朱先濤，薛亮

摘? 要：隨著北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的正式開通，我國衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)也躋身世界先進(jìn)水平，物流運(yùn)輸行業(yè)正是其重點(diǎn)開發(fā)的領(lǐng)域。本文以物流車輛管理為目標(biāo)，針對運(yùn)輸流程缺失、管控不到位、信息化程度低等問題，基于Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、Python程序語言以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)設(shè)計了一套物流信息系統(tǒng)，幫助企業(yè)根據(jù)實(shí)際需求規(guī)劃運(yùn)輸路徑，監(jiān)控物流車輛以及進(jìn)行信息化管理，從而保證貨物高效運(yùn)輸，人員操作規(guī)范，提高企業(yè)競爭力。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航;信息系統(tǒng);物流車輛

中圖分類號：TP391? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Design of Logistics Vehicle Management Information System

based on BeiDou Satellite Navigation System

ZHU Xiantao， XUE Liang

（College of Automobile and Traffic Engineering， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037， China）

zhuxian20211998@163.com; shiling97322@163.com

Abstract： With BeiDou-3 Satellite Navigation System （BDS-3） being officially commissioned， China's satellite navigation service begin to rank among the world's advanced level， and one of its key development areas is just logistics and transportation industry. Taking logistics vehicle management as the goal， this paper proposes to design a logistics information system based on Oracle database management system， Python programming language and BeiDou satellite navigation service. The system is designed to solve problems of lack of transportation process， inadequate management and control， and low level of informatization. It helps enterprises to plan transportation routes， monitor logistics vehicles and conduct information management according to actual needs， so to ensure efficient transportation of goods， standardized personnel operations， and enhance corporate competitiveness.

Keywords： BeiDou Satellite Navigation System; information system; logistics vehicles

1? ?引言（Introduction）

當(dāng)前，我國的物流企業(yè)絕大多數(shù)是由傳統(tǒng)運(yùn)輸企業(yè)發(fā)展而來的，存在物流水平偏低、物流成本較高、缺少科學(xué)規(guī)范手段、信息處理滯后等急需解決的問題。針對這些問題，一些物流運(yùn)輸信息管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前我國物流企業(yè)的管理信息系統(tǒng)應(yīng)用比例已達(dá)75%[1]，但存在系統(tǒng)相對簡單、涉及范圍較窄、開發(fā)具有一定的盲目性等問題。因此，本文利用我國自主建設(shè)運(yùn)行的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BD Navigation Satellite System， BDS）設(shè)計信息管理系統(tǒng)，有針對性地解決物流企業(yè)車輛管理的問題，以達(dá)到增強(qiáng)企業(yè)競爭力、提高工作效率、提升服務(wù)水平的重要目標(biāo)。

2? 主要技術(shù)及系統(tǒng)概述（Overview of key technologies and systems）

2.1? ?北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是我國基于國家安全和社會需要獨(dú)立建設(shè)運(yùn)營的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由空間段、地面段和用戶段三部分組成[2]。

BDS如何實(shí)現(xiàn)定位呢？類比平面空間中的“三圓交匯理論”，我們可以推斷出三維空間的三球交匯理論。首先確定三個球面，衛(wèi)星位置即球面中心，用戶與衛(wèi)星之間的距離即為球面半徑di，用戶必定在三個球面的交點(diǎn)上。但由于受客觀因素影響，想要更加精確地確定用戶接收機(jī)時鐘與北斗系統(tǒng)的時差t需要引入第四顆衛(wèi)星，Ti為衛(wèi)星時鐘差，c是光速。根據(jù)以上原理可以得出方程組：

其中，是待測坐標(biāo)，是衛(wèi)星的空間坐標(biāo)。

2.2? ?車輛管理信息系統(tǒng)

對于車輛管理，企業(yè)面臨著技術(shù)和制度的難題[3]。管理內(nèi)容主要包括：車，即精準(zhǔn)定位車輛位置，掌握車輛使用情況;人，即規(guī)范駕駛員操作，合理分配任務(wù);根據(jù)用車需求，對車輛進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，合理規(guī)劃路徑，節(jié)省開支[4]。

根據(jù)以上需求，本文將車輛管理信息系統(tǒng)分為以下幾個模塊：系統(tǒng)用戶管理模塊、業(yè)務(wù)管理模塊、車輛監(jiān)控模塊、異常報警模塊、呼叫中心模塊、統(tǒng)計分析模塊，從技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)物流車輛管理。

