基于車聯網的物流配送系統設計與實現

馮 楠，蒲清泉

（貴州大學 管理學院，貴州 貴陽 550025）

1 引言

目前國內外的物流配送雖然已經跨越了送貨上門階段，但是交通擁擠、交通事故、車輛空載、貨物延遲等問題未得到有效解決，整體配送效率和服務質量仍然處于較低水平，造成資源、成本、時間的巨大浪費。隨著車輛電子傳感設備、通信技術、汽車導航系統、智能終端設施和信息處理技術的迅猛發展，車聯網作為一種特殊的無線傳感器網絡產生了，物流配送迎來了新的發展階段。

車聯網是指通過GPS、RFID、OBD、傳感器、攝像頭等設施設備，實現對車輛、道路、人之間信息的采集、處理與傳遞，對車輛進行實時導航服務、故障診斷，確保其安全行駛，以及對車輛及車載貨物進行智能監控、調度和管理，可以解決配送過程中信息滯后、配送效率低下、不安全等問題，并且通過全程可視化管理，打通物流、商流與信息流，推動配送朝著智能化方向邁進，基于車聯網平臺的智能物流配送就應運而生。

關于智能化物流配送的研究，有學者對物聯網在物流配送中的應用展開了研究，提出了基于物聯網的智能物流配送系統[2]及優化[3]，也有學者開展了物流配送車輛路徑優化問題的研究，并為物流配送車輛路徑選擇提供了有效算法[4]和仿真[5]。而將車聯網技術用于物流配送中的研究尚未開展，因此，基于車聯網平臺的智能化物流配送系統具有一定的的意義。

2 物流配送現狀分析

隨著新零售的興起，多批次、小批量的配送成為物流環節中最關鍵的“最后一公里”，其市場潛力和發展前景十分廣闊,但是由于基礎設施和技術體系發展依然滯后，使得配送過程存在多種問題，主要表現在以下幾個方面：

2.1 基礎設施條件低下，難以實時監控與管理

由于用于車輛監控、定位、追蹤等的傳感設備不完備，難以對車輛狀況、行駛行為、駕駛行為等進行實時監控，而且經常會發生丟貨、錯貨、損貨的狀況，不利于對貨物進行實時追蹤與管理，嚴重阻礙了物流配送的發展。

2.2 技術水平落后，配送時間和安全問題難以保障

由于不能合理安排行駛路線，經常導致配送過程中出現交通堵塞和迂回運輸，造成配送時間增加，貨物難以按時送達，甚至由于忽略車輛維修而導致交通事故，造成客戶不滿意和司機安全隱患，使配送整體功能難以發揮。

2.3 信息不對稱，形成資源浪費

由于不能及時有效收集傳遞車輛信息和貨物信息，導致車找貨、貨找車，造成車輛的空駛、低利用率，以及貨物不能迅速找到合適的車輛，形成社會資源的浪費，無法有效發揮市場的潛力。

2.4 政策不健全，認識待提高

相關的政府部門對配送的作用和意義沒有給予高度的重視，沒有制定相應的監管評價體系，企業對市場缺乏信任。

3 系統框架

根據系統的特征及物流企業自身發展的需要，研究和設計基于車聯網的智能物流配送系統框架，如圖1所示。

圖1 基于車網聯的物流配送系統框架圖

信息感知層：承擔數據采集任務，其中GPS和GIS主要負責車輛定位、路況預測、感知車輛周圍環境及軌跡回放等[6]，OBD車載自動診斷系統及其他傳感器用于監測和診斷車輛的各個系統及零部件的數據和狀態，RFID射頻識別技術用于監控和追溯貨物信息，攝像頭用于實時監控駕駛員狀態、周圍環境，通過以上設備實時掌握車輛“空滿狀態、地理位置、分布數、利用率”等數據，消除了數據盲區，實現了資產透明化管理。

網絡傳輸層：承擔信息傳輸任務，主要負責接收車載終端的實時信息，通過無線網絡、專有網絡、M2M等傳輸至技術支撐層，實現物流配送過程中的車、路、貨、人等的互聯互通。

技術支撐層：承擔存儲、訪問和計算功能，主要負責接收車載終端和系統客戶端發送的信息，利用大數據和云計算技術對大量的、多種類型的數據進行快速海量存儲、計算分析、檢索、虛擬化管理、實時交互等處理，實現物流配送中車輛和貨物的信息匹配，使得車輛進行更合理的調度，優化其配送路線、提高利用率。

