城市物流配送系統與交通信號控制系統協作模式研究

侯艷輝，郝 敏HOU Yan-hui,HAO Min

（山東科技大學 經濟管理學院，山東 青島 266590）

(College of Economic and Management,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China)

城市物流配送的基本要求是道路暢通，而交通信號燈的設置是否合理，對道路是否暢通有決定性的作用。隨著我國各大城市的交通基礎設施建設快速發展，城市道路越建越多，道路的擁擠程度和交通事故的發生率卻沒有得到明顯的緩解，城市物流配送承受著與日俱增的壓力。

為解決這一問題，現在已涌現出了大量的配送路線優化軟件，但這些軟件大都集中在解決最短路徑的計算問題上，而對交通堵塞問題卻無能為力。一條在地理上最短的路線可能因為交通堵塞而變成耗時最長的路線。所以，要加快城市物流配送的發展，必須解決交通堵塞問題，其中的交通信號控制尤為重要。

1 城市物流配送對道路交通的要求

1.1 基本要求

城市物流的基本要求是道路暢通，同時還要保證流向合理，運輸距離短，配送速度快，按眾多門店的要求，配齊商品，進行補貨，以令人滿意的服務，迅速、及時、準確、安全、低成本進行配送。要達到這樣的要求，必須把道路交通的影響降到最低。

1.2 路徑最短

在配送路線上，選擇最短的路徑，以便能夠盡快地將貨物運送到指定地點，這一研究領域已取得了很多成果，出現了不少的算法以及成熟的配送路線優化軟件，如邁極資訊公司（Manugistics）的TR系統等[1]。一般來講在計算優化路線時考慮的因素包括：①商品信息：體積、重量、類別、數量；②道路信息：道路圖、道路行駛限制、路費；③客戶信息：接貨位置；④車輛信息：載重量、容積等。可見，道路行駛限制（包括交叉口通行狀況、速度等）是影響配送路線優化的關鍵因素之一。

在此需要指出的是，很多軟件在我國的應用狀況并不理想，其中一個很重要的原因就是國內的交通基礎設施滿足不了當代物流運輸的需要，交叉口的通行能力不足，雖然制定出了最優路線，卻可能因為交叉口的擁堵而消耗最多的時間，沒有實現真正的“最優”。

1.3 時間最短

交叉路口是道路通行能力的瓶頸。城市配送要求配送的及時性，選擇的最短配送路線途中的交叉路口是否通暢，是配送時間的最大影響因素。所以在城市配送路線規劃時寧愿繞彎走環路、高架橋，也要避免一些經常擁堵的交叉路口。但既然是城市配送，不可避免地總要經過交叉路口，只是多寡而已。因此對交叉路口的研究選擇是配送路線規劃的重要部分?，F有的一些常用軟件基本是只計算最短路徑，而對交叉路口的選擇還沒有準確的預測算法。同時這些軟件局限于交通車輛與交通信號控制系統之間的數據交換能力。

1.4 交通堵塞應急能力

突發性道路堵塞對運輸費用具有較大的影響。在實際運輸過程中，由于受到不確定因素的影響，運輸車輛不可避免地會遇到突發性的道路堵塞，如果堵塞的持續時間較長，決策者就需要考慮重新選擇路徑，但是這一決策的正確有效性比較低，比起重新選擇路徑來，不如提前預防，所以，優化交通信號控制要有效的多。一般的交通信號控制中，沒有考慮交叉口之間的關聯性，每個交叉口都是獨立的，如果能在一定的區域范圍內協調控制各個相關交叉路口的信號，每個交叉口實現數據通信和共享，那么在發生交通堵塞時，就可以在宏觀上進行控制協調，換言之，也就可以使車輛加強交通堵塞的應急能力。

1.5 提高路口的通行能力

前文已經提到，要優化配送時間，必須要提高交叉口的通行能力，減少道路的擁擠。如果在有效的綠燈時間之內放行盡可能多的車輛，再配合上配送路線優化系統、車輛衛星導航系統以及具有與交通控制信號系統之間數據交換能力的系統，那么不僅交叉口的交通堵塞問題可以得到緩解，而且即使交叉口由突發事件導致堵塞，也可以在最短的時間內，最快的選擇其他路線，以免耽誤時間，造成更多的損失。

1.6 降低能耗

交叉口信號燈的設置使得車流成為間斷流，汽車通過交叉口時，經常需要減速、停車、加速，由此不僅使汽車產生一定的延誤，而且由于汽車行駛狀況發生變化，使得汽車在交叉口產生一個比在正常連續道路行駛時多得多的燃油消耗[2]。交叉口不僅是交通網絡中的瓶頸地段，也是燃油消耗最多的地段，這必然會增加運輸成本。

綜上所述，城市物流配送對道路交通的要求越來越高，必須對道路交通進行合理規劃，特別是交通信號控制的合理化，它在很大程度上影響著城市物流配送的效率，進而決定著城市的發展，不可忽略。

