應(yīng)急物流領(lǐng)域?qū)Ш蕉ㄎ患夹g(shù)研究

李亞平,吳海濤,侯漢平

(1.中國(guó)科學(xué)院光電研究院,衛(wèi)星導(dǎo)航總體室,北京100094; 2.北京交通大學(xué),物流研究院,北京 100044)

應(yīng)急物流領(lǐng)域?qū)Ш蕉ㄎ患夹g(shù)研究

李亞平1,吳海濤1,侯漢平2

(1.中國(guó)科學(xué)院光電研究院,衛(wèi)星導(dǎo)航總體室,北京100094; 2.北京交通大學(xué),物流研究院,北京 100044)

本文針對(duì)應(yīng)急情境下的物流業(yè)務(wù)特點(diǎn)和存在問(wèn)題,給出了應(yīng)急物流的概念、特征、流程,調(diào)研了衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在國(guó)家級(jí)應(yīng)急業(yè)務(wù)系統(tǒng)和物流行業(yè)級(jí)信息化系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀、室內(nèi)定位技術(shù)在物流配送中心和應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況,總結(jié)出應(yīng)急物流業(yè)務(wù)中的導(dǎo)航技術(shù)面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn),結(jié)合未來(lái)導(dǎo)航定位授時(shí)系統(tǒng)(PNT)的發(fā)展,提出導(dǎo)航定位的安全可信技術(shù)、連續(xù)可用技術(shù)、終端設(shè)備的小型化低功耗技術(shù)將是未來(lái)應(yīng)急物流應(yīng)用的關(guān)鍵突破口,這些技術(shù)的進(jìn)步將會(huì)促進(jìn)應(yīng)急物流領(lǐng)域?qū)?dǎo)航定位更廣泛的需求和更深入的應(yīng)用。

應(yīng)急物流;衛(wèi)星導(dǎo)航;室內(nèi)定位;可信導(dǎo)航;PNT系統(tǒng)

0 引 言

應(yīng)急物流是指為應(yīng)對(duì)嚴(yán)重自然災(zāi)害、突發(fā)性公共衛(wèi)生事件、公共安全事件及軍事沖突等突發(fā)事件而對(duì)物資、人員、資金的需求進(jìn)行緊急保障的一種特殊物流活動(dòng)。應(yīng)急物流是一般物流的一個(gè)特例[1],具有突發(fā)性、需求隨機(jī)性、即時(shí)性、非常規(guī)性等特點(diǎn),典型的應(yīng)急物流系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)環(huán)節(jié):物資需求端物資需求預(yù)測(cè)、應(yīng)急物流協(xié)調(diào)指揮中心指揮調(diào)度、物資供給端的物資供應(yīng)、物流中心的選址規(guī)劃、物流運(yùn)輸工具的路徑規(guī)劃、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的物資精準(zhǔn)投送,各個(gè)環(huán)節(jié)間通過(guò)信息傳遞,最終實(shí)現(xiàn)“將應(yīng)急物資精準(zhǔn)配送到災(zāi)區(qū)需求者”的目的,具體流程如圖1所示。

圖1 應(yīng)急物流業(yè)務(wù)流程

近年來(lái),應(yīng)急物流領(lǐng)域?qū)W者研究的熱點(diǎn)主要集中于應(yīng)急物資需求預(yù)測(cè)、應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、應(yīng)急配送中心的選址、物流配送路徑規(guī)劃算法等幾個(gè)方面[1-4],其核心思想是應(yīng)急發(fā)生時(shí),災(zāi)情的精確定位、應(yīng)急物資配送全過(guò)程的實(shí)時(shí)定位跟蹤與科學(xué)調(diào)配,將應(yīng)急救援物資調(diào)度的各個(gè)環(huán)節(jié)都納入信息系統(tǒng)的管控下,實(shí)現(xiàn)物流運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)管理、配送活動(dòng)的精細(xì)化與高效性。導(dǎo)航定位授時(shí)(PNT)技術(shù)[5]作為空間位置獲取的基礎(chǔ),為應(yīng)急物流從運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)到投送的全程精細(xì)化管理提供了手段,根據(jù)應(yīng)急物流業(yè)務(wù)流程,應(yīng)急物流領(lǐng)域?qū)Ш蕉ㄎ患夹g(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景包含了在途運(yùn)輸時(shí)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位(GNSS)與倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)GNSS失效情境下的導(dǎo)航定位,因此,本文從衛(wèi)星導(dǎo)航和室內(nèi)定位兩個(gè)方面分別進(jìn)行分析。

