基金項目：2022年度遼寧省教育廳高?；究蒲许椖俊啊秽]融合’模式下城鄉(xiāng)物流一體化體系構(gòu)建研究”（LJKMR20222236）

摘 要：隨著全球經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展和供應(yīng)鏈的復(fù)雜化，物流行業(yè)扮演著連接生產(chǎn)和消費的重要角色。為了提高物流運輸效率、降低成本并確保貨物安全，智能軌道物流系統(tǒng)作為一種高效、可靠的物流運輸方式備受關(guān)注。智能軌道物流系統(tǒng)將傳統(tǒng)的物流運輸與先進(jìn)的信息技術(shù)相結(jié)合，通過自動化、智能化的運輸設(shè)備和系統(tǒng)來實現(xiàn)物流任務(wù)的快速執(zhí)行和精確控制。本文旨在研究和實現(xiàn)智能軌道物流路徑規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)，以應(yīng)對物流運輸過程中面對的挑戰(zhàn)。路徑規(guī)劃是智能軌道物流系統(tǒng)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它涉及貨物從起點到終點的最佳路徑選擇，以實現(xiàn)最短時間和最小成本的運輸。而監(jiān)控系統(tǒng)則負(fù)責(zé)實時監(jiān)測物流運輸過程中的狀態(tài)和安全性，確保運輸過程的順利進(jìn)行，并及時應(yīng)對可能出現(xiàn)的異常情況。

關(guān)鍵詞：智能軌道物流：路徑規(guī)劃：監(jiān)控系統(tǒng)

智能軌道物流系統(tǒng)作為現(xiàn)代物流運輸領(lǐng)域的一項重要技術(shù)創(chuàng)新，具備高效、可靠、智能化的特點，正在迅速發(fā)展和被廣泛應(yīng)用。在全球化貿(mào)易和電子商務(wù)的推動下，物流需求不斷增長，同時供應(yīng)鏈變得更加復(fù)雜，對物流運輸?shù)男屎涂煽匦蕴岢隽烁叩囊?。智能軌道物流系統(tǒng)以其優(yōu)越的性能和靈活的運輸方式，成為解決這些挑戰(zhàn)的重要方案之一。

一、智能軌道物流系統(tǒng)概述

1.定義與特點

智能軌道物流系統(tǒng)是一種基于軌道交通技術(shù)和先進(jìn)信息技術(shù)的物流運輸系統(tǒng)。它以軌道作為基礎(chǔ)設(shè)施，通過自動化、智能化的運輸設(shè)備和系統(tǒng)，實現(xiàn)物流任務(wù)的快速執(zhí)行和精確控制。智能軌道物流系統(tǒng)具有以下特點：

（1） 高效性

智能軌道物流系統(tǒng)利用軌道交通的高速、大容量優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、批量的物流運輸，提高物流效率，減少運輸時間和成本。

（2） 可靠性

由于采用了自動化控制和智能化技術(shù)，智能軌道物流系統(tǒng)具有高度的可靠性和穩(wěn)定性，能夠減少人為因素的影響，提高運輸?shù)臏?zhǔn)確性和可控性。

（3） 安全性

智能軌道物流系統(tǒng)在運輸過程中通過監(jiān)控系統(tǒng)對物流運輸狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，能夠及時發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對運輸中的異常情況，確保貨物的安全運輸。

（4） 靈活性

智能軌道物流系統(tǒng)具備一定的靈活性，可以根據(jù)物流需求進(jìn)行快速調(diào)度和適應(yīng)性調(diào)整，滿足不同客戶和不同物流場景的需求。

2.技術(shù)和方法綜述

智能軌道物流系統(tǒng)借助先進(jìn)的信息技術(shù)和軌道交通技術(shù)，涵蓋了多種關(guān)鍵技術(shù)和方法，如路徑規(guī)劃、運輸調(diào)度、監(jiān)控系統(tǒng)等。以下是智能軌道物流系統(tǒng)中常用的技術(shù)和方法。

