綠色冷鏈物流配送車輛管理信息系統設計*

□ 米雪寧，姜曉紅

(南京林業大學 汽車與交通工程學院，江蘇 南京 210037)

冷鏈產品市場需求的急速上漲促進了冷鏈物流的發展，但目前我國的冷鏈物流運營仍存在許多問題，如冷鏈設施設備缺乏、冷鏈運輸設備陳舊等，物流運輸配送成本占所有物流成本的比例高達60%[1-2]。因此，本文以提高冷鏈物流配送車輛作業效率與協調管理水平為目的，利用車輛管理系統對冷藏車的運輸進行多方面的實時監控，同時對碳排放進行動態監控，從而降低配送成本，提高物流服務水平。

1 綠色冷鏈物流及管理信息系統簡介

冷鏈物流是指以低溫技術為基礎，保證冷藏冷凍類產品在整個供應鏈環節中處于適宜的低溫環境中，保證產品質量、降低產品損耗的系統物流流程。綠色物流旨在抑制物流活動對環境造成的危害，車輛管理系統則通過合理配載、路徑優化、規范調度等管理手段使運輸過程低碳化，充分利用物流資源，滿足國家“碳達峰、碳中和”的要求，優化交通運輸結構，加快構建綠色低碳循環發展的經濟體系。

物流管理信息系統是眾多應用管理信息系統之一，運用關系型數據庫、EDI等技術，建立高效的管理系統，對物流信息進行收集、傳送、存儲、加工和使用，是傳統物流行業中功能性業務的集合，包括運輸、倉儲、配送、增值服務等[3]。以信息網絡技術為媒介，降低物流成本，加強運輸過程規范管理，庫存、訂單、運輸狀態全程透明，使各環節相互協調，提高供應鏈的反應速度，達到全局優化的目的。

2 系統需求分析

在冷鏈物流中，因為運輸對象的特殊性，對運輸、配送等物流環節的要求極高，對配送車輛管理的現代化要求逐漸迫切，使用科學化手段提高物流運輸競爭力，遠程追溯的信息化管理對于提高冷鏈運輸質量具有重要意義[4]。結合配送過程中的實際運營情況和流程，建設完成車輛管理系統的基本框架，加強對各運輸環節的信息采集與監測，掌握物流中存在的安全隱患，做好緊急情況的應急措施，從而有效地降低損耗和運營成本，提高運輸工作效率，維護高效穩定的物流配送系統，保障供應鏈的高效、有序運行[5]。本文重點對冷鏈物流配送的車輛進行合理規劃，通過精準定位物流配送車輛、合理規劃車輛管理調度、車輛路徑優化等來實現物流效率的提高，實時監控車輛冷庫溫濕度、地理位置信息、碳排放等參數，從而滿足用戶的需求[6]。

3 系統設計與實現

3.1 基礎框架設計

依據系統總體結構的設計原則，對冷鏈物流配送車輛管理系統的總體結構和可利用的資源進行宏觀設計，根據“自上而下”“高內聚、低耦合”的原則[7]，清晰地定義車輛管理、物流業務管理等功能模塊，完成的系統功能結構如圖1所示。

圖1 系統模塊圖

3.2 數據庫系統設計

數據庫系統直接關系到整個車輛管理系統的運行效率，因此數據庫的設計要兼顧數據的完整性、準確性和實時更新性。SQL Server是一種常用的關系型數據庫，其以虛擬形式存放并傳輸數據，可伸縮的結構用以滿足未來不斷增長的需求，并能夠隨時進行數據恢復、系統維護，提高數據的使用效率和穩定性。本文基于SQL Server，根據冷鏈物流配送車輛管理系統的功能需求分析，采集配送車輛的詳細信息，建立關于碳排放、交通信息、實時位置、溫濕度等信息的數據結構表格，實時監控冷鏈物流供應鏈的運營狀況。需要系統主要完成的工作為采集輸入信息、冷庫與冷藏車輛管理、冷鏈運輸對象狀態監控，并在實體聯系的基礎上設計實體關系模型，如圖2所示。用戶可通過系統查詢和掌握各種信息的更新，進一步管控冷鏈物流業務的整個流程。

