基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的物流車輛管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱先濤，薛亮

摘? 要：隨著北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的正式開通，我國(guó)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(duì)運(yùn)輸流程缺失、管控不到位、信息化程度低等問(wèn)題，基于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、Python程序語(yǔ)言以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)設(shè)計(jì)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(jìng)爭(zhēng)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(hào)：TP391? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)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(lái)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(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)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(guó)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(duì)簡(jiǎn)單、涉及范圍較窄、開發(fā)具有一定的盲目性等問(wèn)題。因此，本文利用我國(guó)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(jì)信息管理系統(tǒng)，有針對(duì)性地解決物流企業(yè)車輛管理的問(wèn)題，以達(dá)到增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(guó)基于國(guó)家安全和社會(huì)需要獨(dú)立建設(shè)運(yùn)營(yíng)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(gè)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(gè)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(shí)鐘與北斗系統(tǒng)的時(shí)差t需要引入第四顆衛(wèi)星，Ti為衛(wèi)星時(shí)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(cè)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(duì)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(duì)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(gè)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(bào)警模塊、呼叫中心模塊、統(tǒng)計(jì)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(guó)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(guò)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(lái)了額外油耗和時(shí)間成本問(wèn)題，影響了企業(yè)形象?；谙冗M(jìn)的BDS可以實(shí)時(shí)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(shí)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(jì)（Information system design）

4.1? ?信息系統(tǒng)框架

對(duì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)可以運(yùn)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)

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(guò)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(gè)人信息并實(shí)時(shí)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(duì)用戶進(jìn)行添加、修改和刪除，包括對(duì)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(kù)管理可以采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。Oracle是甲骨文公司推出的商品化關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，采用結(jié)構(gòu)化的查詢語(yǔ)句[5]，支持多平臺(tái)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(tái)單一的Visual FoxPro和SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，Oracle可以處理海量的商業(yè)數(shù)據(jù)，可在所有主流平臺(tái)運(yùn)行，開放性和安全性都更加出色。

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中包含車輛信息表、司機(jī)信息匯總表、報(bào)警處理信息表、運(yùn)行區(qū)域匯總表、運(yùn)單信息表等。以報(bào)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(bào)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(bào)警類型、報(bào)警日期和報(bào)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(bào)價(jià)管理、評(píng)價(jià)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(duì)已有的車隊(duì)運(yùn)力進(jìn)行查詢?cè)u(píng)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(bào)價(jià)，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(duì)賬、開票操作。整個(gè)流程完成后需要收集發(fā)貨方的反饋信息，對(duì)該次物流活動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析本次作業(yè)中待改進(jìn)的地方，優(yōu)化整個(gè)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(gè)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(shí)與北斗衛(wèi)星連接，采集車輛位置信息，通過(guò)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(duì)物流車輛實(shí)時(shí)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(guò)上述三種手段，做到人、車、貨同時(shí)監(jiān)控。車輛監(jiān)控流程如圖2所示。

4.2.4? ?異常報(bào)警

根據(jù)司機(jī)的行為，異常警報(bào)模塊分為：超速報(bào)警、偏航報(bào)警、非法區(qū)域報(bào)警、超時(shí)報(bào)警以及求救報(bào)警。根據(jù)車輛的不同行駛?cè)蝿?wù)，平臺(tái)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)或疲勞駕駛，通過(guò)BDS計(jì)算得出車輛超速時(shí)，都會(huì)重復(fù)警報(bào)。多次警報(bào)后，司機(jī)仍然沒有及時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整，此時(shí)會(huì)將警報(bào)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(wèn)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(bào)警攔截處理。即使位于信號(hào)不良或被屏蔽區(qū)域，也可利用北斗獨(dú)有的短報(bào)文功能向上述兩方發(fā)送警報(bào)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(xiǎn)境時(shí)，司機(jī)可主動(dòng)按下求救報(bào)警按鈕，通過(guò)短報(bào)文功能求救。

Python作為一種解釋型語(yǔ)言，擁有學(xué)習(xí)成本低、語(yǔ)法簡(jiǎn)單優(yōu)美、免費(fèi)開源、可跨平臺(tái)可拓展和具有豐富的庫(kù)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?？梢允褂肞ython進(jìn)行最佳路徑分析，以下只是作為示例的簡(jiǎn)化程序，用于理解該算法是如何在成千上萬(wàn)個(gè)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(jì)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(jì)算每個(gè)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(cè)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(duì)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(duì)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(hào)管理和參數(shù)配置。呼叫中心既對(duì)客戶負(fù)責(zé)，同時(shí)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(bào)警時(shí)，呼叫中心需要查詢相關(guān)司機(jī)電話信息，進(jìn)行自動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)，必要時(shí)通信聯(lián)絡(luò)。

4.2.6? ?統(tǒng)計(jì)分析

該模塊具備兩個(gè)功能：數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。數(shù)據(jù)計(jì)算即利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能，通過(guò)當(dāng)前位置，經(jīng)過(guò)計(jì)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(kù)中，便于異常報(bào)警模塊調(diào)用查詢。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)即對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(yíng)狀況，如公司和運(yùn)輸車主的結(jié)算數(shù)據(jù)與報(bào)表、顧客滿意度評(píng)價(jià)表等。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，SPSS統(tǒng)計(jì)軟件、EXCEL降低了統(tǒng)計(jì)分析工作的難度，利用經(jīng)濟(jì)效益綜合評(píng)判、回歸與相關(guān)性分析等統(tǒng)計(jì)方法，為企業(yè)接下來(lái)的決策和運(yùn)營(yíng)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(guó)已建成北斗三號(hào)系統(tǒng)，經(jīng)全球連續(xù)監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)試表明，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位、測(cè)速、授時(shí)精度均滿足指標(biāo)要求[8]。相比GPS、BDS，無(wú)論是在安全性還是在國(guó)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(guò)多次迭代更新的產(chǎn)品，在多個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

5.2? ?社會(huì)可行性分析

自2007 年以來(lái)，我國(guó)行業(yè)主管部門出臺(tái)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(guó)正在大力推動(dòng)北斗產(chǎn)業(yè)發(fā)展。另一方面，在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代下，企業(yè)每天接受的物流信息也是聯(lián)系的、動(dòng)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(gòu)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(duì)于一般的中小型企業(yè)是一種前期投入，但是對(duì)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(guó)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(jí)。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(guó)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(shí)掌握人、車、貨動(dòng)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(wàn)物互聯(lián)，車輛運(yùn)輸各個(gè)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(jiǎn)介：

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

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(jì).本文通訊作者.