[摘要] 物流管理和監(jiān)控是企業(yè)信息化的重要組成部分。如何利用先進(jìn)的定位技術(shù)、通信技術(shù)、地理信息技術(shù)、計算機信息處理技術(shù)來實現(xiàn)物流管理，具有重大的意義和廣泛的應(yīng)用前景。本文通過引入移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，設(shè)計和研究探討一種以GPS為系統(tǒng)定位技術(shù)，GSM為系統(tǒng)通信手段，GIS為地圖支撐的基于移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立在Internet平臺上的先進(jìn)的物流監(jiān)控系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞] 移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫 軌道定位技術(shù) 物流監(jiān)控系統(tǒng)

物流管理是企業(yè)管理的一個重要分支，對于企業(yè)來說，系統(tǒng)的物流管理尤為重要。物流管理是企業(yè)建立成本優(yōu)勢的有效手段，是贏得市場競爭優(yōu)勢的重要支撐。因此，現(xiàn)代企業(yè)要改變傳統(tǒng)的物流管理觀念，設(shè)計或購買適用的物流管理系統(tǒng)，運用先進(jìn)的物流管理技術(shù)，提高物流競爭力。

物流監(jiān)控是物流信息化建設(shè)的重要部分。如何利用現(xiàn)代先進(jìn)信息技術(shù)，合理、安全、高效地進(jìn)行監(jiān)控、管理物流運輸，關(guān)系到企業(yè)整體物流能否有效運行。因此對物流的定位、跟蹤、監(jiān)控能否有效地實施就顯得更為重要。

物流監(jiān)控主要包含以下的問題。首先，物流的運動空間范圍跨度大，如何對物流進(jìn)行定位、通信和顯示;其次，物流被作為一種移動目標(biāo)，數(shù)據(jù)庫模型如何表示其特性，如何提供軌道預(yù)測計算，提供各種查詢操作，如何進(jìn)行物流監(jiān)控;最后，Internet是覆蓋全球的信息平臺，如何利用Internet平臺為系統(tǒng)管理員、操作員提供方便好用和滿足各種監(jiān)控要求的管理界面。

本文重點討論移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，闡述基于此技術(shù)和GPS/GSM/GIS技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。限于篇幅，對GPS定位系統(tǒng)、GSM移動通信系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)不作詳細(xì)介紹。

一、移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫技術(shù)

移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(moving object database)是專門應(yīng)用于對移動目標(biāo)進(jìn)行管理的數(shù)據(jù)庫技術(shù)。其有別于一般數(shù)據(jù)庫技術(shù)的重要特征之一，就是不僅可以對移動目標(biāo)，如車輛、移動資源，在數(shù)據(jù)庫記錄的時刻進(jìn)行位置查詢，而且可以對不同記錄時刻之間及未來時刻的位置進(jìn)行查詢。其研究的首要問題是建立移動目標(biāo)的運動和位置更新模型。

目前有大量依靠其他輔助設(shè)備(如GSM網(wǎng)絡(luò))定位的盲終端設(shè)備(如移動電話)，以及可以自己定位的智能終端設(shè)備(如物流車輛)，需要對它們建立合適的運動及位置更新模型，以便監(jiān)控和服務(wù)移動用戶。

1.簡單定位技術(shù)及缺點

定位管理，也稱即時位置信息管理，它的基本功能是建立目標(biāo)的即時方位信息的模型。實際應(yīng)用中通常的目標(biāo)有移動電話、掌上電腦、便攜式計算機等通信設(shè)備。這些設(shè)備是移動的，方位信息由定位技術(shù)更新?，F(xiàn)在常用的定位技術(shù)有GPS、測量網(wǎng)絡(luò)、單元定位技術(shù)。

目前在大多數(shù)情況下采用一種簡單方案，即：對于每一個移動目標(biāo)，周期地產(chǎn)生一個方位——時間點(a，t)，表示物體在時間t處于位置a上，a是坐標(biāo)(x，y)，或是單元編號。方位——時間點存儲在用DBMS管理的數(shù)據(jù)庫中，使用SQL語言來檢索定位信息。

這種方案有幾個缺點:(1)不能提供插值和未來的位置查詢。(2)會導(dǎo)致嚴(yán)重的系統(tǒng)開銷，移動目標(biāo)清晰精確的位置信息圖需要頻繁的定位更新，這樣需要消耗大量的帶寬和計算機資源。(3)現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫對于象移動物體方位這樣不停變化的數(shù)據(jù)的處理效果不好，存在著軟件開發(fā)上的困難。

2.軌道定位技術(shù)

本系統(tǒng)中采用軌道定位技術(shù)。在這種方案中，首先取得移動物體的起止位置信息(例如，目標(biāo)物體在早上某時從某地出發(fā)，目的地是另一地)。然后，借助于電子地圖和目標(biāo)在每一個路段發(fā)回的距離和時間信息，就可以建立軌道。

