物联网技术在运输车辆调度与监控中的应用

雷波

[摘 要]运用实地调研、比较研究的方法，将物联网技术应用到运输车辆的调度与监控中，不仅能解决车货不匹配、丢货串货等现象，还能保障在途车辆行驶安全和故障车辆的快速定位抢修，有助于提高供应链上多元经营主体的生产效率和服务质量。

[关键词]供应链；运输车辆；调度与监控；物联网

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.32.139

1 运输车辆调度与监控的研究现状和不足

1.1 研究现状

随着科技的进步，运输形式和运输工具日趋多样化，但汽车依然是最主要的运输工具之一，而运输车辆的调度与监控是汽车运输系列研究问题中的基础问题，也是关键性问题。运输车辆的调度与监控是指应用GPS、GIS和无线电等技术，对运输车辆实现即时接单、即时排单、有序排队以及车辆的动态调度管理和实时跟踪。[1]黄飞航等人研究了车辆排队管理在烟草仓储运输中的应用，根据车辆预约到库时间和仓库的额定作业量设计出了一种费效比较高的车辆均衡利用仓库作业能力的方法。[2]仓库和运输之间的信息共享和流程交互是仓储运输整合优化的前提。[3]物流车辆的调度与监控的可视化研究日趋成熟，美国1999年便实现了军事物流可视化管理。[4]宋枭研究了基于车联网的商品混凝土车辆的监控与调度，研发监控系统并建立了配送车辆调度模型。[5]利用车联网技术，能够实时监控和管理运输车辆的耗油、速度、行驶的轨迹和区域等。[6]

利用GPS和GIS似乎可以完美解决运输车辆的调度与监控问题，然而也有研究者指出其中的不足。H.Fernandes等认为GPS信号不太容易穿透建筑物，就算穿透信号强度也会变弱很多，因而更适用于在户外的导航，并提出可以利用RFID对户外环境下GPS采集到的信息源进行校正使得位置更精准。[7]而以色列早在十年前就大量使用RFID技术进行军事物品的可视化管理和军事车辆的定位跟踪。[8]

1.2 不足之处

当前对利用GPS和GIS进行车辆定位跟踪和调度的理论研究已趋于成熟，市面上也已经有不少的企业研发了车辆调度和监控系统，如上海华屏电子、深圳友旭软件、oTMS一站式运输服务平台等。然而，实际应用中影响GPS定位精度的因素比较多，城市的高楼、高架桥、较厚的云层，甚至货场用以遮阳挡雨的大型设施，这些都可能会导致车辆GPS定位误差达到十米级，影响叉车、牵引车和运输车辆直接的准确配对。

除上述问题，笔者在内蒙古神港联运股份有限公司、内蒙古汇能煤电集团等企业的深入调研中发现实际生产服务中还存在三个方面的突出问题：一是运输车辆路径不可视导致偶有司机倒卖煤炭导致企业和集体利益受损；二是车辆没有预约环节，进出场排队无序，繁忙时两三天才能装上或卸下货物，效率低下导致运输资源浪费；三是当前的理论和实践研究重在开发车辆调度管理系统和监控系统，系统成熟度较高，但各企业开发的系统之间缺乏良好的兼容性，同时，大都局限于利用GPS、GIS等技术。

鉴于RFID技术的相对优越性，本文试图将其与GPS、GIS等技术结合应用在运输车辆的调度与监控中，尤其是在车辆预约和进出场排队、装卸货物等场内调度及车辆行驶轨迹的监控中，形成较为完整的适用于供应商、第三方物流公司及货物需求方的运输车辆调度与监控方案。

2 基于物联网的运输车辆调度与监控方案设计

2.1 物联网技术简介

“物联网”这一概念由麻省理工学院的Auto-ID实验室在1999年提出。[9]其定义有多种，总体而言可以理解为是一种新的网络技术，其本质是利用无线射频识别装置（RFID）、遥感技术、GPS、红外感应器、激光扫描器及传感技术等，将目标物体连入互联网，按照一定的协议规则实现物与物之间的信息传输和交换，能够实现智能的识别、定位、分析、管理、监控、追踪并触发相应事件。[10][11][12]物联网被认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。在物联网时代，钢筋混凝土、煤炭矿物、电缆等将与芯片、宽带整合为统一体，实现“物物相联”。

