基于北斗衛星導航的物流車輛管理信息系統設計

朱先濤，薛亮

摘? 要：隨著北斗三號全球衛星導航系統的正式開通，我國衛星導航服務也躋身世界先進水平，物流運輸行業正是其重點開發的領域。本文以物流車輛管理為目標，針對運輸流程缺失、管控不到位、信息化程度低等問題，基于Oracle數據庫管理系統、Python程序語言以及北斗衛星導航服務設計了一套物流信息系統，幫助企業根據實際需求規劃運輸路徑，監控物流車輛以及進行信息化管理，從而保證貨物高效運輸，人員操作規范，提高企業競爭力。

關鍵詞：北斗衛星導航;信息系統;物流車輛

中圖分類號：TP391? ? ?文獻標識碼：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）

當前，我國的物流企業絕大多數是由傳統運輸企業發展而來的，存在物流水平偏低、物流成本較高、缺少科學規范手段、信息處理滯后等急需解決的問題。針對這些問題，一些物流運輸信息管理系統應運而生。目前我國物流企業的管理信息系統應用比例已達75%[1]，但存在系統相對簡單、涉及范圍較窄、開發具有一定的盲目性等問題。因此，本文利用我國自主建設運行的北斗衛星導航系統（BD Navigation Satellite System， BDS）設計信息管理系統，有針對性地解決物流企業車輛管理的問題，以達到增強企業競爭力、提高工作效率、提升服務水平的重要目標。

2? 主要技術及系統概述（Overview of key technologies and systems）

2.1? ?北斗衛星導航系統概述

北斗衛星導航系統（BDS）是我國基于國家安全和社會需要獨立建設運營的全球衛星導航系統，由空間段、地面段和用戶段三部分組成[2]。

BDS如何實現定位呢？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。首先確定三個球面，衛星位置即球面中心，用戶與衛星之間的距離即為球面半徑di，用戶必定在三個球面的交點上。但由于受客觀因素影響，想要更加精確地確定用戶接收機時鐘與北斗系統的時差t需要引入第四顆衛星，Ti為衛星時鐘差，c是光速。根據以上原理可以得出方程組：

其中，是待測坐標，是衛星的空間坐標。

2.2? ?車輛管理信息系統

對于車輛管理，企業面臨著技術和制度的難題[3]。管理內容主要包括：車，即精準定位車輛位置，掌握車輛使用情況;人，即規范駕駛員操作，合理分配任務;根據用車需求，對車輛進行科學調度，合理規劃路徑，節省開支[4]。

根據以上需求，本文將車輛管理信息系統分為以下幾個模塊：系統用戶管理模塊、業務管理模塊、車輛監控模塊、異常報警模塊、呼叫中心模塊、統計分析模塊，從技術層面實現物流車輛管理。

3? ?系統需求分析（Analysis of system requirements）

當前我國物流企業信息化管理應用層次較低，物流車輛在運行過程中缺乏應有的監督和管理，如司機私自拉貨配送，更改路線，異地逗留等，帶來了額外油耗和時間成本問題，影響了企業形象?；谙冗M的BDS可以實時掌握車輛位置信息和運行狀態，監督司機行為，同時企業客戶也可以了解貨物送達情況，提高客戶滿意度。

4? ?信息系統設計（Information system design）

4.1? ?信息系統框架

對系統的總體設計可以運用結構化設計方法，將該物流信息系統自上而下分解為若干具有一定聯系卻又相對獨立的模塊。綜合前文所提模塊，完成基于BDS的物流車輛管理信息系統組織結構圖，如圖1所示。

4.2? ?系統模塊功能設計

4.2.1? ?系統用戶管理

系統用戶管理模塊應該具備車輛信息管理、駕駛員信息管理、服務端權限管理三種功能，系統用戶通過客戶端登錄信息系統界面，提供用戶名和密碼，可以查看物資管理信息，更新個人信息并實時獲取在客戶端發布的貨物運輸信息。車輛信息包括車輛狀況、車輛行駛里程數、所屬企業、車輛類型等。服務端管理人員擁有最大權限，可以為不同角色賦予不同的操作權限，對用戶進行添加、修改和刪除，包括對物流區域、駕駛員信息、車輛信息、貨物規格等進行查看。

