城市物流配送系統(tǒng)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)協(xié)作模式研究

侯艷輝，郝 敏HOU Yan-hui,HAO Min

（山東科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東 青島 266590）

(College of Economic and Management,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China)

城市物流配送的基本要求是道路暢通，而交通信號(hào)燈的設(shè)置是否合理，對(duì)道路是否暢通有決定性的作用。隨著我國(guó)各大城市的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，城市道路越建越多，道路的擁擠程度和交通事故的發(fā)生率卻沒有得到明顯的緩解，城市物流配送承受著與日俱增的壓力。

為解決這一問題，現(xiàn)在已涌現(xiàn)出了大量的配送路線優(yōu)化軟件，但這些軟件大都集中在解決最短路徑的計(jì)算問題上，而對(duì)交通堵塞問題卻無能為力。一條在地理上最短的路線可能因?yàn)榻煌ǘ氯兂珊臅r(shí)最長(zhǎng)的路線。所以，要加快城市物流配送的發(fā)展，必須解決交通堵塞問題，其中的交通信號(hào)控制尤為重要。

1 城市物流配送對(duì)道路交通的要求

1.1 基本要求

城市物流的基本要求是道路暢通，同時(shí)還要保證流向合理，運(yùn)輸距離短，配送速度快，按眾多門店的要求，配齊商品，進(jìn)行補(bǔ)貨，以令人滿意的服務(wù)，迅速、及時(shí)、準(zhǔn)確、安全、低成本進(jìn)行配送。要達(dá)到這樣的要求，必須把道路交通的影響降到最低。

1.2 路徑最短

在配送路線上，選擇最短的路徑，以便能夠盡快地將貨物運(yùn)送到指定地點(diǎn)，這一研究領(lǐng)域已取得了很多成果，出現(xiàn)了不少的算法以及成熟的配送路線優(yōu)化軟件，如邁極資訊公司（Manugistics）的TR系統(tǒng)等[1]。一般來講在計(jì)算優(yōu)化路線時(shí)考慮的因素包括：①商品信息：體積、重量、類別、數(shù)量；②道路信息：道路圖、道路行駛限制、路費(fèi)；③客戶信息：接貨位置；④車輛信息：載重量、容積等。可見，道路行駛限制（包括交叉口通行狀況、速度等）是影響配送路線優(yōu)化的關(guān)鍵因素之一。

在此需要指出的是，很多軟件在我國(guó)的應(yīng)用狀況并不理想，其中一個(gè)很重要的原因就是國(guó)內(nèi)的交通基礎(chǔ)設(shè)施滿足不了當(dāng)代物流運(yùn)輸?shù)男枰?，交叉口的通行能力不足，雖然制定出了最優(yōu)路線，卻可能因?yàn)榻徊婵诘膿矶露淖疃嗟臅r(shí)間，沒有實(shí)現(xiàn)真正的“最優(yōu)”。

1.3 時(shí)間最短

交叉路口是道路通行能力的瓶頸。城市配送要求配送的及時(shí)性，選擇的最短配送路線途中的交叉路口是否通暢，是配送時(shí)間的最大影響因素。所以在城市配送路線規(guī)劃時(shí)寧愿繞彎走環(huán)路、高架橋，也要避免一些經(jīng)常擁堵的交叉路口。但既然是城市配送，不可避免地總要經(jīng)過交叉路口，只是多寡而已。因此對(duì)交叉路口的研究選擇是配送路線規(guī)劃的重要部分?，F(xiàn)有的一些常用軟件基本是只計(jì)算最短路徑，而對(duì)交叉路口的選擇還沒有準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)算法。同時(shí)這些軟件局限于交通車輛與交通信號(hào)控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換能力。

1.4 交通堵塞應(yīng)急能力

突發(fā)性道路堵塞對(duì)運(yùn)輸費(fèi)用具有較大的影響。在實(shí)際運(yùn)輸過程中，由于受到不確定因素的影響，運(yùn)輸車輛不可避免地會(huì)遇到突發(fā)性的道路堵塞，如果堵塞的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，決策者就需要考慮重新選擇路徑，但是這一決策的正確有效性比較低，比起重新選擇路徑來，不如提前預(yù)防，所以，優(yōu)化交通信號(hào)控制要有效的多。一般的交通信號(hào)控制中，沒有考慮交叉口之間的關(guān)聯(lián)性，每個(gè)交叉口都是獨(dú)立的，如果能在一定的區(qū)域范圍內(nèi)協(xié)調(diào)控制各個(gè)相關(guān)交叉路口的信號(hào)，每個(gè)交叉口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和共享，那么在發(fā)生交通堵塞時(shí)，就可以在宏觀上進(jìn)行控制協(xié)調(diào)，換言之，也就可以使車輛加強(qiáng)交通堵塞的應(yīng)急能力。

