CN104392289B - 一种车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统及方法,该系统包括射频读写模块、中央处理模块和无线通信模块;射频读写模块包括监控车门开关的RFID标签、多个货品RFID标签、天线和超高频率RFID读写器;超高频率RFID读写器的输入端连接天线的输出端,超高频率RFID读写器的输出端连接中央处理模块的输入端;中央处理模块的输出端连接无线通信模块,中央处理模块通过无线通信模块与监控中心进行数据通信。本发明可以自动获取产品的配送信息,并在运送过程中监控到运送的环境,及时发现问题,减少损失。路径优化部分则可以优化配送路径,减少物流配送的成本。
Description
技术领域
本发明属于物流配送技术领域,具体涉及一种车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统及方法。
背景技术
随着电子商务的发展,物流在实际生产生活中扮演着愈发重要的角色。物流公司面临物流物品派送过程监控及车辆排程和物流路径优化的问题。通常,物流公司会采用固定站点到站扫描情况监测物流过程并基于经验的方法规划物流路径,递送与接收货品。这种物流监测方式不能实现物品实时在线监控,并且以人工经验进行路径规划和派送的方式通常不能提供最优化的物流派送路径,造成了燃料和时间的浪费,造成物流成本的提高。此外,由于派送路径基于经验,对派送人员的技能要求较高,需要付出额外的培训成本,并且在人员离职等情况发生时,由于派送人员的路径经验丢失造成潜在的损失。
量子计算是根据量子理论的原理与概念如量子态,叠加纠缠和干预等提出的,并应用这个算法成功能解决了基础领域中的许多难题。然而,他们的研究在那个时候只局限于理论问题上。在2002年,量子进化算法(QEA)得以提出。这个算法是由量子计算概念所启发的。新算法成功地解决许多复杂的问题。QEA可以在很短的时间寻找到全局最优解。它良好的表现吸引了研究者的关注。然而,QEA的成功应用仍然局限在可轻易转换为0-1编码的问题,如背包问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统及方法。
本发明的技术方案是:
一种车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统,包括射频读写模块、中央处理模块和无线通信模块;
射频读写模块包括监控车门开关的RFID标签、多个货品RFID标签、天线和超高频率RFID读写器;
监控车门开关的RFID标签安装在车门外侧;
货品RFID标签内写有货品的配送目的地信息,各货品RFID标签分别置于待配送的货品上;
天线安装于车辆货柜的车门内侧;
超高频率RFID读写器的输入端连接天线的输出端,超高频率RFID读写器的输出端连接中央处理模块的输入端;中央处理模块的输出端连接无线通信模块,中央处理模块通过无线通信模块与监控中心进行数据通信。
该系统还包括安装于车辆货柜内的传感模块,传感器模块包括多个端口,根据需要连接温度传感器、湿度传感器、振动传感器和光强度传感器,各传感器的输出端分别连接中央处理模块的输入端。
该系统还包括与中央处理模块连接的显示及操作界面模块,显示及操作界面模块用于显示和查询货品配送状态。
利用所述的车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统进行车载物流货品配送的路径规划及实时监控的方法,包括以下步骤:
步骤1:车辆上电,进行货物装载:打开车辆货柜门,进入读取标签状态,通过超高频率RFID读写器读取各货品RFID标签,获取车载物流配送的货品信息,即配送目的地;
步骤2:物流人员完成货物装载关闭车辆货柜门时,超高频率RFID读写器读取到监控车门开关的RFID标签信号,进入配送状态;
步骤3:进行车载物流货品配送路径规划;
步骤3-1:根据配送目的地进行配送任务编号;
