绿色冷链物流配送车辆管理信息系统设计*

□ 米雪宁，姜晓红

(南京林业大学 汽车与交通工程学院，江苏 南京 210037)

冷链产品市场需求的急速上涨促进了冷链物流的发展，但目前我国的冷链物流运营仍存在许多问题，如冷链设施设备缺乏、冷链运输设备陈旧等，物流运输配送成本占所有物流成本的比例高达60%[1-2]。因此，本文以提高冷链物流配送车辆作业效率与协调管理水平为目的，利用车辆管理系统对冷藏车的运输进行多方面的实时监控，同时对碳排放进行动态监控，从而降低配送成本，提高物流服务水平。

1 绿色冷链物流及管理信息系统简介

冷链物流是指以低温技术为基础，保证冷藏冷冻类产品在整个供应链环节中处于适宜的低温环境中，保证产品质量、降低产品损耗的系统物流流程。绿色物流旨在抑制物流活动对环境造成的危害，车辆管理系统则通过合理配载、路径优化、规范调度等管理手段使运输过程低碳化，充分利用物流资源，满足国家“碳达峰、碳中和”的要求，优化交通运输结构，加快构建绿色低碳循环发展的经济体系。

物流管理信息系统是众多应用管理信息系统之一，运用关系型数据库、EDI等技术，建立高效的管理系统，对物流信息进行收集、传送、存储、加工和使用，是传统物流行业中功能性业务的集合，包括运输、仓储、配送、增值服务等[3]。以信息网络技术为媒介，降低物流成本，加强运输过程规范管理，库存、订单、运输状态全程透明，使各环节相互协调，提高供应链的反应速度，达到全局优化的目的。

2 系统需求分析

在冷链物流中，因为运输对象的特殊性，对运输、配送等物流环节的要求极高，对配送车辆管理的现代化要求逐渐迫切，使用科学化手段提高物流运输竞争力，远程追溯的信息化管理对于提高冷链运输质量具有重要意义[4]。结合配送过程中的实际运营情况和流程，建设完成车辆管理系统的基本框架，加强对各运输环节的信息采集与监测，掌握物流中存在的安全隐患，做好紧急情况的应急措施，从而有效地降低损耗和运营成本，提高运输工作效率，维护高效稳定的物流配送系统，保障供应链的高效、有序运行[5]。本文重点对冷链物流配送的车辆进行合理规划，通过精准定位物流配送车辆、合理规划车辆管理调度、车辆路径优化等来实现物流效率的提高，实时监控车辆冷库温湿度、地理位置信息、碳排放等参数，从而满足用户的需求[6]。

3 系统设计与实现

3.1 基础框架设计

依据系统总体结构的设计原则，对冷链物流配送车辆管理系统的总体结构和可利用的资源进行宏观设计，根据“自上而下”“高内聚、低耦合”的原则[7]，清晰地定义车辆管理、物流业务管理等功能模块，完成的系统功能结构如图1所示。

图1 系统模块图

3.2 数据库系统设计

数据库系统直接关系到整个车辆管理系统的运行效率，因此数据库的设计要兼顾数据的完整性、准确性和实时更新性。SQL Server是一种常用的关系型数据库，其以虚拟形式存放并传输数据，可伸缩的结构用以满足未来不断增长的需求，并能够随时进行数据恢复、系统维护，提高数据的使用效率和稳定性。本文基于SQL Server，根据冷链物流配送车辆管理系统的功能需求分析，采集配送车辆的详细信息，建立关于碳排放、交通信息、实时位置、温湿度等信息的数据结构表格，实时监控冷链物流供应链的运营状况。需要系统主要完成的工作为采集输入信息、冷库与冷藏车辆管理、冷链运输对象状态监控，并在实体联系的基础上设计实体关系模型，如图2所示。用户可通过系统查询和掌握各种信息的更新，进一步管控冷链物流业务的整个流程。