用戶數據庫管理可以采用Oracle數據庫。Oracle是甲骨文公司推出的商品化關系型數據庫管理系統，采用結構化的查詢語句[5]，支持多平臺操作，功能完善，具有分布式處理功能，相較只適用于中小型企業，支持平臺單一的Visual FoxPro和SQL Server數據庫，Oracle可以處理海量的商業數據，可在所有主流平臺運行，開放性和安全性都更加出色。

Oracle數據庫中包含車輛信息表、司機信息匯總表、報警處理信息表、運行區域匯總表、運單信息表等。以報警處理信息表（_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、報警類型、報警日期和報警處理。

4.2.2? ?業務管理

業務管理模塊應該具備運力查詢、業務分配、運輸方案管理、報價管理、評價中心等多種功能，是企業實現車輛合理調度和效益提升的部分。根據運力需求，對已有的車隊運力進行查詢評估，發貨方與承運商相互匹配，再進行任務分配。根據不同的運輸方案和承運、發貨方雙方的運力報價，選出雙方都能接受的方案，洽談妥當之后簽訂合同。貨物送達簽收之后，雙方進行支付結算，在承運商司機上傳回單后，依次完成對賬、開票操作。整個流程完成后需要收集發貨方的反饋信息，對該次物流活動進行評價，分析本次作業中待改進的地方，優化整個系統。

4.2.3? ?車輛監控

車輛監控模塊功能依賴于北斗車載終端和RFID實現，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，需要以下五個模塊：主控模塊、通信模塊、北斗定位模塊、充電模塊、暴力防拆模塊。終端可以實時與北斗衛星連接，采集車輛位置信息，通過GPRS數據傳送給服務器，處于服務器端的服務人員可以對物流車輛實時監控;GPRS是在GSM網絡的基礎上增加了GGSN和SGSN而實現的一種分組交換系統，適用于間斷性、突發性的少量的數據傳輸;RFID是獲取貨物信息的關鍵，采用合理有效的RFID標簽防碰撞方法，使用閱讀器掃描貨物電子標簽，可以采集貨物信息，保證貨物安全[6]。通過上述三種手段，做到人、車、貨同時監控。車輛監控流程如圖2所示。

4.2.4? ?異常報警

根據司機的行為，異常警報模塊分為：超速報警、偏航報警、非法區域報警、超時報警以及求救報警。根據車輛的不同行駛任務，平臺已預先為司機規劃最優路線，當車輛實際行駛路線與規劃路線不一致，司機駛入禁行區域，司機駕駛時間過長或疲勞駕駛，通過BDS計算得出車輛超速時，都會重復警報。多次警報后，司機仍然沒有及時做出相應調整，此時會將警報信息優先傳達至管理端，呼叫中心人員聯系司機詢問情況，如果聯絡不暢或司機拒絕配合，則向當地公安機關進行報警攔截處理。即使位于信號不良或被屏蔽區域，也可利用北斗獨有的短報文功能向上述兩方發送警報信息。相比GPS只能接受信息，BDS可以實現雙向通信。為了保障司機的生命安全，當身處險境時，司機可主動按下求救報警按鈕，通過短報文功能求救。

Python作為一種解釋型語言，擁有學習成本低、語法簡單優美、免費開源、可跨平臺可拓展和具有豐富的庫等優點[7]，被廣泛應用于人工智能和大數據領域，是最受歡迎的程序軟件之一?？梢允褂肞ython進行最佳路徑分析，以下只是作為示例的簡化程序，用于理解該算法是如何在成千上萬個點的高程網格上運行的，程序如下：

Import numpy as np

h=5 w=5? ? #網格的高度和寬度

start=（h-1，0）? ? #網格左下角起始位置

dx=w-1 dy=0? ? #網格右上角終點位置

blank=np.zeros（（w，h））? ? #空白網格

dist=np.zeros（blank.shape， dtype=np.int8）? ? #距離網格

for y，x in np.ndindex（blank.shape）：

dist[y][x]=abs（（dx-x）+（dy-y））? ? #計算所有單元格權重

cost=np.random.randint（1，16，（w，h））+dist? ? #地形由1至16之間的隨機數生成，添加距離網格以便計算每個單元格的權重

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"）? #最后生成測試路徑

path=astar（start，（dy，dx），cost，dist）? ? ?#查找路徑

print（）? ?#創建和輸出路徑網絡

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，應選擇呼入/呼出混合型呼叫中心，按照權限不同，分為：座席、座席管理員、系統管理員。座席承擔咨詢和收集反饋等任務，對客戶信息進行登記、查詢，完成訂單的創建、提交;座席管理員對座席提供的信息進行整合與管理;系統管理員在該模塊中具有最高權限，負責賬號管理和參數配置。呼叫中心既對客戶負責，同時也是聯絡司機、輔助司機的重要渠道。當出現異常報警時，呼叫中心需要查詢相關司機電話信息，進行自動語音播報，必要時通信聯絡。

