戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)設計

尹林暄

（陸軍軍事交通學院 研究生隊，天津 300161）

0 引言

近年來，在國家和軍隊的政策引領下，我軍軍事后勤領域，尤其是軍事配送領域，智能化、無人化發(fā)展迅速。無人運輸裝備以其靈活性、便捷性、戰(zhàn)場適應性，彌補了車、船、運輸機等有人運輸裝備的不足，使得無人配送發(fā)展成為一種全新的軍事配送模式。本文對無人配送定義如下：為滿足戰(zhàn)時特殊情形下軍用物資的配送需求，根據(jù)任務實際，擇優(yōu)選擇無人機、無人車、無人船等運輸方式，將軍用物資直達配送至需求單位的軍事物流活動。

現(xiàn)階段，軍隊正積極開展各項無人配送試點行動。例如，陸軍利用旋翼無人機進行高海拔地區(qū)部隊的物資補給，聯(lián)勤保障部隊在“精武聯(lián)勤-2020”的演訓活動中設置無人機配送熱食的專業(yè)科目等。與此同時，在軍民融合政策的指引下，無人配送領域的軍地合作也在不斷深化。目前，我軍在無人配送力量建設、運用模式與任務規(guī)劃等方面已經(jīng)形成了一定的研究成果，但是在無人配送數(shù)據(jù)集成與應用方面研究不多，軍事配送管理系統(tǒng)的“配”數(shù)據(jù)與無人配送系統(tǒng)的“運”數(shù)據(jù)難以融合。究其根源，存在以下幾點問題：①軍地數(shù)據(jù)交換標準等基礎性工作投入少，缺乏數(shù)據(jù)交換的基礎支撐；②無人配送信息網(wǎng)絡建設不足，數(shù)據(jù)流不暢；③軍地系統(tǒng)之間受制于保密性要求，數(shù)據(jù)難以實現(xiàn)共享；④缺乏標準化的業(yè)務數(shù)據(jù)匯聚平臺，數(shù)據(jù)集成難以實現(xiàn)。

上述問題嚴重制約了戰(zhàn)時利用無人配送數(shù)據(jù)優(yōu)化配送活動的效率，急需構建數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，對戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)資源進行有效管理。隨著大數(shù)據(jù)、云計算等技術的廣泛應用，云存儲的理念不斷深入軍事配送領域。針對無人配送數(shù)據(jù)“多源、異構”的特點，采用云存儲的框架體系，融合數(shù)據(jù)倉庫技術，設計戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，對提高數(shù)據(jù)管理效果，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅動戰(zhàn)時配送決策有著重要意義。

1 戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)集成分析

1.1 無人配送業(yè)務流程分析

戰(zhàn)時無人配送，采用“無人運輸系統(tǒng)+軍事配送管理系統(tǒng)”的模式，開展戰(zhàn)時軍用物資的區(qū)域直達配送業(yè)務。根據(jù)上級下達的配送任務計劃，依托軍事配送管理系統(tǒng)，對戰(zhàn)場補給點預儲預置的物資進行分揀、組配與包裝，配載至無人運輸裝備上。在配送運輸環(huán)節(jié)，依托無人運輸系統(tǒng)，執(zhí)行配送運輸任務。具體的業(yè)務流程，如圖1所示。

無人配送業(yè)務主體包括配送業(yè)務部門、任務調(diào)度中心、物資保障隊、物資分揀中心、無人運輸系統(tǒng)以及需求單位。在無人運輸系統(tǒng)的運用上，任務調(diào)度中心合理擬制計劃方案，確定保障批次，選擇最優(yōu)的無人運輸裝備，生成物資的組配與配載方案。待物資裝配完成后，無人運輸系統(tǒng)按指令執(zhí)行配送運輸任務，依托系統(tǒng)自身功能，自主進行配送路徑規(guī)劃與運輸狀態(tài)管控，并向調(diào)度中心反饋無人運輸裝備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

