物流運輸智能感知與位置服務平臺設計

● 文| 航天恒星科技有限公司 劉健 鄭年波

物流運輸智能感知與位置服務平臺設計

● 文| 航天恒星科技有限公司 劉健 鄭年波

摘 要：利用云計算技術設計了一個支持30萬臺終端和1萬用戶同時在線，具備良好擴展性、規?；\營能力、快速定制能力的物流運輸智能感知與位置服務平臺，支持對物流運輸的全要素、全過程和全方位管控，并提供監管平臺、服務平臺和交易平臺一體化解決方案。該平臺是國內第一個同時實現大規模用戶在線，運輸生產“三全”管理、并提供“三平臺”服務的物流運輸監管系統，是國內基于北斗導航可投入業務運營的、規模最大的車聯網行業應用平臺。

關鍵詞:導航與位置服務 云計算 物流運輸 車聯網

一、引言

衛星導航與位置服務產業是繼互聯網、移動通信之后世界上發展最快的三大信息產業之一，在國民經濟生活中發揮越來越重要的作用。所謂位置服務，亦稱基于位置的服務（Location-Based Service，LBS），是指利用移動目標定位技術獲得移動終端的位置信息，并通過通信網絡向移動終端提供與位置相關的信息服務[1]。位置服務與人們的日常生活息息相關，可隨時（Anytime）、隨地（Anywhere）為任何人（Anybody）提供任何形式內容（Anything）的實時服務，即4A服務[2]。

道路運輸監控，特別是?；返缆愤\輸監控是導航與位置服務一個非常重要的應用領域。國家非常重視利用衛星定位監控手段來保障道路運輸安全，出臺了《道路運輸車輛動態監督管理辦法》，并相繼發布了關于終端和平臺的四項技術標準[3-6]。另外，利用物聯網、云計算、衛星導航等技術建立物流公共信息平臺，解決我國物流行業“小、散、亂、差”難題，提升物流企業整體競爭力，也是導航與位置服務發展的重點方向之一[7-9]。

現有物流運輸監管平臺存在以下四方面問題：一是信息源單一，獲取的主要是導航定位信息，缺乏全要素感知獲取能力；二是功能簡單，不提供物流運輸事前、事中、事后全過程信息服務能力；三是性能低下，在擴展性、靈活性和大容量用戶并發方面，難以滿足為大規模、跨行業、國際化用戶提供普適服務的能力需求；四是對外依存度高，衛星導航設備基本上采用美國GPS，在戰略物資運輸監管方面存在嚴重的安全隱患。

針對上述問題，本文“基于北斗導航技術的物流運輸智能感知與位置服務系統建設”項目為背景，設計一種物流運輸智能感知與位置服務平臺，該平臺綜合應用北斗導航、物聯網、云計算等技術，實現對物流運輸的全要素（人、車、貨、道路、天氣）、全過程（事前、事中、事后、應急）和全方位（車主、貨主、政府、第三方）管控，并提供監管平臺、服務平臺和交易平臺一體化解決方案。

