應急物流領域導航定位技術研究

李亞平,吳海濤,侯漢平

(1.中國科學院光電研究院,衛星導航總體室,北京100094; 2.北京交通大學,物流研究院,北京 100044)

應急物流領域導航定位技術研究

李亞平1,吳海濤1,侯漢平2

(1.中國科學院光電研究院,衛星導航總體室,北京100094; 2.北京交通大學,物流研究院,北京 100044)

本文針對應急情境下的物流業務特點和存在問題,給出了應急物流的概念、特征、流程,調研了衛星導航技術在國家級應急業務系統和物流行業級信息化系統中的應用現狀、室內定位技術在物流配送中心和應急救援現場的應用情況,總結出應急物流業務中的導航技術面臨的問題和挑戰,結合未來導航定位授時系統(PNT)的發展,提出導航定位的安全可信技術、連續可用技術、終端設備的小型化低功耗技術將是未來應急物流應用的關鍵突破口,這些技術的進步將會促進應急物流領域對導航定位更廣泛的需求和更深入的應用。

應急物流;衛星導航;室內定位;可信導航;PNT系統

0 引 言

應急物流是指為應對嚴重自然災害、突發性公共衛生事件、公共安全事件及軍事沖突等突發事件而對物資、人員、資金的需求進行緊急保障的一種特殊物流活動。應急物流是一般物流的一個特例[1],具有突發性、需求隨機性、即時性、非常規性等特點,典型的應急物流系統主要有以下幾個環節:物資需求端物資需求預測、應急物流協調指揮中心指揮調度、物資供給端的物資供應、物流中心的選址規劃、物流運輸工具的路徑規劃、災害現場的物資精準投送,各個環節間通過信息傳遞,最終實現“將應急物資精準配送到災區需求者”的目的,具體流程如圖1所示。

圖1 應急物流業務流程

近年來,應急物流領域學者研究的熱點主要集中于應急物資需求預測、應急網絡建設、應急配送中心的選址、物流配送路徑規劃算法等幾個方面[1-4],其核心思想是應急發生時,災情的精確定位、應急物資配送全過程的實時定位跟蹤與科學調配,將應急救援物資調度的各個環節都納入信息系統的管控下,實現物流運輸、倉儲管理、配送活動的精細化與高效性。導航定位授時(PNT)技術[5]作為空間位置獲取的基礎,為應急物流從運輸、倉儲到投送的全程精細化管理提供了手段,根據應急物流業務流程,應急物流領域導航定位技術的應用場景包含了在途運輸時的衛星導航定位(GNSS)與倉儲內、災害現場GNSS失效情境下的導航定位,因此,本文從衛星導航和室內定位兩個方面分別進行分析。

1 應急物流領域衛星導航定位技術應用現狀

應急物流是應急發生時特殊場景下的物流活動,兼具應急和物流兩種屬性,在應急領域,國際上基于GPS系統建設了三大“災害管理系統”,利用衛星導航技術進行災情定位、救援物資精確投送等,我國北斗導航系統在國家應急減災領域也發揮了重大作用[6]。在物流行業,我國交通運輸部于2011年頒布的《道路運輸車輛衛星定位終端技術要求》成為行業標準,指導我國運輸車輛上安裝衛星導航定位系統(GPS/BDS)。目前,在我國應急領域和物流行業,實現業務化運行的國家級和行業級大型系統中,衛星導航技術均占據重要地位和作用。

1.1應急領域業務系統的衛星導航

本文調研了國家級和行業級三大典型應急業務系統,重點對其中衛星導航技術的作用和意義進行歸納。

1) 國家突發公共事件應急平臺[7]

該平臺是以國務院為中心、省級和部門為節點的國家應急平臺體系——通過對應急突發事件的監測監控、預測預警、信息上報、輔助決策和指揮調度等,實現協同處置、合理應對,提高國家、省、市等應急業務部門的應急處置效率。應急平臺建設過程中為應急物資、救援人員配備具有BD/GPS的定位導航終端,實現對應急資源的實時位置監控與指揮調度。

2) 北斗系統國家綜合減災與應急平臺[8]

該平臺由民政部減災中心牽頭建設,是北斗示范應用成果之一,平臺充分利用北斗系統的定位、導航和短報文通信技術,實現以下幾類重要功能以滿足應急救援的快速響應需求:災害發生時應急物資配送的最佳路徑規劃、信息采集上報、位置實時監控、運輸車輛的自主導航、物資在線查詢、可視化展示及資源調度管理等。