應用層：應用層分為應用對象和應用接口，應用對象即為系統使用對象，分別包括系統管理人員、物流企業、租車服務商、貨物供應商、車輛駕駛員，應用接口即為客戶端，包括手機APP、PC-WEB、電話等，本系統的使用即為應用對象通過應用接口進入系統，進行信息發布、檢索，通過系統匹配的配送方案，更好的進行決策，使得配送更安全高效、成本低廉，也可以通過對配送狀況的實時監控實現配送過程透明化。

4 系統關鍵技術研究

4.1 定位導航技術

目前系統中主要采用GPS和GIS實現定位和導航，GPS負責三維位置、速度和時間等數據的接收，GIS負責數據分析處理。通過結合用戶點動態實時的時空信息和周圍的地理信息，可以進行GPS+GIS的動態實時導航、實時定位和車輛數據記錄，進行軌跡回放，還可以分析車輛時間最短路徑和距離最短路徑，指引車輛行駛。

4.2 無線通信技術

系統中無線通信技術采用遠距離無線連接的數據網絡和近距離無線連接的射頻技術[7]、數據網絡（2G/3G/4G）等無線移動通信網絡，以及WLAN、WIMAX、GPRS、衛星通信等網絡，構成可以互相通信和實現資源共享的網絡體系，獲取交通信息、汽車狀況和用戶信息，實現智能交通管理、車輛安全控制、信息發布與檢索等功能。

4.3 傳感及診斷技術

系統通過各類車用傳感器對汽車各指標進行感知和檢測，將汽車運行中各種工作狀況信息，如車速，各種介質的溫度、壓力，發動機運轉情況等，轉化成電信號輸給計算機[9]，對車輛各工作指標進行精確控制，進而提高車輛動力性、降低油耗、減少廢氣排放、檢測故障，保障汽車的安全性、可靠性和舒適性。車輛診斷技術主要用OBD，從發動機的運行狀況隨時監控汽車是否尾氣超標，當系統點亮故障燈時，可以記錄下全部傳感器和驅動器的數據，迅速準確地確定故障的性質和部位，最大程度地滿足診斷維修的需要[10]。

4.4 監控技術

系統中車載監控模塊由車載攝像機、傳輸網絡和監控中心組成，監控中心為后臺指揮調度平臺，支持通過多種終端進行監控，主要包括PC等客戶端、電視墻、手機終端，可以進行遠程視頻瀏覽、多畫面監視、錄像回放，輔助技術為GPS監控，可以對車輛的位置、速度、軌跡、距離、油耗、疲勞駕駛、數據統計等業務進行報表分析，從而對車輛及司機的狀態、行駛路線、車內外視頻圖像進行實時無線傳輸，使配送過程中車、貨、人可查、可見、可控。

4.5 數據處理技術

數據處理技術主要有大數據和云計算，相當于系統的思維系統，大數據是思考的基礎，云計算是思考的引擎。大數據相當于海量數據的“數據庫”，將物流配送流程通過網絡數據化，再對數據進行高效處理發現和挖掘其潛在價值，用于交互式查詢、分析和優化，云計算是在大數據基礎上進行的計算模式，通過將硬件資源虛擬化再進行分配使用，形成決策后又促進數據流程化，用于提供服務，二者的結合使用可以使配送方案更優。

5 系統主要功能模塊設計

系統的主要功能模塊如圖2所示。

圖2 系統主要功能模塊圖

5.1 身份認證功能

身份認證包括對已有用戶的管理和對新申請用戶的資格準入認證，對用戶的管理包含其身份驗證和角色驗證，都通過后用戶可以根據自己賬戶的權限進行操作。

5.2 信息管理功能

用戶通過身份認證后，貨物供應商可以在平臺上發布貨物的名稱、數量、重量、期望運價、運輸起止地、要求送達時間等信息，物流企業和租車服務商可以在客戶端發布車輛所在位置、運價、容積、載量等信息，空車資源分布透明，經過系統核驗、篩選和匹配，用戶可以進行在線下單和在線找貨，實現途徑有人工檢索和自動匹配，解決配送過程中車找貨、貨找車的難題，進而完成配送。