步骤3-2:初始化配送路径方案:根据各配送目的地随机生成初始配送路径方案;
步骤3-3:以配送过程中遍历的路径直线距离最短为目标,采用改进的量子算法优化初始配送路径;
步骤3-3-1:初始量子位集合其中,Q(t)表示量子位集合,表示量子位是状态1或状态0的概率,i=1,2,······,n,t为迭代次数;
步骤3-3-2:产生一个随机数,比较该随机数与的大小,进而计算临近点调整序列P(t)临近点调整序列表征配送路径方案中各配送任务次序的是否需要调整的方案;
其中,表示两个相邻配送任务是否保持相继配送,表示两个相邻的配送任务保持相继配送的连接关系,表示两个相邻的配送任务需要断开相继配送的连接关系;
步骤3-3-3:产生配送路径子序列:根据P(t)切割初始配送路径方案,产生几个片段的配送路径,即配送路径子序列;
步骤3-3-4:对配送路径子序列进行排序,从而确定新的配送路径方案:随机选择出一个配送路径子序列作为新的配送路径方案中的第一个配送任务,然后依次选择与当前配送任务i的配送目的地之间的距离最小的配送路径子序列作为下一个配送任务,直到所有的配送路径子序列都被重新连接,产生新的配送路径方案;
其中,dij表示配送任务i的配送目的地与配送任务j的配送目的地之间的距离;
步骤3-3-5:计算当前配送路径方案下车辆需要遍历的配送路径的最短直线距离,并判断当前是否达到最大迭代次数,是,则执行步骤3-3-7,否则执行步骤3-3-6;
D=∑dij
其中,D表示车辆需要行走的总距离;
步骤3-3-6:根据量子位旋转角度集合更新量子位集合Q(t);
其中,U(t)为量子位旋转角度集合,表示量子位旋转角度;
步骤3-3-7:当前的配送路径方案为优化的配送路径方案;
步骤4:按照优化的配送路径方案进行货品配送,并实时监控配送过程;
步骤5:若货品配送过程中,车辆接到突发的配送任务或货品领取任务,则利用快速响应算法调整配送路径方案:依次计算突发的配送任务的配送目的地或货品领取任务与优化的配送路径方案中各配送任务{m,m+1,m+2,…,n}的配送目的地之间的距离,选出最短距离对应的两个配送任务,将突发的配送任务或货品领取任务插在这两个配送任务之间;
步骤6:所有货品完成配送完毕,等待新的货品配送任务。
实时监控配送过程,包括货品已配送和货品未配送的状态更新。
实时监控配送过程时,实时监控车辆货柜内的温度、湿度、振动强度和光强度,当前配送的货品中有冷冻产品时,车辆货柜内的温度高于设定阈值则优先配送冷冻产品。
有益效果:本发明所提出的系统及方法可以自动获取产品的配送信息,并在运送过程中监控到运送的环境,及时发现问题,减少损失。路径优化部分则可以优化配送路径,减少物流配送的成本。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统结构框图;
图2为本发明具体实施方式的中央处理模块主要引脚连接图;
图3为本发明具体实施方式的GPRS模块和GPS模块原理图;
图4为本发明具体实施方式的按键、LED、复位原理图;
图5为本发明具体实施方式的液晶显示屏、UART口和USB口原理图;
图6为本发明具体实施方式的车载物流货品配送的路径规划及实时监控方法流程图;
图7为本发明具体实施方式的配送任务编号示意图;
图8为本发明具体实施方式的路径规划前与规划后的路径对比图,其中,(a)为路径规划前的路径,(b)为路径规划后的路径。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
一种车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统,如图1所示,包括射频读写模块、中央处理模块和无线通信模块;
中央处理模块如图2所示,采用三星的基于ARM11架构的处理器芯片S3C6410,运行WIN CE系统;
射频读写模块包括监控车门开关的RFID标签、多个货品RFID标签、天线和超高频率RFID读写器;
