卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究

董楠

（咸阳职业技术学院财经学院，咸阳 712000）

引言

卫星定位具有运营价格低廉、定位精度高、通信快捷和可全天候使用等特点，被广泛的应用在海洋、交通、石化和水利等国民经济领域中[1]。我国目前交通运输的效率、可达性和机动性还比较低，社会运转成本和经济发展成本相对较高[2]。我国物流的集约化程度、运输效率、组织化程度和规模化程度不高，综合控制能力、运输调度能力和运输协调能力较弱，导致物流车辆的平均实载率较低。难以掌握物流车辆的实时位置是目前物流面临的主要问题，在上述背景下提出了物流车辆定位系统，对物流车辆定位系统的可靠性提出了较高的要求，使物流车辆定位系统可靠性研究方法成为研究的重点[3]。当前物流车辆定位系统可靠性研究方法存在评价指标显著性系数低和评价准确率低的问题，需要对物流车辆定位系统可靠性研究方法进行研究[4]。

杨扬、陈光武、屈睿涛等人提出基于Markov模型的物流车辆定位系统可靠性研究方法，该方法通过里程计、陀螺仪、卫星定位模块三种传感器采集数据，采用二取二系统冗余与单元冗余相结合的方式，分析卫星通信的特点，根据分析结果选取定位系统可靠性指标，采用Markov模型实现物流车辆定位系统的可靠性评价，该方法得到的评价结果误差较大，存在评价准确率低的问问题[5]。刘应吉、曾诚、王书举等人提出基于卫星定位数据的物流车辆定位系统可靠性研究方法，该方法根据物流车辆的行驶特点建立定位系统可靠性评价指标模型，根据获取的卫星定位数据获得二级评价指标，建立车辆定位系统评价指标的得分标准，通过层次分析法计算评价指标的权重，结合加权平均法对物流车辆定位系统的可靠性进行评价，实现定位系统的可靠性研究，该方法存在评价指标显著性系数低的问题[6]。

为了解决上述方法中存在的问题，提出卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法。

1 物流车辆定位系统可靠性的评价指标体系

卫星通信下物流车辆定位系统属于复杂的大系统，在微观层面中是由若干个子系统构成的，子系统的能力决定了卫星通信下物流车辆定位系统是否能满足物流需求[7]。将卫星通信下物流车辆定位系统分为三大子系统，分别是物流设施设备子系统、物流指挥管理子系统和物流信息支持子系统，三个子系统之间互相协作，如图1所示。

在评价内容分析的基础上建立物流车辆定位系统的评价指标，归纳整理评价内容，并进行指标化。每个物流车辆定位系统的子系统中都存在多个物流元素，物流车辆定位系统的整体功能直接受上述物流元素能力的影响，因此对每个物流车辆定位系统子系统中存在的各项内容进行指标化。

处理相关物流信息是物流车辆定位系统信息支持子系统的主要功能，该子系统的功能可用信息处理能力进行表示，相关设备和信息技术支持信息支持子系统实现信息反馈、信息指挥和信息预警功能。

组织实时物流活动是物流车辆定位系统指挥管理子系统的主要功能，通常用指挥管理能力进行表示，可以保障物流活动的顺利进行。在物流活动中获取物资是起点，在物流运作过程中资金的获得是动力支持，可用筹措能力对以上两项内容进行表示。实时物流活动的过程中需要大量人员参与，因此组织协调能力和动员能力可以通过物流人员的调度安排进行反映，同样也可以通过组织协调能力表示物流活动的组织协调。

物资的仓储、配送和运输是物流车辆定位设施设备子系统的主要功能，保障及时将物资运输到指定地点，通常用设施运行能力对上述功能进行表示。物流组织实施的平台包括物流中心、仓库和车辆，分别用配送能力、存储能力和运输能力指标对上述内容进行反应。绿色通道在突发状况下开辟的可能受道路交通发展水平的直接影响，即交通发展水平[8]。物流的时效性受配送、仓储和运输之间的匹配性影响，采用相同的物流标准，可以节省物流活动花费的时间，上述内容可以通过节点间匹配能力进行衡量。

根据上述分析，构建卫星通信下物流车辆定位系统的可靠性评价指标体系，如图2所示。

图1 物流车辆定位系统的子系统

图2 物流车辆定位系统可靠性评价指标体系

2 物流车辆定位系统可靠性评价

卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法在可拓理论的基础上实现物流车辆定位系统的可靠性评价。可拓理论从定量和定性两个角度对矛盾问题进行研究，是一种形式化的工具[9]。利用相关资料和数据对评价对象对应的优劣程度进行划分，获得多个等级，由数据库或专家意见给出各等级对应的数据范围，在各等级的集合中带入待评价对象的指标进行多指标评价，综合比较各等级集合与评价结果的综合关联度，综合关联度越大，表明该等级集合与评价对象的符合程度越高。

卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法采用可拓理论建立物流车辆定位系统可靠性评价模型，具体过程如下：

