基于北斗导航和汉信码技术的智能物流系统设计

文 / 徐德洪

近年来，伴随着我国社会经济的持续稳步增长，带动了物流业蓬勃发展，2018年我国社会物流总额达283.1万亿元。物流业的快速发展带动了行业的进步，物流行业的发展正在越来越“精细化”和体现“以客户为中心”的发展理念。另一方面，随着信息技术的迅猛发展，各种先进的信息技术，如条码技术、RFID、无人技术等在物流行业中的应用越来越广泛，促进了现代物流的智能化发展。智能物流的发展核心是对信息的获取和处理，分为信息的获取、传递、处理和应用过程。

一、北斗导航和汉信码技术简介

北斗导航技术和汉信码技术是我国具有完全自主知识产权的两种智能服务技术，正在越来越多地应用到物流供应链服务过程中。其中，汉信码是中国物品编码中心研发的一种具有强大功能的开放式二维码码制，供国内用户免费使用。在实际的应用过程中，由于北斗导航和汉信码市场推广时间较短，与之配套的系统和技术支持较少，因此导致了两种技术的市场占有率并不高，特别是汉信码的生成和识别算法的提供商也比较少，市场认知度和应用较低。

（一）北斗导航简介

北斗卫星导航系统（BDS）是我国自行研制具有自主知识产权的全球卫星导航系统，是继美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧洲GSNS之后第四个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为客户提供高精度，高可靠的导航、定位、授时服务，并具有短报文通信能力，已具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒，是国家大力推广的智能技术。

由于北斗导航技术在导航、定位等方面的优越功能，已经在物流领域，特别是运输管理中得到广泛应用。应用北斗导航技术后，可以实现物流运输全方位（物流企业、货主企业、政府监管部门）的信息实时采集、可视化监管、全面交互服务；面向货主企业、物流企业和相关服务企业提供增值信息服务和线上交易服务。随着5G通信技术的推广和应用，运用北斗导航系统实现货物运输过程的视频采集、物流车辆定位、路径优化和轨迹回放等管理功能，成为智能物流发展的重要技术助推手段。

（二）汉信码技术简介

汉信码是2007年由中国物品编码中心牵头研发，是我国第一个具有完全知识产权的二维条码。与目前市面上常见的QR码（日本公司Denso-Wave研制）相比，汉信码具有信息容量大、汉字编码能力强、抗畸变、抗污损、编码效率高、支持加密技术等优点，已获得ISO的确认批准，可在硬纸板、玻璃、陶瓷、金属和塑料等介质上直接打印，达到了国际先进水平。汉信码的研制成功对于我国打破国外企业对我国在二维条码生成与识读核心技术上的商业垄断，提高条码自动识别技术的研发水平，推进二维条码在社会生活各个领域的应用具有十分重要的现实意义。汉信码技术可被广泛应用于现代物流、商品流通、防伪认证和信息追溯等领域，是国家正大力推广的一种二维条码。

汉信码符号是由N⋆N个正方形模块构成的正方形阵列，该正方形阵列由信息编码区、功能信息区与功能图形区组成，其中功能图形区主要包括寻像图形、寻像图形分隔区、校正图形与辅助校正图形。码图符号的四周为不少于3 模块宽的空白区，如图1所示。

随着物流管理信息化进程的加快，汉信码技术正在成为物流现代化的一个重要组成部分，附着在物品上的汉信码资料经读取设备读取后，可快速、准确地将物品资料自动输入，从而达到自动识别、快速传递、高效共享的目的，提高物流作业效率、减少人工识读和管理成本，降低错误率，提高物流作业质量，更精确获取储位。汉信码应用在物流的各个环节，可做到实时数据收集、同步显示，并经计算机信息系快速处理而后达到实施分析与实施控制的目的，提高物流体系各环节作业的机械化、自动化，对物流信息化管理起着基础性作用。

二、基于两种技术的智能物流系统构成

北斗导航技术和汉信码技术的用途不同，北斗技术主要针对运输车辆进行定位和导航服务，汉信码主要针对在途运输的货物提供识别。因此，北斗导航和汉信码技术的智能物流系统集成了两种技术的应用。

（一）北斗汉信智能物流系统的构成

北斗汉信码智能物流系统是有三部分组成，包括智能物流服务中心、北斗汉信终端和北斗汉信客户端（分控中心）。智能物流中心是北斗汉信码智能物流系统的服务器，记录物流系统中的每一项数据，是北斗汉信终端的数据接收与保存的服务器，并能够对系统中的数据进行分析存档，为北斗客户端提供实时访问信息。北斗汉信终端可通过采集物品的汉信码，用于实时跟踪物品的物流信息，并将物流系统提供给服务器。北斗汉信客户端为广大物流用户提供信息访问接口，用户可对物流信息进行跟踪。