天线为圆极天线;超高频率RFID读写器型号为Alien公司的ALR-9900。
监控车门开关的RFID标签安装在车门外侧;
货品RFID标签内写有货品的配送目的地信息,各货品RFID标签分别置于待配送的货品上;
无线通信模块采用GPRS模块SIM300。天线安装于车辆货柜的车门内侧;车辆内还设置用于导航的GPS模块EB818。本实施方式的GPRS模块和GPS模块原理图如图3所示,其中SIMCADR6:为SIM卡的插槽,用于插SIM卡。
超高频率RFID读写器的输入端连接天线的输出端,超高频率RFID读写器的输出端连接中央处理模块的输入端;,中央处理模块的输出端连接无线通信模块,中央处理模块通过无线通信模块与监控中心进行数据通信。
该系统还包括安装于车辆货柜内的传感模块,传感模块设有一个接口,通过分线器实现多个端口,最多可以连接8个传感探头。用户可以根据货柜大小,所运送的货品以及运输要求选择相应的传感器,例如温度、湿度、震动等。本实施方式根据需要连接温度传感器、湿度传感器、振动传感器和光强度传感器,各传感器的输出端分别通过AD转换芯片连接中央处理模块的输入端。
该系统还包括显示及操作界面模块,显示及操作界面模块包括液晶屏LCD和触摸面板,液晶屏LCD采用的是7寸Innlolux Display(群创)公司的AT070TN83V.1,分辨率为800*480,支持18位RGB;触摸面板采用深圳北泰显示所推出的7寸触摸屏,型号为AG-1740A-GRB1-FD。液晶屏LCD的输入端连接中央处理模块的输出端,触摸面板的输出端连接中央处理模块的输入端,显示及操作界面模块用于显示和查询货品配送状态。
中央处理模块外设还包括按键、LED、复位电路,如图4所示。按键可以用于人工输入信息,LED可以用于实时监控的车辆货柜内的温度、湿度、振动强度和光强度的报警显示。此外,中央处理模块留有外接接口供连接RFID手持终端/手持扫描仪,有UART和USB多种接口可选,如图5所示。
中央处理模块中设置信息获取模块、路径计算模块和危机处理模块。
信息获取模块用以采集车载物流配送的货品信息:可以通过人工输入与自动读取两种方式进行。人工输入是通过人工的方式向系统输入任务信息、出发地信息、目的地信息以及特别要求等。自动读取接收的货品信息以及货柜所被监测的状态等。若第三方物流公司被客户允许,也可接入相关数据库自动获取上述信息。
路径计算模块用来以配送过程中遍历的路径直线距离最短为目标,采用改进的量子算法优化初始配送路径:初始量子位集合,产生一个随机数,比较该随机数与量子位的大小,进而计算临近点调整序列;产生配送路径子序列;对配送路径子序列进行排序,从而确定新的配送路径方案;计算当前配送路径方案下车辆需要遍历的配送路径的最短直线距离。
应用改进的量子算法规划路径的第一步是产生一个任务处理次序,同时也是配送目的地访问次序的随机序列。每两个邻近的配送目的地之间设置一个量子位。量子位可以为状态1,也可以为状态0。其状态是量子态的概率值随机产生。当量子位的状态是1时,将该量子位对应的两个任务分离开来。当量子位的状态是0时,其所对应的两个相邻的任务仍保持连接在一起。一个量子位串如果有m个量子位的状态是1,那么整个接收递送任务序列将会被切割成m个任务的子序列。接下来,应用一个为此问题所设计的贪婪启发式这些子序列重组。通过重组,可以得到一个具有较短的路径总长度,更优的配送目标地点访问路线。应用量子旋转门更新量子位,量子旋转门可以帮助搜索方向朝向最优解所在的区域前行。
危机处理模块是一个基于路径计算模块所用改进的量子算法的快速响应方法。若同时有多个突发任务时,首先产生一个随机的任务处理顺序。然后,计算排在第一位置待处理任务a与现有全部未执行任务的目的地距离,得到最近的一个i。再计算代处理任务a与最近任务i的临近的两个任务的距离,得到最近的一个j。尝试将a插入i与j之间,若满足任务要求,则得到一个新的序列。否则,去掉任务i,重新开始计算。
