基于物联网与GIS的油料储备统筹优化决策支持系统研究

文/李烨 熊彪 魏小林 牟长林

基于物联网与GIS的油料储备统筹优化决策支持系统研究

文/李烨 熊彪 魏小林 牟长林

油料储备统筹优化是长期困扰油料决策部门的难题。本文基于物联网与GIS技术，对油料储备统筹优化决策支持系统的关键技术、决策流程以及功能结构进行了分析和设计，建立了基于物联网与GIS的油料储备统筹优化决策支持系统框架结构，为下一步系统实现奠定了基础。

油料储备；物联网技术；数据层

1.引言

未来战争爆发的突然性和战役战斗进程的速决性，以及油料消耗时短、量大等供需矛盾，对部队新时期的油料保障能力提出了新的要求，使得油料战备工作变得繁重而艰巨。油料储备是油料战备工作的重点。加快油料储备建设，扎实提高油料保障能力，不仅需要在油料储备规模、数量上下工夫，更需要在油料储备的结构、布局上抓成效，以提高油料储备的质量和水平。虽然军队当前围绕军事斗争做了大量准备工作，军队油料储备水平和保障能力得到了明显提高，然而，油料储备缺乏宏观统筹规划，结构布局不够合理；储备模式较单一，重规模轻质量；军民融合不深入，长效机制不健全等问题的存在，使油料储备质量无法实现质的飞跃，影响油料保障效能的充分发挥。

图1 油料储备统筹优化系统决策流程图

因此，以军事斗争准备为契机，对军队油料储备进行宏观统筹优化，是当前军队油料储备建设的重点和难题。油料储备受到油库位置和容量、输送力量、交通条件、作战任务等多方面因素的影响，且战时条件下交通环境、输送力量是敌方重点打击对象，极易受到破坏，从而成为不确定性因素。传统的优化方法，则无法处理带有不确定性因素的油料储备统筹优化问题。基于战略统筹优化视角出发，以油料物联网实时信息和控制为基础，基于GIS技术对油料储备体系进行网络化表述，并利用GIS软件对其交通网络进行基本分析和数据获取，再结合探索性分析方法等多种不确定性分析技术进行综合分析和统筹优化，为解决油料储备统筹优化难题提供了一种切实可行的方法。

2.相关原理

2.1 物联网技术

物联网是指通过各种传感设备、实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网Interne t结合形成的一个巨大网络。油料物联网建设，将实现油料保障需求实时感知、资源可视掌控、调拨精确定向、供应全程调控、信息灵敏可靠等五大功能和目标，并将为油料储备优化决策提供更加准确和详尽的数据支撑。

2.2 GIS技术

地理信息系统（GIS），是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理决策等所需信息的技术系统。随着GIS技术从桌面GIS到互联网WEBGIS，再向物联网GIS及云GIS方面的迅猛发展和应用，将为解决油料储备统筹优化问题提供了更加便捷的基础和条件。

2.3 探索性分析方法

探索性分析方法，是由美国兰德公司对战略评估系统和联合一体化应急模型分析求解中总结出来的一种系统分析方法。探索性分析是基于现代计算机高速运算技术，可用来对油料储备问题中存在的不确定性要素所产生的储备方案和结果，进行全面整体性的搜索分析和研究，并利用油料储备中已有的先验知识、基本型原理等给出想定变量、决策变量和期望结果的一个取值区间，再通过大量的大规模并行计算来解决油料储备统筹优化问题。

3.油料储备统筹优化决策系统设计

3.1 决策流程分析

油料储备统筹优化决策问题，既涉及到储备地域的交通环境等基础地理信息，又涉及到后方油库、输油部队等油料方面的信息。因此，需要对这些众多的信息进行处理，才能实现油料储备的统筹优化。如图1为油料储备统筹优化决策系统决策流程图。