3) 國家地震應急指揮技術系統[9-11]

該信息系統是由國務院抗震救災指揮部建設,為國務院領導和有關部門進行抗震救災指揮提供信息支撐,建設內容包括應急指揮數據庫和地震應急快速響應系統,系統為各級指揮人員提供地震應急信息、現場災情、救援路線、指揮行動等信息服務。

綜上,衛星導航技術在應急業務系統中,其應用模式為“與GIS、RS技術集成,形成位置信息、災情信息的采集展示和應急指揮、輔助決策的能力”,是應急業務系統重要組成部分。

1.2物流行業業務系統的衛星導航技術應用

通過調研物流行業國家級和行業級兩個典型的信息化業務系統,對其中的衛星導航技術應用進行總結。

1) 國家交通運輸物流公共信息服務平臺[12],交通運輸部和國家發改委聯合建設的以車聯網為基礎的物流公共信息服務平臺,為全國物流運輸車輛提供導航定位、路徑規劃、指揮調度、車貨匹配等功能。

2) 中石油中物智能物流信息服務平臺[13-14],該平臺為中石油公司建設的行業信息化服務平臺,主要內容為通過以北斗為代表的衛星導航高精度定位技術實現貨物運輸全流程的可視化精準管理,打通原材料、貨物自銷售、運輸、配送至售后服務于一體的供應鏈全過程管理服務。

綜上,我國目前建設的國家應急平臺以及物流行業信息化平臺,均涉及到應急物資的調度以及人員和車輛的路徑規劃,根據應急物流的業務流程可知,衛星導航在應急物資的實時位置跟蹤、指揮調度和物流精準配送等環節都具有重要地位和作用。

2 應急物流領域室內定位技術應用現狀

由于衛星導航技術存在一定局限,近年來各類新的應用于室內的導航定位技術不斷被挖掘,包括紅外線、超聲波、無線局域網(WIFI)、藍牙、ZigBee、RFID、地磁等。各類定位技術因具有不同特點而適用于不同的應用場景,具體分析如下表1所示。

應急物流領域不同業務環節定位環境不同,對導航定位技術要求不同,下面分別對物流配送中心和應急救援現場兩個場景進行分析。

2.1物流配送中心的室內定位技術應用

物流配送中心實質就是從供應方集貨,并進行包裝、加工、搬運和組織,并進行配送、供應服務的貨物流通據點[15],對物流配送中心內部貨物實現實時定位是進行后臺管理調度的前提,也是提高各種物流作業效率的有效手段。而最適合于物流配送中心的復雜環境、定位精度及成本要求的室內定位技術是RFID 技術,因此,其在倉儲物流管理等方面得到廣泛應用。在軍事應急物流領域[16],一些大型、特大型軍需倉庫中應用 RFID 室內定位技術,提高物資出入庫效率,減少庫管員的工作量。

表1 常見室內定位應用場景及典型系統

2.2應急救援現場的室內定位技術應用

在救援現場,指揮人員需要對救災人員的位置進行實時監控、根據現場情況進行救援預案的制定、對救援人員及現場受災人員進行指揮調度和對救災物資的精準投送、去向追蹤進行實時掌握。通常發生災害時,現場電力設施、移動基站等基礎設施損毀,當救援人員進入災害現場時,沒有精確定位的技術手段,不能準確有效的實施救援物資的投放、搜索救援。UWB定位技術具有定位精度高、部署快捷、兼顧通信的功能,適合于救援現場的應急定位[17]。

綜上:室內定位技術在物流配送中心和救援現場作用突出,需求迫切,但相關的應用案例較少,沒有得到更有效的普及和推廣。

2.3應急物流中導航技術應用問題分析

雖然導航定位技術在應急物流領域發揮重要作用,但是依然存在一定難題,制約了應急物流精細化管理的效率,總結以下幾點:

1) 救災物資的精細化管理需要定位信息的全程連續可用

應急救援中的精準快速投送,要求對于應急物資的儲藏、調配、分發過程進行詳細的跟蹤,但應急物資來源廣泛、放置地點環境多樣、分發過程快速高效,因此,對于導航技術的要求是定位信息全程連續可用,針對室內、室外、復雜環境等各類場景下，導航定位設備需要全程連續可用。

