文/李燁 熊彪 魏小林 牟長(zhǎng)林

基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS的油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)研究

文/李燁 熊彪 魏小林 牟長(zhǎng)林

油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化是長(zhǎng)期困擾油料決策部門(mén)的難題。本文基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS技術(shù)，對(duì)油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、決策流程以及功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS的油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，為下一步系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

油料儲(chǔ)備；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；數(shù)據(jù)層

1.引言

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)的突然性和戰(zhàn)役戰(zhàn)斗進(jìn)程的速?zèng)Q性，以及油料消耗時(shí)短、量大等供需矛盾，對(duì)部隊(duì)新時(shí)期的油料保障能力提出了新的要求，使得油料戰(zhàn)備工作變得繁重而艱巨。油料儲(chǔ)備是油料戰(zhàn)備工作的重點(diǎn)。加快油料儲(chǔ)備建設(shè)，扎實(shí)提高油料保障能力，不僅需要在油料儲(chǔ)備規(guī)模、數(shù)量上下工夫，更需要在油料儲(chǔ)備的結(jié)構(gòu)、布局上抓成效，以提高油料儲(chǔ)備的質(zhì)量和水平。雖然軍隊(duì)當(dāng)前圍繞軍事斗爭(zhēng)做了大量準(zhǔn)備工作，軍隊(duì)油料儲(chǔ)備水平和保障能力得到了明顯提高，然而，油料儲(chǔ)備缺乏宏觀(guān)統(tǒng)籌規(guī)劃，結(jié)構(gòu)布局不夠合理；儲(chǔ)備模式較單一，重規(guī)模輕質(zhì)量；軍民融合不深入，長(zhǎng)效機(jī)制不健全等問(wèn)題的存在，使油料儲(chǔ)備質(zhì)量無(wú)法實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，影響油料保障效能的充分發(fā)揮。

圖1 油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化系統(tǒng)決策流程圖

因此，以軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備為契機(jī)，對(duì)軍隊(duì)油料儲(chǔ)備進(jìn)行宏觀(guān)統(tǒng)籌優(yōu)化，是當(dāng)前軍隊(duì)油料儲(chǔ)備建設(shè)的重點(diǎn)和難題。油料儲(chǔ)備受到油庫(kù)位置和容量、輸送力量、交通條件、作戰(zhàn)任務(wù)等多方面因素的影響，且戰(zhàn)時(shí)條件下交通環(huán)境、輸送力量是敵方重點(diǎn)打擊對(duì)象，極易受到破壞，從而成為不確定性因素。傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，則無(wú)法處理帶有不確定性因素的油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化問(wèn)題?；趹?zhàn)略統(tǒng)籌優(yōu)化視角出發(fā)，以油料物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)信息和控制為基礎(chǔ)，基于GIS技術(shù)對(duì)油料儲(chǔ)備體系進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化表述，并利用GIS軟件對(duì)其交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行基本分析和數(shù)據(jù)獲取，再結(jié)合探索性分析方法等多種不確定性分析技術(shù)進(jìn)行綜合分析和統(tǒng)籌優(yōu)化，為解決油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化難題提供了一種切實(shí)可行的方法。

2.相關(guān)原理

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種傳感設(shè)備、實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)Interne t結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。油料物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，將實(shí)現(xiàn)油料保障需求實(shí)時(shí)感知、資源可視掌控、調(diào)撥精確定向、供應(yīng)全程調(diào)控、信息靈敏可靠等五大功能和目標(biāo)，并將為油料儲(chǔ)備優(yōu)化決策提供更加準(zhǔn)確和詳盡的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 GIS技術(shù)

地理信息系統(tǒng)（GIS），是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。隨著GIS技術(shù)從桌面GIS到互聯(lián)網(wǎng)WEBGIS，再向物聯(lián)網(wǎng)GIS及云GIS方面的迅猛發(fā)展和應(yīng)用，將為解決油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化問(wèn)題提供了更加便捷的基礎(chǔ)和條件。