油料储备相关信息和基础地理信息由油料物联网及GIS系统搜集处理，并运用复杂网络技术，对油料保障系统进行模型化表述，形成可建模分析的油料储备网络。然后，通过对油料储备网络中相关重要影响因素进行归类分析，将油料储备影响因子，分为探索因子和确定型因子两类进行处理。再利用探索性分析方法，对油料储备网络进行探索性模拟仿真实验，获得油料储备方案解集。再对探索性因子在解空间中进行探索性遍历和寻优，获取最优解空间，油料储备方案的统筹优选。

3.2 系统层次结构设计

油料储备统筹优化决策支持系统可采取面向服务架构的思想进行设计，将地理信息系统和油料物联网所获得的空间，及决策数据存储于数据库中，并以此建立面向油料储备统筹优化决策的支撑平台，实现各种数据、信息和资源的整合和管理使用。整个油料储备决策支持系统分为用户层、服务层和数据层三层。如图2所示为系统层次结构图。

3.2.1 数据层

图2 油料储备统筹优化决策支持系统层次结构图

数据层主要工作是对数据进行存储和预处理服务。油料储备统筹优化决策支持系统需要的空间数据、油料专题数据等信息，通过GIS系统和油料物联网采集获取后，分别存放在空间数据库和油料专题数据库服务器中。空间数据一般包括了地形、交通、位置等等，油料专题数据包括了油料体制、油料实体、油品资源、保障任务、作战环境等等一些与油料储备优化决策相关的信息。

3.2.2 服务层

在油料储备统筹优化决策支持系统空间数据库和油料专题数据库的基础上，部署GIS服务器、应用服务器以及网络服务器，并以GIS和油料物联网数据位中心建立开发平台。其中，GIS平台为基础支撑平台，为决策系统提供位置定位、距离测算、交通分析、空间分析、空间标注与查询服务等功能。应用服务器在GIS服务器的基础上，对所得数据进行整合计算和综合处理，通过决策模型形成决策过程。网络服务器则为决策系统提供网络链接接口与支持。

3.2.3 用户层

用户层是系统面向客户的窗口，用户可通过油料储备统筹优化决策，支持系统进行信息查询以及决策支持。用户层根据用户请求做出响应，将结果通过浏览器或其他图文一体化方式与用户进行交互，并为用户提供油料储备地域地图查询、油料储备信息查询、油料储备决策分析等接口。

3.3 系统功能设计

油料储备统筹优化决策支持系统功能包括三大模块，即基本操作模块、查询模块与决策模块。

3.3.1 基本操作模块

基本操作模块主要是对油料储备统筹优化决策系统的基本操作和控制，包括了对GIS系统的导航控制、图层、打印输出、油料信息显示及输出等功能进行操作控制的模块。

3.3.2 查询模块

查询模块是对油料储备空间信息和属性、专题信息和属性的查询。包括了对原始信息的简单查询功能，比如：对某一油库位置、交通状况等空间信息直接查询，或者对该油库容量、储备油料品种等基本属性信息的查询。另一种查询功能为统计查询，通过SQL高级查询工具，用图层分类、逻辑和关系符号等对相关空间、专题信息和属性的查询功能，如查询需求部队100公里内~10号军柴储量大于10000m3的油库信息。

3.3.3 决策模块

决策模块是油料储备统筹优化决策支持系统的重要功能模块。决策模块为油料储备优化决策提供指导，包括基本信息显示界面，呈现油料储备条件、原则、要求等基本信息。模型参数修订界面，针对油料储备统计优化决策中，易受时间以及其他因素影响变化的参数信息进行及时的修正和调整，确保决策更加科学和贴近实际。决策结果界面则主要给出各储备油库的油料储备品种、数量等，以及该储备方案下油料输送力量运用油料应急方案等参考信息。

4.结语

油料储备统筹优化决策是建立在科学的决策方法和详尽的数据基础上，由计算机自主运行产生的决策方案。本文对油料储备统筹优化决策支持的相关理论和系统设计进行了分析，重点对系统的决策流程和结构功能模块进行了设计。该决策系统可用于指导军队油料储备统筹优化工作，提高军队油料储备的质量和水平。

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解放军后勤工程学院军事油料应用与管理工程系/驻中石化海南炼油化工有限公司军事代表室/78539部队）