1.2 無人配送數(shù)據(jù)體系分析

無人配送數(shù)據(jù)體系，是指在無人配送活動中形成的各類無人運輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)、軍事配送管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，按照一定的數(shù)據(jù)分類與組合規(guī)則聚合與集成，形成的統(tǒng)一的、標準化的數(shù)據(jù)體系結構。依據(jù)無人配送的業(yè)務流程，理清不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構，運用數(shù)據(jù)聚類與歸納的方法，構建無人配送數(shù)據(jù)體系，如圖2所示。

圖2 無人配送數(shù)據(jù)體系

其中，無人運輸系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)節(jié)點包括無人裝備、地面站、中繼站、后勤維修站等。無人運輸裝備包括無人機、無人車與無人船等，其對應的系統(tǒng)數(shù)據(jù)體系結構各不相同。在綜合考慮各運輸方式與運輸裝備的特點基礎上，將無人運輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為指控數(shù)據(jù)、載運數(shù)據(jù)與狀態(tài)數(shù)據(jù)。按照不同的數(shù)據(jù)類別，將軍事配送管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為任務數(shù)據(jù)集、資源數(shù)據(jù)集與業(yè)務數(shù)據(jù)集[1-2]。在數(shù)據(jù)體系確定的基礎上，實現(xiàn)軍地系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，是無人配送活動執(zhí)行與管控的必要條件，也是數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)設計的邏輯起點。

1.3 集成需求分析

針對無人配送數(shù)據(jù)體系結構特點，圍繞數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析與應用三個方面，對數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的設計需求具體分析，明確系統(tǒng)設計工作的落腳點，并采取針對性的舉措。

圖1 無人配送業(yè)務流程

（1）數(shù)據(jù)采集。戰(zhàn)時無人配送活動地域，電磁環(huán)境復雜、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡不暢、易受敵火力打擊，無人配送數(shù)據(jù)采集既要確保業(yè)務數(shù)據(jù)準確，也要注重數(shù)據(jù)的時效性，避免貽誤戰(zhàn)機，使配送效率大打折扣。數(shù)據(jù)采集工作，要遵循數(shù)據(jù)采集流程，符合數(shù)據(jù)標準格式要求，可采用物聯(lián)網(wǎng)、智能感知設備、5G 等技術手段實時精確感知并快速傳輸數(shù)據(jù)，確保配送任務、物資形態(tài)、載具狀態(tài)等數(shù)據(jù)的準確性與時效性。

（2）數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)集成的核心環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)的管理模式直接影響著數(shù)據(jù)的質量與完整性。在數(shù)據(jù)的管理上，對采集的業(yè)務數(shù)據(jù)要進行數(shù)據(jù)預處理，以消除結構異構與語義歧義，刪除不正確、不完整的數(shù)據(jù)；針對不同的系統(tǒng)來源、不同結構屬性的數(shù)據(jù)，應當靈活運用集中式或分布式的存儲模式，提高數(shù)據(jù)的存取效率；對于各類數(shù)據(jù)資源，要建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)目錄，進行數(shù)據(jù)編碼，賦予數(shù)據(jù)唯一標識。

（3）數(shù)據(jù)分析與應用。對于集成的無人配送數(shù)據(jù)資源，要生成面向用戶的主題視圖，支持配送任務規(guī)劃、配送管理、配送態(tài)勢生成等具體功能實現(xiàn)。依托集成的數(shù)據(jù)資源，部署數(shù)據(jù)倉庫服務，綜合采用ETL、OLAP以及數(shù)據(jù)挖掘等技術，拓展數(shù)據(jù)的應用服務。

2 系統(tǒng)架構設計

為滿足戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)集成需求，在云計算的理念基礎上，采用云存儲的框架體系，部署數(shù)據(jù)倉庫服務，規(guī)劃層次結構與運行機制，設計戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的總體架構。

2.1 云存儲集成框架

云存儲的本質是一種打破了傳統(tǒng)存儲介質的物理與現(xiàn)實阻隔，將數(shù)據(jù)集中存放于云端，并實現(xiàn)有效管控的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務[3]。