二、設計理念

1.“三全”理念

利用車載傳感系統，為應用提供更加準確和豐富的基礎數據，實現對生產運行過程的全要素、全過程和全方位的信息化管理。

（1）全要素

支持利用各種車載感知設備對物流運輸過程中人員、車輛、貨物、道路、天氣等全部要素信息的采集、處理、傳輸和交互，以此作為生產管理的準確依據。

（2）全過程

支持運輸生產的事前計劃、事中監控、事后評估和應急處理功能，支持全環節的自動化、主動化、實時化和規范化管控。

（3）全方位

具備面向物流企業、企業物流提供直接服務，同時滿足政府監管要求的能力。

圖1 物流運輸智能感知與位置服務系統技術架構圖

2.“三平臺”理念

物流運輸智能感知與位置服務平臺，是管理平臺、服務平臺和交易平臺相互集成形成的綜合業務系統，提供車輛監管、物流信息、線上交易等服務。

（1）管理平臺

支持將全要素信息與分析、統計等功能相結合，面向物流企業、貨主企業、政府監管部門等物流過程中的相關管理方，提供管理手段和管理方法。

（2）服務平臺

支持搜集、整合物流過程的相關服務信息，幫助中小企業解決“車找貨”和“貨找車”問題，提供維修、餐飲、住宿、燃油銷售等信息服務和增值服務。

（3）交易平臺

支持向物流過程相關企業提供信用擔保、資金結算、保險業務等交易服務的能力，解決物流業務過程中普遍存在的交易難題。

三、技術架構

物流運輸智能感知與位置服務系統由感知層、傳輸層、支撐平臺層、應用層四層組成，如圖1所示。其中，感知層主要完成人、車、貨、場景等狀態信息的采集、處理和上傳，以及終端本身及通過平臺所提供的各種服務功能；傳輸層實現感知層與支撐平臺層的雙向通信；支撐平臺層對接入數據和物理資源進行管理，并為業務應用提供支撐；應用層提供業務應用系統。支撐平臺與應用層共同構成了物流運輸智能感知與位置服務平臺，及整個系統的后臺部分。

1.云計算支撐平臺

支撐平臺是整個系統的核心，采用云計算架構，實現對底層的物理資源及各類數據進行有效管理，為上層的業務應用提供部署環境和業務構件。

支撐平臺采用組件化設計，分為7類共11個模塊產品，每個模塊產品提供統一的Web Service訪問接口，同時有的產品提供二次開發接口，用戶可以根據業務需要開發具體的處理服務。支撐平臺組成架構如圖2所示。

圖2 支撐平臺組成結構圖

（1）虛擬資源及其管理

大規模服務器資源管理通常面臨著服務器利用率低、資源浪費嚴重，部署方式復雜，運維成本上升的問題，虛擬化技術是解決這些問題的有效技術手段。對計算資源、存儲資源、網絡資源進行虛擬化，使得車聯網平臺的計算、存儲和傳輸操作在虛擬的而不是真實的基礎上運行，可以滿足云計算彈性服務和數據中心自治性的需求，實現基礎設施服務的按需分配，并簡化部署工作。

平臺采用XenServer體系架構，整合安全加固技術，直接運行在物理服務器硬件平臺之上對物理計算資源進行抽象，虛擬出一個虛擬計算資源池，為用戶提供統一的高性能的安全云計算環境。

（2）數據管理與服務

海量異構數據管理方面，平臺充分考慮到海量數據的接入、存儲和處理的能力，利用數據管理和調度技術實現對海量異構數據的高效管理。

數據接入服務：主要負責終端和外部信息系統的接入，提供了協議擴展機制，可以接入不同類型協議系統。

數據服務引擎：負責對數據存儲服務進行封裝，通過屏蔽底層數據庫設計的差異性，為業務系統等提供統一的數據查詢和存儲接口。數據服務引擎可提供關系型數據庫、集群式實時內存數據庫、分布式數據庫等多類融合存儲手段，可以滿足結構化數據、大規模非結構數據、實時內存數據的存儲要求。

數據分析挖掘：利用分布式并行計算服務對海量數據進行高效處理，進而調用數據挖掘算法池中提供的算法對數據進行挖掘獲取知識。平臺提供了關聯分析、聚類分析和分類分析三類經典的數據挖掘方法，供開發人員調用。同時，可插拔式的挖掘算法對該系統功能的擴展提供了簡單可行的途徑。

（3） GIS基礎服務

GIS系統為業務系統提供地圖繪制、控件繪制、空間計算、空間查詢、空間分析和GIS基礎數據（業務點及路網數據等）服務等接口，社會用戶也可以按需定制服務接口；同時接收應用數據接入服務采集的位置信息，調用空間分析功能根據位置信息及其它屬性信息判斷報警條件，產生報警信息。

（4） 應用服務引擎

應用服務引擎預先將各種服務構件資源進行打包，通過對不同構件資源進行各種組合，形成不同的服務方案，并最終供用戶使用。系統以統一開放的能力服務接口向業務系統提供各種應用服務能力，方便應用系統使用，降低其開發難度，提高應用上線速度。提供“長事務”類業務和“高并發、短事務”類業務兩種調度框架。