1 應(yīng)急物流領(lǐng)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

應(yīng)急物流是應(yīng)急發(fā)生時(shí)特殊場(chǎng)景下的物流活動(dòng),兼具應(yīng)急和物流兩種屬性,在應(yīng)急領(lǐng)域,國(guó)際上基于GPS系統(tǒng)建設(shè)了三大“災(zāi)害管理系統(tǒng)”,利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行災(zāi)情定位、救援物資精確投送等,我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在國(guó)家應(yīng)急減災(zāi)領(lǐng)域也發(fā)揮了重大作用[6]。在物流行業(yè),我國(guó)交通運(yùn)輸部于2011年頒布的《道路運(yùn)輸車(chē)輛衛(wèi)星定位終端技術(shù)要求》成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),指導(dǎo)我國(guó)運(yùn)輸車(chē)輛上安裝衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GPS/BDS)。目前,在我國(guó)應(yīng)急領(lǐng)域和物流行業(yè),實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的國(guó)家級(jí)和行業(yè)級(jí)大型系統(tǒng)中,衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)均占據(jù)重要地位和作用。

1.1應(yīng)急領(lǐng)域業(yè)務(wù)系統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航

本文調(diào)研了國(guó)家級(jí)和行業(yè)級(jí)三大典型應(yīng)急業(yè)務(wù)系統(tǒng),重點(diǎn)對(duì)其中衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的作用和意義進(jìn)行歸納。

1) 國(guó)家突發(fā)公共事件應(yīng)急平臺(tái)[7]

該平臺(tái)是以國(guó)務(wù)院為中心、省級(jí)和部門(mén)為節(jié)點(diǎn)的國(guó)家應(yīng)急平臺(tái)體系——通過(guò)對(duì)應(yīng)急突發(fā)事件的監(jiān)測(cè)監(jiān)控、預(yù)測(cè)預(yù)警、信息上報(bào)、輔助決策和指揮調(diào)度等,實(shí)現(xiàn)協(xié)同處置、合理應(yīng)對(duì),提高國(guó)家、省、市等應(yīng)急業(yè)務(wù)部門(mén)的應(yīng)急處置效率。應(yīng)急平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中為應(yīng)急物資、救援人員配備具有BD/GPS的定位導(dǎo)航終端,實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急資源的實(shí)時(shí)位置監(jiān)控與指揮調(diào)度。

2) 北斗系統(tǒng)國(guó)家綜合減災(zāi)與應(yīng)急平臺(tái)[8]

該平臺(tái)由民政部減災(zāi)中心牽頭建設(shè),是北斗示范應(yīng)用成果之一,平臺(tái)充分利用北斗系統(tǒng)的定位、導(dǎo)航和短報(bào)文通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)以下幾類(lèi)重要功能以滿足應(yīng)急救援的快速響應(yīng)需求:災(zāi)害發(fā)生時(shí)應(yīng)急物資配送的最佳路徑規(guī)劃、信息采集上報(bào)、位置實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)輸車(chē)輛的自主導(dǎo)航、物資在線查詢、可視化展示及資源調(diào)度管理等。

3) 國(guó)家地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)[9-11]

該信息系統(tǒng)是由國(guó)務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部建設(shè),為國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門(mén)進(jìn)行抗震救災(zāi)指揮提供信息支撐,建設(shè)內(nèi)容包括應(yīng)急指揮數(shù)據(jù)庫(kù)和地震應(yīng)急快速響應(yīng)系統(tǒng),系統(tǒng)為各級(jí)指揮人員提供地震應(yīng)急信息、現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情、救援路線、指揮行動(dòng)等信息服務(wù)。

綜上,衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在應(yīng)急業(yè)務(wù)系統(tǒng)中,其應(yīng)用模式為“與GIS、RS技術(shù)集成,形成位置信息、災(zāi)情信息的采集展示和應(yīng)急指揮、輔助決策的能力”,是應(yīng)急業(yè)務(wù)系統(tǒng)重要組成部分。

1.2物流行業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用

通過(guò)調(diào)研物流行業(yè)國(guó)家級(jí)和行業(yè)級(jí)兩個(gè)典型的信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng),對(duì)其中的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)。

1) 國(guó)家交通運(yùn)輸物流公共信息服務(wù)平臺(tái)[12],交通運(yùn)輸部和國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合建設(shè)的以車(chē)聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的物流公共信息服務(wù)平臺(tái),為全國(guó)物流運(yùn)輸車(chē)輛提供導(dǎo)航定位、路徑規(guī)劃、指揮調(diào)度、車(chē)貨匹配等功能。

2) 中石油中物智能物流信息服務(wù)平臺(tái)[13-14],該平臺(tái)為中石油公司建設(shè)的行業(yè)信息化服務(wù)平臺(tái),主要內(nèi)容為通過(guò)以北斗為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航高精度定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸全流程的可視化精準(zhǔn)管理,打通原材料、貨物自銷(xiāo)售、運(yùn)輸、配送至售后服務(wù)于一體的供應(yīng)鏈全過(guò)程管理服務(wù)。