北斗汉信码智能物流系统的组成结构图如图2：

（二）系统的功能

1.终端功能主要有：（1）物流信息采集。终端通过扫描汉信码对物流信息进行采集，采集后，该信息进入服务器被监控。（2）行驶速度记录。终端以1s的时间间隔持续记录并存储车辆行驶状态数据。记录车辆最近48个小时的行驶状态数据。该行驶状态数据每组记录为车辆在行驶过程中的实时时间、每秒钟间隔内对应的速度属性、平均速度（km/h）以及对应时间的状态信号。监控平台可通过下发采集命令无线采集车辆行驶速度记录，也可以通过有线采集，或U盘采集。（3）位置信息记录。终端以1min的时间间隔持续记录并存储车辆位置数据，每组记录数据包括车辆行驶的实时时间、位置信息以及平均速度，系统可以连续记录。信息的采集可通过无线采集或有线采集。（4）轨迹回放。终端具备指定时间段内（有一定的历史时间要求）回放指定车辆历史行驶轨迹的功能。对轨迹回放的速度可以进行调节控制。

2.客户端主要功能：（1）基础信息维护。对每个物流运输单元获进入系统内的合作企业，进行基础性信息录入。主要包括企业名称、社会统一信用代码、地址、通信方式、联系人、运营范围等。（2）运输车辆管理。车辆的主要信息主要包括：车牌号码、车牌颜色、车身颜色、车辆类型、车辆型号终端编号、发动机编号等。（3）运输车辆驾驶人员管理。信息包括驾驶员姓名、性别、年龄身份证号码、住址、联系电话、驾龄、驾驶证号、驾驶证类型等。（4）运输路线管理。系统可对物流运输的线路进行系统管理，线路的主要信息有线路名称、线路里程、线路数据、线路限速阈值等。（5）应急信息管理。载货车辆在运输途中对于各种意外情况产生的报警，可通过声、光、文、图等方式在平台上进行提醒，并显示车辆运态信息和静态信息。紧急情况可作报警处理，系统可自动提示当前车辆信息、意外事件发生时间、位置坐标，系统自动记录事发的路段及距离最近的地标信息，如标志性建筑、毗邻位置等。

三、汉信码的识读与信息传输过程

二维条码的信息容量和密度比较高，识别过程和技术要求比普通的一维条码更复杂，一般需要经过图像处理、纠错译码、信息译码等环节的技术处理，才能还原二维码信息。由于本智能系统中的汉信码在实际应用中,其图像采集受到物流作业现场因素的干扰，如仓库复杂背景、工作区光照不均、识读器拍摄角度等，都会对汉信码的正常识读造成影响。

为避免复杂物流作业场景下汉信码的识读出现问题，本系统在汉信码识读过程中先做如下技术处理：

（一）汉信码图像预处理阶段

汉信码图像在物流作业采集过程中受识读环境影响存在噪声及光照不均等问题，首先应对图像中的噪声进行滤除；然后针对图像识读器可能光照不均的问题，将图像进行分块根处理使其与原图同规格尺寸，最后与原图进行相减有效消除光照不均的影响。基于图像处理的汉信码识别技术图像预处理主要包括图像灰度化、图像滤波、图像二值化、条码定位、图像校正，其主要目的在于消除图像中的干扰信息，简化一些不需要的数据，为后续汉信码解码做好准备。

（二）汉信码寻像图形定位阶段

对第一阶段处理后的汉信码图像的连通区域进行分析，根据区域面积及最小外接矩形的尺寸比对待选区域进行筛选，得到汉信码寻像图形区域的基本位置；然后对汉信码位置探测图形的比例特征进行匹配，实现汉信码区域的准确定位；根据位置探测中心的坐标特征，采用透视变换方法对提取的汉信码图像进行畸变分析，运用旋转逆变换对汉信码完成旋转校正,为后续准确译码识读处理打下基础。

（三）汉信码信息解码阶段

从汉信码中提取功能信息区域，解析得到对应版本号、纠错等级及掩模方案等信息，在此基础上将图形点阵解析成计算机二进制数据，对数据码字进行自我纠错，最后根据编码模式反向解析出汉信码原始字符，实现汉信码表达的物流信息和对应商品信息的识别。

完成以上三个阶段的汉信码图像识读技术处理后，系统对汉信码进行识读，识读后获取的相关信息及时传回系统，整个系统的工作与信息传输流程如图3：

四、作用与应用前景展望

将北斗导航技术与汉信码技术结合用于物流运输车辆的管理中，可以有效地实现对在途运输车辆和物流货运信息的同步监管，实现运载工具与货品信息的同步采集。这个智能物流系统是物联网技术应用的一个发展方向，是人工智能技术在物流管理中的具体应用。它的应用可以有效地提升物流管理的效率，减少人工作业，降低物流信息采集的差错率。同时，由于北斗导航和汉信码技术均具有完全自主知识产权，特别是汉信码具有加密防伪功能，这个智能物流系统在国际物流和国内物流在途监管中，还可以起到物流信息安全监管、保护客户商业机密等作用。

另一方面，随着中美贸易战的加剧，美国对我国高新技术领域的封锁和围堵将成为一种常态化。在此背景下，加大我国具有自主知识产权的各种智能技术在各行各业的应用必将成为一种政府和市场必然的选择。本研究为这一领域的发展起到了探索和示范作用，伴随着我国物流行业的不断“智慧化”和物流供应链领域管理的“精细化”，北斗导航和汉信码技术将得到越来越广泛的应用。