2.3 探索性分析方法

探索性分析方法，是由美國(guó)蘭德公司對(duì)戰(zhàn)略評(píng)估系統(tǒng)和聯(lián)合一體化應(yīng)急模型分析求解中總結(jié)出來(lái)的一種系統(tǒng)分析方法。探索性分析是基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算技術(shù)，可用來(lái)對(duì)油料儲(chǔ)備問(wèn)題中存在的不確定性要素所產(chǎn)生的儲(chǔ)備方案和結(jié)果，進(jìn)行全面整體性的搜索分析和研究，并利用油料儲(chǔ)備中已有的先驗(yàn)知識(shí)、基本型原理等給出想定變量、決策變量和期望結(jié)果的一個(gè)取值區(qū)間，再通過(guò)大量的大規(guī)模并行計(jì)算來(lái)解決油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化問(wèn)題。

3.油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 決策流程分析

油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策問(wèn)題，既涉及到儲(chǔ)備地域的交通環(huán)境等基礎(chǔ)地理信息，又涉及到后方油庫(kù)、輸油部隊(duì)等油料方面的信息。因此，需要對(duì)這些眾多的信息進(jìn)行處理，才能實(shí)現(xiàn)油料儲(chǔ)備的統(tǒng)籌優(yōu)化。如圖1為油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策系統(tǒng)決策流程圖。

油料儲(chǔ)備相關(guān)信息和基礎(chǔ)地理信息由油料物聯(lián)網(wǎng)及GIS系統(tǒng)搜集處理，并運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)油料保障系統(tǒng)進(jìn)行模型化表述，形成可建模分析的油料儲(chǔ)備網(wǎng)絡(luò)。然后，通過(guò)對(duì)油料儲(chǔ)備網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)重要影響因素進(jìn)行歸類(lèi)分析，將油料儲(chǔ)備影響因子，分為探索因子和確定型因子兩類(lèi)進(jìn)行處理。再利用探索性分析方法，對(duì)油料儲(chǔ)備網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探索性模擬仿真實(shí)驗(yàn)，獲得油料儲(chǔ)備方案解集。再對(duì)探索性因子在解空間中進(jìn)行探索性遍歷和尋優(yōu)，獲取最優(yōu)解空間，油料儲(chǔ)備方案的統(tǒng)籌優(yōu)選。

3.2 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)可采取面向服務(wù)架構(gòu)的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，將地理信息系統(tǒng)和油料物聯(lián)網(wǎng)所獲得的空間，及決策數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，并以此建立面向油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策的支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)、信息和資源的整合和管理使用。整個(gè)油料儲(chǔ)備決策支持系統(tǒng)分為用戶(hù)層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)層三層。如圖2所示為系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖。

3.2.1 數(shù)據(jù)層

圖2 油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)層主要工作是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和預(yù)處理服務(wù)。油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)需要的空間數(shù)據(jù)、油料專(zhuān)題數(shù)據(jù)等信息，通過(guò)GIS系統(tǒng)和油料物聯(lián)網(wǎng)采集獲取后，分別存放在空間數(shù)據(jù)庫(kù)和油料專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中?？臻g數(shù)據(jù)一般包括了地形、交通、位置等等，油料專(zhuān)題數(shù)據(jù)包括了油料體制、油料實(shí)體、油品資源、保障任務(wù)、作戰(zhàn)環(huán)境等等一些與油料儲(chǔ)備優(yōu)化決策相關(guān)的信息。

3.2.2 服務(wù)層

在油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和油料專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，部署GIS服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，并以GIS和油料物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)位中心建立開(kāi)發(fā)平臺(tái)。其中，GIS平臺(tái)為基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，為決策系統(tǒng)提供位置定位、距離測(cè)算、交通分析、空間分析、空間標(biāo)注與查詢(xún)服務(wù)等功能。應(yīng)用服務(wù)器在GIS服務(wù)器的基礎(chǔ)上，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行整合計(jì)算和綜合處理，通過(guò)決策模型形成決策過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器則為決策系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)鏈接接口與支持。

