物聯網技術在運輸車輛調度與監控中的應用

雷波

[摘 要]運用實地調研、比較研究的方法，將物聯網技術應用到運輸車輛的調度與監控中，不僅能解決車貨不匹配、丟貨串貨等現象，還能保障在途車輛行駛安全和故障車輛的快速定位搶修，有助于提高供應鏈上多元經營主體的生產效率和服務質量。

[關鍵詞]供應鏈；運輸車輛；調度與監控；物聯網

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.32.139

1 運輸車輛調度與監控的研究現狀和不足

1.1 研究現狀

隨著科技的進步，運輸形式和運輸工具日趨多樣化，但汽車依然是最主要的運輸工具之一，而運輸車輛的調度與監控是汽車運輸系列研究問題中的基礎問題，也是關鍵性問題。運輸車輛的調度與監控是指應用GPS、GIS和無線電等技術，對運輸車輛實現即時接單、即時排單、有序排隊以及車輛的動態調度管理和實時跟蹤。[1]黃飛航等人研究了車輛排隊管理在煙草倉儲運輸中的應用，根據車輛預約到庫時間和倉庫的額定作業量設計出了一種費效比較高的車輛均衡利用倉庫作業能力的方法。[2]倉庫和運輸之間的信息共享和流程交互是倉儲運輸整合優化的前提。[3]物流車輛的調度與監控的可視化研究日趨成熟，美國1999年便實現了軍事物流可視化管理。[4]宋梟研究了基于車聯網的商品混凝土車輛的監控與調度，研發監控系統并建立了配送車輛調度模型。[5]利用車聯網技術，能夠實時監控和管理運輸車輛的耗油、速度、行駛的軌跡和區域等。[6]

利用GPS和GIS似乎可以完美解決運輸車輛的調度與監控問題，然而也有研究者指出其中的不足。H.Fernandes等認為GPS信號不太容易穿透建筑物，就算穿透信號強度也會變弱很多，因而更適用于在戶外的導航，并提出可以利用RFID對戶外環境下GPS采集到的信息源進行校正使得位置更精準。[7]而以色列早在十年前就大量使用RFID技術進行軍事物品的可視化管理和軍事車輛的定位跟蹤。[8]

1.2 不足之處

當前對利用GPS和GIS進行車輛定位跟蹤和調度的理論研究已趨于成熟，市面上也已經有不少的企業研發了車輛調度和監控系統，如上海華屏電子、深圳友旭軟件、oTMS一站式運輸服務平臺等。然而，實際應用中影響GPS定位精度的因素比較多，城市的高樓、高架橋、較厚的云層，甚至貨場用以遮陽擋雨的大型設施，這些都可能會導致車輛GPS定位誤差達到十米級，影響叉車、牽引車和運輸車輛直接的準確配對。

除上述問題，筆者在內蒙古神港聯運股份有限公司、內蒙古匯能煤電集團等企業的深入調研中發現實際生產服務中還存在三個方面的突出問題：一是運輸車輛路徑不可視導致偶有司機倒賣煤炭導致企業和集體利益受損；二是車輛沒有預約環節，進出場排隊無序，繁忙時兩三天才能裝上或卸下貨物，效率低下導致運輸資源浪費；三是當前的理論和實踐研究重在開發車輛調度管理系統和監控系統，系統成熟度較高，但各企業開發的系統之間缺乏良好的兼容性，同時，大都局限于利用GPS、GIS等技術。

鑒于RFID技術的相對優越性，本文試圖將其與GPS、GIS等技術結合應用在運輸車輛的調度與監控中，尤其是在車輛預約和進出場排隊、裝卸貨物等場內調度及車輛行駛軌跡的監控中，形成較為完整的適用于供應商、第三方物流公司及貨物需求方的運輸車輛調度與監控方案。

2 基于物聯網的運輸車輛調度與監控方案設計

2.1 物聯網技術簡介

“物聯網”這一概念由麻省理工學院的Auto-ID實驗室在1999年提出。[9]其定義有多種，總體而言可以理解為是一種新的網絡技術，其本質是利用無線射頻識別裝置（RFID）、遙感技術、GPS、紅外感應器、激光掃描器及傳感技術等，將目標物體連入互聯網，按照一定的協議規則實現物與物之間的信息傳輸和交換，能夠實現智能的識別、定位、分析、管理、監控、追蹤并觸發相應事件。[10][11][12]物聯網被認為是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第三次浪潮。在物聯網時代，鋼筋混凝土、煤炭礦物、電纜等將與芯片、寬帶整合為統一體，實現“物物相聯”。

