衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究

董楠

（咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院財經(jīng)學(xué)院，咸陽 712000）

引言

衛(wèi)星定位具有運營價格低廉、定位精度高、通信快捷和可全天候使用等特點，被廣泛的應(yīng)用在海洋、交通、石化和水利等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中[1]。我國目前交通運輸?shù)男省⒖蛇_(dá)性和機(jī)動性還比較低，社會運轉(zhuǎn)成本和經(jīng)濟(jì)發(fā)展成本相對較高[2]。我國物流的集約化程度、運輸效率、組織化程度和規(guī)模化程度不高，綜合控制能力、運輸調(diào)度能力和運輸協(xié)調(diào)能力較弱，導(dǎo)致物流車輛的平均實載率較低。難以掌握物流車輛的實時位置是目前物流面臨的主要問題，在上述背景下提出了物流車輛定位系統(tǒng)，對物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性提出了較高的要求，使物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法成為研究的重點[3]。當(dāng)前物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法存在評價指標(biāo)顯著性系數(shù)低和評價準(zhǔn)確率低的問題，需要對物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法進(jìn)行研究[4]。

楊揚、陳光武、屈睿濤等人提出基于Markov模型的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法，該方法通過里程計、陀螺儀、衛(wèi)星定位模塊三種傳感器采集數(shù)據(jù)，采用二取二系統(tǒng)冗余與單元冗余相結(jié)合的方式，分析衛(wèi)星通信的特點，根據(jù)分析結(jié)果選取定位系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，采用Markov模型實現(xiàn)物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性評價，該方法得到的評價結(jié)果誤差較大，存在評價準(zhǔn)確率低的問問題[5]。劉應(yīng)吉、曾誠、王書舉等人提出基于衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法，該方法根據(jù)物流車輛的行駛特點建立定位系統(tǒng)可靠性評價指標(biāo)模型，根據(jù)獲取的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)獲得二級評價指標(biāo)，建立車輛定位系統(tǒng)評價指標(biāo)的得分標(biāo)準(zhǔn)，通過層次分析法計算評價指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合加權(quán)平均法對物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評價，實現(xiàn)定位系統(tǒng)的可靠性研究，該方法存在評價指標(biāo)顯著性系數(shù)低的問題[6]。

為了解決上述方法中存在的問題，提出衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法。

1 物流車輛定位系統(tǒng)可靠性的評價指標(biāo)體系

衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)屬于復(fù)雜的大系統(tǒng)，在微觀層面中是由若干個子系統(tǒng)構(gòu)成的，子系統(tǒng)的能力決定了衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)是否能滿足物流需求[7]。將衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)分為三大子系統(tǒng)，分別是物流設(shè)施設(shè)備子系統(tǒng)、物流指揮管理子系統(tǒng)和物流信息支持子系統(tǒng)，三個子系統(tǒng)之間互相協(xié)作，如圖1所示。

在評價內(nèi)容分析的基礎(chǔ)上建立物流車輛定位系統(tǒng)的評價指標(biāo)，歸納整理評價內(nèi)容，并進(jìn)行指標(biāo)化。每個物流車輛定位系統(tǒng)的子系統(tǒng)中都存在多個物流元素，物流車輛定位系統(tǒng)的整體功能直接受上述物流元素能力的影響，因此對每個物流車輛定位系統(tǒng)子系統(tǒng)中存在的各項內(nèi)容進(jìn)行指標(biāo)化。

處理相關(guān)物流信息是物流車輛定位系統(tǒng)信息支持子系統(tǒng)的主要功能，該子系統(tǒng)的功能可用信息處理能力進(jìn)行表示，相關(guān)設(shè)備和信息技術(shù)支持信息支持子系統(tǒng)實現(xiàn)信息反饋、信息指揮和信息預(yù)警功能。

組織實時物流活動是物流車輛定位系統(tǒng)指揮管理子系統(tǒng)的主要功能，通常用指揮管理能力進(jìn)行表示，可以保障物流活動的順利進(jìn)行。在物流活動中獲取物資是起點，在物流運作過程中資金的獲得是動力支持，可用籌措能力對以上兩項內(nèi)容進(jìn)行表示。實時物流活動的過程中需要大量人員參與，因此組織協(xié)調(diào)能力和動員能力可以通過物流人員的調(diào)度安排進(jìn)行反映，同樣也可以通過組織協(xié)調(diào)能力表示物流活動的組織協(xié)調(diào)。