3? ?系統(tǒng)需求分析（Analysis of system requirements）

當(dāng)前我國物流企業(yè)信息化管理應(yīng)用層次較低，物流車輛在運(yùn)行過程中缺乏應(yīng)有的監(jiān)督和管理，如司機(jī)私自拉貨配送，更改路線，異地逗留等，帶來了額外油耗和時間成本問題，影響了企業(yè)形象。基于先進(jìn)的BDS可以實(shí)時掌握車輛位置信息和運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)督司機(jī)行為，同時企業(yè)客戶也可以了解貨物送達(dá)情況，提高客戶滿意度。

4? ?信息系統(tǒng)設(shè)計（Information system design）

4.1? ?信息系統(tǒng)框架

對系統(tǒng)的總體設(shè)計可以運(yùn)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，將該物流信息系統(tǒng)自上而下分解為若干具有一定聯(lián)系卻又相對獨(dú)立的模塊。綜合前文所提模塊，完成基于BDS的物流車輛管理信息系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

4.2? ?系統(tǒng)模塊功能設(shè)計

4.2.1? ?系統(tǒng)用戶管理

系統(tǒng)用戶管理模塊應(yīng)該具備車輛信息管理、駕駛員信息管理、服務(wù)端權(quán)限管理三種功能，系統(tǒng)用戶通過客戶端登錄信息系統(tǒng)界面，提供用戶名和密碼，可以查看物資管理信息，更新個人信息并實(shí)時獲取在客戶端發(fā)布的貨物運(yùn)輸信息。車輛信息包括車輛狀況、車輛行駛里程數(shù)、所屬企業(yè)、車輛類型等。服務(wù)端管理人員擁有最大權(quán)限，可以為不同角色賦予不同的操作權(quán)限，對用戶進(jìn)行添加、修改和刪除，包括對物流區(qū)域、駕駛員信息、車輛信息、貨物規(guī)格等進(jìn)行查看。

用戶數(shù)據(jù)庫管理可以采用Oracle數(shù)據(jù)庫。Oracle是甲骨文公司推出的商品化關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，采用結(jié)構(gòu)化的查詢語句[5]，支持多平臺操作，功能完善，具有分布式處理功能，相較只適用于中小型企業(yè)，支持平臺單一的Visual FoxPro和SQL Server數(shù)據(jù)庫，Oracle可以處理海量的商業(yè)數(shù)據(jù)，可在所有主流平臺運(yùn)行，開放性和安全性都更加出色。

Oracle數(shù)據(jù)庫中包含車輛信息表、司機(jī)信息匯總表、報警處理信息表、運(yùn)行區(qū)域匯總表、運(yùn)單信息表等。以報警處理信息表（_INFO_AlarmProcess）為例：主鍵為車輛ID（屬性名稱：VeclPID/屬性類型：NUMBER（10）/是否為主鍵：TRUE）和報警類型（屬性名稱：AlarmType/屬性類型：NUMBER（3）/是否為主鍵：TURE），具體字段包括車輛ID、報警類型、報警日期和報警處理。

4.2.2? ?業(yè)務(wù)管理

業(yè)務(wù)管理模塊應(yīng)該具備運(yùn)力查詢、業(yè)務(wù)分配、運(yùn)輸方案管理、報價管理、評價中心等多種功能，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)車輛合理調(diào)度和效益提升的部分。根據(jù)運(yùn)力需求，對已有的車隊運(yùn)力進(jìn)行查詢評估，發(fā)貨方與承運(yùn)商相互匹配，再進(jìn)行任務(wù)分配。根據(jù)不同的運(yùn)輸方案和承運(yùn)、發(fā)貨方雙方的運(yùn)力報價，選出雙方都能接受的方案，洽談妥當(dāng)之后簽訂合同。貨物送達(dá)簽收之后，雙方進(jìn)行支付結(jié)算，在承運(yùn)商司機(jī)上傳回單后，依次完成對賬、開票操作。整個流程完成后需要收集發(fā)貨方的反饋信息，對該次物流活動進(jìn)行評價，分析本次作業(yè)中待改進(jìn)的地方，優(yōu)化整個系統(tǒng)。

4.2.3? ?車輛監(jiān)控

車輛監(jiān)控模塊功能依賴于北斗車載終端和RFID實(shí)現(xiàn)，需具備顯示物資位置、行車軌跡、物資信息等功能。

從北斗車載終端的功能出發(fā)，需要以下五個模塊：主控模塊、通信模塊、北斗定位模塊、充電模塊、暴力防拆模塊。終端可以實(shí)時與北斗衛(wèi)星連接，采集車輛位置信息，通過GPRS數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器，處于服務(wù)器端的服務(wù)人員可以對物流車輛實(shí)時監(jiān)控;GPRS是在GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了GGSN和SGSN而實(shí)現(xiàn)的一種分組交換系統(tǒng)，適用于間斷性、突發(fā)性的少量的數(shù)據(jù)傳輸;RFID是獲取貨物信息的關(guān)鍵，采用合理有效的RFID標(biāo)簽防碰撞方法，使用閱讀器掃描貨物電子標(biāo)簽，可以采集貨物信息，保證貨物安全[6]。通過上述三種手段，做到人、車、貨同時監(jiān)控。車輛監(jiān)控流程如圖2所示。