（5）業務服務層

業務服務層提供包括服務定義、開發、組裝、部署、運行和監控管理接口，通過此平臺的開發，支持分布式的異構數據采集、傳輸、整合處理，及對這些資源的服務化封裝和統一注冊管理。具體包括構件庫容器設計、第三方服務接入、業務服務協同等內容。

構件庫容器：平臺系統所有業務功能形成構件，并按照WebService的服務標準進行封裝，以SOA模塊產品的形式放入構件庫中。

第三方服務接入：面向社會用戶提供公有云服務，便于實現公有云業務拓展。社會用戶可以通過該接口調用已有業務構件服務或注冊、發布自己的服務，實現開放、共享的目標。

（6） 應用網關

應用網關為平臺提供防護體系與系統的安全保障，為用戶提供服務授權，包括接入認證、用戶認證、服務授權三個環節。

（7） 一體化監控平臺

一體化監控管理平臺負責對數據中心所有硬件資源、虛擬化資源以及上層應用系統進行7×24小時不間斷的全面監測。監測范圍包括虛擬資源、網絡交換機、路由器、防火墻、服務器、存儲、數據庫、中間件、互聯網應用、基礎應用系統、業務進程、日志文件等。

2. 應用系統

應用層負責實現系統面向用戶的業務功能，根據不同的用戶需求，可將應用層劃分為不同業務應用系統。各業務應用系統中的功能實現一部分依賴于構件庫中的各種基礎構件服務，同時根據用戶特定的需求，為不同用戶開發一定數量的定制構件，形成完整的應用解決方案。應用層也根據系統統一訪問控制策略，按照平臺標準接入第三方的業務應用。

應用層提供B/S和移動應用兩類客戶端。B/S客戶端是常見的用戶門戶，用戶通過瀏覽器打開系統門戶，登錄后進入各自的業務網站，實現各種業務在線處理。移動應用客戶端作為一個簡化版的移動門戶，方便用戶移動辦公。通過在移動終端上安裝客戶端軟件，為用戶提供一個訪問后臺服務的入口。

應用層面向社會用戶提供公共服務平臺，即“天羅地網”平臺，面向企業定制車輛管理系統。

（1） 天羅地網平臺

天羅地網平臺以支撐平臺為支撐，通過各類業務構件的變換組合，形成物流監管、物流交易、物流服務三類服務對外發布。另外，對天羅地網平臺新開發功能進行抽象和封裝，放入云平臺的構件庫容器中，形成SOA構件產品。

天羅地網平臺在交易前完成車貨匹配過程，貨主發布貨物信息，尋找合適車隊；車主發布運力信息，尋找貨源；交易中實現人、車、貨全要素狀態信息的實時采集與監控，支持網上支付，支持第三方用戶服務（擔保交易、在線訂艙、車輛保險、油品配件采購等）；交易后進行服務評價、軌跡回放，生成趨勢報表。

物流監管分系統為中小物流企業提供運輸車輛監管服務，包括運輸過程中車輛、人員、貨物狀態信息的實時監控、報警處理、信息服務，以及歷史監控數據的查詢、回放、統計分析功能。

物流交易分系統幫助貨主簡單快捷的找到性價比最高的車隊，幫助車隊簡單快捷地找到貨物并承接運輸任務，提高車輛使用率。提供物流運輸全過程交易支持，支持貨主和車隊進行基礎信息管理、訂單管理，滿足用戶進行網上支付及資金管理的需求，幫助貨主了解貨物在運輸過程中的位置和狀態，并提供擔保交易及在線服務評價等。

物流服務分系統通過整合相關資源，幫助會員企業簡單快捷的找到相關服務，有效降低會員企業在生產經營過程中的各種成本，如保養成本、油耗成本等。通過支持互聯網、移動互聯網、呼叫中心等多種途徑，為企業及會員用戶提供監控托管、車輛保險、趨勢報表、輪胎管理、車輛維保、油品配件采購、金融服務、GIS服務、企業代理、在線訂艙、在線下單等服務。