綜上,我國(guó)目前建設(shè)的國(guó)家應(yīng)急平臺(tái)以及物流行業(yè)信息化平臺(tái),均涉及到應(yīng)急物資的調(diào)度以及人員和車(chē)輛的路徑規(guī)劃,根據(jù)應(yīng)急物流的業(yè)務(wù)流程可知,衛(wèi)星導(dǎo)航在應(yīng)急物資的實(shí)時(shí)位置跟蹤、指揮調(diào)度和物流精準(zhǔn)配送等環(huán)節(jié)都具有重要地位和作用。

2 應(yīng)急物流領(lǐng)域室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

由于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)存在一定局限,近年來(lái)各類(lèi)新的應(yīng)用于室內(nèi)的導(dǎo)航定位技術(shù)不斷被挖掘,包括紅外線、超聲波、無(wú)線局域網(wǎng)(WIFI)、藍(lán)牙、ZigBee、RFID、地磁等。各類(lèi)定位技術(shù)因具有不同特點(diǎn)而適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景,具體分析如下表1所示。

應(yīng)急物流領(lǐng)域不同業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)定位環(huán)境不同,對(duì)導(dǎo)航定位技術(shù)要求不同,下面分別對(duì)物流配送中心和應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行分析。

2.1物流配送中心的室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用

物流配送中心實(shí)質(zhì)就是從供應(yīng)方集貨,并進(jìn)行包裝、加工、搬運(yùn)和組織,并進(jìn)行配送、供應(yīng)服務(wù)的貨物流通據(jù)點(diǎn)[15],對(duì)物流配送中心內(nèi)部貨物實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位是進(jìn)行后臺(tái)管理調(diào)度的前提,也是提高各種物流作業(yè)效率的有效手段。而最適合于物流配送中心的復(fù)雜環(huán)境、定位精度及成本要求的室內(nèi)定位技術(shù)是RFID 技術(shù),因此,其在倉(cāng)儲(chǔ)物流管理等方面得到廣泛應(yīng)用。在軍事應(yīng)急物流領(lǐng)域[16],一些大型、特大型軍需倉(cāng)庫(kù)中應(yīng)用 RFID 室內(nèi)定位技術(shù),提高物資出入庫(kù)效率,減少庫(kù)管員的工作量。

表1 常見(jiàn)室內(nèi)定位應(yīng)用場(chǎng)景及典型系統(tǒng)

2.2應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)的室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用

在救援現(xiàn)場(chǎng),指揮人員需要對(duì)救災(zāi)人員的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行救援預(yù)案的制定、對(duì)救援人員及現(xiàn)場(chǎng)受災(zāi)人員進(jìn)行指揮調(diào)度和對(duì)救災(zāi)物資的精準(zhǔn)投送、去向追蹤進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握。通常發(fā)生災(zāi)害時(shí),現(xiàn)場(chǎng)電力設(shè)施、移動(dòng)基站等基礎(chǔ)設(shè)施損毀,當(dāng)救援人員進(jìn)入災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)時(shí),沒(méi)有精確定位的技術(shù)手段,不能準(zhǔn)確有效的實(shí)施救援物資的投放、搜索救援。UWB定位技術(shù)具有定位精度高、部署快捷、兼顧通信的功能,適合于救援現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急定位[17]。

綜上:室內(nèi)定位技術(shù)在物流配送中心和救援現(xiàn)場(chǎng)作用突出,需求迫切,但相關(guān)的應(yīng)用案例較少,沒(méi)有得到更有效的普及和推廣。

2.3應(yīng)急物流中導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題分析

雖然導(dǎo)航定位技術(shù)在應(yīng)急物流領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,但是依然存在一定難題,制約了應(yīng)急物流精細(xì)化管理的效率,總結(jié)以下幾點(diǎn):

1) 救災(zāi)物資的精細(xì)化管理需要定位信息的全程連續(xù)可用

應(yīng)急救援中的精準(zhǔn)快速投送,要求對(duì)于應(yīng)急物資的儲(chǔ)藏、調(diào)配、分發(fā)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的跟蹤,但應(yīng)急物資來(lái)源廣泛、放置地點(diǎn)環(huán)境多樣、分發(fā)過(guò)程快速高效,因此,對(duì)于導(dǎo)航技術(shù)的要求是定位信息全程連續(xù)可用,針對(duì)室內(nèi)、室外、復(fù)雜環(huán)境等各類(lèi)場(chǎng)景下，導(dǎo)航定位設(shè)備需要全程連續(xù)可用。