4.2.4? ?異常報警

根據(jù)司機(jī)的行為，異常警報模塊分為：超速報警、偏航報警、非法區(qū)域報警、超時報警以及求救報警。根據(jù)車輛的不同行駛?cè)蝿?wù)，平臺已預(yù)先為司機(jī)規(guī)劃最優(yōu)路線，當(dāng)車輛實(shí)際行駛路線與規(guī)劃路線不一致，司機(jī)駛?cè)虢袇^(qū)域，司機(jī)駕駛時間過長或疲勞駕駛，通過BDS計算得出車輛超速時，都會重復(fù)警報。多次警報后，司機(jī)仍然沒有及時做出相應(yīng)調(diào)整，此時會將警報信息優(yōu)先傳達(dá)至管理端，呼叫中心人員聯(lián)系司機(jī)詢問情況，如果聯(lián)絡(luò)不暢或司機(jī)拒絕配合，則向當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)進(jìn)行報警攔截處理。即使位于信號不良或被屏蔽區(qū)域，也可利用北斗獨(dú)有的短報文功能向上述兩方發(fā)送警報信息。相比GPS只能接受信息，BDS可以實(shí)現(xiàn)雙向通信。為了保障司機(jī)的生命安全，當(dāng)身處險境時，司機(jī)可主動按下求救報警按鈕，通過短報文功能求救。

Python作為一種解釋型語言，擁有學(xué)習(xí)成本低、語法簡單優(yōu)美、免費(fèi)開源、可跨平臺可拓展和具有豐富的庫等優(yōu)點(diǎn)[7]，被廣泛應(yīng)用于人工智能和大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，是最受歡迎的程序軟件之一。可以使用Python進(jìn)行最佳路徑分析，以下只是作為示例的簡化程序，用于理解該算法是如何在成千上萬個點(diǎn)的高程網(wǎng)格上運(yùn)行的，程序如下：

Import numpy as np

h=5 w=5? ? #網(wǎng)格的高度和寬度

start=（h-1，0）? ? #網(wǎng)格左下角起始位置

dx=w-1 dy=0? ? #網(wǎng)格右上角終點(diǎn)位置

blank=np.zeros（（w，h））? ? #空白網(wǎng)格

dist=np.zeros（blank.shape， dtype=np.int8）? ? #距離網(wǎng)格

for y，x in np.ndindex（blank.shape）：

dist[y][x]=abs（（dx-x）+（dy-y））? ? #計算所有單元格權(quán)重

cost=np.random.randint（1，16，（w，h））+dist? ? #地形由1至16之間的隨機(jī)數(shù)生成，添加距離網(wǎng)格以便計算每個單元格的權(quán)重

print（"COST GRID（Value+Distance）"）

print（cost）

print（）

# A*搜索算法

Def astar（start， end， h， g ）：

closed_set=set（）? open_set=set（）? path=set（）? open_set.add（start）

while open_set.pop（）

cur==open_set.pop（）

if cur==end：

return path

closed_set.add（cur）

path.add（cur）

options=[]? y1=cur[0]? x1=cur[1]

if? y1>0：options.append（（y1-1，x1））

if? y1

（（y1+1，x1））

if? x1>0：options.append（（y1，x1-1））

if? x1

（（y1，x1+1））

if end in options：return path

best=options[0]

cset.add（options[0]）

for i in range（1，len（options））：

option=options[i]

if option in closed_set：continue

elif h[option]<=h[best]：best=option? closed_set.add（option）

elif g[option]

else：closed_set.add（option）

print（best，"，"， h[best]，"，"，g[best]）

open_set.add（best）

return []

print（"（Y，X），HEURISTIC， DIATANCE"）? #最后生成測試路徑

path=astar（start，（dy，dx），cost，dist）? ? ?#查找路徑

print（）? ?#創(chuàng)建和輸出路徑網(wǎng)絡(luò)