（2） 企業車輛管理系統

企業車輛管理系統以北斗定位數據和人、車、貨智能感知數據為基礎，按照云平臺對功能構件的要求形成SOA構件產品，通過構件的變換組合以圖3所示七項服務的形式進行發布。各分系統之間相對獨立，需要交換的數據均存儲在支撐平臺的數據庫中，并通過支撐平臺提供的數據服務實現對數據的共享訪問。

圖3 企業車輛管理系統功能結構圖

四、技術特點

1.擴展性

（1）軟件擴展性

支撐平臺的核心軟件產品，提供采用軟插件標準體系的二次擴展和開發接口，保證軟件產品的功能可擴展性。遵循軟件插件開發標準，通過實現擴展接口，可以個性化定制的方式，擴展或更新變化點軟件功能。新的軟插件“即插即用”，滿足軟件功能層面的擴展性要求。

（2）系統擴展性

支撐平臺的核心軟件產品，采用云計算軟件架構，確保系統服務能力的可擴展性。在給定核心硬件設施配置的情況下，通過橫向擴展硬件規模，達到系統服務能力水平擴展的目的。以支持分階段車載終端接入規模化擴展，及應用系統用戶規模并發調用的服務能力擴張。

（3）業務能力擴展性

采用“輕量級引擎總線”，將應用層與服務層進行有效解耦，保證其彼此間獨立演化，提升整個技術架構的擴展性和適應性。所謂輕量級是指，應用服務引擎與數據引擎不承載任何業務功能，只為上層應用提供領域接口，并未下層數據和服務資源提供接入的適配接口。

當業務領域擴展時，可通過服務引擎適配新的服務資源與業務應用；當修改或新增新的數據存儲業務時，數據引擎為上層應用屏蔽底層數據存儲方式與位置等細節信息，通過Agent適配，實現對結構化存儲、分布式文件系統、分布式數據庫等訪問與管理能力的封裝。

2. 規模化運營能力

支撐平臺在技術層面所體現的軟件、系統和業務能力的擴展性，為整個系統規?；\營提供了良好的技術基礎。主要體現在：

1）應用網關、應用服務引擎、數據引擎等核心軟件產品的系統擴展能力，能夠確保通過增加硬件設施，支持大規模終端接入、大并發量數據訪問、大用戶量服務并發訪問等；

2）基于支撐平臺軟件擴展性及業務能力擴展性，能夠滿足物流平臺增量式業務功能和業務服務能力的擴展。

3. 快速定制能力

云計算支撐平臺通過模塊化、產品化設計，可對外提供標準引擎和輕量級引擎兩種產品服務模式。業務層通過構件化設計，能快速為用戶定制業務應用系統。

場景一：某企業A提出建設需求，項目經理提供標準化的功能模塊和云計算引擎介紹，客戶決定采用已有云計算平臺，并選取了SOA功能模塊。立項后，由運營團隊按照其選定的功能模塊搭建業務系統，并定制設計了系統UI。

場景二：某企業B提出建設需求，項目經理提供標準化的功能模塊和云計算引擎介紹，決定自底層進行搭建。立項后，由運營團隊按照其需求利用已有的輕量級引擎搭建底層計算系統，并根據選定的功能模塊搭建業務系統，并定制設計了系統UI。

五、結論

本文設計一種物流運輸智能感知與位置服務平臺，該平臺采用云計算技術搭建，具備良好的擴展性、規?；\營能力、系統快速定制能力，支持對物流運輸的全要素、全過程和全方位管控，提供監管平臺、服務平臺和交易平臺一體化解決方案。平臺是國內第一個同時實現大規模用戶在線，運輸生產“三全”管理、并提供“三平臺”服務的物流運輸監管系統。平臺瞄準30萬以上車輛規模設計，將是國內基于北斗導航可投入業務運營的、規模最大的車聯網行業應用系統。

參考文獻

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