文獻[13]詳細介紹了物聯網的概念、基本屬性及特征，描述了體系構成和發展歷史及趨勢。RFID（無線射頻識別）是物聯網中的關鍵技術，是一種非接觸式的自動識別技術，識別過程無須人工參與，適應各種惡劣環境和高速運動物體，操作上快捷方便。RFID技術基本上是由三個部分組成：標簽、閱讀器和天線。每個標簽由芯片和耦合元件組成且可寫入唯一電子編碼，當它附著在目標物體上時可用來識別對象；閱讀器是標簽信息讀取設備，手持式和固定式為常見；天線的作用是在標簽和閱讀器之間傳遞射頻信號。當RFID技術與互聯網、移動通信等技術結合，可實現全球范圍內任何物品的跟蹤和信息共享。[14]

2.2 運輸車輛的調度與監控原理

運輸主要包括自有車輛運輸和第三方物流公司承運，筆者的調研對象是第三方物流公司，因此本文按含有供應商、經銷商、承運商、需求方四級主體的經銷商委托承運商運輸的模式討論。如下圖所示，首先由需求方向經銷商提出貨物需求并告知貨物的型號、數量、噸位等信息，經銷商接到需求后與供應商取得聯系確認能否滿足相應貨物需求并反饋給需求方，而后經銷商向承運商提出承運需求，承運商根據承運需求做出最合適的車輛安排，派出車輛在規定時間內到達供應商的供貨倉庫裝貨，裝貨完畢出場運往需求方指定地點卸貨（見下圖）。

在上述原理中，運輸車輛的調度主要包含三個方面：一是車輛運輸任務的派單接單；二是車輛進出場的排隊管理；三是倉庫或堆場內的裝卸貨位安排與調整。而運輸車輛的監控則主要是對在途車輛尤其是載貨在途車輛的定位與跟蹤，一方面是確保車輛行駛安全和物資免受意外損失；另一方面是在車輛行駛過程中出現故障時相關人員能夠精準快速地找到故障車輛，實施搶修或貨物轉移措施。因此，運輸車輛的調度與監控的方案設計主要是圍繞上述幾個方面進行。endprint

2.3 調度方案的設計

如前述，調度的啟動一般是從需求方開始的，需求方根據自身生產、消費、銷售等情況定期或不定期產生物料需求，采購人員可通過采購系統或電話聯系經銷商向其提出包括物料品名、型號、尺寸、數量、噸位和交貨時間等需求明細，經銷商收到需求明細后向供應商提請貨單確認，供應商根據貨單核對倉庫庫存和貨源情況，將經過確認的貨單反饋給經銷商，經銷商再向需求方反饋采購確認單，與此同時，經銷商將確認后的貨物運輸單據傳給第三方物流公司（承運商），承運商的車輛調度員將根據公司的車輛使用日程安排，調配最為合適的運輸車輛并將車輛和駕駛員信息傳輸給供應商，安排車輛在約定時間到達供應商處裝貨，為了減少排隊時間，車輛駕駛員接到派單通知后根據距離、線路、路況等計算耗時，提前在供應商提供的線上預約平臺預約裝貨時間。在駕駛員預約了裝貨時間后，供應商將確認后的采購單生成包括貨物明細和裝貨車輛明細的配貨清單傳輸到相應配貨員的手持終端上。

運輸車輛到達供應商處后，駕駛員在門禁處憑證件領取內置貨物清單和車輛信息的RFID標簽并固定在車輛合適位置。從裝上標簽那刻起，車輛的行蹤軌跡便在系統的掌控之中。車輛在門禁外的停車場排隊等候叫號，輪到本車進場候車或裝貨時會有語音提示并能在門禁旁的LED顯示屏上看到本車需要前往的車道或貨位，大型倉庫還可提供語音導航。若需要過空磅則先經過空磅再裝貨，經過空磅時相關數據也將直接寫入標簽內。到指定貨位或車道后，為防止裝錯、串貨等現象，配貨員用手持RFID閱讀器掃描車上的標簽確認車輛后再裝貨，此時裝貨人員的信息也將被寫入標簽中。裝貨完畢并檢查無誤后，車輛駛離貨位，過磅并離開倉庫基地。

車輛到達目的地時，先自動掃描標簽確認車輛，到達倉庫后卸貨人員用手持終端掃描標簽獲取貨物清單，并對照完成卸貨，當卸貨車輛較多時需提前預約卸貨時間并排隊進場，這與預約裝貨同理，不再贅述。卸貨完成并核查無誤后按確認鍵，需求方采購中心、經銷商數據中心、承運商車輛調度系統和供應商銷售中心會同時收到交貨確認信息，同時駕駛員、車輛、配貨員和驗貨人員的信息也將被記錄下來，以便日后產品追溯。需求方、經銷商和供應商之間將按照系統生成的報表相互確認后進行費用結算，承運商將按照車輛調度系統中的記錄按約定的方式和期限給承運司機支付費用。