2.1 确定待评价物元和节域、经典域

“物元模型”是一个三元组，由特征、事物以及事物关于该特征量值构成的，可以对定量指标进行定量化处理，反映综合评价量和质的关系与内容。

设物流车辆定位系统可靠性评价指标为N，在评价指标N中存在n个特征设代表的是特征对应的特征量值；R代表的是物流车辆定位系统可靠性综合评价对应的n维物元矩阵，其表达式如下：

根据聚类统计分析或专家意见，定量的将卫星通信下物流车辆定位系统的可靠性分为j个模式或标准等级，获得经典域Rj，即定量和定性综合评价物元模型，其表达式如下：

式中：

Nj(j=1,2,…,n)—特征Ci第j个可靠等级；

Vj—关于特征可靠等级Nj的量值范围，即关于对应特征Ci各等级的经典域(aji,bji)。

物元模型的节域iR是由物流车辆定位系统可靠性评价指标的允许取值范围构成的，iR的表达式如下：

式中：

NP—物流车辆定位系统可靠性的全体等级；

Ci—全体等级NP对应的特征参数；

Vpi(i=1,2,…n)—关于特征Ci全体等级NP的量值范围，即节域(aPi,bPi)。

对待评价的物流车辆定位系统，通过下述物元模型表示所检测到的分析结果或数据：

式中：

0P—等待评价的物流车辆定位系统的可靠性等级水平；

Ci—可靠性等级水平P0对应的特征参数；

vi(i=1,2,…n)—该划分单元对应的实测分析数据，即iC的具体取值。

2.2 物流车辆定位系统可靠性的关联度

建立了物流车辆定位系统的可靠性评价物元模型后，综合评价待评价物流车辆定位系统可靠性对应的可靠等级和优劣等级。因此需要计算物元模型与可拓待评物元模型的“接近度”，卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法通过可拓理论中存在的关联函数方法对“接近度”进行计算。

关联函数在可拓学中描述的是物元的量值取值为实轴中存在的一点时，其满足要求的范围程度[10]。

设置关联函数Kj(vi)，其表达式如下：

关于卫星通信下物流车辆定位系统可靠性评价等级Nj，待评物元R0的综合关联度为Kj(P0)，其计算公式如下：

式中：

ωi(i=1,2,…,n)—多指标特征参数对应的权系数；

Kj(vi)—关于特征参数的具体值vi，待评物元R0属于物流车辆定位系统可靠性等级Nj的程度。

2.3 综合评价

实测获得的物流车辆定位系统可靠性的数据通过上述过程得到对应的关联度、节域和经典域，根据计算得到的待评物元对应的权系数iω，采用层次分析法计算关于物流车辆定位系统可靠性评价等级Nj，待评物元0R对应的综合关联度，如果满足下式，表明待评物元的物流车辆定位系统可靠性属于第j个等级，完成卫星通信下物流车辆定位系统的可靠性研究：

3 实验与分析

为了验证卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法的整体有效性，需要对卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法进行测试，本次测试在MATLAB平台中完成。设置显著性系数a，在区间[0，10]内取值，显著性系数越高，表明选取的物流车辆定位系统可靠性评价指标的合理性越高，分别采用卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法、基于Markov模型的物流车辆定位系统可靠性研究方法和基于卫星定位数据的物流车辆定位系统可靠性研究方法进行测试，对比上述方法的指标显著性系数，测试结果如图3。

分析图3可知，在多次迭代中卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法选取的评价指标对应的显著性系数均高于基于Markov模型的物流车辆定位系统可靠性研究方法和基于卫星定位数据的物流车辆定位系统可靠性研究方法选取的评价指标对应的显著性系数。指标的显著性系数越高，表明评价指标的合理性越好，验证了卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法的有效性。

分别采用卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法、基于Markov模型的物流车辆定位系统可靠性研究方法和基于卫星定位数据的物流车辆定位系统可靠性研究方法进行测试，对比三种方法的评价准确率，测试结果如图4。

由图4中的数据可知，卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法在多次迭代中获得评价准确率均高于基于Markov模型的物流车辆定位系统可靠性研究方法和基于卫星定位数据的物流车辆定位系统可靠性研究方法在多次迭代中获得的评价准确率，因为卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法在可拓理论的基础上构建了可靠性评价模型，提高了方法的评价准确率。

4 结束语

社会的不断进步和时代的飞速发展，促进了物流行业的发展。物流中心在卫星通信下可以追踪物流车辆的位置，对车辆位置信息进行分析，根据分析结果对物流车辆进行调度，提高运输效率的同时，降低物流成本，在上述背景下物流车辆定位系统的可靠性成为研究的热点。当前物流车辆定位系统可靠性研究方法存在指标显著性系数低和评价准确率低的问题，提出卫星通信下物流车辆定位系统可靠性研究方法，选取高显著性的可靠性评价指标，构建物流车辆定位系统可靠性评价模型，准确的完成物流车辆定位系统的可靠性研究，为物流车辆定位系统的发展奠定了基础。

图3 不同方法的显著性系数

图4 不同方法的评价准确率