所属栏目：智能科学技术论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:146
副标题#e#摘要：随着计算机技术和网络技术的飞速发展，计算机仿真技术和虚拟显示仿真广泛地应用于各个领域。基于HLA的物流运输车辆调度监控系统的开发依据联邦开发和执行过程模型对这个系统的特点，功能，结构和开发流程等做了详细说明，提出了具体的实现步骤。着重介绍了该系统的对象模型模板、对象类、交互类及其属性、参数的设计以及对各联邦成员之间的信息交互进行设计。
关键词：仿真；高层体系结构；联邦设计；GIS
Research of the vehicle deployment monitoring system in logistics based on HLA
Abstract: With the development at full speed of the computer technology and network technology, the artificial technology of the computer and real-virtual emulation is widely applied in every field of our life. Including the characteristics of this system, the function, the structure and procedure etc have been done to explain in detail and purpose the detail steps which based on HLA in transporting model according the development of the vehicle deployment monitoring system. I also introduced the model template ，targets template including the parameter of this system emphatically and the information transaction in federation members.
Key words: Simulation；High Level Architecture ；Federation design ；GIS
引言：运输是物流中不可缺少的环节。物流系统是通过运输完成对客户所需的原材料、制成品库存的地理上定位的。因此，如何提高车辆的运输效率，减少空载消耗以及提高车辆调度员的调度水平是物流业有待解决的问题。而物流的运输常常需要考虑交通堵塞、路径选择、能源违纪、成本控制等各种因素，设计到众多复杂的数学模型，在实际应用中难于有效运作，于是有必要建立一个有效的运输车辆监控系统并对车辆调度人员进行教学和培训。运输调度是物流系统最复杂，动态变化最大的，很难用解析法描述运输的全过程。因此，通过虚拟现实技术对运输调度过程仿真，调度人员对所执行的调度策略进行检验和评价，从而采取比较合理的调度策略。
对物流车辆调度系统可视化仿真具有成本低、效率高、操作方便、易于观察等优势；并且利用系统模型在仿真的环境和条件下，可以对物流车辆调度系统进行研究、分析和实验，设计合理的物流车辆调度方案，与此同时还使得物流车辆调度人员通过仿真获得了处理各种复杂情况的经验并提高应变能力。物流调度系统在国内发展起步较晚，本文也是在此基础上对调度系统做初步探究。因此，本文使用虚拟现实技术，基于高层体系结构（High Level Architecture，HLA）对于仿真部件互操作性和可重用性的思想，建立了一个物流运输车辆调度监控系统。此系统利用了在各个领域的应用已非常成熟的GPS技术作为车辆定位模块，从而使物流车辆能及时准确的向调度系统反馈车辆状态信息，从而形成一个完整的物流车辆#p#副标题#e#调度系统。
1. HLA简介
HLA是1995年美国国防部（DOD）发布的建模与仿真大纲（DOD M&S Master Plan）中第一个目标——开发建模和方针通用技术框架中的首要内容，其主要目的是促进方针应用的互操作性和方针资源的可重用性。1996年10月美国国防部正式规定HLA为国防部范围内方针项目的标准技术框架，开始推行HLA，并以之作为替代远游的DIS、ALSP等标准。同时提交IEEE，作为IEEE1516发布。从90年代以来，随着计算机技术尤其是面向对象技术与分别计算机的发展与成熟，产生了基于客户、服务器模式的分布对象计算（DOC），并且初相了支持分布对象计算的具有代表性的分布系统开发技术，它的出现，为高级体系结构HLA的建立提供了很好的技术基础。作为建模与仿真的高层体系结构HLA主要由三部分组成：
1） HLA规则。HLA规则既规定了一个联邦必须满足的要求，又规定了一个联邦成员必须满足的要求。
2） RTI接口规范。RTI按照HLA的接口规范标准进行开发，提供了一系列用于仿真互联的服务。
3） 对象模型模板OMT。该对象模型描述了联邦在运行过程中需要交换的各种数据及相关信息。
2. 车辆调度监控系统的开发
由于在物流车辆调度系统中，客户、调度中心、车辆监控中心、GPS卫星以及每个在路上运输的车辆都是分散的，可以理解为分布式的，而它们有些成员有各自的独立性（如客户、物流车辆等），成员之间的交互也有一定的复杂度。因此可以利用HLA高层体系结构来对此系统进行建模与仿真。把物流车辆调度系统作为基于HLA的建模与仿真，不仅充分利用了HLA的分布仿真优势，而且节省了人力物力，并对物流系统的实现起到了很大程度的参考作用。本文设计的分布交互式仿真系统在HLA的框架下建立仿真应用，实现联邦标准服务中的联邦管理、对象管理、时间管理和声明管理服务。联邦开发和运行过程模型如下图所示：
1） 系统想定