当车辆发动时,系统随车启动,通过超高频率RFID读写器读取车门状态信息,如车门处于关闭状态并车内有货品,则依据货品目的地信息计算配送最优路径并通过无线通信模块上传货品信息;如车门处于关闭且车内没有货品,系统处于待机状态;如车门处于开启状态,则系统处于读取状态,读取装入或搬离车厢的物品信息,如此时车辆处于移动状态则通过液晶屏LCD给出报警。车辆熄火后,系统随车关闭。
操作流程为,配送人员发动车辆,系统启动,读取车辆状态及货物信息;打开货柜车门,系统处于读取状态,系统读取配送人员装入或搬离货品信息;配送人员关闭车门完成货品装载或搬离,系统处于配送状态,根据关闭货柜车门后车内货品信息,计算配送优化路径并上传数据至监控中心;货品配送过程中,随着车内货品的改变、突发情况(例如车辆故障、新增取送物品任务)等动态规划剩余任务的最优路径,实现高效配送;配送完毕,车辆熄火,系统随车关闭。
利用车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统进行车载物流货品配送的路径规划及实时监控的方法,如图6所示,包括以下步骤:
步骤1:车辆上电,进行货物装载:打开车辆货柜门,进入读取标签状态,通过超高频率RFID读写器读取各货品RFID标签,获取车载物流配送的货品信息并传输至中央处理模块,车载物流配送的货品信息即配送目的地;
步骤2:物流人员完成货物装载关闭车辆货柜门时,超高频率RFID读写器读取到监控车门开关的RFID标签信号,进入配送状态;
步骤3:中央处理模块进行车载物流货品配送路径规划;
步骤3-1:根据配送目的地进行配送任务编号,如图7所示;
例如一次货品装载13件货品,包括物流起始地在内形成了14个需要途径的点,车辆由物流货站(坐标序号1)出发,遍历13件货品坐标(坐标序号2-14)并返回物流货站(坐标序号1)。为简化表述,坐标点间采用直线距离来衡量,物流优化目标为遍历路径最短。表1所示为14个坐标点信息。
表1物流任务信息
步骤3-2:初始化配送路径方案:根据各配送目的地随机生成初始配送路径方案;
本实施方式形成的初始配送路径方案为:
1→12→6→13→9→8→10→7→2→5→4→14→11→3→1,表示按该配送路径进行顺序配送。
步骤3-3:以配送过程中遍历的路径直线距离最短为目标,采用改进的量子算法优化初始配送路径;
步骤3-3-1:初始量子位集合其中,Q(t)表示量子位集合,表示量子位是状态1或状态0的概率,i=1,2,······,n,t为迭代次数;
步骤3-3-2:产生一个随机数,比较该随机数与qi t的大小,进而计算临近点调整序列P(t)临近点调整序列表征配送路径方案中各配送任务次序的是否需要调整的方案;
其中,表示两个相邻配送任务是否保持相继配送,表示两个相邻的配送任务保持相继配送的连接关系,表示两个相邻的配送任务需要断开相继配送的连接关系;
经过第一次迭代P(t)={0,1,0,1,1,0,1,0,1,1,0,0,0}。
步骤3-3-3:产生配送路径子序列:根据P(t)切割初始配送路径方案,产生几个片段的配送路径,即配送路径子序列;如果有m个P(t)的值是1,那么整个配送路径就将会被切割成m个子序列。
本实施方式产生的配送路径子序列为:{1,12},{6,13},{9},{8,10},{7,2},{5},{4,14,11,3}。
步骤3-3-4:对配送路径子序列进行排序,从而确定新的配送路径方案:随机选择出一个配送路径子序列作为新的配送路径方案中的第一个配送任务,然后依次选择与当前配送任务i的配送目的地之间的距离最小的配送路径子序列作为下一个配送任务,直到所有的配送路径子序列都被重新连接,产生新的配送路径方案;
其中,dij表示配送任务i的配送目的地与配送任务j的配送目的地之间的距离;此处配送任务i指的是上一个被选择的配送任务子序列中最后一个配送任务,配送任务j指的是待选配送任务子序列中的第一个配送任务。
