境保護、政府工作、公共安全、智能家居等領域，還將極大地推動經濟發展，被視為戰略新興產業和新的經濟增長點。目前，物聯網已經上升到國家戰略的高度，各個城市都想抓住這個新的經濟增長點。
　　
　　1.3物聯網的工作流程
　　
　　物聯網的基本工作流程由四部分組成，即信息采集系統（RFID系統）、PML（physicalmarkuplanguage，實體描述語言）信息服務器、產品命名服務器（objectnameservice，ONS）和應用管理系統。
　　
　　它們的功能分別如下：
　　
　　a）信息采集系統。
　　
　　該系統包括RFID電子標簽（tag）、閱讀器（reader）以及數據交換和管理系統軟件，主要完成產品的識別和產品的EPC（electronicproductcode）碼的采集和處理。
　　
　　存儲有EPC碼的電子標簽在經過讀寫感應區域時，產品的EPC碼會自動被探測器捕獲，從而實現自動化EPC信息采集；然后把所采集到的信息由連接探測器的服務器來處理，處理器安裝有信息采集處理軟件，該軟件對采集到的信息作進一步的處理，如數據的解析、過濾、完整性檢查等，這些處理過的數據保存到相應的數據庫中，以供上層應用管理軟件使用。
　　
　　b）產品命名服務器（ONS）。
　　
　　該服務器ONS主要實現的功能是在各個信息采集點與PML信息服務器之間建立關聯，實現從物品電子標簽EPC碼到產品PML描述信息之間的映射。
　　
　　c）PML信息服務器。
　　
　　該服務器中的數據定義規則由用戶創建并維護，用戶根據事先規定的規則對物品進行編碼，并利用XML對物品信息進行詳細描述。在物聯網中，PML服務器主要用于以通用的模式提供對物品原始信息的規則定義，以便于其他服務器訪問。
　　
　　d）業務管理系統。
　　
　　該系統通過獲取信息采集軟件得到的EPC信息，并通過ONS找到物品的PML信息服務器，從而可以Web的形式向Internet用戶提供諸如信息查詢、跟蹤等功能，用戶也可以通過手機或無線PDA實時了解物品的狀態。
　　
　　2機場集成行李處理系統設計
　　
　　2.1系統架構設計
　　
　　基于物聯網的機場集成行李處理采用了上的無線射頻身份識別技術，每件行李的條形碼都嚴格對應傳送帶上行李小車的編號，它們將會自動識別行李，不管行李走到哪里，只要輸入小車的編號，就可以對行李進行跟蹤和監控。另外，行李車間還可安裝多個攝像頭，基本覆蓋了所有盲區，工作人員可以在監控中心隨時觀察行李的去向。即使行李走錯路徑，有了這個身份識別系統，工作人員也可以控制小車讓其返回正確路徑，這樣就基本上杜絕了行李丟失或者拿錯的情況。
　　
　　基于物聯網的機場集成行李處理系統的結構如圖2所示。它主要由行李物品識別、信息處理/行李控制/跟蹤、PML服務器、本地數據庫服務器、業務系統五大模塊組成。
　　
　　它們的作用分別如下：
　　
　　a）行李物品識別。
　　
　　該系統的核心是行李的編碼和識別。
　　
　　由于每件行李的條形碼都嚴格對應傳送帶上行李小車的編號，它們將會自動識別行李，不管行李走到哪里，只要輸入小車的編號就可以對行李進行跟蹤和監控。所以，在基于RFID標簽的機場行李管理系統采用EPC碼作為行李的惟一標志碼，標簽由芯片和天線（antenna）組成，每個標簽具有惟一的產品電子碼。EPC碼（electronicproductcode）是Auto-ID研究中心為每個物理目標分配的惟一的可查詢的標志碼，其內含的一串數字可代表行李類別和旅客ID、登機日期和登機地、有效日期、應運往何地等信息。同時，隨著行李在機場內的轉移或變化，這些數據可以實時更新。通常，EPC碼可存入硅芯片做成的電子標簽內，并附在被標志行李上，以被信息處理軟件識別、傳遞和查詢。
　　
　　b）信息處理/行李控制/跟蹤。
　　
　　該模塊是系統的核心功能模塊，它通過數據采集接口、信息處理、行李跟蹤和監控三個接口與其他功能模塊進行交互，從而實現機場行李的自動處理。
　　