2) 救災物資的在途運輸需要導航定位信息的安全可靠

應急發生時,第一時間準確的將所需物資送達受災群眾手里,對于減輕突發事件的負面效應,保護群眾的生命財產安全是至關重要的,而此時如果導航信息本身受到攻擊,甚至是欺騙,將會產生致命的后果。因此,越是在緊急情況下,越需要所使用的導航信息的準確性和可靠性得到保障,導航信息需要安全可靠。

3) 災害現場的應急指揮需要導航設備部署快速便捷、即到即定

災害現場,需要導航定位技術具有很強的時效性而且信息能夠快速回傳,但實際災害發生時地面的基礎設施極易遭到破壞,且平時用以傳輸信息的基站易于損毀,此時,對于導航設備的要求是:能夠快速適應復雜的環境條件、設備攜帶方便、部署靈活方便、節能環保,能夠獨立運行,快速定位、定位通信一體化。

3 應急物流領域導航技術應用新趨勢

導航領域專家提出了可信導航技術[18]和綜合導航、定位、授時(PNT)技術[19-20],未來能夠影響應急物流領域的導航技術包括:1) 可信導航技術,為了解決應急物流中導航安全可靠,專家提出的可信導航和導航信息可追溯技術,認為利用衛星導航組合其他傳感器,形成對導航信號全過程的安全認證,保證應急時的導航信息能夠安全可用、信號可追溯。2) 隨機信號導航[21]:隨機信號大量存在,種類多,可以保證信號的可用性,應急物流領域,尤其是災害發生現場,傳統的導航信息遭到破壞,在現場搜索包括電臺、臨時基站等一切可以利用的信號,進行導航。3) 全源導航(ASPN)系統[22]:以慣性導航為基礎,集成應用衛星導航、影像、磁場、重力等多類型傳感器信息,實現導航定位功能。

綜上,導航定位安全可信技術、連續可用技術、終端設備的小型化低功耗技術將是未來應急物流應用的關鍵突破口,隨著這些新技術的發展,應急物流領域對導航定位的需求會更加廣泛,應用會更加深入。

4 結束語

本文首先給出了應急物流的概念和內涵,通過充分調研應急領域、物流運輸領域、倉儲管理領域導航技術的應用現狀,從衛星導航和室內定位兩個方面分析了應急物流領域導航定位技術應用情況,給出目前應急物流領域的導航定位技術存在的挑戰,通過分析未來導航定位技術的發展趨勢,提出導航的安全可信、連續可靠、終端小型化等技術突破,能夠擴大應急物流對導航技術的需求范圍和應用領域,進一步促進應急物流管理的精細化和高效性。

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NavigationandPositioningTechnologyinEmergencyLogistics

LIYaping1,WUHaitao1,HOUHanping2

(1.DepartmentofNavigationOverall,AcademyofOpto-electronicsChineseAcademyofSciencesDesign,Beijing100094,China; 2.AcademyofMaterialFlow(AMF)BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)

According to the characteristics of the logistics business under emergency situation and the existing problems, The paper introduced the concept and characteristics of emergency logistics, business process, researched the application of satellite navigation technology in the field of China's national emergency and the logistics industry in large information systems and logistics distribution centers and the emergency rescue scene of the indoor positioning technology, analyzed the challenge of navigation technology in emergency logistics,Combined with the development of positioning, navigation and time (PNT), proposed that the key breakthrough in the future application of emergency logistics is the technology including navigation information’s security and trusted、continuously available and the terminal equipment miniaturization and low powered consumption. the progress of these technologies will promote the field of emergency logistics for navigation and positioning more extensive needs and more in-depth applications.

Emergency logistics; satellite navigation; indoor positioning; dependable navigation; PNT

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.05.016

TN965, U666

A

1008-9268(2017)05-0080-05

2017-07-06

國家重點研發計劃(編號:B16B500010)

聯系人: 李亞平 E-mail: lyp010@126.com

李亞平(1980-),女,高級工程師,主要從事導航應用研究工作。

吳海濤(1966-),男,研究員，博士生導師，主要從事高精度時間傳遞和衛星導航領域的研究與應用工作。

侯漢平(1962-)，男，教授，管理學博士，博士生導師，主要研究方向為綜合物流工程理論和實踐、應急物流資源整合與調度等。