（1） 路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃是智能軌道物流系統(tǒng)中的核心環(huán)節(jié)，它決定了貨物從起點到終點的最佳路徑選擇。常用的路徑規(guī)劃算法包括最短路徑算法、遺傳算法等。最短路徑算法基于圖論的思想，通過計算節(jié)點之間的距離和權(quán)重，找到最短路徑。遺傳算法則模擬生物進(jìn)化過程，通過交叉、變異等操作尋找最優(yōu)路徑。

（2） 運輸調(diào)度

運輸調(diào)度是指對物流任務(wù)進(jìn)行合理的分配和調(diào)度，以實現(xiàn)高效的運輸過程。運輸調(diào)度需要考慮貨物的優(yōu)先級、運輸設(shè)備的利用率、運輸網(wǎng)絡(luò)的擁堵情況等因素。常用的調(diào)度方法包括基于規(guī)則的靜態(tài)調(diào)度和基于優(yōu)化算法的動態(tài)調(diào)度。靜態(tài)調(diào)度通常根據(jù)固定的規(guī)則和知識進(jìn)行任務(wù)分配和車輛調(diào)度，而動態(tài)調(diào)度則根據(jù)實時的運輸需求和環(huán)境變化進(jìn)行實時優(yōu)化和調(diào)整。

（3） 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)在智能軌道物流系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用，通過傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備實時監(jiān)測運輸過程中的各種信息，并通過數(shù)據(jù)處理和分析來判斷運輸?shù)臓顟B(tài)和安全性。監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋了物流運輸過程中的位置跟蹤、溫度、濕度、震動等物理參數(shù)的監(jiān)測，以及運輸設(shè)備的狀態(tài)和運行情況的監(jiān)測。同時，監(jiān)控系統(tǒng)還能通過預(yù)警和報警機制提供實時的異常情況反饋，以便及時采取相應(yīng)的措施。

（4） 數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化

智能軌道物流系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化算法來提升運輸效率和質(zhì)量。通過收集和分析大量的物流運輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以獲知運輸過程中的瓶頸點和改進(jìn)點，從而提出優(yōu)化策略和改進(jìn)方案。優(yōu)化算法可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)和運輸需求，對路徑規(guī)劃、運輸調(diào)度等進(jìn)行實時優(yōu)化，以達(dá)到最優(yōu)的運輸效果。

（5） 自動化技術(shù)

智能軌道物流系統(tǒng)依賴于自動化技術(shù)，包括自動駕駛技術(shù)、自動化裝卸技術(shù)等。自動駕駛技術(shù)使運輸設(shè)備能夠自主導(dǎo)航和行駛，減少人為操作的需求，提高運輸效率和安全性。自動化裝卸技術(shù)可以實現(xiàn)貨物的自動裝卸和分揀，提高物流操作的效率和準(zhǔn)確性。

（6） 軌道小車

軌道小車在智能軌道物流系統(tǒng)中十分重要，其使用控制器實現(xiàn)抱閘停車、換向、啟動。小車具有精準(zhǔn)智能定位功能，可以對周圍環(huán)境實時感知。每一臺小車都有獨屬身份編碼，便于系統(tǒng)識別小車位置。小車除了需要和車庫管理器與轉(zhuǎn)軌器交流，同時還要將運行信息發(fā)回站點控制器，故小車需要具備同站點控制器、轉(zhuǎn)軌器雙向通信的能力。另外小車運行中難免碰到會車問題，所以需要為小車安裝智能避障功能。在小車運行中如果前方有其他小車出現(xiàn)，要立刻啟動緊急制動功能防止兩臺小車相互碰撞。

（7） 定位識別

使用RFID、紅外定位與Wi-Fi定位，判斷具體位置，按照對象靠近熱電或基站情況，確認(rèn)對象當(dāng)前位置。如周圍有眾多信號源采用三角定位方式保障定位準(zhǔn)確度。

