基于ＧＰＳ／ＧＩＳ的智能空間物流管理系統(tǒng)的構(gòu)建

［摘 要］ 現(xiàn)代物流迫切需要利用信息技術(shù)對社會(huì)現(xiàn)有零散的物流、商流、資金流、信息流等資源進(jìn)行整合，從而提高整個(gè)資源配置的合理性，本文在分析現(xiàn)代物流管理系統(tǒng)的需求基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了基于GPS/GIS的智能空間物流管理系統(tǒng)的構(gòu)建過程，重點(diǎn)介紹通信、智能管理平臺(tái)的構(gòu)建，并以多供貨地、多銷售地的物流配送問題為例，分析了該系統(tǒng)智能決策的過程及決策結(jié)果。系統(tǒng)的實(shí)施滿足了企業(yè)的現(xiàn)代化物流信息化管理的需求，本文為利用現(xiàn)代空間技術(shù)進(jìn)行物流智能化管理提供了較好的借鑒。

［關(guān)鍵詞］ GPS/GIS；智能空間物流管理系統(tǒng)；物流管理信息化

doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2009.10.0２8

［中圖分類號］F２７０.7;TP393［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號］1673-0194（2009）10-0082-04

隨著信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，特別是電子商務(wù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代物流迫切需要利用信息技術(shù)對社會(huì)現(xiàn)有零散的物流、商流、資金流、信息流等資源進(jìn)行整合，從而提高整個(gè)社會(huì)物流系統(tǒng)資源配置的合理性。由于物流涉及配送貨物的運(yùn)輸、倉儲(chǔ)、裝卸、送遞等各個(gè)環(huán)節(jié)，所以需要系統(tǒng)能夠提供智能化的管理，為決策提供可靠的依據(jù)。空間物流信息平臺(tái)建設(shè)的核心就是將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、空間信息技術(shù)與現(xiàn)代物流信息進(jìn)行集成，通過地理信息系統(tǒng)、GIS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GPS無線移動(dòng)通信技術(shù)和Internet構(gòu)筑一個(gè)面向物流企業(yè)應(yīng)用的全方位立體化和多功能的空間物流信息服務(wù)系統(tǒng)。達(dá)到提高車輛的有效利用率，實(shí)時(shí)獲取車輛的運(yùn)行信息，協(xié)助人們作出最佳的抉擇，選擇最佳的運(yùn)輸線路，選擇最佳的配送點(diǎn)分布等功能。所以建立全方位立體化和多功能的智能空間物流信息服務(wù)系統(tǒng)，成為提高物流運(yùn)作和管理水平的重要研究課題，本文對基于GPS/GIS的智能空間物流管理系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行了深入的分析研究［１］。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

作為智能空間物流管理系統(tǒng)主要需求包括：

（1） 自動(dòng)車輛定位：可在出行前準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地確定出車輛當(dāng)前的位置，并以圖形化方式顯示在電子地圖背景中。

（2）行車路線設(shè)計(jì)：可依據(jù)駕駛員提供的起點(diǎn)、終點(diǎn)和途經(jīng)點(diǎn)，自動(dòng)規(guī)劃出旅行代價(jià)最少的最佳行駛路線。

（3）路徑引導(dǎo)服務(wù)：可在出行過程中產(chǎn)生語音或圖形的實(shí)時(shí)引導(dǎo)指令，幫助駕駛員沿預(yù)定行車路線順利抵達(dá)目的地。

（4） 車輛調(diào)度顯示：具有GIS電子地圖，顯示指定車輛的位置、狀態(tài)等功能; 車輛調(diào)度命令， 將調(diào)度命令或參數(shù)設(shè)置命令發(fā)到各臺(tái)車上的功能。

（5） 安全管理功能：提供報(bào)警、狀態(tài)信息反饋等功能，使調(diào)度中心在第一時(shí)間掌握車輛和司乘人員狀況，以便及時(shí)采取措施，收集交通肇事瞬間的車速、制動(dòng)措施等相關(guān)信息事后稽查管理功能，提供某歷史時(shí)段運(yùn)行數(shù)據(jù)的查詢和回放，以便為事后稽查提供依據(jù)。

（6）智能決策功能：能夠根據(jù)局部或者全局的狀態(tài)提供最佳的配送、裝載、配送線路，最佳的配送點(diǎn)分布等方案，幫助供管理者作出最佳決策，以達(dá)到運(yùn)輸成本的最優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)資源最優(yōu)配置等目的。