應用于無人配送數(shù)據(jù)集成，云存儲能夠打破軍地系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡阻隔，通過上傳云端的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲，并且確保交互安全性；解決數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一的實際問題，通過科學設計云端數(shù)據(jù)庫表，保證數(shù)據(jù)的標準化存儲與管理；提供數(shù)據(jù)集成的集約化方案，通過云存儲平臺的搭建，可以減少存儲設施的建設投入，也利于數(shù)據(jù)業(yè)務規(guī)模的拓展。

基于無人運輸系統(tǒng)與配送管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成要求，提出分層設計的云存儲集成框架，框架層次包括為用戶層、數(shù)據(jù)接入層、存儲管理層和數(shù)據(jù)儲存層，如圖3所示。

圖3 基于云存儲的無人配送數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)框架

（1）用戶層，是指云存儲服務的使用者，即各業(yè)務數(shù)據(jù)源的管理員，包括配送業(yè)務部門、物資保障隊、運輸部門以及無人運輸系統(tǒng)等節(jié)點的數(shù)據(jù)管理員。用戶通過API 接口、應用程序或者Web 服務器，進入云存儲數(shù)據(jù)接入層。

（2）數(shù)據(jù)接入層，作為云平臺的前端窗口，主要功能是處理外部的訪問申請，包括接入信息網(wǎng)絡、完成用戶注冊以及用戶的訪問權限設置。該層為認證信息完備、符合申請要求的用戶提供數(shù)據(jù)接入碼，允許訪問其對應的存儲空間。

（3）儲存管理層，為云存儲平臺的數(shù)據(jù)管理模塊，整體模塊分為平臺關鍵技術、存儲空間分配和數(shù)據(jù)保護三個子模塊。平臺關鍵技術子模塊，是云存儲功能實現(xiàn)的技術基礎，主要包括集群技術、分布式存儲、網(wǎng)格計算等；存儲空間分配子模塊，由存儲策略控制、空間分配算法和數(shù)據(jù)壓縮技術組成，建立起存儲空間分配的規(guī)則標準；數(shù)據(jù)保護子模塊，考慮軍地系統(tǒng)交互的保密性要求，采用容器隔離、數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)完整性保護等技術，避免軍事信息失泄密的風險。

（4）數(shù)據(jù)存儲層，采用存儲虛擬化技術，集約化部署存儲硬件、組件，最大程度地提高數(shù)據(jù)存儲容量，減少建設成本。在工作狀態(tài)下，數(shù)據(jù)存儲層接收存儲管理層指令，開放指定數(shù)據(jù)節(jié)點，執(zhí)行用戶的增加、刪除、修改等指令，并自主監(jiān)控存儲節(jié)點狀態(tài)。

2.2 數(shù)據(jù)倉庫服務

數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)倉庫為核心，將各種業(yè)務應用系統(tǒng)集成在一起，為統(tǒng)一的歷史數(shù)據(jù)分析提供堅實的平臺，其本質上是一種具備數(shù)據(jù)資源處理與分析功能，提供戰(zhàn)略決策支持服務的數(shù)據(jù)庫環(huán)境[4]。數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)由源數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)存儲與管理層、OLAP服務器層以及前端分析工具層組成，具有面向主題、數(shù)據(jù)集成、穩(wěn)定性、高效性等特征，適應戰(zhàn)時無人配送海量數(shù)據(jù)的處理與分析需求。

在無人配送數(shù)據(jù)資源集成的基礎上，部署數(shù)據(jù)倉庫服務，能夠根據(jù)配送決策者的需求，生成不同主題的數(shù)據(jù)視圖、不同維度的數(shù)據(jù)報表，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅動無人配送決策。具體的數(shù)據(jù)倉庫服務模式，如圖4所示。相關數(shù)據(jù)處理與分析技術包括ETL、OLAP 以及數(shù)據(jù)挖掘。

