智能物流综述

智能物流运输系统综述智能物流运输系统综述 1 问题的提出 研究背景 问题的提出 研究背景 当前 我国物流也处于快速增长期 物流业发展对于提高国民经济增长质量和效益的 作用日益明显 与世界物流运输业发达的国家相比 我国物流运输业起步较晚 规模较小 管理落后 存在的问题主要有 物流运输成本高 物流运作水平低 物流运输时间长 物 流运输管理效率低下等 1 近 20 年来 我国物流行业取得了长足的进步 为我国社会经济的快速发展和健康运行 做出了巨大贡献 物流运输业是整个物流链条的核心环节 也是构成物流成本的重要内容 2010 年我国物流运输费用为 3 83 万亿 比 1991 年增长 12 2 倍 年复合增长率为 14 6 也就是说 我国物流运输费用在物流成本中所占比例超过了 50 与世界物流运输业发达的国家相比 我国物流运输业起步较晚 规模较小 管理落后 存在的问题主要有 一 物流运输成本高 在欧美发达国家 物流运输成本一般只占到物流总成本的三分之一左右 正常情况下 我国的物流运输成本要占物流总成本的 以上 因此 我国很多商业企业要比美国的 商业企业多支付 的物流运输成本 年 意大利调查机构 亚洲观 察家 组织开展的一项调查显示 中国是世界物流运输成本最高的国家之一 每年用于物流 运输业的资金高达 亿美元 是美国的两倍 此外在运输过程中对路径选择的忽视 也是导致运输成本高的原因之一 二 物流运作水平低 物流运输时间长 我国大多数物流运输企业是由传统的仓储 运输企业转型而来 在管理水平 技术力 量及服务范围上与现代物流业的要求还有很大的差距 物流企业不仅普遍存在经营规模较 小 市场份额较少 服务功能单一 信息化程度低 高素质人才缺乏等现象 而且物流企 业整体运作水平较低 缺乏先进的管理理念 此外 由于物流企业整体运作水平较低 物 流运输时间被拉长 导致企业流动资金周转率低下 三 物流运输管理效率低下 物流管理是以尽可能少的资源投入 在控制成本和环境负担的约束下达到为客户提供 服务的目的 由于我国物流业发展仍处于初级发展阶段 物流管理还处于粗放式经营格局 大部分物流运输企业管理水平低下 服务能力较弱 一是物流装备整体水平低下 主要靠 人力来完成各种物流作业 二是物流信息系统功能落后 无法满足现代物流所需要的供应 链信息一体化的需要 三是缺乏统一的物流管理机构 迟缓了物流各环节的交接和物流信 息的快速传递 致使物流运输管理效率和物流管理水平低下 4 无法满足客户的一些要求 随着物流产业的急速发展 客户急切地想知道自己的产品什么时候在哪个地方 处于 一个什么样的位置 会不会有什么安全隐患等等 这就要求物流产业需要更科学的先进技 术作为发展的强大的后盾 二 问题的解决方法构想 解决方案 二 问题的解决方法构想 解决方案 利用 GPS GPRS 和 GIS 等技术对货物的配送等环节实现货物的自动化 信息化管理 目 的是实现物流配送作业执行情况全程跟踪 利用 RFID 对货物入库 出库进行信息化管理 通过与 WEB 技术的结合 可以使客户方便的查询运输信息 调度中心也可实时掌握运输车 辆的情况 减少空载的发生和运输时间 降低运输成本 提高运输效率 三 系统所满足的要求三 系统所满足的要求 随着物流的迅速发展 人们对物流的要求越来越高 本文通过介绍了智能物流的关键 技术 并通过这些关键技术实现对物流运输过程中车辆 司机及货物的实时监控 物流公 司和客户可以在 WEB 上查询到相关信息 确保在运输过程中货物 车辆和人员的安全 有利于提高物流运输的效率 1 基于 GIS GPRS 和 GPS 相结合的配送跟踪管理 要实现对配送车辆全程的跟踪管理 就需要对车辆路线和位置进行实时监控 通过关键技术实现调度中心的动态监控 2 设计和实现了一个基于 GPS 的实时货物跟踪 客户可以通过 Internet 实时查询货物 当前的位置 状态和估计到达的时间等信息 