二、路徑規(guī)劃算法研究與應(yīng)用

1.最短路徑算法

最短路徑算法是一類常用的路徑規(guī)劃算法，旨在尋找兩個節(jié)點之間的最短路徑。其中，Dijkstra算法是最常見的最短路徑算法之一，它通過計算節(jié)點之間的距離和權(quán)重來確定最短路徑。Dijkstra算法采用貪婪的策略，從起點出發(fā)，逐步擴展到其他節(jié)點，并根據(jù)節(jié)點之間的距離選擇最短路徑。該算法適用于無向圖和有向圖，并能夠處理帶有非負(fù)權(quán)重的邊。然而，Dijkstra算法在處理大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)時，由于需要遍歷所有節(jié)點，計算復(fù)雜度較高。

2.遺傳算法

遺傳算法是一種基于自然進(jìn)化原理的優(yōu)化算法，在路徑規(guī)劃中具有較好的應(yīng)用效果。遺傳算法模擬了生物進(jìn)化過程中的遺傳、交叉和變異等操作，通過優(yōu)勝劣汰的選擇機制來尋找最優(yōu)解。在路徑規(guī)劃中，遺傳算法將路徑表示為染色體，每個基因代表路徑上的節(jié)點，通過不斷的遺傳操作，逐步優(yōu)化路徑的質(zhì)量。遺傳算法具有較強的全局搜索能力，能夠在復(fù)雜的路徑網(wǎng)絡(luò)中找到接近最優(yōu)的解。然而，遺傳算法的計算復(fù)雜度較高，特別是在規(guī)模較大的問題上。

3.基于實時數(shù)據(jù)的動態(tài)路徑規(guī)劃方法

傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃算法通?；陟o態(tài)的地圖數(shù)據(jù)，無法適應(yīng)實時變化的交通狀況?；趯崟r數(shù)據(jù)的動態(tài)路徑規(guī)劃方法則考慮了實時交通信息，能夠根據(jù)當(dāng)前的道路狀況進(jìn)行實時路徑規(guī)劃。這種方法利用實時數(shù)據(jù)源，如交通流量、擁堵情況和事故信息等，結(jié)合預(yù)測模型和算法，動態(tài)地更新路徑規(guī)劃結(jié)果。其中，常用的方法包括最短時間路徑規(guī)劃、最小擁堵路徑規(guī)劃和基于概率模型的路徑規(guī)劃。

最短時間路徑規(guī)劃根據(jù)實時交通信息，計算出到達(dá)目的地所需的最短時間路徑。這種方法考慮了道路的實際行駛速度和交通擁堵情況，能夠避開擁堵路段，選擇最優(yōu)的路徑。最小擁堵路徑規(guī)劃主要針對交通擁堵問題，通過綜合考慮交通流量、擁堵預(yù)測和歷史數(shù)據(jù)等，尋找繞過擁堵區(qū)域的路徑，以減少行駛時間和避免擁堵。

三、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1.傳感器選擇和布局

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計首先需要選擇合適的傳感器，并進(jìn)行合理的布局。常用的傳感器包括位置傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、震動傳感器等。位置傳感器用于實時跟蹤貨物和運輸設(shè)備的位置，可以采用GPS、激光測距等技術(shù)。溫度和濕度傳感器用于監(jiān)測貨物的環(huán)境條件，確保貨物在適宜的溫濕度范圍內(nèi)運輸。震動傳感器用于檢測貨物的振動情況，保證貨物的安全性。

傳感器的布局需要考慮監(jiān)測范圍和監(jiān)測精度。根據(jù)物流場景和需求，合理布置傳感器，覆蓋重要的運輸節(jié)點和貨物區(qū)域。同時，應(yīng)注意傳感器之間的相互干擾和覆蓋重疊問題，以提高監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.數(shù)據(jù)采集與處理