圖4 無人配送數(shù)據(jù)倉庫服務模式

（1）ETL，即數(shù)據(jù)抽?。╡xtract）、數(shù)據(jù)轉換（transform）與數(shù)據(jù)加載（load），是數(shù)據(jù)倉庫進行數(shù)據(jù)處理的標準化流程。在利用云存儲技術實現(xiàn)無人配送數(shù)據(jù)集成的基礎上，ETL 技術根據(jù)任務數(shù)據(jù)要求，形成最優(yōu)化的數(shù)據(jù)抽取策略；對抽取數(shù)據(jù)進行計算、合并、拆分，將異構數(shù)據(jù)轉換為統(tǒng)一的結構形式；最終，將處理完畢的數(shù)據(jù)加載至數(shù)據(jù)倉庫服務器，進行數(shù)據(jù)的分析與應用。

（2）OLAP（Online Analytical Processing，聯(lián)機分析處理），是數(shù)據(jù)倉庫進行數(shù)據(jù)分析的核心工具。將數(shù)據(jù)倉庫服務器中的無人配送數(shù)據(jù)，按照屬性、維度建立多維數(shù)據(jù)分析模型，以無人配送任務數(shù)據(jù)為例，可建立時間、地點、物資的三維數(shù)據(jù)分析模型。在多維數(shù)據(jù)模型上，進行數(shù)據(jù)選擇、切片、切塊、旋轉、上鉆、下探等一系列分析查詢操作，獲取不同維度的數(shù)據(jù)視圖與報表，支持配送決策。

（3）數(shù)據(jù)挖掘，作為一種數(shù)據(jù)的歸納與推理工具，能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的深層次信息，與OLAP 在功能上實現(xiàn)互補?，F(xiàn)階段，許多數(shù)據(jù)系統(tǒng)都配備了成熟的數(shù)據(jù)挖掘服務，例如，SQL Server 提供了分類、回歸、分割、關聯(lián)以及順序分析算法，針對特定任務可靈活運用。結合戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)，運用數(shù)據(jù)挖掘技術進行部隊需求預測、物資的預儲預置以及無人運輸裝備的任務性狀分析，對發(fā)掘無人配送數(shù)據(jù)的應用價值，提高戰(zhàn)時無人配送的保障效率意義重大。

2.3 系統(tǒng)運行機制

為協(xié)調(diào)無人配送數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)要素之間的關系，推動系統(tǒng)的高效運行，從數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)交互三個方面，建立系統(tǒng)運行機制。

（1）以云存儲為核心的配送數(shù)據(jù)匯聚機制。建立區(qū)分源數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)采集機制，針對源數(shù)據(jù)不同的存儲形式，設置統(tǒng)一的系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)預處理流程；建立區(qū)分數(shù)據(jù)重要性的數(shù)據(jù)存儲機制，依據(jù)決策機構對數(shù)據(jù)的重要性評價，對戰(zhàn)場時效性、保密性要求高的數(shù)據(jù)獨立建庫，優(yōu)先錄入；建立全程可視的數(shù)據(jù)管理機制，密切監(jiān)控云儲存空間的使用情況，對不端操作及時預警，并對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)備份與保護。

（2）以數(shù)據(jù)倉庫為依托的配送數(shù)據(jù)處理機制。建立海量配送數(shù)據(jù)的預處理機制，對待進入數(shù)據(jù)倉庫服務器的云存儲數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)變換與數(shù)據(jù)歸約，滿足數(shù)據(jù)分析的格式要求；建立面向主題的數(shù)據(jù)分析機制，面向配送決策的數(shù)據(jù)需求，生成用戶主題數(shù)據(jù)報表；建立“驗證-反饋”的處理評價機制，根據(jù)無人配送活動的應用實際，調(diào)整數(shù)據(jù)分析的算法、數(shù)據(jù)結果的顆粒度，優(yōu)化系統(tǒng)應用效果。

（3）軍民融合的配送數(shù)據(jù)交互機制。依據(jù)我軍軍事物流信息化建設規(guī)劃，對接國家交通物流公共信息服務平臺（logink平臺），構建“l(fā)ogink平臺+軍網(wǎng)”的無人配送數(shù)據(jù)交互網(wǎng)絡體系，通過logink平臺的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)無人運輸系統(tǒng)與軍事配送管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，并確保安全性。

