基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS的油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)研究

文/李燁 熊彪 魏小林 牟長林

基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS的油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)研究

文/李燁 熊彪 魏小林 牟長林

油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化是長期困擾油料決策部門的難題。本文基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS技術(shù)，對油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、決策流程以及功能結(jié)構(gòu)進行了分析和設(shè)計，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS的油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，為下一步系統(tǒng)實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

油料儲備；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；數(shù)據(jù)層

1.引言

未來戰(zhàn)爭爆發(fā)的突然性和戰(zhàn)役戰(zhàn)斗進程的速決性，以及油料消耗時短、量大等供需矛盾，對部隊新時期的油料保障能力提出了新的要求，使得油料戰(zhàn)備工作變得繁重而艱巨。油料儲備是油料戰(zhàn)備工作的重點。加快油料儲備建設(shè)，扎實提高油料保障能力，不僅需要在油料儲備規(guī)模、數(shù)量上下工夫，更需要在油料儲備的結(jié)構(gòu)、布局上抓成效，以提高油料儲備的質(zhì)量和水平。雖然軍隊當前圍繞軍事斗爭做了大量準備工作，軍隊油料儲備水平和保障能力得到了明顯提高，然而，油料儲備缺乏宏觀統(tǒng)籌規(guī)劃，結(jié)構(gòu)布局不夠合理；儲備模式較單一，重規(guī)模輕質(zhì)量；軍民融合不深入，長效機制不健全等問題的存在，使油料儲備質(zhì)量無法實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，影響油料保障效能的充分發(fā)揮。

圖1 油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化系統(tǒng)決策流程圖

因此，以軍事斗爭準備為契機，對軍隊油料儲備進行宏觀統(tǒng)籌優(yōu)化，是當前軍隊油料儲備建設(shè)的重點和難題。油料儲備受到油庫位置和容量、輸送力量、交通條件、作戰(zhàn)任務(wù)等多方面因素的影響，且戰(zhàn)時條件下交通環(huán)境、輸送力量是敵方重點打擊對象，極易受到破壞，從而成為不確定性因素。傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，則無法處理帶有不確定性因素的油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化問題?；趹?zhàn)略統(tǒng)籌優(yōu)化視角出發(fā)，以油料物聯(lián)網(wǎng)實時信息和控制為基礎(chǔ)，基于GIS技術(shù)對油料儲備體系進行網(wǎng)絡(luò)化表述，并利用GIS軟件對其交通網(wǎng)絡(luò)進行基本分析和數(shù)據(jù)獲取，再結(jié)合探索性分析方法等多種不確定性分析技術(shù)進行綜合分析和統(tǒng)籌優(yōu)化，為解決油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化難題提供了一種切實可行的方法。

2.相關(guān)原理

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種傳感設(shè)備、實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)Interne t結(jié)合形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。油料物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，將實現(xiàn)油料保障需求實時感知、資源可視掌控、調(diào)撥精確定向、供應(yīng)全程調(diào)控、信息靈敏可靠等五大功能和目標，并將為油料儲備優(yōu)化決策提供更加準確和詳盡的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 GIS技術(shù)

地理信息系統(tǒng)（GIS），是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機軟硬件的支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。隨著GIS技術(shù)從桌面GIS到互聯(lián)網(wǎng)WEBGIS，再向物聯(lián)網(wǎng)GIS及云GIS方面的迅猛發(fā)展和應(yīng)用，將為解決油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化問題提供了更加便捷的基礎(chǔ)和條件。

2.3 探索性分析方法

探索性分析方法，是由美國蘭德公司對戰(zhàn)略評估系統(tǒng)和聯(lián)合一體化應(yīng)急模型分析求解中總結(jié)出來的一種系統(tǒng)分析方法。探索性分析是基于現(xiàn)代計算機高速運算技術(shù)，可用來對油料儲備問題中存在的不確定性要素所產(chǎn)生的儲備方案和結(jié)果，進行全面整體性的搜索分析和研究，并利用油料儲備中已有的先驗知識、基本型原理等給出想定變量、決策變量和期望結(jié)果的一個取值區(qū)間，再通過大量的大規(guī)模并行計算來解決油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化問題。

3.油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策系統(tǒng)設(shè)計

3.1 決策流程分析

油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策問題，既涉及到儲備地域的交通環(huán)境等基礎(chǔ)地理信息，又涉及到后方油庫、輸油部隊等油料方面的信息。因此，需要對這些眾多的信息進行處理，才能實現(xiàn)油料儲備的統(tǒng)籌優(yōu)化。如圖1為油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策系統(tǒng)決策流程圖。

