物联网多目标运输路径调度系统的设计与实现分析
文/刘海石 潘楠 安裕强 欧阳世波 郭晓珏  2021年第2期第170页  2021-01-22

  摘要:近年来,我国物流产业取得了日益迅猛的发展。在物流产业成本中,车辆运输、配送耗费的成本占据的比重较大。为降低运输和配送耗费的成本,有必要基于物联网设计多目标运输路径调度系统。本文简述了物联网在物流领域中的应用,浅析了物联网多目标运输路径调度系统的设计思路,探究了物联网多目标运输路径系统的模块配置,以期为相关研究提供借鉴。

  关键词:物联网;运输路径;调度系统

  前言:

  物流产业传统的车辆调度模式,仅凭经验对运输路线和调度进行安排,这种模式呈现出较强的滞后性。当前,在城市地区的物流配送领域,由于城市交通相对拥堵,存在较为严格的交通管制,送货地点布局呈现出较强的分散性等因素,多目标货物运输涉及较多的路径调度,增加了物流运输调度的实际难度。对此,有必要充分依托物联网,科学设计和有效实现多目标运输路径调度系统。

  1. 物联网在物流领域中的应用

  物联网,集成了诸多传感设备,包括红外感应、GPS系统、激光扫描器以及射频识别等,通过遵循约定协议,促进物联网与各类物品实现有机链接,形成智能化的有效识别、准确定位、实时跟踪、全程监控和高效管理。物联网实现了对互联网的拓展延伸,并借助云计算、智能传感器等技术将智能化特性赋予物品,促进物品之间、人与物品之间以及人与人之间的智能化有机衔接[1]。

  物联网在物流产业领域得到了日渐广泛的实践应用,强有力地推动了物流产业实现了智能化发展,并具备了高度集成化的特点,各类物联网先进技术,诸如RFID技术、传感器技术、定位技术、寻址技术、编码技术以及红外技术等在现代物流网络中的应用日渐广泛。从总体上看,物联网及其相关技术在物流领域中的实践应用,集中在四大领域,一是产品追溯涉及的智能网络系统;二是物流作业具体进程涉及的具有可视化特点的智能管理系统;三是企业物流配送中心相应的网络系统;四是具有智能化特点的供应链相关系统的有效构建[2]。

  2. 物联网多目标运输路径调度系统的设计思路

  在物流配送领域,对货物车辆具体的运输路线进行合理调度是工作重点,对货物车辆运输路线进行科学设计和合理调度,能有效降低物流配送耗费的成本,并加快物流配送速度,提高物流配送效益。对此,基于物联网对多目标运输路径调度系统进行设计,要致力于对货物运输配送路线进行科学确定,其设计思路如下:

  2.1. 通过RFID对待配送货物相应的电子标签具体信息进行记录

  种类不同的货物各自具有其配送目的地,将其装入运输配送车辆后,车载传感器对储存于电子标签中的具体信息进行读取并存储。调度车辆借助无线传感网络,对车载传感器存储的具体信息进行有效读取,据此准确了解和有效管理不同货物的具体信息。

  2.2. 调度中心将电子标签具体信息作为依据配送路线进行优化制定

  在运输配送过程中,车辆承载的每件货物的具体信息均能实现对调度中心的及时准确传送,调度中心对接收到的信息实施快速处理后,对GIS系统进行导入,并将优化算法模型作为依据,对运输配送的最佳线路进行制定,并以可读方式在调度中心相应的前台页面和车载GPS系统中显示最优路线,运输配送车辆即能按照最优路线对货物进行配送[3]。

  依托物联网,对多目标运输路径调度系统进行构建,以两大技术手段为基础,一是无线传感器网络技术,二是RFID技术。两大技术相互配合,即能有效获取运输配送车辆承载货物的具体信息,并借助无线传感器网络对调度中心进行传输,在此基础上,综合考虑货物配送车辆的具体位置、配送目的地等信息,并结合电子地图,即能实现对最佳配送路线的准确计算,并向车辆司机反馈,进而完成了配送线路的优化调度,促进物流配送效率实现大幅度提高[4]。

  3. 物联网多目标运输路径调度系统的模块配置

  3.1. 无线传感器网络模块

  无线传感器网络构成主要包括四个节点,分别是传感器、能量供应装置、处理器和无线通信。其中,传感器主要对环境信息数据进行采集转换,传感器网络节点间需借助无线通信节点实现相互通信,处理器确保各节点间数据的有效采集和转换,各节点和通信所需的电能均由能量供应装置进行提供。

  (1)数据采集

  对各类货物的具体信息进行采集,需将配送货物涉及的质量和配送属性以及具体要求对RFID电子标签进行输入,并在货物上粘贴。通过RFID数据读写器扫描货物上粘贴的电子标签,据此采集相关信息,并实现对车载传感器的传送。