3.2.3 用戶(hù)層

用戶(hù)層是系統(tǒng)面向客戶(hù)的窗口，用戶(hù)可通過(guò)油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策，支持系統(tǒng)進(jìn)行信息查詢(xún)以及決策支持。用戶(hù)層根據(jù)用戶(hù)請(qǐng)求做出響應(yīng)，將結(jié)果通過(guò)瀏覽器或其他圖文一體化方式與用戶(hù)進(jìn)行交互，并為用戶(hù)提供油料儲(chǔ)備地域地圖查詢(xún)、油料儲(chǔ)備信息查詢(xún)、油料儲(chǔ)備決策分析等接口。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)功能包括三大模塊，即基本操作模塊、查詢(xún)模塊與決策模塊。

3.3.1 基本操作模塊

基本操作模塊主要是對(duì)油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策系統(tǒng)的基本操作和控制，包括了對(duì)GIS系統(tǒng)的導(dǎo)航控制、圖層、打印輸出、油料信息顯示及輸出等功能進(jìn)行操作控制的模塊。

3.3.2 查詢(xún)模塊

查詢(xún)模塊是對(duì)油料儲(chǔ)備空間信息和屬性、專(zhuān)題信息和屬性的查詢(xún)。包括了對(duì)原始信息的簡(jiǎn)單查詢(xún)功能，比如：對(duì)某一油庫(kù)位置、交通狀況等空間信息直接查詢(xún)，或者對(duì)該油庫(kù)容量、儲(chǔ)備油料品種等基本屬性信息的查詢(xún)。另一種查詢(xún)功能為統(tǒng)計(jì)查詢(xún)，通過(guò)SQL高級(jí)查詢(xún)工具，用圖層分類(lèi)、邏輯和關(guān)系符號(hào)等對(duì)相關(guān)空間、專(zhuān)題信息和屬性的查詢(xún)功能，如查詢(xún)需求部隊(duì)100公里內(nèi)~10號(hào)軍柴儲(chǔ)量大于10000m3的油庫(kù)信息。

3.3.3 決策模塊

決策模塊是油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的重要功能模塊。決策模塊為油料儲(chǔ)備優(yōu)化決策提供指導(dǎo)，包括基本信息顯示界面，呈現(xiàn)油料儲(chǔ)備條件、原則、要求等基本信息。模型參數(shù)修訂界面，針對(duì)油料儲(chǔ)備統(tǒng)計(jì)優(yōu)化決策中，易受時(shí)間以及其他因素影響變化的參數(shù)信息進(jìn)行及時(shí)的修正和調(diào)整，確保決策更加科學(xué)和貼近實(shí)際。決策結(jié)果界面則主要給出各儲(chǔ)備油庫(kù)的油料儲(chǔ)備品種、數(shù)量等，以及該儲(chǔ)備方案下油料輸送力量運(yùn)用油料應(yīng)急方案等參考信息。

4.結(jié)語(yǔ)

油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策是建立在科學(xué)的決策方法和詳盡的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，由計(jì)算機(jī)自主運(yùn)行產(chǎn)生的決策方案。本文對(duì)油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持的相關(guān)理論和系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的決策流程和結(jié)構(gòu)功能模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)。該決策系統(tǒng)可用于指導(dǎo)軍隊(duì)油料儲(chǔ)備統(tǒng)籌優(yōu)化工作，提高軍隊(duì)油料儲(chǔ)備的質(zhì)量和水平。

[1]曹淋海，王昌全，張毅等.基于R IAW ebGIS的區(qū)域煙草精準(zhǔn)施肥管理決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——以攀枝花煙區(qū)為例[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào).2014，21（2）：94~99.

[2]張廣平，謝忠，羅顯剛等.基于W ebGIS的海南省臺(tái)風(fēng)災(zāi)害管理決策輔助系統(tǒng)[J].熱帶海洋學(xué)報(bào).2014，33（6）：80~87.

[3]熊彪，周慶忠，樊榮等．多機(jī)種油料加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探索性分析及仿真[J]．系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2013，35（7）：1455~1459．

解放軍后勤工程學(xué)院軍事油料應(yīng)用與管理工程系/駐中石化海南煉油化工有限公司軍事代表室/78539部隊(duì)）