GIS-GPS-GPRS在可視化物流配送系統(tǒng)中的應(yīng)用

■宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 梅容芳 蔡百川 黃應(yīng)強(qiáng) 李瑋

1 引言

配送環(huán)節(jié)處于整個(gè)物流系統(tǒng)的末端，直接服務(wù)于最終客戶(hù)和消費(fèi)者，是將貨物從發(fā)貨人送達(dá)收貨人的最后一個(gè)物流節(jié)點(diǎn)。從我國(guó)物流配送的整體來(lái)看，存在著效率低、成本高、透明度差的問(wèn)題，這也是造成物流服務(wù)質(zhì)量和客戶(hù)滿(mǎn)意度較低的重要原因之一。隨著GIS、GPS、GPRS等信息技術(shù)在物流配送環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，物流配送逐步實(shí)現(xiàn)了可視化，大幅度降低了終端配送車(chē)輛的空駛里程，有效地保障了配送貨物的安全，降低了配送成本和提高了配送效率。本文以YJ快遞企業(yè)為例，研究和探討其應(yīng)用GIS、GPS、GPRS等信息技術(shù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的可視化物流配送系統(tǒng)。

2 YJ快遞企業(yè)及其可視化物流配送系統(tǒng)的組成

2.1 YJ快遞企業(yè)簡(jiǎn)介

YJ快遞企業(yè)成立于2007年。隨著公司的發(fā)展，在貨物配送業(yè)務(wù)量迅速增長(zhǎng)的同時(shí)也暴露了不少問(wèn)題，諸如配送成本居高不下、在途配送貨物安全性得不到有效保障以及配送效率較低等問(wèn)題，為了解決這些問(wèn)題，同時(shí)考慮到成本、技術(shù)、資金等條件的限制，決定使用相對(duì)較為廉價(jià)且技術(shù)相對(duì)不復(fù)雜的GIS、GPS和GPRS等來(lái)構(gòu)建可視化物流配送系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)半年的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和半年的試用維護(hù)更新，到2009年該系統(tǒng)已經(jīng)能很好地運(yùn)作，給企業(yè)的物流配送作業(yè)帶來(lái)了全新的變化。

2.2 YJ快遞企業(yè)可視化物流配送系統(tǒng)的組成

YJ快遞企業(yè)的可視化物流配送系統(tǒng)采用GIS-GPS-GPRS信息技術(shù)對(duì)其服務(wù)區(qū)域范圍內(nèi)的客戶(hù)在電子地圖上進(jìn)行位置標(biāo)注，同時(shí)將客戶(hù)配送區(qū)域和配送路線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)配送車(chē)輛、配送人員和在途貨物的可視化監(jiān)管。該系統(tǒng)包括倉(cāng)儲(chǔ)控制中心、GPS接收機(jī)、在途貨物監(jiān)控中心、GPRS通訊模塊以及配送控制中心等。

（1）GPS接收機(jī)有手持式和車(chē)載式兩種，GPS接收機(jī)可以根據(jù)預(yù)置指令向控制中心發(fā)送警示性信息，以一定的周期將標(biāo)的物的位置狀態(tài)信息存儲(chǔ)起來(lái)，收集GPS定位信息并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將其傳送到控制中心，接收控制中心發(fā)送過(guò)來(lái)的任務(wù)調(diào)度信息；（2）倉(cāng)儲(chǔ)控制中心基于GIS信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)的可視化管理，同時(shí)在叉車(chē)或倉(cāng)庫(kù)貨架顯示屏上顯示相關(guān)分揀信息，為貨物分揀和分裝提供便利；（3）在途貨物監(jiān)控中心基于電子地圖使用GPS、GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)在途貨物的監(jiān)控，可以將在途貨物的位置信息在電子地圖上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，幫助操作人員實(shí)現(xiàn)對(duì)在途貨物的屬性和空間信息進(jìn)行檢索，支持對(duì)電子地圖的開(kāi)窗縮放操作，操作人員可以查詢(xún)并回放目標(biāo)在途貨物的運(yùn)行軌跡，以全面了解和掌握貨物配送情況，對(duì)于不能完成的配送任務(wù)或者突發(fā)性事件重新進(jìn)行調(diào)度；（4）配送控制中心基于GIS系統(tǒng)進(jìn)行空間位置分析，可以計(jì)算物流的網(wǎng)絡(luò)流量、分解貨物配送任務(wù)、分析優(yōu)化貨物配送路徑和確定配送車(chē)輛的運(yùn)輸路線(xiàn)。