4.2.6? ?統計分析

該模塊具備兩個功能：數據計算和數據統計。數據計算即利用北斗衛星導航定位功能，通過當前位置，經過計算，確定物流車輛是否超速、偏航，并把結果傳達至用戶數據庫中，便于異常報警模塊調用查詢。

數據統計即對數據庫中積累的資料進行整理匯總、分析，可以科學直觀地反映當前企業的經營狀況，如公司和運輸車主的結算數據與報表、顧客滿意度評價表等。隨著信息技術的發展，SPSS統計軟件、EXCEL降低了統計分析工作的難度，利用經濟效益綜合評判、回歸與相關性分析等統計方法，為企業接下來的決策和運營方向提供有力的依據。

5? ?可行性分析（Feasibility analysis）

5.1? ?技術可行性分析

2020 年，我國已建成北斗三號系統，經全球連續監測評估系統實時測試表明，北斗三號全球衛星導航系統定位、測速、授時精度均滿足指標要求[8]。相比GPS、BDS，無論是在安全性還是在國內定位精度上都更加優秀。除此之外，Python和Oracle都是經過多次迭代更新的產品，在多個領域已經被廣泛應用。

5.2? ?社會可行性分析

自2007 年以來，我國行業主管部門出臺了一系列有關北斗產業的政策文件，如《關于深圳北斗衛星導航系統應用產業化實施方案》《關于在行業推廣應用北斗衛星導航系統的指導意見》等，都表明我國正在大力推動北斗產業發展。另一方面，在網絡時代下，企業每天接受的物流信息也是聯系的、動態的、多樣的、復雜的，物流信息系統作為企業信息系統的一部分不可或缺。

5.3? ?經濟可行性分析

Oracle商用費用比較高，有按CPU數和按用戶數（Named User Plus）兩種購買方式，而商用車載北斗每年也有一定的服務費用。這對于一般的中小型企業是一種前期投入，但是對具有一定規模的企業，適當投入成本更有利于組織協調管理。因此，需要企業根據自身定位，權衡考慮[9]。

6? ?結論（Conclusion）

我國BDS性能已達到世界先進水平，在諸多領域廣泛應用，服務用戶規模達到億級。當前物流車輛導航系統以GPS/BD雙模定位為主，BDS正在逐步取代GPS在我國運輸行業中的地位?；贐DS的物流車輛管理信息系統的使用，實現了物流企業的智能化、信息化，實時掌握人、車、貨動態，進行數據分析，優化人車匹配，合理調配車輛，進一步降低企業成本。隨著5G技術的應用，實現低延遲、低功耗、萬物互聯，車輛運輸各個環節將更加協調高效，企業的經濟效益將進一步提升。

參考文獻（References）

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[2] CHEN J， ZHAO X， LIU C， et al. Evaluating the latest performance of precise point positioning in Multi-GNSS/RNSS： GPS， GLONASS， BDS， Galileo and QZSS[J]. The Journal of Navigation， 2021， 74（1）：247-267.

[3] 沈瑋燁，閆星臣.冷鏈物流倉儲管理信息系統設計[J].軟件工程，2020，23（09）：43-45.

[4] 祝偉.基于BD/GPS/GIS的物流車輛管理系統的設計與實現[D].長春：吉林大學，2016.

[5] 汪吟凡.基于Oracle數據庫的ITRF成果數據管理應用研究[D].湘潭：湘潭大學，2020.

[6] 王婷婷.基于北斗的車載物流定位系統研究[D].西安：西安電子科技大學，2019.

[7] 陸承佳.基于Python的網絡爬蟲在物流信息追蹤中的應用[J].信息與電腦（理論版），2020，32（12）：133-136.

[8] 魏婷.保險業呼叫中心運營平臺的開發與實現[D].北京：北京化工大學，2019.

[9] 陳越千，鄭琰.藥品倉庫輔助管理信息系統設計[J].軟件工程，2020，23（10）：49-51.

作者簡介：

朱先濤（1998-），男，本科生.研究領域：物流信息系統設計.

薛? 亮（1978-），女，博士，講師.研究領域：物流系統規劃與管理，物流信息系統設計.本文通訊作者.