5.3 智能交通功能

車輛駕駛員可以通過GPS和GIS定位，利用車內傳感器對車輛周圍環境進行分析，找出距離最短路徑和時間最短路徑，節約行駛時間，系統也可以由貨物性質、用車時間、載量、路徑等因素制定最佳配送方案，提示上下游用戶形成最佳的路徑拼接，車輛就近返程配貨，用戶也可以出讓車輛的空閑時段，降低過程費用，進行最優取貨與配送，即由系統完成遠程指揮調度，優化周轉率，還可以通過大數據與云計算對以往數據的分析處理，進行交通預測，提前一段時間預測車流量、車速和停車位置，減輕擁堵，解決停車難的問題，以及通過感應路橋，實現不停車收費，方便車輛行駛。

5.4 監控追溯功能

用戶可以實時監控司機狀態、車輛狀態、貨物狀態，可以通過車載監控及通信網絡監控司機的工作狀態，是否疲勞駕駛，以及其停車、維修、加油等，增加司機與用戶之間的信任度，也可以監控車輛的線路、速度、位置等，進行路線軌跡回放，以及監控貨物的位置和質量。追溯即為通過RFID與報警器的連接，設有防丟失、防偷盜的提醒功能，還可以追蹤貨物的流向。其功能有利于用戶對配送過程的實時掌握及責任追究。

5.5 安全保障功能

在遇到危險的時候，車載終端會發布異常報警和避免碰撞的指示，在需要緊急救援時，司機可以按車內的緊急按鈕，后臺系統通過GPS和GIS定位車輛位置，系統管理人員迅速制定救援方案。還可以通過大數據和云計算對數據的挖掘與整理，分析車輛零部件的壽命和故障規律，對其進行修理與更換，保障車輛運行過程中的安全。車輛發生故障時，后臺也可以通過OBD、車內傳感器及監控對車輛進行遠程診斷，幫助司機解決問題。

5.6 交易評價功能

用戶通過系統可以進行在線下單、在線接單、在線付款，完成配送過程中的交易，形成服務資源在線響應、服務價格透明等特點，其中系統管理員可以起到監管作用，還可以通過大數據以云計算進行淡旺季分析與市場需求預測，為用戶制定計劃。服務完成后，用戶可以對本次服務企業和車輛駕駛員進行評價，評價將展示在企業及司機的界面上，以供以后的用戶參考。此功能方便了用戶的交易，保障了交易的安全，通過評價體系也提高了服務企業和車輛駕駛員的積極性。

具體實現過程如圖3所示。

圖3 系統功能實現過程圖

6 結語

本文分析了物流配送現狀，找出了存在的問題，針對性地提出了基于車聯網的智能物流配送系統，對其系統框架和主要功能模塊進行了設計，對其應用的技術進行了介紹，并展示了其實現過程，達到了狀態感知、實時分析、科學決策、精準執行的目的。

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[1]任開明,李紀舟,劉玲艷,等.車聯網通信技術發展現狀及趨勢研究[J].通信技術,2015,48(5):507-513.

[2]陳豐照,姜代紅.基于物聯網的智能物流配送系統設計與實現[J].微電子學與計算機,2011,28(8):19-21.

[3]李雁碧.物聯網建設對智能化物流配送系統的優化研究[J].物流工程與管理,2011,33(7):56-57.

[4]胡勇.基于蟻群算法的物流配送車輛路徑優化問題的研究[D].鞍山:遼寧科技大學,2016.

[5]吳潔明.物流配送車輛路徑優化問題的仿真研究[J].計算機仿真,2011,28(7):357-360.

[6]梁鵬飛.基于GPS/3DGIS技術的車輛定位監控系統的研究[D].福州:福建師范大學,2009.

[7]楊子江.無線通訊技術熱點及發展趨勢[J].赤峰學院學報(自然科學版),2015,31(21):66-67.

[8]劉瀟亭,石晶.淺談射頻識別技術(RFID)在農產品冷鏈運輸中的應用[J].河南科技,2013,(22):218.

[9]余黎煌.現代汽車傳感器的應用及發展前景[J].科技信息,2010,(32):526-527.

[10]藍瑩.淺談汽車OBD系統使用和發展[J].時代教育(教育教學版),2009,(4):113.