1.5 提高路口的通行能力

前文已經(jīng)提到，要優(yōu)化配送時(shí)間，必須要提高交叉口的通行能力，減少道路的擁擠。如果在有效的綠燈時(shí)間之內(nèi)放行盡可能多的車輛，再配合上配送路線優(yōu)化系統(tǒng)、車輛衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及具有與交通控制信號(hào)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換能力的系統(tǒng)，那么不僅交叉口的交通堵塞問題可以得到緩解，而且即使交叉口由突發(fā)事件導(dǎo)致堵塞，也可以在最短的時(shí)間內(nèi)，最快的選擇其他路線，以免耽誤時(shí)間，造成更多的損失。

1.6 降低能耗

交叉口信號(hào)燈的設(shè)置使得車流成為間斷流，汽車通過交叉口時(shí)，經(jīng)常需要減速、停車、加速，由此不僅使汽車產(chǎn)生一定的延誤，而且由于汽車行駛狀況發(fā)生變化，使得汽車在交叉口產(chǎn)生一個(gè)比在正常連續(xù)道路行駛時(shí)多得多的燃油消耗[2]。交叉口不僅是交通網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸地段，也是燃油消耗最多的地段，這必然會(huì)增加運(yùn)輸成本。

綜上所述，城市物流配送對(duì)道路交通的要求越來越高，必須對(duì)道路交通進(jìn)行合理規(guī)劃，特別是交通信號(hào)控制的合理化，它在很大程度上影響著城市物流配送的效率，進(jìn)而決定著城市的發(fā)展，不可忽略。

2 城市物流配送系統(tǒng)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)的協(xié)作

通過研究不難發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)城市物流配送系統(tǒng)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)的協(xié)作，關(guān)鍵是將現(xiàn)有的配送路線優(yōu)化系統(tǒng)、車輛運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)的信息流和控制流實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，達(dá)到數(shù)據(jù)和功能的集成。

2.1 配送路線優(yōu)化系統(tǒng)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)的協(xié)作

目前的配送路線優(yōu)化軟件，主要是以計(jì)算最短路徑為主，而沒有考慮道路狀況，即使考慮道路狀況，所有的數(shù)據(jù)來源也均是歷史數(shù)據(jù)或靜態(tài)數(shù)據(jù)。而交通狀況是瞬息萬變的，所以隨著城市物流配送的發(fā)展，對(duì)配送路線優(yōu)化軟件的要求也越來越高，如果配送路線優(yōu)化軟件能實(shí)時(shí)的按照實(shí)際交通情況計(jì)算出最優(yōu)路線，配送效率將會(huì)大大提高。目前，有些學(xué)者已經(jīng)提出在交通限制條件下城市物流配送路線優(yōu)化的方法，但這些方法的運(yùn)用要求輸入數(shù)據(jù)必須是動(dòng)態(tài)的。

配送路線優(yōu)化系統(tǒng)的約束條件可以根據(jù)特定系統(tǒng)的要求確定為貨物需求量、發(fā)送量、交發(fā)貨時(shí)間、車輛容量限制、行駛里程限制、時(shí)間限制等；系統(tǒng)的目標(biāo)可以根據(jù)特定系統(tǒng)的要求確定為里程最短、費(fèi)用最少、時(shí)間盡量少、車隊(duì)規(guī)模盡量小、車輛利用率高等。在此道路動(dòng)態(tài)信息至關(guān)重要，這就要求配送路線優(yōu)化系統(tǒng)與交通信息控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與共享。如圖1所示。

此處的道路信息主要包括兩個(gè)部分，靜態(tài)信息與動(dòng)態(tài)信息。靜態(tài)信息就是指地理上的道路信息，也就是現(xiàn)在目前常用軟件的計(jì)算最短路徑的方法；動(dòng)態(tài)信息就是指從交通信號(hào)控制系統(tǒng)獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，在計(jì)算最短路徑時(shí)要避開交通不暢通的路段，從時(shí)間與最短路徑兩方面綜合考慮，確定最佳方案。

圖1 配送路線優(yōu)化系統(tǒng)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)協(xié)作圖