3 YJ快遞企業(yè)可視化物流系統(tǒng)的配送業(yè)務(wù)模型及車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 可視化物流系統(tǒng)的配送業(yè)務(wù)模型

YJ快遞企業(yè)基于GIS-GPSGPRS的可視化物流系統(tǒng)的配送業(yè)務(wù)模型如圖1所示。該模型根據(jù)物流配送中常見(jiàn)的任務(wù)類(lèi)型以及企業(yè)自身特點(diǎn)，將貨物運(yùn)輸車(chē)輛路線(xiàn)模型、物流網(wǎng)絡(luò)模型、運(yùn)輸車(chē)輛定位模型、配送任務(wù)分配集合模型、設(shè)備定位模型、最短路徑優(yōu)化模型等有機(jī)地進(jìn)行了集成，能夠?qū)ω浳锱渌腿蝿?wù)實(shí)施最優(yōu)化的分解與組合，該模型可以快捷地查詢(xún)和顯示配送車(chē)輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，從而幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)物流配送任務(wù)的實(shí)時(shí)跟蹤和可視化管理。隨著數(shù)字分揀技術(shù)（DPS）、自動(dòng)分揀技術(shù)、PDP技術(shù)等在配送中心中的應(yīng)用，企業(yè)的可視化物流配送業(yè)務(wù)模型也可以進(jìn)行相應(yīng)的拓展，將DPS設(shè)備、各種手持終端和其他技術(shù)裝備等引進(jìn)系統(tǒng)中來(lái)。

圖1 YJ企業(yè)基于GIS-GPS-GPRS的可視化物流系統(tǒng)配送業(yè)務(wù)模型

可視化物流配送系統(tǒng)使用GIS對(duì)配送客戶(hù)及潛在的配送客戶(hù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，然后模擬物流配送中心的地址選擇、規(guī)模、服務(wù)能力等，確立物流配送中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和各配送節(jié)點(diǎn)的配送任務(wù)，每個(gè)物流配送中心負(fù)責(zé)既定范圍內(nèi)客戶(hù)貨物的配送任務(wù)。配送中心根據(jù)所分配的客戶(hù)訂單配送任務(wù)，確認(rèn)需要配送貨物的種類(lèi)和配送地點(diǎn)，然后自動(dòng)配送系統(tǒng)會(huì)根據(jù)配送地點(diǎn)區(qū)位分布、配送貨物類(lèi)型、交通狀況等因素制定配送方案，倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)根據(jù)貨物配送方案對(duì)配送貨物進(jìn)行分揀、包裝并歸集到指定的貨位上以等待裝車(chē)運(yùn)輸，運(yùn)輸管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收和處理GPRS、GPS等反饋回來(lái)的貨物運(yùn)輸車(chē)輛空間位置信息，配送任務(wù)調(diào)度操作人員基于GIS平臺(tái)對(duì)貨物配送信息進(jìn)行查詢(xún)分析和計(jì)算，實(shí)時(shí)地對(duì)配送貨物進(jìn)行信息搜集以動(dòng)態(tài)地對(duì)配送任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和指揮。

3.2 YJ快遞企業(yè)的配送車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

配送車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)包括無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)、貨物配送監(jiān)控中心以及車(chē)載移動(dòng)終端三部分，圖2給出了其總體架構(gòu)。