物資的倉儲、配送和運輸是物流車輛定位設(shè)施設(shè)備子系統(tǒng)的主要功能，保障及時將物資運輸?shù)街付ǖ攸c，通常用設(shè)施運行能力對上述功能進(jìn)行表示。物流組織實施的平臺包括物流中心、倉庫和車輛，分別用配送能力、存儲能力和運輸能力指標(biāo)對上述內(nèi)容進(jìn)行反應(yīng)。綠色通道在突發(fā)狀況下開辟的可能受道路交通發(fā)展水平的直接影響，即交通發(fā)展水平[8]。物流的時效性受配送、倉儲和運輸之間的匹配性影響，采用相同的物流標(biāo)準(zhǔn)，可以節(jié)省物流活動花費的時間，上述內(nèi)容可以通過節(jié)點間匹配能力進(jìn)行衡量。

根據(jù)上述分析，構(gòu)建衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性評價指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖1 物流車輛定位系統(tǒng)的子系統(tǒng)

圖2 物流車輛定位系統(tǒng)可靠性評價指標(biāo)體系

2 物流車輛定位系統(tǒng)可靠性評價

衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法在可拓理論的基礎(chǔ)上實現(xiàn)物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性評價。可拓理論從定量和定性兩個角度對矛盾問題進(jìn)行研究，是一種形式化的工具[9]。利用相關(guān)資料和數(shù)據(jù)對評價對象對應(yīng)的優(yōu)劣程度進(jìn)行劃分，獲得多個等級，由數(shù)據(jù)庫或?qū)＜乙庖娊o出各等級對應(yīng)的數(shù)據(jù)范圍，在各等級的集合中帶入待評價對象的指標(biāo)進(jìn)行多指標(biāo)評價，綜合比較各等級集合與評價結(jié)果的綜合關(guān)聯(lián)度，綜合關(guān)聯(lián)度越大，表明該等級集合與評價對象的符合程度越高。

衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法采用可拓理論建立物流車輛定位系統(tǒng)可靠性評價模型，具體過程如下：

2.1 確定待評價物元和節(jié)域、經(jīng)典域

“物元模型”是一個三元組，由特征、事物以及事物關(guān)于該特征量值構(gòu)成的，可以對定量指標(biāo)進(jìn)行定量化處理，反映綜合評價量和質(zhì)的關(guān)系與內(nèi)容。

設(shè)物流車輛定位系統(tǒng)可靠性評價指標(biāo)為N，在評價指標(biāo)N中存在n個特征設(shè)代表的是特征對應(yīng)的特征量值；R代表的是物流車輛定位系統(tǒng)可靠性綜合評價對應(yīng)的n維物元矩陣，其表達(dá)式如下：

根據(jù)聚類統(tǒng)計分析或?qū)＜乙庖姡康膶⑿l(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性分為j個模式或標(biāo)準(zhǔn)等級，獲得經(jīng)典域Rj，即定量和定性綜合評價物元模型，其表達(dá)式如下：

式中：

Nj(j=1,2,…,n)—特征Ci第j個可靠等級；

Vj—關(guān)于特征可靠等級Nj的量值范圍，即關(guān)于對應(yīng)特征Ci各等級的經(jīng)典域(aji,bji)。

物元模型的節(jié)域iR是由物流車輛定位系統(tǒng)可靠性評價指標(biāo)的允許取值范圍構(gòu)成的，iR的表達(dá)式如下：

式中：

NP—物流車輛定位系統(tǒng)可靠性的全體等級；

Ci—全體等級NP對應(yīng)的特征參數(shù)；

Vpi(i=1,2,…n)—關(guān)于特征Ci全體等級NP的量值范圍，即節(jié)域(aPi,bPi)。

對待評價的物流車輛定位系統(tǒng)，通過下述物元模型表示所檢測到的分析結(jié)果或數(shù)據(jù)：

式中：

0P—等待評價的物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性等級水平；

Ci—可靠性等級水平P0對應(yīng)的特征參數(shù)；

vi(i=1,2,…n)—該劃分單元對應(yīng)的實測分析數(shù)據(jù)，即iC的具體取值。

2.2 物流車輛定位系統(tǒng)可靠性的關(guān)聯(lián)度

建立了物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性評價物元模型后，綜合評價待評價物流車輛定位系統(tǒng)可靠性對應(yīng)的可靠等級和優(yōu)劣等級。因此需要計算物元模型與可拓待評物元模型的“接近度”，衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法通過可拓理論中存在的關(guān)聯(lián)函數(shù)方法對“接近度”進(jìn)行計算。