2 城市物流配送系統與交通信號控制系統的協作

通過研究不難發現，要實現城市物流配送系統與交通信號控制系統的協作，關鍵是將現有的配送路線優化系統、車輛運輸調度系統與交通信號控制系統的信息流和控制流實現統一，達到數據和功能的集成。

2.1 配送路線優化系統與交通信號控制系統的協作

目前的配送路線優化軟件，主要是以計算最短路徑為主，而沒有考慮道路狀況，即使考慮道路狀況，所有的數據來源也均是歷史數據或靜態數據。而交通狀況是瞬息萬變的，所以隨著城市物流配送的發展，對配送路線優化軟件的要求也越來越高，如果配送路線優化軟件能實時的按照實際交通情況計算出最優路線，配送效率將會大大提高。目前，有些學者已經提出在交通限制條件下城市物流配送路線優化的方法，但這些方法的運用要求輸入數據必須是動態的。

配送路線優化系統的約束條件可以根據特定系統的要求確定為貨物需求量、發送量、交發貨時間、車輛容量限制、行駛里程限制、時間限制等；系統的目標可以根據特定系統的要求確定為里程最短、費用最少、時間盡量少、車隊規模盡量小、車輛利用率高等。在此道路動態信息至關重要，這就要求配送路線優化系統與交通信息控制系統進行數據傳輸與共享。如圖1所示。

此處的道路信息主要包括兩個部分，靜態信息與動態信息。靜態信息就是指地理上的道路信息，也就是現在目前常用軟件的計算最短路徑的方法；動態信息就是指從交通信號控制系統獲得實時數據信息，在計算最短路徑時要避開交通不暢通的路段，從時間與最短路徑兩方面綜合考慮，確定最佳方案。

圖1 配送路線優化系統與交通信號控制系統協作圖

2.2 車輛運輸管理系統與交通信號控制系統的協作

即使配送路線優化系統與交通控制系統相結合，實時地、動態的進行路線選擇，還是難免會有突發情況產生，所以車輛與交通信號控制系統之間也應該有通信以及數據交換能力，以便根據交叉口的具體情況，對車輛進行實時控制、協調。

在此可以利用基于全球定位系統（GPS）車輛定位技術，測量確定車輛的相對或絕對位置，報告給管理中心或者為駕駛員提供路徑引導服務?；谲囕v定位的物流企業運輸管理系統主要由管理中心與車載系統兩部分組成[3]，如圖2所示。管理中心根據貨源和配送需求隨時查詢所屬車輛的運行位置與狀態，利用運輸管理軟件及地理信息系統（GIS）合理調度車輛，然后通過文字或者語音的方式通知駕駛員。各配送車輛與管理中心之間雙向通信，配送車輛向管理中心提交車輛位置、狀態或報警信息，管理中心向各配送車輛下發調度命令。

圖2 傳統車輛運輸管理系統運作圖

但是，這種傳統的運輸管理系統已經不能滿足現代物流配送要求，系統需要與交通信號控制系統進行整合，如圖3所示。整合后的系統有如下新的功能。

圖3 車輛運輸管理系統與交通信號控制系統協作圖

（1）交通信息系統實時地將道路狀況傳送給配送路線系統，輔助系統做出路線優化。當交通堵塞出現在最短線路時，配送路線系統就可以根據其數據進行線路優化，以最短的時間完成配送。

（2）配送路線優化系統也會將車輛的路線數據傳送給交通信息控制系統，當車輛足以影響道路通行狀況時，交通信號控制系統就可以根據這些數據，在相關路線上進行信號時長優化，以最佳的狀態配合車輛的通行。

（3）當車輛在運輸過程中，配送管理中心可以通過GPS系統實時的確定車輛位置，如果車輛的運輸線路上出現了交通堵塞情況，那么配送管理中心就可以提前從交通信號控制系統獲得信息，提前改變運輸路線，以免車輛陷入交通堵塞，耽誤時間。

（4）當有緊急事件發生時，車輛會將信息反饋給配送管理中心，由管理中心作統一調度，并通知后續車輛。

3 結論

城市配送路線的規劃需要實時地考慮交叉路口的信號燈延遲和道路交通狀況，同時車輛調度必須考慮與城市交通信號系統的連接，以便配送車輛與車隊調度實時掌握道路狀況，選擇最佳的行車路線。將城市物流配送與交通信號控制進行協調，不僅可以使道路交通順暢，還可以節約配送時間、減少燃油消耗，降低配送成本，真正實現城市物流配送系統的整體優化。

[1]何彤，梁海瓊.城市物流配送與平面道路交叉口交通信號控制[J].廣東經濟管理學院學報，2005,20(2)：67-69.

[2]張健，李小平.城市道路交叉口處的車輛運行燃油消耗[J].北華大學學報，2000,1(5)：456-457.

[3]黃輝宇，李從東，劉滿平.基于車輛定位的物流企業運輸管理系統[J].綜合運輸，2005(8)：60-62.