　　當行李通過行李入口時，由設置在行李入口的行李標簽探測器讀取行李的EPC碼，然后通過數據采集接口交由行李信息處理模塊，機場行李入口處可以安裝多部行李標簽條形碼信息分揀機，一部分用于國內飛行，其他用于飛行。行李分揀機還為不可讀標簽提供了手動編碼區。例如，上海浦東機場行李分揀機系統，無論是航班還是國內航班，抵達上海還是在上海中轉，都能夠輕松地進行行李分揀。系統也提供了早期行李分揀功能，將經過核對的行李通過旋轉式傳送帶送達合適位置，從而能夠在飛機起飛前就對其進行有序存儲。
　　
　　c）PML服務器。
　　
　　該服務器主要是由航空公司創建并維護的旅客信息服務器，它以標準的XML為基礎，提供行李的詳細信息，如行李類別和旅客ID、登機日期和登機地、有效日期、應運往何地等信息，并允許通過行李的EPC碼對行李信息進行查詢。PML服務架構在一個Web服務器之上，服務處理程序將數據存儲單元中的行李數據轉換成標準的XML格式，并通過SOAP引擎向客戶端提供服務，PML服務器屏蔽了數據存儲的異構性，以統一的格式向接口請求端提供信息服務。
　　
　　d）本地數據庫服務器。
　　
　　該服務器主要用于存儲數據采集和處理接口獲得的行李信息，以便在業務系統中查詢和維護。
　　
　　例如，用戶可以通過手機或無線PDA或Web客戶端隨時隨地查詢行李的當前狀態。
　　
　　基于物聯網的機場行李集成處理系統主要通過RFID電子標簽實現行李的自動識別和發運，利用物聯網獲取旅客的原始信息并自動生成旅客行李清單，從而極大地提高了機場行李的自動化分揀和智能化水平。
　　
　　2.2系統開發平臺
　　
　　該系統運用Internet環境，采用B/S模式進行開發。系統服務器端操作系統選用WindowsServer2008，開發工具為Eclipse，主要技術為JavaEE和使用Java語言編程，數據庫系統選用Oracle11g，分揀機采用FKILogistexS-3000E翻碟式分揀機。在該系統中，其中一套用于國內飛行，兩套用于飛行。
　　
　　S-3000E翻碟式分揀機的另一重要特點是，為處理不可讀標簽提供了手動編碼區。FKILogistex系統具有*的處理能力和*的靈活性，因此無論是航班還是國內航班，抵達上海還是在上海中轉，都能夠輕松地進行行李分揀。
　　
　　3機場集成行李處理系統實現
　　
　　3.1系統實現的關鍵技術
　　
　　機場集成行李處理系統中行李鏈條上每個參與對象都是處理系統的關鍵點，一旦產品出現問題，是否能夠查找到具體的問題來源和正確實施行李回收取決于參與對象的記錄是否健全。
　　
　　為確保機場集成行李處理的完整性，行李鏈條上每個參與對象都進行了惟一編碼。編碼由2位行李類別碼和18位旅客ID碼、10位登機日期碼和3位登機地碼、3位目的地碼及4位序列號組成。在旅客登機托運行李前，為每一位旅客的行李上貼一個RFID卡，每張RFID卡惟一對應一位旅客的行李。RFID卡能快速準確地為行李分揀機提供自動識別功能，操作快捷方便，同時在機場的惡劣環境中即使RFID卡部分磨損也不會影響分揀機的識別效果。
　　
　　3.2RFID讀寫器服務組件的設計
　　
　　在本系統中將每個讀寫器模塊的遠程方法調用封裝為一個管理組件（MBean）作為JMX服務器的實例注冊到JMX服務器中。JMX（Javamanagementextensions，Java管理擴展）是一個為應用程序、設備、系統等植入管理功能的框架。在JMX規范中，管理組件是一個能代表管理資源的Java對象，遵從一定的設計模式，實現該規范定義的特定的接口。該定義保證了所有的管理組件以一種標準的方式來表示被管理資源。管理接口就是被管理資源暴露出的一些信息，通過對這些信息的修改就能控制被管理資源。管理接口包括能被接觸的屬性值、能夠執行的操作、能發出的通知事件等。
　　
　　通過JMX框架對讀寫器進行監控和管理，使RFID中間件系統能提供管理、監控讀寫器的功能。JMX時間服務在的日期和時間觸發消息，也可以在一個固定間隔重復觸發消息。時間服務由一個MBean實現并可以管理，能夠發送它的timerNotification類的消息實例，而Java提供的接口javax.