監(jiān)控系統(tǒng)需要實時采集傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行有效的處理和分析。數(shù)據(jù)采集可以通過傳感器與數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的接口進(jìn)行，采用無線通信或有線連接方式將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。在數(shù)據(jù)采集過程中，應(yīng)確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和決策。

數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)清洗過程用于去除異常數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性。清洗后的數(shù)據(jù)可以存儲在數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)的查詢和分析。數(shù)據(jù)分析階段利用統(tǒng)計學(xué)和機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，提取有價值的信息和規(guī)律，并為運輸過程中的決策提供支持。

3.系統(tǒng)架構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮整體的系統(tǒng)架構(gòu)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制。一個典型的監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)包括以下組件：

（1） 傳感器層

包括各種傳感器設(shè)備，用于監(jiān)測運輸過程中的物理參數(shù)和環(huán)境條件。

（2） 數(shù)據(jù)采集層

負(fù)責(zé)實時采集傳感器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理和存儲。

（3） 數(shù)據(jù)處理與分析層

對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、存儲和分析，提取有價值的信息和規(guī)律。

（4） 系統(tǒng)監(jiān)控與控制層

實時監(jiān)控運輸過程中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，提供實時的異常檢測和報警功能。通過可視化界面或移動應(yīng)用程序，運輸管理人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)控物流運輸?shù)母鱾€環(huán)節(jié)，并對異常情況進(jìn)行及時響應(yīng)和控制。

（5） 數(shù)據(jù)存儲與管理層

負(fù)責(zé)存儲和管理采集的監(jiān)控數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。可以采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫或分布式存儲系統(tǒng)來存儲大規(guī)模的監(jiān)控數(shù)據(jù)，并提供高效的數(shù)據(jù)檢索和查詢功能。

（6） 決策支持層

基于數(shù)據(jù)分析和算法模型，提供運輸決策的支持。通過對監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測，系統(tǒng)可以提供實時的運輸狀態(tài)、優(yōu)化方案和風(fēng)險評估，幫助運輸管理人員做出準(zhǔn)確的決策。

（7） 通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層

提供監(jiān)控系統(tǒng)與物流設(shè)備、調(diào)度中心和其他信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和通信?？梢岳迷朴嬎愫臀锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，實現(xiàn)系統(tǒng)的高可用性和可擴展性。

四、實驗與結(jié)果分析

1.實驗設(shè)置

為了評估智能軌道物流路徑規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)的性能，筆者進(jìn)行了一系列實驗。在實驗設(shè)置中，筆者選擇了一個真實的物流場景作為測試環(huán)境，并使用了系統(tǒng)中的傳感器和監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。實驗中，筆者設(shè)置了不同的貨物運輸任務(wù)，并對運行系統(tǒng)進(jìn)行路徑規(guī)劃和監(jiān)控。同時，筆者收集了運輸過程中的各項數(shù)據(jù)，包括貨物位置、溫濕度、振動情況以及實時交通信息等。

2.實驗結(jié)果分析

根據(jù)實驗所得的數(shù)據(jù)，筆者對系統(tǒng)的性能進(jìn)行了詳細(xì)分析和評估。首先，針對路徑規(guī)劃算法比較了最短路徑算法、遺傳算法和基于實時數(shù)據(jù)的動態(tài)路徑規(guī)劃方法的效果。通過比較不同算法得到的路徑長度、運輸時間和擁堵情況等指標(biāo)，評估了它們在不同情況下的優(yōu)劣。其次，針對監(jiān)控系統(tǒng)的功能和性能分析了數(shù)據(jù)采集和處理的準(zhǔn)確性和實時性。通過比對傳感器數(shù)據(jù)和實際情況，評估了系統(tǒng)對于貨物位置、溫濕度和振動等參數(shù)的監(jiān)測能力。同時，對系統(tǒng)的報警功能和異常檢測能力進(jìn)行了測試和評估，以確定系統(tǒng)對于異常情況的及時響應(yīng)和處理的能力。