步骤3-3-5:计算当前配送路径方案下车辆需要遍历的配送路径的最短直线距离,并判断当前是否达到最大迭代次数,是,则执行步骤3-3-7,否则执行步骤3-3-6;
D=∑dij
其中,D表示车辆需要行走的总距离;
步骤3-3-6:根据量子位旋转角度集合更新量子位集合Q(t);
其中,U(t)为量子位旋转角度集合,表示量子位旋转角度;
表2中给出了Δθi的变化规则,其中f(x)表示是第i次循环结果,记录下来的最好的解。在为该路径规划问题设计的旋转门中,θ1=0,θ2=0,θ3=0.01,θ4=0,θ5=-0.01,θ6=0,θ7=0,θ8=0。
表2Δθi的变化规则
根据下式产生新的Q(t)
步骤3-3-7:当前的配送路径方案为优化的配送路径方案;
图8为本实施方式的路径规划前与规划后的路径对比图,其中,(a)为路径规划前的路径,(b)为路径规划后的路径,可以看出,路径由之前杂乱无章,多交叉重复的路线变得合理有序。
步骤4:按照优化的配送路径方案进行货品配送,并实时监控配送过程;
步骤5:若货品配送过程中,车辆接到突发的配送任务或货品领取任务,则利用快速响应算法调整配送路径方案:依次计算突发的配送任务的配送目的地或货品领取任务与优化的配送路径方案中各配送任务{m,m+1,m+2,…,n}的配送目的地之间的距离,选出最短距离对应的两个配送任务,将突发的配送任务或货品领取任务插在这两个配送任务之间;
步骤6:所有货品完成配送完毕,等待新的货品配送任务。
实时监控配送过程,包括货品已配送和货品未配送的状态更新。
实时监控配送过程时,实时监控车辆货柜内的温度、湿度、振动强度和光强度,当前配送的货品中有冷冻产品时,车辆货柜内的温度高于设定阈值则优先配送冷冻产品。
Claims (5)
1.一种车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统,包括射频读写模块、中央处理模块和无线通信模块;射频读写模块包括RFID标签、天线和超高频率RFID读写器;超高频率RFID读写器的输入端连接天线的输出端,超高频率RFID读写器的输出端连接中央处理模块的输入端;中央处理模块的输出端连接无线通信模块,中央处理模块通过无线通信模块与监控中心进行数据通信;
其特征在于:所述RFID标签包括监控车门开关的RFID标签、多个货品RFID标签;监控车门开关的RFID标签安装在车门外侧;
货品RFID标签内写有货品的配送目的地信息,各货品RFID标签分别置于待配送的货品上;
天线安装于车辆货柜的车门内侧;
该系统还包括与中央处理模块连接的显示及操作界面模块,显示及操作界面模块用于显示和查询货品配送状态;
中央处理模块中设置信息获取模块、路径计算模块和危机处理模块;
信息获取模块用以采集车载物流配送的货品信息:通过人工输入与自动读取两种方式进行;人工输入是通过人工的方式向系统输入任务信息、出发地信息、目的地信息;自动读取接收的货品信息以及货柜所被监测的状态;
路径计算模块用来以配送过程中遍历的路径直线距离最短为目标,优化初始配送路径:初始量子位集合,产生一个随机数,比较该随机数与量子位的大小,进而计算临近点调整序列;产生配送路径子序列;对配送路径子序列进行排序,从而确定新的配送路径方案;计算当前配送路径方案下车辆需要遍历的配送路径的最短直线距离;
危机处理模块:若同时有多个突发任务时,首先产生一个随机的任务处理顺序;然后,计算排在第一位置待处理任务a与现有全部未执行任务的目的地距离,得到最近的一个i;再计算待处理任务a与最近任务i的临近的两个任务的距离,得到最近的一个j;将a插入i与j之间,若满足任务要求,则得到一个新的序列;否则,去掉任务i,重新开始计算;
当车辆发动时,系统随车启动,通过超高频率RFID读写器读取车门状态信息,如车门处于关闭状态并车内有货品,则依据货品目的地信息计算配送最优路径并通过无线通信模块上传货品信息;如车门处于关闭且车内没有货品,系统处于待机状态;如车门处于开启状态,则系统处于读取状态,读取装入或搬离车厢的物品信息;车辆熄火后,系统随车关闭。