图2 冷链物流配送车辆运输E-R图

3.3 功能模块分析

3.3.1 物流业务管理

产品主档可根据冷链体系中运输对象的不同进行产品分类，输入后系统将自动提供产品所需的储存温度，一般的生鲜农产品、鲜奶制品适合在2℃-10℃冷藏保存，速冻食品、肉类的冷冻运输温度在-18℃--22℃，医药制品如疫苗、试剂等则需要在-50℃以下的超低温储存。

配送任务订单录入后，系统将自动生成订单编号，对该订单的运输对象、运输需求、目的地等信息进行任务分解，在审批之后进行派单，结合人员信息选择合适的驾驶员，合理分配订单任务和交收。

3.3.2 车辆管理

车辆管理模块是对冷链物流的运输组织资料、货物信息以及冷链技术等业务进行管理，根据用户订单的运输需求和计划，对运输工具(冷藏车、冷藏箱)进行最优的行驶路线规划，并根据输入的货物编号、重量、体积等信息，选择合适的车辆，实现合理的配车功能，同时收集用车、出车信息，对所有配送车辆进行统筹，完成配送车辆的系统性调度。

冷链管理包括对移动制冷体系、保温技术系统、冷链监控系统、冷链运输装备技术的管理。在运输过程中，应根据运输对象的特点设定适宜的温控标准，并采取良好的保温措施，当温度波动超过一定范围时，启动制冷系统时冷藏车厢温度回归到标准的范围，同时运用冷链运输监控系统实现全程的温度监控。

3.3.3 信息采集终端

信息采集终端主要由RFID模块、GPS模块、GPRS模块、温湿度传感器模块、碳排放监控模块组成。

启动信息采集终端，通过温湿度传感器、RFID标签实现定时采集运输产品的身份信息和温湿度及变化曲线，在运输过程中通过GPS模块实时采集地理位置信息，将产品温度数据进行记录、读取之后通过无线网络上传至数据信息平台，实现对冷链物流配送车辆实时温度监控、货物信息查询和地理位置跟踪。

同时，根据绿色冷链物流的要求，对碳排放量进行监测，配送车辆等物流设备外部设有内含物流设备信息RFID标签。将RFID阅读器与传感器组合组成节点，信息传递给网关节点处理，便可实时监控物流配送车辆的碳排放信息。如果发现碳排放浓度异常，则自动发出报警信号，提醒相关物流人员采取措施。环保部门、交通部门及物流企业等相关部门组织也能够及时掌握碳排放信息，进行实时监控，系统流程图如图3所示。

图3 碳排放监测系统图

3.3.4 异常报警系统

根据冷链物流配送车辆的状态，异常报警模块可分为温湿度异常报警、制冷设备异常报警、运输路径调度异常报警。根据运输对象，预设冷藏车冷库内适宜的温湿度阈值，当冷藏车在运输途中发生设备故障无法制冷时，会触发报警系统，或者冷库内温度超过阈值时，也会触发报警系统，提醒随车人员或驾驶员及时处理并严密监测车厢温度，以保证产品在运输过程中处于安全状态。

车辆的行驶调度由车辆管理模块决定，由于运输对象的高时效性，系统已预先为司机规划最佳的行驶路线。当车辆实际的行驶路线与系统规划的路线不同时，会触发运输路径调度异常报警，警告驾驶员进行修正，并在后台记录行驶时间、路线里程等数据，为系统进行路径优化提供数据支持。

3.3.5 数据管理

数据管理模块使用SPSS统计软件、Excel、报表及图形等工具，为信息系统提供决策改进。

统计报告反应物流企业在一定时间内的配送车辆使用情况和车辆的运行记录、维修费用统计等，车辆调度人员需根据表单进行运费结算、费用报销，车辆管理人员则要了解客户对于车辆使用服务的满意程度和车辆每月的行驶里程及费用。