3.系統(tǒng)性能評估

在實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，筆者對智能軌道物流路徑規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)的性能進(jìn)行了綜合評估。評估指標(biāo)包括路徑規(guī)劃的準(zhǔn)確性和效率、監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理能力、異常檢測和報警的及時性等。通過與傳統(tǒng)物流系統(tǒng)進(jìn)行對比，筆者評估了智能系統(tǒng)在提高運輸效率、減少擁堵、提升貨物安全性等方面的優(yōu)勢。此外，筆者還對系統(tǒng)的可擴展性和適應(yīng)性進(jìn)行了評估?？紤]到物流行業(yè)的復(fù)雜性和多樣性，筆者分析了系統(tǒng)在不同規(guī)模和場景下的適用性，并評估了系統(tǒng)在面對未來物流需求變化時的靈活性和可持續(xù)性。

五、未來發(fā)展趨勢

在未來，智能軌道物流路徑規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)將面臨以下發(fā)展趨勢：

（1） 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)物流設(shè)備和傳感器的互聯(lián)互通，構(gòu)建更智能化和自動化的物流運輸網(wǎng)絡(luò)。

（2） 數(shù)據(jù)分析和人工智能的進(jìn)一步應(yīng)用

隨著數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，智能軌道物流系統(tǒng)將能夠更好地利用大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)更精準(zhǔn)的路徑規(guī)劃、預(yù)測和決策支持。

（3） 自動駕駛技術(shù)的引入

自動駕駛技術(shù)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用將逐漸增加，智能軌道物流系統(tǒng)可以與自動駕駛技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)更高效、安全的運輸過程。

（4） 綠色物流和可持續(xù)發(fā)展

智能軌道物流系統(tǒng)將越來越關(guān)注環(huán)境友好型的運輸方案。通過優(yōu)化路徑規(guī)劃和監(jiān)控，可以降低能源消耗、減少碳排放，并推動綠色物流的發(fā)展。

（5） 跨平臺和云計算的集成

智能軌道物流系統(tǒng)將更多地集成跨平臺和云計算技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享、協(xié)同和靈活擴展，提高系統(tǒng)的可用性和適應(yīng)性。

綜上所述，智能軌道物流路徑規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景。通過不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，系統(tǒng)將能夠更好地滿足物流行業(yè)的需求，提高運輸效率、減少資源浪費，并為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

六、結(jié)語

本文針對智能軌道物流路徑規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究與實現(xiàn)應(yīng)用。通過對系統(tǒng)的定義與特點、技術(shù)和方法的綜述，以及路徑規(guī)劃算法、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)等方面的詳細(xì)論述，對該系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行了全面分析與評估。智能軌道物流路徑規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)在提高物流運輸效率、優(yōu)化路徑規(guī)劃、保障貨物安全性方面具有重要的作用。通過實驗與結(jié)果分析，驗證了系統(tǒng)的優(yōu)勢，并發(fā)現(xiàn)了一些局限性。然而，這些局限性可以通過改進(jìn)傳感器選擇與布局、算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)分析和人工智能的應(yīng)用等方面來克服。未來，智能軌道物流路徑規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)將面臨更多的挑戰(zhàn)和機遇。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析與人工智能、自動駕駛技術(shù)、綠色物流與可持續(xù)發(fā)展等將推動系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展與創(chuàng)新。在實際應(yīng)用中，智能軌道物流路徑規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)將為物流行業(yè)帶來更高效、安全和可持續(xù)的運輸解決方案。通過與傳統(tǒng)物流系統(tǒng)的對比與評估，本文強調(diào)了智能系統(tǒng)的優(yōu)勢與潛力，并提出了改進(jìn)方向和未來發(fā)展趨勢。

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作者簡介：張艷麗（1979.03— ），女，漢族，黑龍江蘭西人，本科，物流師，研究方向：物流管理。