文献[13]详细介绍了物聯网的概念、基本属性及特征，描述了体系构成和发展历史及趋势。RFID（无线射频识别）是物联网中的关键技术，是一种非接触式的自动识别技术，识别过程无须人工参与，适应各种恶劣环境和高速运动物体，操作上快捷方便。RFID技术基本上是由三个部分组成：标签、阅读器和天线。每个标签由芯片和耦合元件组成且可写入唯一电子编码，当它附着在目标物体上时可用来识别对象；阅读器是标签信息读取设备，手持式和固定式为常见；天线的作用是在标签和阅读器之间传递射频信号。当RFID技术与互联网、移动通信等技术结合，可实现全球范围内任何物品的跟踪和信息共享。[14]

2.2 运输车辆的调度与监控原理

运输主要包括自有车辆运输和第三方物流公司承运，笔者的调研对象是第三方物流公司，因此本文按含有供应商、经销商、承运商、需求方四级主体的经销商委托承运商运输的模式讨论。如下图所示，首先由需求方向经销商提出货物需求并告知货物的型号、数量、吨位等信息，经销商接到需求后与供应商取得联系确认能否满足相应货物需求并反馈给需求方，而后经销商向承运商提出承运需求，承运商根据承运需求做出最合适的车辆安排，派出车辆在规定时间内到达供应商的供货仓库装货，装货完毕出场运往需求方指定地点卸货（见下图）。

在上述原理中，运输车辆的调度主要包含三个方面：一是车辆运输任务的派单接单；二是车辆进出场的排队管理；三是仓库或堆场内的装卸货位安排与调整。而运输车辆的监控则主要是对在途车辆尤其是载货在途车辆的定位与跟踪，一方面是确保车辆行驶安全和物资免受意外损失；另一方面是在车辆行驶过程中出现故障时相关人员能够精准快速地找到故障车辆，实施抢修或货物转移措施。因此，运输车辆的调度与监控的方案设计主要是围绕上述几个方面进行。endprint

2.3 调度方案的设计

如前述，调度的启动一般是从需求方开始的，需求方根据自身生产、消费、销售等情况定期或不定期产生物料需求，采购人员可通过采购系统或电话联系经销商向其提出包括物料品名、型号、尺寸、数量、吨位和交货时间等需求明细，经销商收到需求明细后向供应商提请货单确认，供应商根据货单核对仓库库存和货源情况，将经过确认的货单反馈给经销商，经销商再向需求方反馈采购确认单，与此同时，经销商将确认后的货物运输单据传给第三方物流公司（承运商），承运商的车辆调度员将根据公司的车辆使用日程安排，调配最为合适的运输车辆并将车辆和驾驶员信息传输给供应商，安排车辆在约定时间到达供应商处装货，为了减少排队时间，车辆驾驶员接到派单通知后根据距离、线路、路况等计算耗时，提前在供应商提供的线上预约平台预约装货时间。在驾驶员预约了装货时间后，供应商将确认后的采购单生成包括货物明细和装货车辆明细的配货清单传输到相应配货员的手持终端上。

运输车辆到达供应商处后，驾驶员在门禁处凭证件领取内置货物清单和车辆信息的RFID标签并固定在车辆合适位置。从装上标签那刻起，车辆的行踪轨迹便在系统的掌控之中。车辆在门禁外的停车场排队等候叫号，轮到本车进场候车或装货时会有语音提示并能在门禁旁的LED显示屏上看到本车需要前往的车道或货位，大型仓库还可提供语音导航。若需要过空磅则先经过空磅再装货，经过空磅时相关数据也将直接写入标签内。到指定货位或车道后，为防止装错、串货等现象，配货员用手持RFID阅读器扫描车上的标签确认车辆后再装货，此时装货人员的信息也将被写入标签中。装货完毕并检查无误后，车辆驶离货位，过磅并离开仓库基地。

车辆到达目的地时，先自动扫描标签确认车辆，到达仓库后卸货人员用手持终端扫描标签获取货物清单，并对照完成卸货，当卸货车辆较多时需提前预约卸货时间并排队进场，这与预约装货同理，不再赘述。卸货完成并核查无误后按确认键，需求方采购中心、经销商数据中心、承运商车辆调度系统和供应商销售中心会同时收到交货确认信息，同时驾驶员、车辆、配货员和验货人员的信息也将被记录下来，以便日后产品追溯。需求方、经销商和供应商之间将按照系统生成的报表相互确认后进行费用结算，承运商将按照车辆调度系统中的记录按约定的方式和期限给承运司机支付费用。