数据分析是根据温湿度监控数据及变化曲线、碳排放量和地理位置信息等资料，对数据库中累积的信息进行分析，从而进行系统的优化。

决策分析指系统通过数据维护、建模和分析等功能，协助管理人员鉴别、评估和比较物流策略上的可选方案，包括车辆日常工作计划、存货管理、设施选址以及作业比较和成本效益评价。

4 路径优化设计

基于本文对于冷链物流配送车辆运输过程中碳排放量的监测，结合冷链物流高能耗的特点和绿色物流的要求，配送车辆在很大程度上需进行路径优化[8]。

车辆路径问题可以描述为车辆从仓库或者配送中心出发，到达给定的客户节点进行装货或者卸货，为了满足客户的实际需求，根据过程中必须满足的约束条件和需达到的限定目标，对配送车辆的行驶路径进行合理规划，车辆完成任务后均需返回到原配送中心。可使用蚁群算法、自适应遗传算法等现代启发式算法，考虑运输中的碳排放成本等，建立目标为配送成本最低的优化模型，并设计求解[9]。

假设某地有一个工厂，供应九个销售点，各销售点间及销售点与运输点之间的距离可用赋权连通简单无向图表示，如图4所示。若物流车辆从工厂运输点出发，每个销售点都需供应产品，设计物流车辆的最优线路，使运输路径最短，并求出最短路程。

采用标号作业法,每次迭代产生一个永久标号，从而生长一颗以v0为根的最短路树，在这棵树上每个顶点与根节点之间的路径皆为最短路径。设定S为具有永久标号的顶点集；l(v)：v的标记；f(v)：v的父顶点，用以确定最短路径；输入加权图的带权邻接矩阵w=[w(vi,vy)nxm]；

1)初始化，令l(v0)=0,S=Φ，∀v≠v0，l(v)=∞;

2)更新l(v)，f(v)；

3)寻找不在S中的顶点u,使l(u)为最小。把u加入到S中，然后对所有不在S中的顶点v，如l(v)>l(u)+w(u,v),则更新l(v),f(v)，即l(v)←(u)+w(u,v)，f(v)←u;

4)重复步骤2)，直到所有顶点都在S中为止。

图4 运输销售点分布路径图

部分核心代码如下：

function [distance path]=Dijk(W,st,e)

%DIJK Summary of this function goes here

% W 权值矩阵 st 搜索的起点 e 搜索的终点

n=length(W);%节点数

D = W(st,:);

visit= ones(1:n);visit(st)=0;

parent = zeros(1,n);%记录每个节点的上一个节点

path =[];

for i=1:n-1

运用Matlab工具,采用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法得到运输点到销售点路径最短的最优线路为1→2→3→4→6→5→7→8→9→1 ，最短路径为68。

5 可行性分析

冷链物流产品易腐烂、不易保存，其对时间和运输条件的要求更为精确，尤其是在末端的车辆配送环节。目前我国的物流从业人员存在专业化程度低、设备更新速度缓慢、运输损耗率大等问题，与此同时，信息化运输存在极大的社会性需求。

SQL Server数据库管理系统和Matlab程序语言成熟、可操作性强、功能全面，GPS技术具有定位精度高、速度快，不受云雾、森林等遮挡物影响的特点，已被广泛应用于导航定位与交通管理，是当今应用最广泛的卫星定位系统，故本系统具有较好的经济可行性和稳定的技术支持。

6 结论

冷链物流是一个复杂、精密的物流体系，依靠移动互联网技术等现代化手段，建立冷链物流配送车辆信息系统，在信息技术的支持下，组织、协调物流活动，可加强冷链物流配送行业的信息化水平，最大限度地保证冷链货物的品质，降低企业运输成本，提高物流效率和企业效益，为冷链物流配送商实现科学、快捷的配送调度提供有力的保障，同时在系统中加入碳排放信息监控，对企业和政府实现低碳目标和绿色经济具有现实意义。