2.4 監控方案的設計

車輛裝上RFID標簽后其行駛軌跡和定位便能準確呈現在數據中心的顯示屏上，并形成電子歷史資料可供隨時查閱。如前文所述，運輸車輛的監控側重于在途車輛的行駛路線追蹤、故障排除和定位管理上。一般情況下，在途車輛通過GPS和GIS技術便可實現準確的定位追蹤，在特殊的惡劣環境下可采用RFID技術輔助。在大型倉庫中裝貨或卸貨時可借助RFID技術實現車輛的準確定位和追蹤。

此外，隨物聯網技術和人工智能的廣泛應用，在未來每部汽車的每個重要零部件都會裝上唯一編碼的RFID標簽，當汽車某個零部件發生故障時，就可以通過裝置在車上的控制中心界面清晰地看到是什么位置的哪個零部件出了問題，而且系統能給出一個經驗性的故障判斷和解決方案，幫助維修人員快速、準確地處理，提高效率、減少損失。

2.5 系統和軟硬件支持

此方案中，各主體主要涉及的系統有：需求方的倉儲管理系統和物料采購系統、經銷商的銷售業務系統、承運商的車輛調度系統和運輸管理系統、供應商的倉儲管理系統和車輛預約排隊系統等。目前，這些系統的功能、附帶軟件單體的研發及系統之間的端口銜接和數據兼容處理大部分已經十分成熟，而且可以根據用戶的需求個性化研發設計。在硬件上，也有十分成熟的產品，本文涉及的RFID裝置也已經是在很多行業和領域得到了較為普遍的使用。因此，不論從系統應用的視角還是軟硬件支持方面，整個方案都具有充分可行性。

3 應用層面的進一步討論

3.1 適用性

在生產實踐中，各主體之間常因丟貨、串貨、交貨時間違約等情況發生糾紛和矛盾，既浪費經營者的人、財、物、時，又影響長期穩定合作。解決這些問題的核心在于對運輸車輛的有效調度和監控。目前使用的大部分都是獨立系統，少有企業通過鏈接上下游之間的系統實現數據共享從而形成“信息共同體”。在信息就是價值的當今時代，大部分企業均有必要借助物聯網技術將系統之間鏈接起來，促進物資和運輸車輛的數據實時共享，實現各主體的共享共贏。

3.2 應用成本

成本更多的是在RFID裝置配備上，尤其是目前RFID標簽的價格還較高的情況下。但我們可以預見，隨著科技的發展和物聯網的加速普及，RFID標簽的成本將大大降低。另外，對供應商、承運商、需求方等經營主體而言，采用物聯網技術都能夠提高裝貨、運輸、卸貨的工作效率，還能提高在途車輛和物資的定位精準度。因此，供應鏈上下游企業可形成合作聯盟，共同分攤采用物聯網技術的成本。

3.3 特殊情況處理

在需要預約裝貨或卸貨的情況下，供應商或需求方的倉庫管理員根據倉庫吞吐量建立每天的作業時間表并傳送到車輛預約排隊系統，系統根據駕駛員在客戶端的預約請求和倉庫作業時間表自動安排車輛裝卸貨的時間段及貨位或車道并反饋到駕駛員的客戶端，駕駛員提前15分鐘以上到達目的地領取RFID標簽并排隊等候叫號入場。實踐中，駕駛員可能因為天氣、意外路況和事故等因素導致不能按預約時間到達，就會導致預約時間段貨位和人員的空閑造成資源浪費。這些特殊情況，借助物聯網便可完美解決。若某車預約的時間僅剩15分鐘（用戶可自由設定）時駕駛員還未領取標簽，則系統會自動在廣播里按車牌號通知該駕駛員，若5分鐘內駕駛員還未出現則自動取消該車排號，同時系統自動控制門禁由其隨后車輛通過掃描RFID標簽進場，進而避免空閑出現，充分利用資源同時縮短運輸車輛的等候時間。

4 結 論

物聯網環境下，科學適用的運輸車輛調度與監控方案不僅可以確保順暢調度運輸車輛，保障車輛和貨物安全，提高裝貨、運輸和卸貨效率，而且能夠促進供應鏈上各經營主體間更好地戰略合作聯盟，突破業務管理瓶頸和作業監控盲區，推進智能管控取代人工操作，提升工作精準度和服務效率。endprint

與此同時，也要充分認識到我們需要在基礎研究方面繼續完善，如車輛預約排隊管理系統中的排隊管理算法的進一步優化，根據不同的倉庫作業表智能化整合碎片時間，從而減少車輛預約時間段之間的間隔等。此外，運輸車輛調度本身是個非常復雜的NP問題，既要求承運商在接到運輸訂單時能夠迅速做出符合委托方系列要求的調度方案，同時還要考慮到承運商自身內部的調度規則和利潤分配機制，因此，如何尋求更優的人工智能算法來求解最優或相對最優的運輸車輛調度方案也很值得進一步深入研究。

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