圖2 冷鏈物流配送車輛運輸E-R圖

3.3 功能模塊分析

3.3.1 物流業務管理

產品主檔可根據冷鏈體系中運輸對象的不同進行產品分類，輸入后系統將自動提供產品所需的儲存溫度，一般的生鮮農產品、鮮奶制品適合在2℃-10℃冷藏保存，速凍食品、肉類的冷凍運輸溫度在-18℃--22℃，醫藥制品如疫苗、試劑等則需要在-50℃以下的超低溫儲存。

配送任務訂單錄入后，系統將自動生成訂單編號，對該訂單的運輸對象、運輸需求、目的地等信息進行任務分解，在審批之后進行派單，結合人員信息選擇合適的駕駛員，合理分配訂單任務和交收。

3.3.2 車輛管理

車輛管理模塊是對冷鏈物流的運輸組織資料、貨物信息以及冷鏈技術等業務進行管理，根據用戶訂單的運輸需求和計劃，對運輸工具(冷藏車、冷藏箱)進行最優的行駛路線規劃，并根據輸入的貨物編號、重量、體積等信息，選擇合適的車輛，實現合理的配車功能，同時收集用車、出車信息，對所有配送車輛進行統籌，完成配送車輛的系統性調度。

冷鏈管理包括對移動制冷體系、保溫技術系統、冷鏈監控系統、冷鏈運輸裝備技術的管理。在運輸過程中，應根據運輸對象的特點設定適宜的溫控標準，并采取良好的保溫措施，當溫度波動超過一定范圍時，啟動制冷系統時冷藏車廂溫度回歸到標準的范圍，同時運用冷鏈運輸監控系統實現全程的溫度監控。

3.3.3 信息采集終端

信息采集終端主要由RFID模塊、GPS模塊、GPRS模塊、溫濕度傳感器模塊、碳排放監控模塊組成。

啟動信息采集終端，通過溫濕度傳感器、RFID標簽實現定時采集運輸產品的身份信息和溫濕度及變化曲線，在運輸過程中通過GPS模塊實時采集地理位置信息，將產品溫度數據進行記錄、讀取之后通過無線網絡上傳至數據信息平臺，實現對冷鏈物流配送車輛實時溫度監控、貨物信息查詢和地理位置跟蹤。

同時，根據綠色冷鏈物流的要求，對碳排放量進行監測，配送車輛等物流設備外部設有內含物流設備信息RFID標簽。將RFID閱讀器與傳感器組合組成節點，信息傳遞給網關節點處理，便可實時監控物流配送車輛的碳排放信息。如果發現碳排放濃度異常，則自動發出報警信號，提醒相關物流人員采取措施。環保部門、交通部門及物流企業等相關部門組織也能夠及時掌握碳排放信息，進行實時監控，系統流程圖如圖3所示。

圖3 碳排放監測系統圖

3.3.4 異常報警系統

根據冷鏈物流配送車輛的狀態，異常報警模塊可分為溫濕度異常報警、制冷設備異常報警、運輸路徑調度異常報警。根據運輸對象，預設冷藏車冷庫內適宜的溫濕度閾值，當冷藏車在運輸途中發生設備故障無法制冷時，會觸發報警系統，或者冷庫內溫度超過閾值時，也會觸發報警系統，提醒隨車人員或駕駛員及時處理并嚴密監測車廂溫度，以保證產品在運輸過程中處于安全狀態。

車輛的行駛調度由車輛管理模塊決定，由于運輸對象的高時效性，系統已預先為司機規劃最佳的行駛路線。當車輛實際的行駛路線與系統規劃的路線不同時，會觸發運輸路徑調度異常報警，警告駕駛員進行修正，并在后臺記錄行駛時間、路線里程等數據，為系統進行路徑優化提供數據支持。

3.3.5 數據管理

數據管理模塊使用SPSS統計軟件、Excel、報表及圖形等工具，為信息系統提供決策改進。

統計報告反應物流企業在一定時間內的配送車輛使用情況和車輛的運行記錄、維修費用統計等，車輛調度人員需根據表單進行運費結算、費用報銷，車輛管理人員則要了解客戶對于車輛使用服務的滿意程度和車輛每月的行駛里程及費用。