根據(jù)主要功能需求，按照業(yè)務(wù)處理類型和處理的功能，系統(tǒng)分為３個(gè)部分：物流配送指揮控制中心、車載系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1所示。

其中物流配送指揮與控制中心是系統(tǒng)的核心，它與基于空間及互聯(lián)網(wǎng)的信息平臺(tái)共同構(gòu)成智能空間物流管理系統(tǒng)，其主要功能設(shè)計(jì)如圖２所示。

其中信息采集與處理系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的空間數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，并將空間數(shù)據(jù)解析為互聯(lián)網(wǎng)能識(shí)別的格式；智能配送系統(tǒng)完成配送方案的制訂、路徑優(yōu)化、網(wǎng)點(diǎn)管理、配送決策支持功能；智能監(jiān)控系統(tǒng)完成對全網(wǎng)絡(luò)中的物流資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在終端系統(tǒng)上給用戶以圖像形式顯示；智能信息分析系統(tǒng)提供對供應(yīng)、生產(chǎn)、用戶、市場、預(yù)測決策分析功能；智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度、數(shù)據(jù)、模型等管理。除定位和無線通信模塊外，其他功能模塊都必須以車載導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為硬件平臺(tái)，借助應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)［２］。

2系統(tǒng)通信功能構(gòu)建

系統(tǒng)通信功能主要包括通信代理子系統(tǒng)（I/O Bridge）、信息交換中心（Message Switch）、監(jiān)控客戶端（Client Monitor），其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

其中I/O Bridge負(fù)責(zé)對車機(jī)上行數(shù)據(jù)和系統(tǒng)下行指令接收、轉(zhuǎn)發(fā)；Message Switch 負(fù)責(zé)對上行車機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，對下行車機(jī)指令進(jìn)行封裝、加密，Client Monitor主要提供對全部機(jī)車進(jìn)行實(shí)時(shí)操作及信息監(jiān)控功能。

I/O Bridge可分為兩大類：I/O Bridge_ IP和I/O Bridge_SMS，這兩種類型都采用統(tǒng)一的輸入輸出接口。I/O Bridge_ IP是一個(gè)基于IP網(wǎng)絡(luò)的I/O通道。不論車機(jī)使用的是GPRS網(wǎng)絡(luò)還是CDMA網(wǎng)絡(luò)，甚至3G網(wǎng)絡(luò)，I/O Bridge_ IP通道均可完成和車機(jī)的I/O通訊，因?yàn)檫@些車機(jī)有一個(gè)共性：都使用IP協(xié)議。I/O Bridge_SMS是一個(gè)基于短信的IO通道。根據(jù)對端的不同，可分為基于短信中心的IO通道（I/O Bridge_SMSC）和基于GSM模塊（串口）的短信IO通道（I/O Bridge_COM）。I/O Bridge_SMS方式的接收、發(fā)送數(shù)據(jù)流程如圖４所示。

Message Switch 負(fù)責(zé)對上行車機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，對下行車機(jī)指令進(jìn)行封裝、加密；設(shè)計(jì)多套協(xié)議。它主要負(fù)責(zé)給監(jiān)控客戶端提供GPS準(zhǔn)確信息，以及為明文信息安全傳輸提供保障并實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證功能。它為I/O Bridge和Client的橋梁，擔(dān)負(fù)這封裝、拆包、解析的重任。以上行數(shù)據(jù)處理為例，其處理流程如圖５所示［３］［４］。

當(dāng)有一個(gè)Client連接時(shí)，Server會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程為該用戶服務(wù)。當(dāng)有數(shù)據(jù)從I/O返回時(shí)又要辨別是哪個(gè)Client發(fā)送的，并且要同時(shí)遵循FM、MI、上行、下行協(xié)議。

3智能管理平臺(tái)構(gòu)建

智能管理平臺(tái)不僅對物流核心業(yè)務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的業(yè)務(wù)進(jìn)行封裝，同時(shí)提供庫存仿真、路線優(yōu)化、倉儲(chǔ)布局優(yōu)化等多種智能組件，能夠幫助管理者及時(shí)地掌握配送活動(dòng)中產(chǎn)生的信息，并加以科學(xué)的利用，為企業(yè)管理、客戶管理、市場管理、資金管理等提供科學(xué)決策的依據(jù)，決策過程如圖6所示。