3 车辆报警功能 当在运输车辆发生紧急状况时 向监控中心发出报警信号 使监控 中心尽快了解运输车辆状况以及能够及时采取补救措施 4 路径的可视化 三 关键技术三 关键技术 3 1 全球定位系统 GPS 3 1 1 GPS 技术介绍 GPS Global Positioning System 是 20 世纪 70 年代由美国陆海空三军联合研 制的新一代空间卫星导航定位系统 其主要目的是为陆 海 空三大领域提供实时 全天 候和全球性的导航服务 并用于情报收集 核爆监测和应急通讯等一些军事目的 是美国 独霸全球战略的重要组成 GPS 由覆盖全球的 24 颗卫星组成 这个系统可以保证在任意时刻 地球上任一 点都可以同时观测到 4 颗卫星 保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度 以便实现 导航 定位 授时等功能 这项技术可以用来引导飞机 船舶 车辆以及个人 安全 准 确地沿着选定的路线 准时到达目的地 经过 20 余年的研究实验 耗资 300 亿美元 到 1994 年 3 月 全球覆盖率高达 98 的 24 颗 GPS 卫星星座己布设完成 3 1 2 GPS 系统组成 GPS 由三部分组成 空间部分 GPS 星座 地面控制部分 地面监控系统 用户设备部分 GPS 信号接收机 空间部分 由 24 颗工作卫星组成 它位于距地表 20200km 的上空 均匀分布在 6 个轨道面 上 每个轨道面 4 颗 轨道倾角为 55 此外 还有 4 颗有源备份卫星在轨运行 卫星的 分布使得在全球任何地方 任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星 并能保持良好定位解算 精度的几何图像 这就提供了在时间上连续的全球导航能力 地面控制部分 由 1 个主控站 6 个全球监测站和 4 个注入站组成 监测站均配装有精密的铯钟 和能够连续测量到所有可见卫星的接受机 监测站将取得的卫星观测数据 包括电离层和气 象数据 经过初步处理后 传送到主控站 主控站从各监测站收集跟踪数据 计算出卫星的轨 道和时钟参数 然后将结果送到 3 个地面控制站 注入站在每颗卫星运行至上空时 把这些 导航数据及主控站指令注入到卫星 这种注入对每颗 GPS 卫星每天一次 并在卫星离开注 入站作用范围之前进行最后的注入 如果某地面站发生故障 那么在卫星中预存的导航信息 还可用一段时间 但导航精度会逐渐降低 用户设备部分 即 GPS 信号接收机 其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫 星 并跟踪这些卫星的运行 当接收机捕获到跟踪的卫星信号后 即可测量出接收天线至 卫星的伪距离和距离的变化率 解调出卫星轨道参数等数据 根据这些数据 接收机中的微 处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算 计算出用户所在地理位置的经纬度 高度 速度 时间等信息 接收机硬件和机内软件以及 GPS 数据的后处理软件包构成完整的 GPS 用户设备 3 1 3 GPS 主要应用 定位 如汽车防盗 地面车辆跟踪和紧急救生 测量 主要用于测量时间 速度 及大地测绘 如水下地形测量 地壳形变测量 大 坝和大型建筑物变形监测及浮动车数据 利用 GPS 定期记录车辆的位置和速度信息 从 而计算道路的拥堵情况 3 2 地理信息系统 GIS 3 2 1GIS 概述 地理信息系统 Geographic Information System 简称 GIS 是一种集空间数据获取 管理 分析处理 模拟和可视化表达功能于一体的计算机系统 是横跨计算机科学 信息 学 遥感科学 测量学 地图学 资源学 环境学等学科的一门新兴边缘学科 GIS 作为信息处理技术的一种 