2) 救災(zāi)物資的在途運(yùn)輸需要導(dǎo)航定位信息的安全可靠

應(yīng)急發(fā)生時(shí),第一時(shí)間準(zhǔn)確的將所需物資送達(dá)受災(zāi)群眾手里,對(duì)于減輕突發(fā)事件的負(fù)面效應(yīng),保護(hù)群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全是至關(guān)重要的,而此時(shí)如果導(dǎo)航信息本身受到攻擊,甚至是欺騙,將會(huì)產(chǎn)生致命的后果。因此,越是在緊急情況下,越需要所使用的導(dǎo)航信息的準(zhǔn)確性和可靠性得到保障,導(dǎo)航信息需要安全可靠。

3) 災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急指揮需要導(dǎo)航設(shè)備部署快速便捷、即到即定

災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng),需要導(dǎo)航定位技術(shù)具有很強(qiáng)的時(shí)效性而且信息能夠快速回傳,但實(shí)際災(zāi)害發(fā)生時(shí)地面的基礎(chǔ)設(shè)施極易遭到破壞,且平時(shí)用以傳輸信息的基站易于損毀,此時(shí),對(duì)于導(dǎo)航設(shè)備的要求是:能夠快速適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境條件、設(shè)備攜帶方便、部署靈活方便、節(jié)能環(huán)保,能夠獨(dú)立運(yùn)行,快速定位、定位通信一體化。

3 應(yīng)急物流領(lǐng)域?qū)Ш郊夹g(shù)應(yīng)用新趨勢(shì)

導(dǎo)航領(lǐng)域?qū)＜姨岢隽丝尚艑?dǎo)航技術(shù)[18]和綜合導(dǎo)航、定位、授時(shí)(PNT)技術(shù)[19-20],未來(lái)能夠影響應(yīng)急物流領(lǐng)域的導(dǎo)航技術(shù)包括:1) 可信導(dǎo)航技術(shù),為了解決應(yīng)急物流中導(dǎo)航安全可靠,專(zhuān)家提出的可信導(dǎo)航和導(dǎo)航信息可追溯技術(shù),認(rèn)為利用衛(wèi)星導(dǎo)航組合其他傳感器,形成對(duì)導(dǎo)航信號(hào)全過(guò)程的安全認(rèn)證,保證應(yīng)急時(shí)的導(dǎo)航信息能夠安全可用、信號(hào)可追溯。2) 隨機(jī)信號(hào)導(dǎo)航[21]:隨機(jī)信號(hào)大量存在,種類(lèi)多,可以保證信號(hào)的可用性,應(yīng)急物流領(lǐng)域,尤其是災(zāi)害發(fā)生現(xiàn)場(chǎng),傳統(tǒng)的導(dǎo)航信息遭到破壞,在現(xiàn)場(chǎng)搜索包括電臺(tái)、臨時(shí)基站等一切可以利用的信號(hào),進(jìn)行導(dǎo)航。3) 全源導(dǎo)航(ASPN)系統(tǒng)[22]:以慣性導(dǎo)航為基礎(chǔ),集成應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航、影像、磁場(chǎng)、重力等多類(lèi)型傳感器信息,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位功能。

綜上,導(dǎo)航定位安全可信技術(shù)、連續(xù)可用技術(shù)、終端設(shè)備的小型化低功耗技術(shù)將是未來(lái)應(yīng)急物流應(yīng)用的關(guān)鍵突破口,隨著這些新技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)急物流領(lǐng)域?qū)?dǎo)航定位的需求會(huì)更加廣泛,應(yīng)用會(huì)更加深入。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文首先給出了應(yīng)急物流的概念和內(nèi)涵,通過(guò)充分調(diào)研應(yīng)急領(lǐng)域、物流運(yùn)輸領(lǐng)域、倉(cāng)儲(chǔ)管理領(lǐng)域?qū)Ш郊夹g(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀,從衛(wèi)星導(dǎo)航和室內(nèi)定位兩個(gè)方面分析了應(yīng)急物流領(lǐng)域?qū)Ш蕉ㄎ患夹g(shù)應(yīng)用情況,給出目前應(yīng)急物流領(lǐng)域的導(dǎo)航定位技術(shù)存在的挑戰(zhàn),通過(guò)分析未來(lái)導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),提出導(dǎo)航的安全可信、連續(xù)可靠、終端小型化等技術(shù)突破,能夠擴(kuò)大應(yīng)急物流對(duì)導(dǎo)航技術(shù)的需求范圍和應(yīng)用領(lǐng)域,進(jìn)一步促進(jìn)應(yīng)急物流管理的精細(xì)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(編號(hào):B16B500010)

聯(lián)系人: 李亞平 E-mail: lyp010@126.com

李亞平(1980-),女,高級(jí)工程師,主要從事導(dǎo)航應(yīng)用研究工作。

吳海濤(1966-),男,研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事高精度時(shí)間傳遞和衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的研究與應(yīng)用工作。

侯漢平(1962-)，男，教授，管理學(xué)博士，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榫C合物流工程理論和實(shí)踐、應(yīng)急物流資源整合與調(diào)度等。