由用戶提供決策問題的相關(guān)信息，系統(tǒng)對這些信息進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)換成決策問題實(shí)例；系統(tǒng)對決策問題進(jìn)行劃分，搜索多屬性知識(shí)庫，如果判斷該決策問題是曾經(jīng)求解過的一類相似問題，便可應(yīng)用知識(shí)庫中與之相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)或模型知識(shí)直接進(jìn)行求解；否則，檢索模型庫，如果可從模型庫中直接選擇相應(yīng)模型，即結(jié)合GIS創(chuàng)建空間決策模型求解；否則，要分解為一系列子問題(管理層次)的集合，求解原決策問題就轉(zhuǎn)化為對每個(gè)子問題的分別求解，然后加以綜合即得。最后對求解得出的決策方案作綜合評價(jià)，并形成新的領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)存入知識(shí)庫中，供下一次決策使用［５］［６］。為了說明系統(tǒng)的智能決策過程，以物流的最優(yōu)的配送方案決策過程作為實(shí)例進(jìn)行闡述。

假設(shè)電子地圖上有m個(gè)產(chǎn)地Ａi(i =1，2，…，m) 可供應(yīng)某種物資，其供應(yīng)量產(chǎn)量分別為ai，地理位置分別為（xi，yi），有n個(gè)銷地Bj (j=1，2，…，n)，其銷量分別為bj，地理位置分別為(x'i，y'i)。其中ai，bj≥0(i =1，2，…，m;j=1，2，…，n)，應(yīng)如何組織調(diào)運(yùn)，要求一個(gè)最優(yōu)的調(diào)運(yùn)方案。假設(shè)以產(chǎn)地Ai(xi，yi)到銷地Bj(x'i，y'i)的運(yùn)輸路徑長度作為從Ai到Bj的單位運(yùn)輸費(fèi)用pij。

可以建立如下運(yùn)輸模型：

最優(yōu)方案是總運(yùn)費(fèi)最小的調(diào)運(yùn)方案，在無道路運(yùn)輸載荷限制的情況下，同一種分配方案在選擇兩頂點(diǎn)間的最優(yōu)路徑作為調(diào)運(yùn)路線時(shí)，將會(huì)使這兩地間的運(yùn)費(fèi)最小，同理當(dāng)調(diào)運(yùn)方案相同時(shí)所有產(chǎn)銷地之間都選擇走最優(yōu)路徑，將會(huì)得到采用此分配方案時(shí)的最小總運(yùn)費(fèi)［７］。

本系統(tǒng)的智能決策平臺(tái)設(shè)計(jì)了求解最佳物流模型的一個(gè)算法，智能管理系統(tǒng)采用道路為矢量地圖數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源采用MIF/MID 數(shù)據(jù)文件。采用各供應(yīng)地和各銷售地之間的最短距離作為各供銷地之間的運(yùn)輸費(fèi)用［８］［９］。

例1：相關(guān)數(shù)據(jù)分別見表１和表２。

利用智能配送系統(tǒng)的配送決策支持可以將運(yùn)輸模型轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)求解產(chǎn)銷地之間的最短路徑作為兩地之間的運(yùn)輸費(fèi)用，得到的運(yùn)輸費(fèi)用矩陣為（米）：

P =12 983.629 312 030.424 14 22 405.234 995 214.033 49 355.033 2 12 056.457 028 724.237 514 567.347 513 493.455 4252 434.365 712 342.114 79 783.657 8

利用配送決策支持系統(tǒng)求解例1的結(jié)果如圖7所示。

為了有利于車輛導(dǎo)航在道路圖層上以顯式的方式顯示，運(yùn)輸模型最優(yōu)分配方案所對應(yīng)的最優(yōu)運(yùn)輸路線如圖8所示。

4結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物流公司迫切需要利用信息技術(shù)對零散的物流車輛進(jìn)行有效的管理，從而提高整個(gè)物流系統(tǒng)資源配置的合理性，提高物流配送過程的效率。本文對基于GPS/GIS的智能空間物流管理系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行詳細(xì)分析。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將智能管理貫穿于物流管理的全過程中，它可以及時(shí)地掌握物流活動(dòng)中產(chǎn)生的信息，并加以科學(xué)的利用，為企業(yè)管理、客戶管理、市場管理、資金管理等提供科學(xué)決策的依據(jù)，從而提高管理層決策的準(zhǔn)確性和合理性，最終實(shí)現(xiàn)對企業(yè)的人力、財(cái)力、物力、客戶市場、信息等各種資源的綜合管理。系統(tǒng)的實(shí)施滿足了物流企業(yè)信息化管理的需求，為物流企業(yè)信息化提供了較好的借鑒。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文