当货物运输车在路途中行驶时，车辆的物理位置通过GPS和GPRS双链路通信来确定。一般情况下，车载单元通过GPS模块接收GPS卫星发来的定位数据，并将数据处理后传送至车辆监控中心。若GPS车载单元出现故障，车辆位置信息可以通过司机使用GPRS把数据传送到监控中心进行信息交互，以保证系统的正常运作。监控中心通过GPS（或GPRS技术）将车辆的位置显示在电子地图上（或进行GPRS信息交互）。这里，我们将GIS引入到车辆监控过程中，它能够将现实世界中真实数据，运用分析方法和算法，将结果直观的显示在地图上。客户可以通过GIS显示屏查询已知编号车辆的位置及其他信息。如果车辆在行驶过程中遇到紧急情况，如交通堵塞等，需要及时向车辆监控中心传输报警信息。同时，监控中心可以随时跟踪各个车辆当前的位置，因而车辆调度员可根据调度中心发送的运货信息的变化，将行进中的车辆动态的调配到比原计划更加需要该货物的地方去。系统想定如图1所示：
2） 联邦开发
使用HLA中的开发工具FOM和SOM定义系统中的联邦成员。FOM是联邦中代表真实世界的对象类的集合，是真实世界对象中相互映像的交互类的集合，是以上这些类的属性和参数，是这些类代表真实世界的详细程度。SOM是单一联邦成员的对象模型，它描述了联邦成员可以对外公布或订购的对象类、对象类属性、交互类、交互参数的特性，这些特性反映了成员在参与联邦运行时所具有的能力。因此根据系统想定进行FOM和SOM的设计。
●FOM中对象类与交互类的设计
在HLA中，对象类是指参与联邦交互的对象实例所属的类，成员间的交互操作既可以通过更新、反射对象类属性来完成，也可#p#副标题#e#以通过发送、接收交互实例来实现。对象类由对象属性组成，交互类由交互参数构成。 
调度中心类及其属性是根据订单最新变化信息而设计的，监控中心类则为实现车辆的调度而设计。如果车辆在行进的过程中遇到临时情况，可及时向监控中心报警，监控中心通过GIS显示屏上移动车辆的位置做出判断决策；紧急通知为车辆监控中心根据实际情况，及时通知运输车辆改变行车路线或者紧急撤回。
● SOM的设计
本文所要仿真的系统为上述车辆监控系统模型。在仿真系统中，共有五个联邦成员，分别是车辆、配送中心、车辆监控中心、GIS显示屏和客户。各个SOM的公布、订购关系如表3所示：
●联邦成员的开发
FOM和SOM的建模完成之后，下一步就是FOM和SOM的开发，主要的工作就是用VC++完成具体的仿真任务设计，这里面设计很多的有关HLA的开发的技巧，要根据实际情况选择好的设计方法来实现。
成员类图如下所示:
类作用说明：SOM调用Simulation类的simulation函数作为仿真线程，该类的成员中包含相应的一些类的对象。各个类的作用如下： 
3） 运输车辆调度监控系统体系结构
在车辆调度监控系统运行中，RTI相当于是一个实现特定目的的分布式操作系统，联邦成员之间不进行直接交互通信，而是通过时间运行支撑环境RTI来实现，各联邦成员只与客户机上的RTI进行交互。当仿真实体的状态发生变化时才发送信息给需要这些变化信息的仿真成员，联邦成员与RTI之间通过请求和提供一系列服务的方式来实现交互。体系结构如图2所示。
4） 物流车辆调度监控系统流程图：
在系统仿真中，HLA的时间管理十分重要。联邦成员车辆和监控中心的时间管理策略为既时间控制又时间受限；调度中心的时间管理策略为时间控制；GIS显示屏的时间管理策略为时间受限。由于车辆位置需要在GIS显示屏上实时动态显示，因此消息传递顺序应该选择延时最小的方式——接收顺序。为了确保事件的处理顺序不偏离物理系统中时间发生的顺序，本文选择保守的时间推进机制和步进的时间推进方式。物流车辆调度监控系统流程图如图3所示。该流程图显示的是整个应用程序的逻辑关系，其中调度中心消息处理、监控中心消息处理、车辆消息处理和GIS屏幕消息处理之间并不存在严格的先后顺序，都是以事件驱动机制的，即先发送交互的成员消息先处理。
3. 车辆调度监控系统的开发工具
由于物流车辆监控系统是个复杂系统，各个车辆与物流车辆监控中心是独立并分散的，而且存在大量货物运输车与监控中心、调度中心之间的信息传递与交互，如调度监控中心需要车辆改变目的地、合理利用返回空载车辆，监控中心需要车辆遇险报警以及紧急通知等等。因此本文使用了已经发展成熟的GIS技术和GPS技术。本系统的仿真实体模型开发采用MultiGen Creator 3.3，FOM/SOM的设计采用Visual OMT 1516，从而实现了三维模型的建立与仿真对象模型模板的设计；实体模型驱动采用Vega Prime(简称VP)，RTI支撑环境采用pRTI1516.
结束语：运输是物流不可缺少的环节，运输的合理化在物流管理中十分重要。不仅如此，由于物流管理的目的是在总成本最低的条件下，满足既定的客户服务水平，按质按量地把所有需要的东西运到所要求的地方，对运输服务提出了更高、更苛刻的要求。为了掌握运输车辆当前的信息状况，确保货物运输的安全性、准确性，运用当前的GPS与网络通讯技术，实时追踪运输车辆动态状况，以确保货物迅速和按时到达目的地是物流运输的关键技术。而物流的运输系统常常需要考虑交通堵塞、路径选择、能源危机、成本控制等各种因素，设计到众多复杂的数学模型，在实际#p#副标题#e#应用中难于有效运作，于是有必要建立一个有效的运输车辆调度监控系统并对车辆调度人员进行教学和培训。通过对运输调度过程的仿真，调度人员对所执行的调度策略进行检验和评价，就可以采取比较合理的调度策略；而且不同的调度人员运行仿真系统时，运输成本等系统参数会不同，从而以此评判调度人员的调度水平。本文所作的物流车辆调度监控仿真系统，要最大限度的发生作用，在模拟显示这方面做的还很有限，还可以再做的研究包括：1）采集物流系统中关于成本消费的数据，并嵌入到本系统，比较不同调度方式的成本损耗。2）建立一个全面的关于大型车队的车辆信息系统，方便客户随时查询。本文只是将HLA技术和运输车辆调度仿真结合起来进行的初步研究，希望能为本系统完整的实现奠定一定的理论基础。
参考文献：
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