在定義軌道之前，先要定義電子地圖的格式。電子地圖是一個關(guān)系表。表上每一元組代表一個城市街區(qū)。元組的主要屬性有：

Polyline(多邊形)，用于表示一個區(qū)域，區(qū)域多邊形使用坐標(biāo)序列表示：(x1，y1)，(x2，y2)，......，(xn，yn)。由這些坐標(biāo)序列依次兩點連線便構(gòu)成一個區(qū)域。

Meters：街區(qū)的長度，以“米”為單位。

Drive Time:從街區(qū)的一端到另一端的行駛時間。以“分”為單位。

移動目標(biāo)z的路徑由起點，起點時間，終點給出。另一個可以獲得路線的途徑是已有的GPS。這條路徑用P(z)來表示。由P(z)所代表的整個路徑形成的多邊形被稱為L(z)。

假設(shè)行程有一個開始時間，對于L(z)上的每一條路徑，通過使用Drive_Time屬性，可以由目標(biāo)z在該路徑起點的開始時間計算其到達(dá)該段終點的時間。這條確定的軌道L(z)記作c——trajectory。c——trajectory給出了移動目標(biāo)的路徑和目標(biāo)在路徑上每一點的時刻，即序列(x1，y1，t1)，(x2，y2，t2)，......，(xn，yn，tn)。這個序列(即c——trajectory)表示目標(biāo)在起點的坐標(biāo)是(x1，y1)，時間是t1，接著它在直線段上以勻速運動，在時間t2到達(dá)(x2，y2)點。它繼續(xù)以勻速運動，在時間t3到達(dá)(x3，y3)點，以此類推。因為運動目標(biāo)并不總是按直線勻速運動，所以c——trajectory是運動目標(biāo)在時空中的近似的按期望的運動。當(dāng)直線段足夠多時，這種近似的方案可以達(dá)到任意的精度。

c——trajectory存儲在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫和移動目標(biāo)的計算機上。在ti和ti+1之間的時間t的任意點，服務(wù)器可以通過插值方法計算出目標(biāo)在該時刻的期望位置。由此可以解決點——方位管理中的第一個問題。軌道定位管理允許插值和預(yù)測。

最后，在每一條路徑P(z)上，當(dāng)且僅當(dāng)移動目標(biāo)偏離其預(yù)定軌道的預(yù)期位置的時候，移動目標(biāo)才向服務(wù)器更新其位置。移動目標(biāo)如何在任意點及時計算其偏移量呢？移動目標(biāo)每2 秒種收到GPS定位信息，因此它可以在任意點及時測得自己的真實位置。移動目標(biāo)有和服務(wù)器完全一致的軌道，通過預(yù)測它可以計算自己在同時刻的預(yù)期位置。二者相減可得偏差值。當(dāng)偏差值超過一個閾值時，移動目標(biāo)便向服務(wù)器發(fā)送含有自己真實位置的短消息。服務(wù)器收到移動目標(biāo)發(fā)送的定位更新信息后修正自己的軌道數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫中。

移動目標(biāo)和服務(wù)器之間的協(xié)作解決了點——方位定位技術(shù)的第二個問題，系統(tǒng)開銷大大減少。當(dāng)移動目標(biāo)基本上“按計劃”運行時，即當(dāng)其偏離預(yù)期軌道不超過一個閾值或偶而超過時，定位信息的更新量可以達(dá)到很小，甚至完全不更新。特殊地，當(dāng)移動目標(biāo)“按計劃”運行的時候，也就是說，當(dāng)它偏離預(yù)期軌道不超過期望值的時候，就不需要為更新信息而消耗資源。

3.數(shù)據(jù)存取操作

對于簡單定位技術(shù)的第三個缺點，可以采用這種方法來克服，即引入新的操作符集合以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的存取。這些操作符用來檢索數(shù)據(jù)庫，設(shè)置觸發(fā)器。它們可以同在商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中廣泛使用的SQL查詢語言相結(jié)合，用戶可以同設(shè)置傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的查詢條件一樣，使用新的操作符完成他想進(jìn)行的各種查詢和設(shè)置觸發(fā)器。而且這些操作符也可以進(jìn)行“與”“或”“非”等布爾運算，并且被客戶端上的用戶以命令的方式或圖形的方式使用，也可以提供給更復(fù)雜的時間——空間應(yīng)用程序開發(fā)使用。

這些新的操作符分為三類，對單一軌道的操作符、對固定位置的區(qū)域內(nèi)的多條軌道的關(guān)系操作符、對軌道之間的關(guān)系操作符。這些點查詢、范圍查詢、連結(jié)查詢，在數(shù)據(jù)庫中是相互獨立的，同時又可以進(jìn)行松散組合，完成各種各樣的查詢要求。

