城市物流配送系统与交通信号控制系统协作模式研究

侯艳辉，郝 敏HOU Yan-hui,HAO Min

（山东科技大学 经济管理学院，山东 青岛 266590）

(College of Economic and Management,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China)

城市物流配送的基本要求是道路畅通，而交通信号灯的设置是否合理，对道路是否畅通有决定性的作用。随着我国各大城市的交通基础设施建设快速发展，城市道路越建越多，道路的拥挤程度和交通事故的发生率却没有得到明显的缓解，城市物流配送承受着与日俱增的压力。

为解决这一问题，现在已涌现出了大量的配送路线优化软件，但这些软件大都集中在解决最短路径的计算问题上，而对交通堵塞问题却无能为力。一条在地理上最短的路线可能因为交通堵塞而变成耗时最长的路线。所以，要加快城市物流配送的发展，必须解决交通堵塞问题，其中的交通信号控制尤为重要。

1 城市物流配送对道路交通的要求

1.1 基本要求

城市物流的基本要求是道路畅通，同时还要保证流向合理，运输距离短，配送速度快，按众多门店的要求，配齐商品，进行补货，以令人满意的服务，迅速、及时、准确、安全、低成本进行配送。要达到这样的要求，必须把道路交通的影响降到最低。

1.2 路径最短

在配送路线上，选择最短的路径，以便能够尽快地将货物运送到指定地点，这一研究领域已取得了很多成果，出现了不少的算法以及成熟的配送路线优化软件，如迈极资讯公司（Manugistics）的TR系统等[1]。一般来讲在计算优化路线时考虑的因素包括：①商品信息：体积、重量、类别、数量；②道路信息：道路图、道路行驶限制、路费；③客户信息：接货位置；④车辆信息：载重量、容积等。可见，道路行驶限制（包括交叉口通行状况、速度等）是影响配送路线优化的关键因素之一。

在此需要指出的是，很多软件在我国的应用状况并不理想，其中一个很重要的原因就是国内的交通基础设施满足不了当代物流运输的需要，交叉口的通行能力不足，虽然制定出了最优路线，却可能因为交叉口的拥堵而消耗最多的时间，没有实现真正的“最优”。

1.3 时间最短

交叉路口是道路通行能力的瓶颈。城市配送要求配送的及时性，选择的最短配送路线途中的交叉路口是否通畅，是配送时间的最大影响因素。所以在城市配送路线规划时宁愿绕弯走环路、高架桥，也要避免一些经常拥堵的交叉路口。但既然是城市配送，不可避免地总要经过交叉路口，只是多寡而已。因此对交叉路口的研究选择是配送路线规划的重要部分。现有的一些常用软件基本是只计算最短路径，而对交叉路口的选择还没有准确的预测算法。同时这些软件局限于交通车辆与交通信号控制系统之间的数据交换能力。

1.4 交通堵塞应急能力

突发性道路堵塞对运输费用具有较大的影响。在实际运输过程中，由于受到不确定因素的影响，运输车辆不可避免地会遇到突发性的道路堵塞，如果堵塞的持续时间较长，决策者就需要考虑重新选择路径，但是这一决策的正确有效性比较低，比起重新选择路径来，不如提前预防，所以，优化交通信号控制要有效的多。一般的交通信号控制中，没有考虑交叉口之间的关联性，每个交叉口都是独立的，如果能在一定的区域范围内协调控制各个相关交叉路口的信号，每个交叉口实现数据通信和共享，那么在发生交通堵塞时，就可以在宏观上进行控制协调，换言之，也就可以使车辆加强交通堵塞的应急能力。

1.5 提高路口的通行能力

前文已经提到，要优化配送时间，必须要提高交叉口的通行能力，减少道路的拥挤。如果在有效的绿灯时间之内放行尽可能多的车辆，再配合上配送路线优化系统、车辆卫星导航系统以及具有与交通控制信号系统之间数据交换能力的系统，那么不仅交叉口的交通堵塞问题可以得到缓解，而且即使交叉口由突发事件导致堵塞，也可以在最短的时间内，最快的选择其他路线，以免耽误时间，造成更多的损失。

1.6 降低能耗

交叉口信号灯的设置使得车流成为间断流，汽车通过交叉口时，经常需要减速、停车、加速，由此不仅使汽车产生一定的延误，而且由于汽车行驶状况发生变化，使得汽车在交叉口产生一个比在正常连续道路行驶时多得多的燃油消耗[2]。交叉口不仅是交通网络中的瓶颈地段，也是燃油消耗最多的地段，这必然会增加运输成本。

综上所述，城市物流配送对道路交通的要求越来越高，必须对道路交通进行合理规划，特别是交通信号控制的合理化，它在很大程度上影响着城市物流配送的效率，进而决定着城市的发展，不可忽略。