（1）貨物配送監(jiān)控中心作為該系統(tǒng)的核心，主要功能是接收來(lái)自車(chē)載移動(dòng)終端反饋回來(lái)的信息數(shù)據(jù)，然后將其存儲(chǔ)到GIS系統(tǒng)中以更新相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)將中心信息數(shù)據(jù)傳送給對(duì)應(yīng)的車(chē)載移動(dòng)終端。所有在途貨物運(yùn)輸車(chē)輛的實(shí)時(shí)位置信息可以準(zhǔn)確地顯示在貨物配送監(jiān)控中心的電子地圖上，電子地圖窗口可以隨意地切換、縮放、還原，還可以同時(shí)在多個(gè)窗口中對(duì)多個(gè)貨物運(yùn)輸車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。另外貨物配送監(jiān)控中心還可以設(shè)置子中心，將相關(guān)任務(wù)在各子中心進(jìn)行分配來(lái)實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸車(chē)輛的智能調(diào)度和實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)度監(jiān)控資源的優(yōu)化，提高調(diào)度和管理的效率。（2）車(chē)載移動(dòng)終端由DR傳感器、GPS/DR控制系統(tǒng)、GPS接收機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)等組成，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物運(yùn)輸車(chē)輛的實(shí)時(shí)定位，在貨物配送監(jiān)控中心的信息反饋和指令下實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸車(chē)輛的運(yùn)輸路徑引導(dǎo)和規(guī)劃，車(chē)載移動(dòng)終端向貨物配送監(jiān)控中心發(fā)送的數(shù)據(jù)包括運(yùn)輸車(chē)輛的編號(hào)、速度、航向、車(chē)輛狀態(tài)、時(shí)間、經(jīng)緯度、服務(wù)請(qǐng)求信息等。（3）無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)貨物配送監(jiān)控中心與車(chē)載移動(dòng)終端之間的通信，貨物配送監(jiān)控中心通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自車(chē)載移動(dòng)終端所采集到的貨物運(yùn)輸車(chē)輛的定位信息，并通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)向其傳送調(diào)度信息或者控制指令信息，通信形式有多種，諸如GPRS、CDMA、GSM或者集群通信等。

圖2 YJ快遞企業(yè)的配送車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)架構(gòu)

4 YJ快遞企業(yè)可視化物流配送系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)主要功能模塊

根據(jù)物流配送業(yè)務(wù)的特征以及企業(yè)自身的業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)狀況，可視化物流配送系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃橐韵铝鶄€(gè)功能模塊，即車(chē)輛監(jiān)控調(diào)度、路徑規(guī)劃、車(chē)載終端交互、電子地圖查詢(xún)、業(yè)務(wù)方案分析以及電子地圖車(chē)輛信息維護(hù)。

車(chē)輛監(jiān)控調(diào)度模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物配送車(chē)輛的全程跟蹤監(jiān)控，實(shí)時(shí)調(diào)度在途空載車(chē)輛或非空載車(chē)輛，以及對(duì)敏感區(qū)域的貨物配送車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控；路徑規(guī)劃模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物配送車(chē)輛進(jìn)行引導(dǎo)和路徑規(guī)劃，合理配置貨物配送運(yùn)輸能力資源；車(chē)載終端交互模塊的主要功能是接收處理車(chē)載GPS的定位信息，并向車(chē)載移動(dòng)終端發(fā)送交互指令和控制信息，智能受理貨物配送車(chē)輛的報(bào)警信息；電子地圖查詢(xún)模塊的主要功能是查詢(xún)?cè)谕矩浳锱渌蛙?chē)輛的位置信息，查詢(xún)?cè)谕矩浳锏膶?shí)時(shí)狀態(tài)信息；業(yè)務(wù)方案分析模塊的主要功能是查詢(xún)統(tǒng)計(jì)貨物配送訂單的來(lái)源、客戶(hù)的空間分布、配送貨物的種類(lèi)，尋找開(kāi)發(fā)新的潛在客戶(hù)源；電子地圖車(chē)輛信息維護(hù)模塊的主要功能是維護(hù)電子地圖數(shù)據(jù)和配送車(chē)輛信息，初始化或者更新配送網(wǎng)絡(luò)、客戶(hù)分布、配送員、司機(jī)、配送車(chē)輛等信息。