是以计算机技术为依托 以具有空间内涵的地理数 据为处理对象 运用系统工程和信息科学的理论 采集 存储 显示 处理 分析 输出 地理信息的计算机系统 为规划 管理和决策提供信息来源和技术支持 近年来 随着 GIS 技术的不断发展 已逐步深入到各个学科领域 3 2 2GIS 功能介绍 1 数据采集 转换 检验与编辑功能 数据采集 转化 检验与编辑功能主要用于获取数据 保证 GIS 数据库中的数据在 内容与空间上的完整性 数据定义合适 数据值逻辑一致 地理信息系统数据库的建设占 整个系统建设投资的 70 或者更多 且在近期不会有明显的变化 为此 信息共享与自动 化数据输入成为 GIS 研究中重要内容 目前可用于 GIS 数据采集的方法与技术很多 有些 适用于属性数据的采集 有些属于空间数据的采集 有些是通用技术 有些则是特别适用 于 GIS 如手扶跟踪数字化仪 自动化扫描输入与遥感数据的集成最为人们所关注 扫描 技术的应用与改进是一个富有挑战性的问题 扫描数据的自动化编辑与处理仍是其主要研 究的关键技术 2 数据的存储与组织功能 数据存储与组织是一个数据集成的过程 也是建立 GIS 数据库的关键步骤 涉及到 空间数据和属性数据的组织 栅格模型 矢量模型或栅格 矢量混合模型是常用的空间数据 组织方式 空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据操作与分析的功 能 混合型数据结构利用了矢量与栅格数据结构的特点 为许多成功的 GIS 软件系统所 采用 属性数据的组织有文件系统及采用层次结构 网络结构或关系结构的数据库管理系 统等 3 数据组织与管理功能 数据组织与管理中 最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体 大多已有 系统将两者分开存储 通过关联字段来连接 这种组织方式的缺点是无法有效地记录地物 在时域上的变化属性 数据的定义与数据操作相互分离 数据更新 查询检索烦琐 随着 计算机数据库技术的发展 空间地理数据库集空间图形数据和属性数据于一体 极大地方 便了空间图形数据和属性数据的存储与管理查询 4 数据分析功能 数据分析功能包括数据查询 检索 统计计算 空间分析 模型分析等方面 数据查 询 检索 统计计算是 GIS 以及许多自动化地理数据系统应具备的最基本的分析功能 空间分析是 GIS 的核心功能 也是 GIS 与其它计算机系统的主要区别所在 3 2 3GIS 在物流运输车辆监控中的应用 GIS 技术的发展和成熟 在 GPS 车辆监控导航领域的应用也越来越广泛 在车辆 监 控管理中心 各个移动车辆的定位数据由无线数据传输到监控管理中心 监控管理中心通 过电子地图实时 准确的显示各个车辆的位置 从而实现对移动车辆的管理 GIS 技术在 车辆监控定位系统中的主要功能是用来车辆导航 定位 其的主要用途为 1 提供良好的图形化人机界面 以不同标记显示路况信息 以提醒驾驶员 2 在矢量电子地图上 可以进行任意的放大 缩小 漫游 旋转 分层显示等 3 能在电子地图上实时地显示车辆的位置 回放车辆的运行轨迹 4 用户可以进行地理实体的查询 5 在电子地图上 用户可以进行车辆行驶区域的限制 3 3 分组无线业务 GPRS 3 3 1 GPRS 技术介绍 GPRS General Packet Radio Service 是通用分组无线业务的简称 它是第 2 5 代 移动通信系统 是第二代移动通信技术 GSM Global System for Mobile Communications 向第三代移动通信 3G 过渡的一个桥梁 GPRS 是一种采用分组交换技术传输数据及信 令的高效率数据传输方式 是区别于原有 GSM 电路交换方式的另一种数据传输方式 它利 用存储转发原理 把不同终端的数据分割成等长标准数据格式 通过非专用的逻辑子信道 