　　
　　management.NotificationListener由想要接收通知的對象來實現，實現方法handleNotification。對于定期通知則使用固定延遲執行方案，如在timer中的那樣。為了使用固定速率執行方案，要使用addNotification方法。
　　
　　3.3RFID中間件的設計
　　
　　根據前面研究的標簽ID表示方法以及savant中間件的定義，RFID中間件的功能模塊應該包含如下幾個功能模塊：
　　
　　Reader接口模塊、邏輯驅動器映射模塊、RFID數據過濾模塊、業務規則過濾模塊、設備管理與配置模塊、上層服務接口模塊。其中：reader接口用于中間件與RFID讀寫器的數據通信，主要有獲取RFID數據以及下達設備管理模塊的讀寫器指令；設備管理配置模塊用于調整RFID讀寫設備的工作狀態，配置相應的reader接口參數等；邏輯讀寫器映射模塊用于將多個物理讀寫器或者讀寫器的多條天線映射成為一個邏輯讀寫器。一個邏輯讀寫器代表了一個有具體含義的數據采集點（如機場1號航站樓），而不管該采集點在物理上由多少個讀寫器和天線組成。它屏蔽了數據采集點的具體實現方式，減少了數據過濾等上層模塊與下層數據采集部分的軟件耦合度。對于上層模塊來說，可見的只有邏輯讀寫器，所以邏輯讀寫器映射模塊對RFID數據有初步過濾的功能。
　　
　　3.4RFID數據采集過濾方法設計
　　
　　RFID采集的原始數據量非常大，在實際應用中，根據具體的配置不同，每臺讀寫器每秒可以上報數個至數十個不等的電子標簽數據，如重復多次掃描同一個電子標簽，但其中只有少部分是對用戶有意義的、非重復性的數據，這樣大量的數據如果不經過去冗等處理而直接上傳，將會給整個RFID系統帶來很大的負擔。所以，對RFID采集的數據進行過濾處理。
　　
　　RFID數據采集過濾方法設計主要分為以下幾類：
　　
　　a）建立數據采集事件列表類。
　　
　　對每一個新到電子標簽數據進行實時檢測，如果是新掃描的電子標簽，則加入到相應列表中；如果該標簽在列表中已存在，則僅更新對應標簽的時間等狀態數據，而不新建標簽數據記錄，以達到清除重復數據的目的。
　　
　　b）數據采集事件編碼類。
　　
　　對電子標簽狀態的改變進行編碼，定義標簽出現的狀態編碼為0，標簽狀態消失的編碼為1，然后加入計時器機制，對計時器有效時間內的同一標簽的狀態跳變進行忽略，從而在狀態定義和時間維度兩個方面對數據進行去重化。
　　
　　上述這些算法均能夠很好地消除冗余數據，減少上層系統的負荷。但在實際應用中，除了RFID數據的去冗化以外，對數據的過濾還有著其他的需求。比如，由于信號不穩定或其他干擾因素，行李上的RFID標簽并不能在每一個讀寫器周期中被檢測到；或者當行李車從貨架旁走過時，其行李車內已有的物品被機場入口內的讀寫器誤讀到。針對上述問題，設計了在不同應用場景下的適應性和有效性的過濾算法。實驗平臺使用RS-232接口的單天線讀寫器，該讀寫器報告周期為1s，每次報告標簽數為五個。算法實現采用Java語言，通過Java串口來進行串口通信。
　　
　　4總結
　　
　　在機場集成行李處理中，zui關鍵的問題是行李的識別/監控和行李信息的獲取/查詢。本文針對傳統的機場行李處理存在的問題，將電子標簽與物聯網結合，利用電子標簽作為行李識別的手段，利用物聯網來監控和獲取行李物品的信息，提出了基于物聯網的機場集成行李處理系統，對其結構和功能進行了詳細的分析，并通過應用實例闡明了該系統的優勢和可行性。本文所提出的基于物聯網的機場集成行李處理系統具有高度自動化的特點。目前基于該方案開發的機場集成行李處理系統已經在國內某些航空公司安裝使用，今后將根據用戶的反饋繼續完善。