數據分析是根據溫濕度監控數據及變化曲線、碳排放量和地理位置信息等資料，對數據庫中累積的信息進行分析，從而進行系統的優化。

決策分析指系統通過數據維護、建模和分析等功能，協助管理人員鑒別、評估和比較物流策略上的可選方案，包括車輛日常工作計劃、存貨管理、設施選址以及作業比較和成本效益評價。

4 路徑優化設計

基于本文對于冷鏈物流配送車輛運輸過程中碳排放量的監測，結合冷鏈物流高能耗的特點和綠色物流的要求，配送車輛在很大程度上需進行路徑優化[8]。

車輛路徑問題可以描述為車輛從倉庫或者配送中心出發，到達給定的客戶節點進行裝貨或者卸貨，為了滿足客戶的實際需求，根據過程中必須滿足的約束條件和需達到的限定目標，對配送車輛的行駛路徑進行合理規劃，車輛完成任務后均需返回到原配送中心?？墒褂孟伻核惴?、自適應遺傳算法等現代啟發式算法，考慮運輸中的碳排放成本等，建立目標為配送成本最低的優化模型，并設計求解[9]。

假設某地有一個工廠，供應九個銷售點，各銷售點間及銷售點與運輸點之間的距離可用賦權連通簡單無向圖表示，如圖4所示。若物流車輛從工廠運輸點出發，每個銷售點都需供應產品，設計物流車輛的最優線路，使運輸路徑最短，并求出最短路程。

采用標號作業法,每次迭代產生一個永久標號，從而生長一顆以v0為根的最短路樹，在這棵樹上每個頂點與根節點之間的路徑皆為最短路徑。設定S為具有永久標號的頂點集；l(v)：v的標記；f(v)：v的父頂點，用以確定最短路徑；輸入加權圖的帶權鄰接矩陣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)尋找不在S中的頂點u,使l(u)為最小。把u加入到S中，然后對所有不在S中的頂點v，如l(v)>l(u)+w(u,v),則更新l(v),f(v)，即l(v)←(u)+w(u,v)，f(v)←u;

4)重復步驟2)，直到所有頂點都在S中為止。

圖4 運輸銷售點分布路徑圖

部分核心代碼如下：

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

%DIJK Summary of this function goes here

% W 權值矩陣 st 搜索的起點 e 搜索的終點

n=length(W);%節點數

D = W(st,:);

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

parent = zeros(1,n);%記錄每個節點的上一個節點

path =[];

for i=1:n-1

運用Matlab工具,采用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法得到運輸點到銷售點路徑最短的最優線路為1→2→3→4→6→5→7→8→9→1 ，最短路徑為68。

5 可行性分析

冷鏈物流產品易腐爛、不易保存，其對時間和運輸條件的要求更為精確，尤其是在末端的車輛配送環節。目前我國的物流從業人員存在專業化程度低、設備更新速度緩慢、運輸損耗率大等問題，與此同時，信息化運輸存在極大的社會性需求。

SQL Server數據庫管理系統和Matlab程序語言成熟、可操作性強、功能全面，GPS技術具有定位精度高、速度快，不受云霧、森林等遮擋物影響的特點，已被廣泛應用于導航定位與交通管理，是當今應用最廣泛的衛星定位系統，故本系統具有較好的經濟可行性和穩定的技術支持。

6 結論

冷鏈物流是一個復雜、精密的物流體系，依靠移動互聯網技術等現代化手段，建立冷鏈物流配送車輛信息系統，在信息技術的支持下，組織、協調物流活動，可加強冷鏈物流配送行業的信息化水平，最大限度地保證冷鏈貨物的品質，降低企業運輸成本，提高物流效率和企業效益，為冷鏈物流配送商實現科學、快捷的配送調度提供有力的保障，同時在系統中加入碳排放信息監控，對企業和政府實現低碳目標和綠色經濟具有現實意義。