进行数据快速交换 即将信息分成数据分组或信息包 再加上目的地址 分组编号 控制 比特等的分组头 沿不同路由进行传送 接收端按照分组编号重新组装成原始信息 分组 通信的实质是依靠高处理能力的计算机来充分利用宝贵的通信通道资源 GPRS 允许用户在分组交换模式下发送和接收数据 从而提供了一种高效 低成本 的无线分组数据业务 分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包 可通过不 同的路由 以存储转发的接力方式传送到目的端 而组装成完整的数据 分组交换基本上 不是实时系统 延时也不固定 但可以使不同的数据传输 共用 传输带宽 有数据时 14 占用带宽 无数据时不占用 从而分享资源 在 GSM 无线系统中 无线信道资源非常宝 贵 如采用电路交换 通信需要建立端到端的连接 信道只能被一个用户独占 在成本效 率上显然缺乏可行性 而采用分组交换的 GPRS 则可灵活运用无线信道 每一个用户可以 有多个无线信道 而同一信道又可以由几个用户共享 从而极大的提高了无线资源的利用 率 在理论上 GPRS 可以将最多 8 个时隙组合在一起 给用户提供高达 171 2kb s 的带 宽 由于 GPRS 用户的数据通信费是以数据流量为基础 而不考虑通信时长 所以 GPRS 用于 IP 业务的接入将更为用户所接受 3 3 2 GPRS 通信原理 GPRS 网络是基于现有的 GSM 网络来实现的 在现有的 GSM 网络中需要增加一 些节点 如 GGSN Gateway GPRS Supporting Node 网关 GPRS 支持节点 和 SGSN ServingGSN 服务 GPRS 支持节点 GPRS 网络是在现有 GSM 网络中增加 GGSN 和 SGSN 来实现的 使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据 移动台则 必须是 GPRS 移动台或 GPRS GSM 双模移动台 通信终端和 GPRS 模块组成一个 GPRS 无线通信实体 GPRS 无线通信实体与 GSM 基站通信 但与电路交换式数据呼叫不同 GPRS 分组是从基站发送到 GPRS 服务支持节点 SGSN 而不是通过移动交换中心 MSC 连接到语音网络上 SGSN 与 GPRS 网关支持节点 GGSN 进行通信 GGSN 对分组数据进行相应的处理 再发送到目的网络 如 Internet 或 X 25 网络 来自 Internet 标识有移动台地址的 IP 包 由 GGSN 接收 再转发到 SGSN 继而传送到移动 台上 GPRS 服务支持节点 SGSN 是 GSM 网络结构中的一个节点 它与 MSC 处于 网络体系的同一层 SGSN 通过帧中继与 BTS 相连 是 GSM 网络结构与移动台之间的 接口 SGSN 的主要作用是记录移动台的当前位置信息 并且在移动台和 GGSN 之间完 成移动分组数据的发送和接收 GPRS 网关支持节点 GGSN 通过基于 IP 协议的 GPRS 骨干网连接到 SGSN 是连接 GSM 网络和外部分组交换网 如 Internet 局域网 的网 15 关 GGSN 主要是起网关作用 也有将 GGSN 称为 GPRS 路由器 GGSN 可以 把 GSM 网中的 GPRS 分组数据包进行协议转换 从而可以把这些分组数据包传送到远端 的 TCP IP 或 X 25 网络 SGSN 和 GGSN 利用 GPRS 隧道协议 GTP 对 IP 或 X 25 分组进行封装 实现二者之间的数据传输 3 3 3 GPRS 特点和优势 1 资源利用率高 GPRS 引入了分组交换的传输模式 使得原来采用电路交换模式的 GSM 传输数据 方式发生了根本性的变化 与电路交换模式相比 用户只有在发送或接收数据期间才占用 资源 这样可以多个用户共享同一个无线信道