2 城市物流配送系统与交通信号控制系统的协作

通过研究不难发现，要实现城市物流配送系统与交通信号控制系统的协作，关键是将现有的配送路线优化系统、车辆运输调度系统与交通信号控制系统的信息流和控制流实现统一，达到数据和功能的集成。

2.1 配送路线优化系统与交通信号控制系统的协作

目前的配送路线优化软件，主要是以计算最短路径为主，而没有考虑道路状况，即使考虑道路状况，所有的数据来源也均是历史数据或静态数据。而交通状况是瞬息万变的，所以随着城市物流配送的发展，对配送路线优化软件的要求也越来越高，如果配送路线优化软件能实时的按照实际交通情况计算出最优路线，配送效率将会大大提高。目前，有些学者已经提出在交通限制条件下城市物流配送路线优化的方法，但这些方法的运用要求输入数据必须是动态的。

配送路线优化系统的约束条件可以根据特定系统的要求确定为货物需求量、发送量、交发货时间、车辆容量限制、行驶里程限制、时间限制等；系统的目标可以根据特定系统的要求确定为里程最短、费用最少、时间尽量少、车队规模尽量小、车辆利用率高等。在此道路动态信息至关重要，这就要求配送路线优化系统与交通信息控制系统进行数据传输与共享。如图1所示。

此处的道路信息主要包括两个部分，静态信息与动态信息。静态信息就是指地理上的道路信息，也就是现在目前常用软件的计算最短路径的方法；动态信息就是指从交通信号控制系统获得实时数据信息，在计算最短路径时要避开交通不畅通的路段，从时间与最短路径两方面综合考虑，确定最佳方案。

图1 配送路线优化系统与交通信号控制系统协作图

2.2 车辆运输管理系统与交通信号控制系统的协作

即使配送路线优化系统与交通控制系统相结合，实时地、动态的进行路线选择，还是难免会有突发情况产生，所以车辆与交通信号控制系统之间也应该有通信以及数据交换能力，以便根据交叉口的具体情况，对车辆进行实时控制、协调。

在此可以利用基于全球定位系统（GPS）车辆定位技术，测量确定车辆的相对或绝对位置，报告给管理中心或者为驾驶员提供路径引导服务。基于车辆定位的物流企业运输管理系统主要由管理中心与车载系统两部分组成[3]，如图2所示。管理中心根据货源和配送需求随时查询所属车辆的运行位置与状态，利用运输管理软件及地理信息系统（GIS）合理调度车辆，然后通过文字或者语音的方式通知驾驶员。各配送车辆与管理中心之间双向通信，配送车辆向管理中心提交车辆位置、状态或报警信息，管理中心向各配送车辆下发调度命令。

图2 传统车辆运输管理系统运作图

但是，这种传统的运输管理系统已经不能满足现代物流配送要求，系统需要与交通信号控制系统进行整合，如图3所示。整合后的系统有如下新的功能。

图3 车辆运输管理系统与交通信号控制系统协作图

（1）交通信息系统实时地将道路状况传送给配送路线系统，辅助系统做出路线优化。当交通堵塞出现在最短线路时，配送路线系统就可以根据其数据进行线路优化，以最短的时间完成配送。

（2）配送路线优化系统也会将车辆的路线数据传送给交通信息控制系统，当车辆足以影响道路通行状况时，交通信号控制系统就可以根据这些数据，在相关路线上进行信号时长优化，以最佳的状态配合车辆的通行。

（3）当车辆在运输过程中，配送管理中心可以通过GPS系统实时的确定车辆位置，如果车辆的运输线路上出现了交通堵塞情况，那么配送管理中心就可以提前从交通信号控制系统获得信息，提前改变运输路线，以免车辆陷入交通堵塞，耽误时间。

（4）当有紧急事件发生时，车辆会将信息反馈给配送管理中心，由管理中心作统一调度，并通知后续车辆。

3 结论

城市配送路线的规划需要实时地考虑交叉路口的信号灯延迟和道路交通状况，同时车辆调度必须考虑与城市交通信号系统的连接，以便配送车辆与车队调度实时掌握道路状况，选择最佳的行车路线。将城市物流配送与交通信号控制进行协调，不仅可以使道路交通顺畅，还可以节约配送时间、减少燃油消耗，降低配送成本，真正实现城市物流配送系统的整体优化。

[1]何彤，梁海琼.城市物流配送与平面道路交叉口交通信号控制[J].广东经济管理学院学报，2005,20(2)：67-69.

[2]张健，李小平.城市道路交叉口处的车辆运行燃油消耗[J].北华大学学报，2000,1(5)：456-457.

[3]黄辉宇，李从东，刘满平.基于车辆定位的物流企业运输管理系统[J].综合运输，2005(8)：60-62.