2.4 监控方案的设计

车辆装上RFID标签后其行驶轨迹和定位便能准确呈现在数据中心的显示屏上，并形成电子历史资料可供随时查阅。如前文所述，运输车辆的监控侧重于在途车辆的行驶路线追踪、故障排除和定位管理上。一般情况下，在途车辆通过GPS和GIS技术便可实现准确的定位追踪，在特殊的恶劣环境下可采用RFID技术辅助。在大型仓库中装货或卸货时可借助RFID技术实现车辆的准确定位和追踪。

此外，随物联网技术和人工智能的广泛应用，在未来每部汽车的每个重要零部件都会装上唯一编码的RFID标签，当汽车某个零部件发生故障时，就可以通过装置在车上的控制中心界面清晰地看到是什么位置的哪个零部件出了问题，而且系统能给出一个经验性的故障判断和解决方案，帮助维修人员快速、准确地处理，提高效率、减少损失。

2.5 系统和软硬件支持

此方案中，各主体主要涉及的系统有：需求方的仓储管理系统和物料采购系统、经销商的销售业务系统、承运商的车辆调度系统和运输管理系统、供应商的仓储管理系统和车辆预约排队系统等。目前，这些系统的功能、附带软件单体的研发及系统之间的端口衔接和数据兼容处理大部分已经十分成熟，而且可以根据用户的需求个性化研发设计。在硬件上，也有十分成熟的产品，本文涉及的RFID装置也已经是在很多行业和领域得到了较为普遍的使用。因此，不论从系统应用的视角还是软硬件支持方面，整个方案都具有充分可行性。

3 应用层面的进一步讨论

3.1 适用性

在生产实践中，各主体之间常因丢货、串货、交货时间违约等情况发生纠纷和矛盾，既浪费经营者的人、财、物、时，又影响长期稳定合作。解决这些问题的核心在于对运输车辆的有效调度和监控。目前使用的大部分都是独立系统，少有企业通过链接上下游之间的系统实现数据共享从而形成“信息共同体”。在信息就是价值的当今时代，大部分企业均有必要借助物联网技术将系统之间链接起来，促进物资和运输车辆的数据实时共享，实现各主体的共享共赢。

3.2 应用成本

成本更多的是在RFID装置配备上，尤其是目前RFID标签的价格还较高的情况下。但我们可以预见，随着科技的发展和物联网的加速普及，RFID标签的成本将大大降低。另外，对供应商、承运商、需求方等经营主体而言，采用物联网技术都能够提高装货、运输、卸货的工作效率，还能提高在途车辆和物资的定位精准度。因此，供应链上下游企业可形成合作联盟，共同分摊采用物联网技术的成本。

3.3 特殊情况处理

在需要预约装货或卸货的情况下，供应商或需求方的仓库管理员根据仓库吞吐量建立每天的作业时间表并传送到车辆预约排队系统，系统根据驾驶员在客户端的预约请求和仓库作业时间表自动安排车辆装卸货的时间段及货位或车道并反馈到驾驶员的客户端，驾驶员提前15分钟以上到达目的地领取RFID标签并排队等候叫号入场。实践中，驾驶员可能因为天氣、意外路况和事故等因素导致不能按预约时间到达，就会导致预约时间段货位和人员的空闲造成资源浪费。这些特殊情况，借助物联网便可完美解决。若某车预约的时间仅剩15分钟（用户可自由设定）时驾驶员还未领取标签，则系统会自动在广播里按车牌号通知该驾驶员，若5分钟内驾驶员还未出现则自动取消该车排号，同时系统自动控制门禁由其随后车辆通过扫描RFID标签进场，进而避免空闲出现，充分利用资源同时缩短运输车辆的等候时间。

4 结 论

物联网环境下，科学适用的运输车辆调度与监控方案不仅可以确保顺畅调度运输车辆，保障车辆和货物安全，提高装货、运输和卸货效率，而且能够促进供应链上各经营主体间更好地战略合作联盟，突破业务管理瓶颈和作业监控盲区，推进智能管控取代人工操作，提升工作精准度和服务效率。endprint

与此同时，也要充分认识到我们需要在基础研究方面继续完善，如车辆预约排队管理系统中的排队管理算法的进一步优化，根据不同的仓库作业表智能化整合碎片时间，从而减少车辆预约时间段之间的间隔等。此外，运输车辆调度本身是个非常复杂的NP问题，既要求承运商在接到运输订单时能够迅速做出符合委托方系列要求的调度方案，同时还要考虑到承运商自身内部的调度规则和利润分配机制，因此，如何寻求更优的人工智能算法来求解最优或相对最优的运输车辆调度方案也很值得进一步深入研究。

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