  (2)无线传感器网络系统

  该系统的组网方式以Zigbee技术为基础,并对GSM系统进行采用,据此开展数据通信。以传感器节点为基础的分层结构能实现有效的分布式处理,各传感器节点均将自身数据对网络网管进行传送,据此实现数据传输。中央控制中心借助GSM网络连接多个汇节点,汇节点与传感器节点借助Zigbee技术,帮助信息实现无线交换。传感器节点设置有射频收发器,能感知数据,并在处理数据后对汇节点进行传输。控制中心借助GSM网络对所需信息进行采集获取,据此有效管控货物信息。传感器网络上分布的汇节点,负责对传感器节点涉及的数据进行接收上报,并实施融合处理,借助GSM网络,对信息控制中心进行传递。信息控制中心主要由三部分组成,一是监控模块,二是配置模块,三是数据库。借助GSM网络,连接多个汇节点,监控模块实时监控通信串口,并对汇节点各自上报的相关信息进行及时接收、准确解析和有效处理,对不同汇节点发送控制信令,完成对传感器网络的实时监督,并实现数据采集[5]。

  (3)无线传感器网络的应用

  在该系统中,无线传感器网络负责对数据信息进行传输,并与GIS技术和GPS技术相结合,实时对物流信息进行跟踪监测。每辆运输车均对无线传感器进行安装,并借助RFID读写器对货车装载货物粘贴的电子标签进行扫描,实现对信息数据的采集,并传递至传感器,构成网状网络,分布在网络中的各节点借助无线通信技术实现对信息的相互传递,并融合相关数据,实现对中心数据库的传入。每辆车均设置有传感器节点,众多分布在网络中的传感器节点构成传感器网络,由传感器节点对信息数据进行收集,并向无线网关节点发送,数据经由无线网关处理后,通过GSM通信技术,结合跟踪网络通信,向中心服务器发送数据,中心服务器在实体数据库中存储数据,实时更新运输车辆及配送货物信息。网络中心不仅能对最优送货路径进行计算,还能实时掌握全部配送货物信息。

  3.2.GIS模块

  在该系统中,对GIS模块进行应用,借助其地理数据相关功能对系统分析技术进行完善。该系统以图像信息处理、数据可视化相关技术为基础,构建数据处理和数据分析的先进工具,为物流配送提供服务,并增强系统具备的容错能力,为系统运行提供安全保障。该模块功能主要是操作相关电子地图、制定运输配送计划、管理相关数据、开展统计分析、做好系统维护等。该模块主要集成了如下内容:

  (1)车辆路线管理

  对于配送起点单一,配送终点多元的货物运输配送,有效降低配送耗费的成本,并改善配送服务质量,决定配送车辆的具体数目、类型以及各自的运输配送路线。

  (2)最短路径

  对运输配送涉及的任意两点,选出最优路径,即选出路程最短和运输配送耗时最少的路径。

  (3)日常事务处理

  对运输配送涉及的各类日常事务和信息数据进行科学分析和有效处理,为运输部门开展管理、制定决策提供信息参考依据,并形成专业报表,实现标准规范的业务管理。

  3.3. 电子地图子系统

  电子地图具备的主要功能如下:对地图进行清晰显示,对地址进行准确匹配,对最佳路径进行搜索,对线路信息进行汇总等。电子地图以道路网络作为基础。部分电子地图涉及诸多算法,其需搜索最短路径,并优化最优线路,在此类电子地图中,道路网络发挥的作用尤为重要。道路网络涵盖诸多物理属性,诸如道路具体等级、车辆行驶速度限制、通行车辆具体种类等。为准确搜索最佳路径,并安排设计运输配送的最优线路,道路网络还需要涵盖道路具体的行驶属性,例如是否为单行道、是否禁止左转等。在实际应用过程中,将运输配送线路优化的具体需求作为依据,对所需的电子地图部分进行抽取,并清晰注明,在实践中加以完善。

  3.4. 运输车辆路径调度子系统

  借助传感器网络,并结合物流路径调度,能实现对物流路径调度系统的优化改进。将无线传感器安装于物流运输配送涉及的各节点上,由传感器对物流配送货物的具体信息进行输入。中心数据库实时对信息进行录入,并将信息包含的条件限制作为依据,通过路径优化算法,实现对最优路径的迅速准确计算,并对车载GPS进行传输。配送司机结合路况信息,遵循优化路线运输配送货物。在路径调度过程中,对传感器网络进行运用,能以无线传输信息的方式促进货物信息、运输配送车辆信息、行驶路况信息等与中心数据库实现实时良好的沟通,并实现对信息录入时间的大幅度缩短,能促进配送速度实现大幅度提升,并有效改善配送质量,还能实现对仓储量的有效减少,实现对物流配送成本的有效节约,能促进物流企业的综合效益实现大幅度提升。

  4. 结语

  综上所述,物联网多目标运输路径调度系统的设计思路主要是通过RFID对待配送货物相应的电子标签具体信息进行记录,并由调度中心将电子标签具体信息作为依据配送路线进行优化制定。物联网多目标运输路径调度系统的模块配置主要包括无线传感器网络模块、GIS模块、电子地图子系统、运输车辆路径调度子系统。C

  (作者单位:刘海石、潘楠,昆明理工大学民航与航空学院;安裕强、欧阳世波,红云红河烟草(集团)有限责任公司物流中心;郭晓珏,昆明智渊测控科技有限公司)

  基金项目:云南中烟工业有限责任公司科技项目(2018QT05);红云红河烟草(集团)有限责任公司科技项目(HYHH2018XX01)


【编辑:editor】
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