基于物聯網與GIS的油料儲備統籌優化決策支持系統研究

文/李燁 熊彪 魏小林 牟長林

基于物聯網與GIS的油料儲備統籌優化決策支持系統研究

文/李燁 熊彪 魏小林 牟長林

油料儲備統籌優化是長期困擾油料決策部門的難題。本文基于物聯網與GIS技術，對油料儲備統籌優化決策支持系統的關鍵技術、決策流程以及功能結構進行了分析和設計，建立了基于物聯網與GIS的油料儲備統籌優化決策支持系統框架結構，為下一步系統實現奠定了基礎。

油料儲備；物聯網技術；數據層

1.引言

未來戰爭爆發的突然性和戰役戰斗進程的速決性，以及油料消耗時短、量大等供需矛盾，對部隊新時期的油料保障能力提出了新的要求，使得油料戰備工作變得繁重而艱巨。油料儲備是油料戰備工作的重點。加快油料儲備建設，扎實提高油料保障能力，不僅需要在油料儲備規模、數量上下工夫，更需要在油料儲備的結構、布局上抓成效，以提高油料儲備的質量和水平。雖然軍隊當前圍繞軍事斗爭做了大量準備工作，軍隊油料儲備水平和保障能力得到了明顯提高，然而，油料儲備缺乏宏觀統籌規劃，結構布局不夠合理；儲備模式較單一，重規模輕質量；軍民融合不深入，長效機制不健全等問題的存在，使油料儲備質量無法實現質的飛躍，影響油料保障效能的充分發揮。

圖1 油料儲備統籌優化系統決策流程圖

因此，以軍事斗爭準備為契機，對軍隊油料儲備進行宏觀統籌優化，是當前軍隊油料儲備建設的重點和難題。油料儲備受到油庫位置和容量、輸送力量、交通條件、作戰任務等多方面因素的影響，且戰時條件下交通環境、輸送力量是敵方重點打擊對象，極易受到破壞，從而成為不確定性因素。傳統的優化方法，則無法處理帶有不確定性因素的油料儲備統籌優化問題。基于戰略統籌優化視角出發，以油料物聯網實時信息和控制為基礎，基于GIS技術對油料儲備體系進行網絡化表述，并利用GIS軟件對其交通網絡進行基本分析和數據獲取，再結合探索性分析方法等多種不確定性分析技術進行綜合分析和統籌優化，為解決油料儲備統籌優化難題提供了一種切實可行的方法。

2.相關原理

2.1 物聯網技術

物聯網是指通過各種傳感設備、實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，與互聯網Interne t結合形成的一個巨大網絡。油料物聯網建設，將實現油料保障需求實時感知、資源可視掌控、調撥精確定向、供應全程調控、信息靈敏可靠等五大功能和目標，并將為油料儲備優化決策提供更加準確和詳盡的數據支撐。

2.2 GIS技術

地理信息系統（GIS），是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理決策等所需信息的技術系統。隨著GIS技術從桌面GIS到互聯網WEBGIS，再向物聯網GIS及云GIS方面的迅猛發展和應用，將為解決油料儲備統籌優化問題提供了更加便捷的基礎和條件。

2.3 探索性分析方法

探索性分析方法，是由美國蘭德公司對戰略評估系統和聯合一體化應急模型分析求解中總結出來的一種系統分析方法。探索性分析是基于現代計算機高速運算技術，可用來對油料儲備問題中存在的不確定性要素所產生的儲備方案和結果，進行全面整體性的搜索分析和研究，并利用油料儲備中已有的先驗知識、基本型原理等給出想定變量、決策變量和期望結果的一個取值區間，再通過大量的大規模并行計算來解決油料儲備統籌優化問題。

3.油料儲備統籌優化決策系統設計

3.1 決策流程分析

油料儲備統籌優化決策問題，既涉及到儲備地域的交通環境等基礎地理信息，又涉及到后方油庫、輸油部隊等油料方面的信息。因此，需要對這些眾多的信息進行處理，才能實現油料儲備的統籌優化。如圖1為油料儲備統籌優化決策系統決策流程圖。

油料儲備相關信息和基礎地理信息由油料物聯網及GIS系統搜集處理，并運用復雜網絡技術，對油料保障系統進行模型化表述，形成可建模分析的油料儲備網絡。然后，通過對油料儲備網絡中相關重要影響因素進行歸類分析，將油料儲備影響因子，分為探索因子和確定型因子兩類進行處理。再利用探索性分析方法，對油料儲備網絡進行探索性模擬仿真實驗，獲得油料儲備方案解集。再對探索性因子在解空間中進行探索性遍歷和尋優，獲取最優解空間，油料儲備方案的統籌優選。