關(guān)聯(lián)函數(shù)在可拓學(xué)中描述的是物元的量值取值為實軸中存在的一點時，其滿足要求的范圍程度[10]。

設(shè)置關(guān)聯(lián)函數(shù)Kj(vi)，其表達(dá)式如下：

關(guān)于衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性評價等級Nj，待評物元R0的綜合關(guān)聯(lián)度為Kj(P0)，其計算公式如下：

式中：

ωi(i=1,2,…,n)—多指標(biāo)特征參數(shù)對應(yīng)的權(quán)系數(shù)；

Kj(vi)—關(guān)于特征參數(shù)的具體值vi，待評物元R0屬于物流車輛定位系統(tǒng)可靠性等級Nj的程度。

2.3 綜合評價

實測獲得的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性的數(shù)據(jù)通過上述過程得到對應(yīng)的關(guān)聯(lián)度、節(jié)域和經(jīng)典域，根據(jù)計算得到的待評物元對應(yīng)的權(quán)系數(shù)iω，采用層次分析法計算關(guān)于物流車輛定位系統(tǒng)可靠性評價等級Nj，待評物元0R對應(yīng)的綜合關(guān)聯(lián)度，如果滿足下式，表明待評物元的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性屬于第j個等級，完成衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性研究：

3 實驗與分析

為了驗證衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法的整體有效性，需要對衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法進(jìn)行測試，本次測試在MATLAB平臺中完成。設(shè)置顯著性系數(shù)a，在區(qū)間[0，10]內(nèi)取值，顯著性系數(shù)越高，表明選取的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性評價指標(biāo)的合理性越高，分別采用衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法、基于Markov模型的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法和基于衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法進(jìn)行測試，對比上述方法的指標(biāo)顯著性系數(shù)，測試結(jié)果如圖3。

分析圖3可知，在多次迭代中衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法選取的評價指標(biāo)對應(yīng)的顯著性系數(shù)均高于基于Markov模型的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法和基于衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法選取的評價指標(biāo)對應(yīng)的顯著性系數(shù)。指標(biāo)的顯著性系數(shù)越高，表明評價指標(biāo)的合理性越好，驗證了衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法的有效性。

分別采用衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法、基于Markov模型的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法和基于衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法進(jìn)行測試，對比三種方法的評價準(zhǔn)確率，測試結(jié)果如圖4。

由圖4中的數(shù)據(jù)可知，衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法在多次迭代中獲得評價準(zhǔn)確率均高于基于Markov模型的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法和基于衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法在多次迭代中獲得的評價準(zhǔn)確率，因為衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法在可拓理論的基礎(chǔ)上構(gòu)建了可靠性評價模型，提高了方法的評價準(zhǔn)確率。

4 結(jié)束語

社會的不斷進(jìn)步和時代的飛速發(fā)展，促進(jìn)了物流行業(yè)的發(fā)展。物流中心在衛(wèi)星通信下可以追蹤物流車輛的位置，對車輛位置信息進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對物流車輛進(jìn)行調(diào)度，提高運輸效率的同時，降低物流成本，在上述背景下物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性成為研究的熱點。當(dāng)前物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法存在指標(biāo)顯著性系數(shù)低和評價準(zhǔn)確率低的問題，提出衛(wèi)星通信下物流車輛定位系統(tǒng)可靠性研究方法，選取高顯著性的可靠性評價指標(biāo)，構(gòu)建物流車輛定位系統(tǒng)可靠性評價模型，準(zhǔn)確的完成物流車輛定位系統(tǒng)的可靠性研究，為物流車輛定位系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

圖3 不同方法的顯著性系數(shù)

圖4 不同方法的評價準(zhǔn)確率