4.2 主要功能的實(shí)現(xiàn)

（1）配送車(chē)輛路徑的優(yōu)化。系統(tǒng)根據(jù)配送車(chē)輛的貨物裝載數(shù)量、配送訂單詳情、客戶(hù)區(qū)位分布、路線(xiàn)交通情況、司機(jī)對(duì)配送區(qū)域的熟悉情況等條件對(duì)配送車(chē)輛的送貨路徑進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化并生成最佳的配送路線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)配送效率和配送成本的均衡。優(yōu)化配送路徑形成后也可以根據(jù)實(shí)際需要由相關(guān)管理人員進(jìn)行自定義調(diào)整或修改。（2）地圖查詢(xún)。在電子地圖上能夠?qū)蛻?hù)分布、特定區(qū)域以及任意區(qū)域進(jìn)行查詢(xún)，并將查詢(xún)結(jié)果醒目地標(biāo)注出來(lái)，可以對(duì)標(biāo)注的客戶(hù)查看其詳細(xì)情況、距離測(cè)量等操作。（3）地圖數(shù)據(jù)維護(hù)。根據(jù)車(chē)載移動(dòng)終端采集的新的地理信息數(shù)據(jù)更新電子地圖，可以在電子地圖中增加、修改、刪除客戶(hù)分布點(diǎn)，可以對(duì)客戶(hù)數(shù)據(jù)和路段信息進(jìn)行初始化。（4）配送業(yè)務(wù)分析。可以對(duì)特定時(shí)間段、特定區(qū)域的配送訂單進(jìn)行復(fù)合查詢(xún)，可以查詢(xún)特定時(shí)間段的貨物種類(lèi)數(shù)量統(tǒng)計(jì)、貨物配送區(qū)域地理分布等，查詢(xún)配送車(chē)輛送貨區(qū)域的地理分布。（5）配送車(chē)輛監(jiān)控和信息維護(hù)。對(duì)貨物配送車(chē)輛進(jìn)行跟蹤導(dǎo)航以降低車(chē)輛管理費(fèi)用和提高運(yùn)作效率，可以對(duì)任一配送車(chē)輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，查詢(xún)配送車(chē)輛的編號(hào)、位置、狀態(tài)、行車(chē)路線(xiàn)等信息，如果配送車(chē)輛發(fā)生緊急情況GPS裝置可以發(fā)出報(bào)警信息。另外可以根據(jù)配送車(chē)輛、人員等信息的變動(dòng)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行調(diào)整維護(hù)更新。

4.3 車(chē)輛定位和路徑規(guī)劃的基本流程

（1）車(chē)輛定位流程。DR傳感器和GPS接收機(jī)收到車(chē)輛定位信息后將其傳送到GPS系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)該信息處理后得出車(chē)輛的行駛方向、位置估計(jì)、定位誤差等信息，并將該信息傳送到監(jiān)控中心系統(tǒng)，監(jiān)控中心系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的電子地圖模塊根據(jù)相關(guān)算法即可計(jì)算出配送車(chē)輛的最佳位置，再使用GIS系統(tǒng)將車(chē)輛的位置信息在電子地圖上進(jìn)行標(biāo)注顯示。（2）路徑規(guī)劃流程。貨物配送車(chē)輛駕駛員在電子地圖中輸入出發(fā)地、目的地并選擇最短距離、最低收費(fèi)、最短時(shí)間等優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，并將這些信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心系統(tǒng)中，監(jiān)控中心系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)道路交通信息給出最優(yōu)的車(chē)輛行駛路徑，然后再將結(jié)果通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到車(chē)載移動(dòng)終端設(shè)備上，駕駛員即可通過(guò)電子地圖查看滿(mǎn)足其輸入需求的最優(yōu)路徑。