3.2 系統層次結構設計

油料儲備統籌優化決策支持系統可采取面向服務架構的思想進行設計，將地理信息系統和油料物聯網所獲得的空間，及決策數據存儲于數據庫中，并以此建立面向油料儲備統籌優化決策的支撐平臺，實現各種數據、信息和資源的整合和管理使用。整個油料儲備決策支持系統分為用戶層、服務層和數據層三層。如圖2所示為系統層次結構圖。

3.2.1 數據層

圖2 油料儲備統籌優化決策支持系統層次結構圖

數據層主要工作是對數據進行存儲和預處理服務。油料儲備統籌優化決策支持系統需要的空間數據、油料專題數據等信息，通過GIS系統和油料物聯網采集獲取后，分別存放在空間數據庫和油料專題數據庫服務器中。空間數據一般包括了地形、交通、位置等等，油料專題數據包括了油料體制、油料實體、油品資源、保障任務、作戰環境等等一些與油料儲備優化決策相關的信息。

3.2.2 服務層

在油料儲備統籌優化決策支持系統空間數據庫和油料專題數據庫的基礎上，部署GIS服務器、應用服務器以及網絡服務器，并以GIS和油料物聯網數據位中心建立開發平臺。其中，GIS平臺為基礎支撐平臺，為決策系統提供位置定位、距離測算、交通分析、空間分析、空間標注與查詢服務等功能。應用服務器在GIS服務器的基礎上，對所得數據進行整合計算和綜合處理，通過決策模型形成決策過程。網絡服務器則為決策系統提供網絡鏈接接口與支持。

3.2.3 用戶層

用戶層是系統面向客戶的窗口，用戶可通過油料儲備統籌優化決策，支持系統進行信息查詢以及決策支持。用戶層根據用戶請求做出響應，將結果通過瀏覽器或其他圖文一體化方式與用戶進行交互，并為用戶提供油料儲備地域地圖查詢、油料儲備信息查詢、油料儲備決策分析等接口。

3.3 系統功能設計

油料儲備統籌優化決策支持系統功能包括三大模塊，即基本操作模塊、查詢模塊與決策模塊。

3.3.1 基本操作模塊

基本操作模塊主要是對油料儲備統籌優化決策系統的基本操作和控制，包括了對GIS系統的導航控制、圖層、打印輸出、油料信息顯示及輸出等功能進行操作控制的模塊。

3.3.2 查詢模塊

查詢模塊是對油料儲備空間信息和屬性、專題信息和屬性的查詢。包括了對原始信息的簡單查詢功能，比如：對某一油庫位置、交通狀況等空間信息直接查詢，或者對該油庫容量、儲備油料品種等基本屬性信息的查詢。另一種查詢功能為統計查詢，通過SQL高級查詢工具，用圖層分類、邏輯和關系符號等對相關空間、專題信息和屬性的查詢功能，如查詢需求部隊100公里內~10號軍柴儲量大于10000m3的油庫信息。

3.3.3 決策模塊

決策模塊是油料儲備統籌優化決策支持系統的重要功能模塊。決策模塊為油料儲備優化決策提供指導，包括基本信息顯示界面，呈現油料儲備條件、原則、要求等基本信息。模型參數修訂界面，針對油料儲備統計優化決策中，易受時間以及其他因素影響變化的參數信息進行及時的修正和調整，確保決策更加科學和貼近實際。決策結果界面則主要給出各儲備油庫的油料儲備品種、數量等，以及該儲備方案下油料輸送力量運用油料應急方案等參考信息。

4.結語

油料儲備統籌優化決策是建立在科學的決策方法和詳盡的數據基礎上，由計算機自主運行產生的決策方案。本文對油料儲備統籌優化決策支持的相關理論和系統設計進行了分析，重點對系統的決策流程和結構功能模塊進行了設計。該決策系統可用于指導軍隊油料儲備統籌優化工作，提高軍隊油料儲備的質量和水平。

[1]曹淋海，王昌全，張毅等.基于R IAW ebGIS的區域煙草精準施肥管理決策系統設計與實現——以攀枝花煙區為例[J].中國煙草學報.2014，21（2）：94~99.

[2]張廣平，謝忠，羅顯剛等.基于W ebGIS的海南省臺風災害管理決策輔助系統[J].熱帶海洋學報.2014，33（6）：80~87.

[3]熊彪，周慶忠，樊榮等．多機種油料加注系統設計的探索性分析及仿真[J]．系統工程與電子技術，2013，35（7）：1455~1459．

解放軍后勤工程學院軍事油料應用與管理工程系/駐中石化海南煉油化工有限公司軍事代表室/78539部隊）