path_grid=np.zeros（cost.shape，dtype=np.uint8）

for y，x in path：

path_grid[y][x]=1

path_grid[dy][dx]=1

print（"PATH GRID： 1=PATH"）

print（path_grid）

4.2.5? ?呼叫中心

按照呼叫類型分類，應(yīng)選擇呼入/呼出混合型呼叫中心，按照權(quán)限不同，分為：座席、座席管理員、系統(tǒng)管理員。座席承擔(dān)咨詢和收集反饋等任務(wù)，對客戶信息進(jìn)行登記、查詢，完成訂單的創(chuàng)建、提交;座席管理員對座席提供的信息進(jìn)行整合與管理;系統(tǒng)管理員在該模塊中具有最高權(quán)限，負(fù)責(zé)賬號管理和參數(shù)配置。呼叫中心既對客戶負(fù)責(zé)，同時也是聯(lián)絡(luò)司機(jī)、輔助司機(jī)的重要渠道。當(dāng)出現(xiàn)異常報警時，呼叫中心需要查詢相關(guān)司機(jī)電話信息，進(jìn)行自動語音播報，必要時通信聯(lián)絡(luò)。

4.2.6? ?統(tǒng)計分析

該模塊具備兩個功能：數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。數(shù)據(jù)計算即利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能，通過當(dāng)前位置，經(jīng)過計算，確定物流車輛是否超速、偏航，并把結(jié)果傳達(dá)至用戶數(shù)據(jù)庫中，便于異常報警模塊調(diào)用查詢。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計即對數(shù)據(jù)庫中積累的資料進(jìn)行整理匯總、分析，可以科學(xué)直觀地反映當(dāng)前企業(yè)的經(jīng)營狀況，如公司和運(yùn)輸車主的結(jié)算數(shù)據(jù)與報表、顧客滿意度評價表等。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，SPSS統(tǒng)計軟件、EXCEL降低了統(tǒng)計分析工作的難度，利用經(jīng)濟(jì)效益綜合評判、回歸與相關(guān)性分析等統(tǒng)計方法，為企業(yè)接下來的決策和運(yùn)營方向提供有力的依據(jù)。

5? ?可行性分析（Feasibility analysis）

5.1? ?技術(shù)可行性分析

2020 年，我國已建成北斗三號系統(tǒng)，經(jīng)全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(tǒng)實(shí)時測試表明，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位、測速、授時精度均滿足指標(biāo)要求[8]。相比GPS、BDS，無論是在安全性還是在國內(nèi)定位精度上都更加優(yōu)秀。除此之外，Python和Oracle都是經(jīng)過多次迭代更新的產(chǎn)品，在多個領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

5.2? ?社會可行性分析

自2007 年以來，我國行業(yè)主管部門出臺了一系列有關(guān)北斗產(chǎn)業(yè)的政策文件，如《關(guān)于深圳北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化實(shí)施方案》《關(guān)于在行業(yè)推廣應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的指導(dǎo)意見》等，都表明我國正在大力推動北斗產(chǎn)業(yè)發(fā)展。另一方面，在網(wǎng)絡(luò)時代下，企業(yè)每天接受的物流信息也是聯(lián)系的、動態(tài)的、多樣的、復(fù)雜的，物流信息系統(tǒng)作為企業(yè)信息系統(tǒng)的一部分不可或缺。

5.3? ?經(jīng)濟(jì)可行性分析

Oracle商用費(fèi)用比較高，有按CPU數(shù)和按用戶數(shù)（Named User Plus）兩種購買方式，而商用車載北斗每年也有一定的服務(wù)費(fèi)用。這對于一般的中小型企業(yè)是一種前期投入，但是對具有一定規(guī)模的企業(yè)，適當(dāng)投入成本更有利于組織協(xié)調(diào)管理。因此，需要企業(yè)根據(jù)自身定位，權(quán)衡考慮[9]。

6? ?結(jié)論（Conclusion）

我國BDS性能已達(dá)到世界先進(jìn)水平，在諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，服務(wù)用戶規(guī)模達(dá)到億級。當(dāng)前物流車輛導(dǎo)航系統(tǒng)以GPS/BD雙模定位為主，BDS正在逐步取代GPS在我國運(yùn)輸行業(yè)中的地位?；贐DS的物流車輛管理信息系統(tǒng)的使用，實(shí)現(xiàn)了物流企業(yè)的智能化、信息化，實(shí)時掌握人、車、貨動態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化人車匹配，合理調(diào)配車輛，進(jìn)一步降低企業(yè)成本。隨著5G技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)低延遲、低功耗、萬物互聯(lián)，車輛運(yùn)輸各個環(huán)節(jié)將更加協(xié)調(diào)高效，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益將進(jìn)一步提升。

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作者簡介：

朱先濤（1998-），男，本科生.研究領(lǐng)域：物流信息系統(tǒng)設(shè)計.

薛? 亮（1978-），女，博士，講師.研究領(lǐng)域：物流系統(tǒng)規(guī)劃與管理，物流信息系統(tǒng)設(shè)計.本文通訊作者.