3 系統(tǒng)功能設計

戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，應用于戰(zhàn)場環(huán)境下的區(qū)域直達配送保障任務，應當整合軍地系統(tǒng)無人配送數(shù)據(jù)資源，積極融入聯(lián)合作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)，為戰(zhàn)時依托無人運輸裝備開展物資配送活動，構建任務管控平臺，提供最優(yōu)決策方案。系統(tǒng)基本功能有以下5個方面：

（1）配送資源集中管理。在理清戰(zhàn)時無人配送運輸裝備、物資、設施設備等數(shù)據(jù)資源體系的基礎上，打破軍地系統(tǒng)、不同業(yè)務部門、不同業(yè)務環(huán)節(jié)之間的信息壁壘，通過構建無人配送有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡與專用網(wǎng)絡，規(guī)范化采集、整合配送資源數(shù)據(jù)，并上傳至數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，實現(xiàn)無人配送資源的集中管理、動態(tài)可知、全程可視。

（2）配送數(shù)據(jù)標準處理。針對戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)存在的結構異構、數(shù)據(jù)殘缺、語義不清的問題，采用數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)清洗等手段，形成標準化的數(shù)據(jù)處理流程，去除無效的數(shù)據(jù)信息，聚類信息資源，最終自動生成可供查閱的全局數(shù)據(jù)目錄。

（3）配送任務統(tǒng)籌規(guī)劃。戰(zhàn)時無人配送保障任務，具有物資需求多批次、小批量，需求單位分布廣，保障時效性要求高的特點。針對配送任務情況與配送保障要求，抽取任務規(guī)劃相關的數(shù)據(jù)資源，采用VRP 路徑優(yōu)化、載具選型、物資配載等模型，運用智能種群算法求得最優(yōu)解，生成保障速度最快、運輸里程最短、配送效率最優(yōu)的保障方案。

（4）配送狀態(tài)全程可視。依托物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴設備、5G通信技術等先進技術手段，采集無人配送的全流程、全環(huán)節(jié)、全要素的數(shù)據(jù)，并采用數(shù)據(jù)可視化的技術手段，全方面、多維度地展現(xiàn)配送狀態(tài)，使無人配送業(yè)務部門能夠實時掌握物資狀態(tài)、載具狀態(tài)與任務進度，做到配送任務的全流程可視可控。

（5）配送態(tài)勢感知融合。無人配送，作為戰(zhàn)時配送保障的新模式，要積極融入聯(lián)合作戰(zhàn)指揮體系。依托地理信息系統(tǒng)、智能感知設備、無線通信網(wǎng)絡，采集無人配送實時數(shù)據(jù)，并以圖標、連線、文字等形式在電子地圖上直觀標注并動態(tài)更新。系統(tǒng)通過作戰(zhàn)指揮網(wǎng)，對接聯(lián)合作戰(zhàn)指揮平臺，實現(xiàn)無人配送態(tài)勢融入作戰(zhàn)態(tài)勢，形成統(tǒng)一管控、統(tǒng)一協(xié)調(diào)、統(tǒng)一指揮的戰(zhàn)時無人配送運用模式。

4 結語

無人配送數(shù)據(jù)管控，對于我軍未來開展戰(zhàn)時無人配送活動具有重要支撐作用。隨著我軍后勤領域信息化建設水平的不斷提升，積極運用大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術手段，對于推動無人配送數(shù)據(jù)智能化管理具有很強的現(xiàn)實意義。本文立足于無人配送的運行模式，理清無人配送的數(shù)據(jù)體系，提出數(shù)據(jù)集成的實際需求，以云存儲集成框架為核心，部署數(shù)據(jù)倉庫服務，設計了戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)。下一步，將在本文設計方案的基礎上，依托成熟的大數(shù)據(jù)平臺，運用計算機編程技術，開發(fā)無人配送數(shù)據(jù)集成原型系統(tǒng)，為提高戰(zhàn)時無人配送數(shù)據(jù)管理水平提供技術支撐。