對移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的管理采用SQL Server數(shù)據(jù)庫平臺和ArcView GIS的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言Avenue編寫和實現(xiàn)。

二、物流監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

“基于移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的物流監(jiān)控系統(tǒng)”融合全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS、全球移動通信系統(tǒng)GSM、移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可實現(xiàn)全天候衛(wèi)星定位 、電子地圖顯示和Internet平臺實現(xiàn)物流監(jiān)控等功能。通過采用移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使系統(tǒng)具有很高的實用性能和擴展能力。系統(tǒng)由定位系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、中心監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。GPS是本系統(tǒng)的定位支撐，提供定位平臺。GSM是本系統(tǒng)的無線通訊系統(tǒng)，提供對定位信息的無線傳送功能。中心監(jiān)控系統(tǒng)是由構(gòu)建在GIS平臺和移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫技術(shù)上的物流監(jiān)控系統(tǒng)。

其主要過程如下：

需要監(jiān)控物流車輛時，由系統(tǒng)發(fā)出查詢指令，被監(jiān)控車輛上的車載GPS終端接收GPS衛(wèi)星發(fā)來的定位數(shù)據(jù)，并根據(jù)衛(wèi)星發(fā)來的數(shù)據(jù)自動計算出車輛所處的地理位置信息。地理信息數(shù)據(jù)經(jīng)車載無線調(diào)制解調(diào)器，封裝成短消息報文，再由車載無線電通訊裝置發(fā)射到GSM無線網(wǎng)絡(luò)，GSM無線網(wǎng)絡(luò)將定位信息的短信報文發(fā)送到監(jiān)控中心的定位信息采集機。定位信息采集機利用無線調(diào)制解調(diào)器將車載GPS終端發(fā)回的地理信息數(shù)據(jù)還原，通過RS232口被采集到計算機，經(jīng)過處理后，存入監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。監(jiān)控服務(wù)器綜合采集到的物流車輛地理信息數(shù)據(jù)和GIS服務(wù)器提供的電子地圖等功能，實現(xiàn)電子地圖匹配，并在地圖上顯示坐標(biāo)點的正確位置，即車輛的動態(tài)位置，運用移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，進(jìn)行定位、跟蹤和監(jiān)控。

當(dāng)需要對物流車輛進(jìn)行調(diào)度時，管理服務(wù)器根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的物流、車輛記錄信息，向調(diào)度信息發(fā)送機發(fā)送調(diào)度控制命令。調(diào)度信息發(fā)送機將調(diào)度控制等命令封裝成短消息，經(jīng)GSM無線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到車載終端。車載終端將接收到的調(diào)度短消息經(jīng)過處理，就能得到調(diào)度控制命令，實現(xiàn)對物流的遠(yuǎn)程調(diào)度。

三、系統(tǒng)誤差分析

在實際應(yīng)用中，車輛監(jiān)控系統(tǒng)也存在著一些問題，如定位精度和實時性的問題。由于GPS定位信息通過GSM無線通信系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，必然存在著傳輸延時，因此對車輛定位實時性會帶來一定的誤差，從而影響定位精度。從理論上說，當(dāng)傳輸?shù)淖畲笞止?jié)不超過150字符時，發(fā)送一條短信平均延時4秒。實際上，加上各種延時，不通話的情況下，平均延時5.5秒。假定車輛平均速度為40Km/h，則5.5秒內(nèi)車輛已經(jīng)行駛了60米。對于這類誤差，可以采取軌道推算的算法來減少誤差。

除傳輸帶來的延時誤差，GPS車輛定位的精度還受GPS本身誤差及地圖誤差的影響。對GPS本身的誤差，可以采取差分的方式大部分消除。對于地圖誤差，可以盡量選取多個合適的控制點進(jìn)行地圖校準(zhǔn)以較少誤差。

對于預(yù)測定位，誤差同預(yù)測的時間長度有關(guān)系，時刻離現(xiàn)在越遠(yuǎn)，預(yù)測定位誤差越大?？梢酝ㄟ^增加定位信息采集頻率和改進(jìn)定位算法來減小預(yù)測誤差。

四、小結(jié)

本文結(jié)合GPS/GSM/GIS、移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行了Internet物流監(jiān)控系統(tǒng)的研究和開發(fā)。該系統(tǒng)可以對大量的如多達(dá)幾百輛的車輛物流進(jìn)行實時監(jiān)控，高效地對多目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、顯示。

隨著現(xiàn)代社會對物流監(jiān)控的要求日益提高，以及隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的日新月異，移動目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的功能和物流監(jiān)控的功能有待于進(jìn)一步提高。這其中包括：軌道管理的自動計算；定位不確定性管理；用戶界面的完善；車輛越界報警、事故報警、中心和車輛遠(yuǎn)程通話等等。這就要在實踐的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)和完善。

參考文獻(xiàn):

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