油料儲備相關(guān)信息和基礎(chǔ)地理信息由油料物聯(lián)網(wǎng)及GIS系統(tǒng)搜集處理，并運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對油料保障系統(tǒng)進行模型化表述，形成可建模分析的油料儲備網(wǎng)絡(luò)。然后，通過對油料儲備網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)重要影響因素進行歸類分析，將油料儲備影響因子，分為探索因子和確定型因子兩類進行處理。再利用探索性分析方法，對油料儲備網(wǎng)絡(luò)進行探索性模擬仿真實驗，獲得油料儲備方案解集。再對探索性因子在解空間中進行探索性遍歷和尋優(yōu)，獲取最優(yōu)解空間，油料儲備方案的統(tǒng)籌優(yōu)選。

3.2 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計

油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)可采取面向服務(wù)架構(gòu)的思想進行設(shè)計，將地理信息系統(tǒng)和油料物聯(lián)網(wǎng)所獲得的空間，及決策數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中，并以此建立面向油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策的支撐平臺，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)、信息和資源的整合和管理使用。整個油料儲備決策支持系統(tǒng)分為用戶層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)層三層。如圖2所示為系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖。

3.2.1 數(shù)據(jù)層

圖2 油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)層主要工作是對數(shù)據(jù)進行存儲和預(yù)處理服務(wù)。油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)需要的空間數(shù)據(jù)、油料專題數(shù)據(jù)等信息，通過GIS系統(tǒng)和油料物聯(lián)網(wǎng)采集獲取后，分別存放在空間數(shù)據(jù)庫和油料專題數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中?？臻g數(shù)據(jù)一般包括了地形、交通、位置等等，油料專題數(shù)據(jù)包括了油料體制、油料實體、油品資源、保障任務(wù)、作戰(zhàn)環(huán)境等等一些與油料儲備優(yōu)化決策相關(guān)的信息。

3.2.2 服務(wù)層

在油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫和油料專題數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，部署GIS服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，并以GIS和油料物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)位中心建立開發(fā)平臺。其中，GIS平臺為基礎(chǔ)支撐平臺，為決策系統(tǒng)提供位置定位、距離測算、交通分析、空間分析、空間標注與查詢服務(wù)等功能。應(yīng)用服務(wù)器在GIS服務(wù)器的基礎(chǔ)上，對所得數(shù)據(jù)進行整合計算和綜合處理，通過決策模型形成決策過程。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器則為決策系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)鏈接接口與支持。

3.2.3 用戶層

用戶層是系統(tǒng)面向客戶的窗口，用戶可通過油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策，支持系統(tǒng)進行信息查詢以及決策支持。用戶層根據(jù)用戶請求做出響應(yīng)，將結(jié)果通過瀏覽器或其他圖文一體化方式與用戶進行交互，并為用戶提供油料儲備地域地圖查詢、油料儲備信息查詢、油料儲備決策分析等接口。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)功能包括三大模塊，即基本操作模塊、查詢模塊與決策模塊。

3.3.1 基本操作模塊

基本操作模塊主要是對油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策系統(tǒng)的基本操作和控制，包括了對GIS系統(tǒng)的導航控制、圖層、打印輸出、油料信息顯示及輸出等功能進行操作控制的模塊。

3.3.2 查詢模塊

查詢模塊是對油料儲備空間信息和屬性、專題信息和屬性的查詢。包括了對原始信息的簡單查詢功能，比如：對某一油庫位置、交通狀況等空間信息直接查詢，或者對該油庫容量、儲備油料品種等基本屬性信息的查詢。另一種查詢功能為統(tǒng)計查詢，通過SQL高級查詢工具，用圖層分類、邏輯和關(guān)系符號等對相關(guān)空間、專題信息和屬性的查詢功能，如查詢需求部隊100公里內(nèi)~10號軍柴儲量大于10000m3的油庫信息。

3.3.3 決策模塊

決策模塊是油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的重要功能模塊。決策模塊為油料儲備優(yōu)化決策提供指導，包括基本信息顯示界面，呈現(xiàn)油料儲備條件、原則、要求等基本信息。模型參數(shù)修訂界面，針對油料儲備統(tǒng)計優(yōu)化決策中，易受時間以及其他因素影響變化的參數(shù)信息進行及時的修正和調(diào)整，確保決策更加科學和貼近實際。決策結(jié)果界面則主要給出各儲備油庫的油料儲備品種、數(shù)量等，以及該儲備方案下油料輸送力量運用油料應(yīng)急方案等參考信息。

4.結(jié)語

油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策是建立在科學的決策方法和詳盡的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，由計算機自主運行產(chǎn)生的決策方案。本文對油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化決策支持的相關(guān)理論和系統(tǒng)設(shè)計進行了分析，重點對系統(tǒng)的決策流程和結(jié)構(gòu)功能模塊進行了設(shè)計。該決策系統(tǒng)可用于指導軍隊油料儲備統(tǒng)籌優(yōu)化工作，提高軍隊油料儲備的質(zhì)量和水平。

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解放軍后勤工程學院軍事油料應(yīng)用與管理工程系/駐中石化海南煉油化工有限公司軍事代表室/78539部隊）