2.根据权利要求1所述的车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统,其特征在于:还包括安装于车辆货柜内的传感模块,传感器模块包括多个端口,根据需要连接温度传感器、湿度传感器、振动传感器和光强度传感器,各传感器的输出端分别连接中央处理模块的输入端。
3.利用权利要求1所述的车载物流货品配送的路径规划及实时监控系统进行车载物流货品配送的路径规划及实时监控的方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:车辆上电,进行货物装载:打开车辆货柜门,进入读取标签状态,通过超高频率RFID读写器读取各货品RFID标签,获取车载物流配送的货品信息,即配送目的地;
步骤2:物流人员完成货物装载关闭车辆货柜门时,超高频率RFID读写器读取到监控车门开关的RFID标签信号,进入配送状态;
步骤3:进行车载物流货品配送路径规划;
步骤3-1:根据配送目的地进行配送任务编号;
步骤3-2:初始化配送路径方案:根据各配送目的地随机生成初始配送路径方案;
步骤3-3:以配送过程中遍历的路径直线距离最短为目标,采用改进的量子算法优化初始配送路径;
步骤3-3-1:初始量子位集合其中,Q(t)表示量子位集合,表示量子位是状态1或状态0的概率,i=1,2,……,n,t为迭代次数;
步骤3-3-2:产生一个随机数,比较该随机数与的大小,进而计算临近点调整序列户(t) 临近点调整序列表征配送路径方案中各配送任务次序的是否需要调整的方案;
其中,表示两个相邻配送任务是否保持相继配送,表示两个相邻的配送任务保持相继配送的连接关系,表示两个相邻的配送任务需要断开相继配送的连接关系;
步骤3-3-3:产生配送路径子序列:根据P(t)切割初始配送路径方案,产生几个片段的配送路径,即配送路径子序列;
步骤3-3-4:对配送路径子序列进行排序,从而确定新的配送路径方案:随机选择出一个配送路径子序列作为新的配送路径方案中的第一个配送任务,然后依次选择与当前配送任务i的配送目的地之间的距离最小的配送路径子序列作为下一个配送任务,直到所有的配送路径子序列都被重新连接,产生新的配送路径方案;
其中,dij表示配送任务i的配送目的地与配送任务j的配送目的地之间的距离;
步骤3-3-5:计算当前配送路径方案下车辆需要遍历的配送路径的最短直线距离,并判断当前是否达到最大迭代次数,是,则执行步骤3-3-7,否则执行步骤3-3-6;
D=∑dij
其中,D表示车辆需要行走的总距离;
步骤3-3-6:根据量子位旋转角度集合更新量子位集合Q(t);
其中,U(t)为量子位旋转角度集合,Δθi t表示量子位旋转角度;
步骤3-3-7:当前的配送路径方案为优化的配送路径方案;
步骤4:按照优化的配送路径方案进行货品配送,并实时监控配送过程;
步骤5:若货品配送过程中,车辆接到突发的配送任务或货品领取任务,则利用快速响应算法调整配送路径方案:依次计算突发的配送任务的配送目的地或货品领取任务与优化的配送路径方案中各配送任务{m,m+1,m+2,...,n}的配送目的地之间的距离,选出最短距离对应的两个配送任务,将突发的配送任务或货品领取任务插在这两个配送任务之间;
步骤6:所有货品完成配送完毕,等待新的货品配送任务。
4.根据权利要求3所述的车载物流货品配送的路径规划及实时监控方法,其特征在于:实时监控配送过程,包括货品已配送和货品未配送的状态更新。
5.根据权利要求3所述的车载物流货品配送的路径规划及实时监控方法,其特征在于:实时监控配送过程时,实时监控车辆货柜内的温度、湿度、振动强度和光强度,当前配送的货品中有冷冻产品时,车辆货柜内的温度高于设定阈值则优先配送冷冻产品。
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