2.2 車輛運(yùn)輸管理系統(tǒng)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)的協(xié)作

即使配送路線優(yōu)化系統(tǒng)與交通控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)時(shí)地、動(dòng)態(tài)的進(jìn)行路線選擇，還是難免會(huì)有突發(fā)情況產(chǎn)生，所以車輛與交通信號(hào)控制系統(tǒng)之間也應(yīng)該有通信以及數(shù)據(jù)交換能力，以便根據(jù)交叉口的具體情況，對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、協(xié)調(diào)。

在此可以利用基于全球定位系統(tǒng)（GPS）車輛定位技術(shù)，測(cè)量確定車輛的相對(duì)或絕對(duì)位置，報(bào)告給管理中心或者為駕駛員提供路徑引導(dǎo)服務(wù)?；谲囕v定位的物流企業(yè)運(yùn)輸管理系統(tǒng)主要由管理中心與車載系統(tǒng)兩部分組成[3]，如圖2所示。管理中心根據(jù)貨源和配送需求隨時(shí)查詢所屬車輛的運(yùn)行位置與狀態(tài)，利用運(yùn)輸管理軟件及地理信息系統(tǒng)（GIS）合理調(diào)度車輛，然后通過文字或者語音的方式通知駕駛員。各配送車輛與管理中心之間雙向通信，配送車輛向管理中心提交車輛位置、狀態(tài)或報(bào)警信息，管理中心向各配送車輛下發(fā)調(diào)度命令。

圖2 傳統(tǒng)車輛運(yùn)輸管理系統(tǒng)運(yùn)作圖

但是，這種傳統(tǒng)的運(yùn)輸管理系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代物流配送要求，系統(tǒng)需要與交通信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行整合，如圖3所示。整合后的系統(tǒng)有如下新的功能。

圖3 車輛運(yùn)輸管理系統(tǒng)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)協(xié)作圖

（1）交通信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)地將道路狀況傳送給配送路線系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)做出路線優(yōu)化。當(dāng)交通堵塞出現(xiàn)在最短線路時(shí)，配送路線系統(tǒng)就可以根據(jù)其數(shù)據(jù)進(jìn)行線路優(yōu)化，以最短的時(shí)間完成配送。

（2）配送路線優(yōu)化系統(tǒng)也會(huì)將車輛的路線數(shù)據(jù)傳送給交通信息控制系統(tǒng)，當(dāng)車輛足以影響道路通行狀況時(shí)，交通信號(hào)控制系統(tǒng)就可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)，在相關(guān)路線上進(jìn)行信號(hào)時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化，以最佳的狀態(tài)配合車輛的通行。

（3）當(dāng)車輛在運(yùn)輸過程中，配送管理中心可以通過GPS系統(tǒng)實(shí)時(shí)的確定車輛位置，如果車輛的運(yùn)輸線路上出現(xiàn)了交通堵塞情況，那么配送管理中心就可以提前從交通信號(hào)控制系統(tǒng)獲得信息，提前改變運(yùn)輸路線，以免車輛陷入交通堵塞，耽誤時(shí)間。

（4）當(dāng)有緊急事件發(fā)生時(shí)，車輛會(huì)將信息反饋給配送管理中心，由管理中心作統(tǒng)一調(diào)度，并通知后續(xù)車輛。

3 結(jié)論

城市配送路線的規(guī)劃需要實(shí)時(shí)地考慮交叉路口的信號(hào)燈延遲和道路交通狀況，同時(shí)車輛調(diào)度必須考慮與城市交通信號(hào)系統(tǒng)的連接，以便配送車輛與車隊(duì)調(diào)度實(shí)時(shí)掌握道路狀況，選擇最佳的行車路線。將城市物流配送與交通信號(hào)控制進(jìn)行協(xié)調(diào)，不僅可以使道路交通順暢，還可以節(jié)約配送時(shí)間、減少燃油消耗，降低配送成本，真正實(shí)現(xiàn)城市物流配送系統(tǒng)的整體優(yōu)化。

[1]何彤，梁海瓊.城市物流配送與平面道路交叉口交通信號(hào)控制[J].廣東經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院學(xué)報(bào)，2005,20(2)：67-69.

[2]張健，李小平.城市道路交叉口處的車輛運(yùn)行燃油消耗[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào)，2000,1(5)：456-457.

[3]黃輝宇，李從東，劉滿平.基于車輛定位的物流企業(yè)運(yùn)輸管理系統(tǒng)[J].綜合運(yùn)輸，2005(8)：60-62.