GPS在物流中的应用
摘要： GPS（Global Positioning System）技术在物流领域有着极大的发展及应用潜力，本文对GPS在物流行业中的广泛应用做了较为详细的解析,GPS使得运输行业中的货主、第三方物流及接贷方都能直观地看到车辆的实时运行情况,也保障了货物及司机的安全,同时又能提高运输效率,实现经济和社会效益的最大化.
关键词：GPS 全球定位系统 物流 运输 车辆
1.全球定位系统GPS简介
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。
1.1组成部分
1.1.1空间部分
GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。
地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。
用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。
GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置[1]。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟作对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
2.GPS在车辆中的应用
三维导航是GPS的首要功能，飞机、船舶、地面车辆以及步行者都可利用GPS导航接收器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、CD—ROM驱动器、LCD显示器组成。
GPS导航是由GPS接收机接收GPS卫星信号（三颗以上），求出该点的经纬度坐标、速度、时间等信息。为提高汽车导航定位精度，通常采用差分GPS技术。当汽车行驶到地下隧道、高层楼群、高速公路等遮掩物而与捕获不到GPS卫星信号时，系统可自动导入自律导航系统，此时由车速传感器检测出汽车的行进速度，通过微处理单元的数据处理，从速度和时间中直接算出前进的距离，陀螺传感器直接检测出前进的方向，陀螺仪还能自动存储各种数据，即使在更换轮胎暂时停车时，系统也可以重新设定。
由GPS卫星导航和自律导航所测到的汽车位置坐标数据、前进的方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差，为修正这两者的误差，与地图上的路线统一，需采用地图匹配技术，加一个地图匹配电路，对汽车行驶的路线与电子地图上道路误差进行实时相关匹配作自动修正，此时地图匹配电路是通过微处理单元的整理程序进行快速处理，得到汽车在电子地图上的正确位置，以指示出正确行驶路线。CD-ROM用于存储道路数据等信息，LCD显示器用于显示导航的相关信息。
GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能，这些功能包括：
（1）车辆跟踪
利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。
（2）提供出行路线规划和导航
提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要辅助功能，它包括自动线路规划和人工线路设计。自动线路规划是由驾驶者确定起点和目的地，由计算机软件按要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线等的计算。人工线路设计是由驾驶者根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路库。线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。
（3）信息查询
为用户提供主要物标，如旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上根据需要进行查询。查询资料可以文字、语言及图象的形式显示，并在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询，车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。
（4）话务指挥
指挥中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理。
（5）紧急援助
通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。
GPS技术在汽车导航和交通管理工程中的研究与应用目前在中国刚刚起步，而国外在这方面的研究早已开始并已取得了一定的成果。加拿大卡尔加里大学设计了一种动态定位系统，该系统包括一台捷联式惯性系统，两台GPS接收机和一台微机，可测定已有道路的线形参数，为道路管理系统服务。美国研制了应用于城市的道路交通管理系统，该系统利用GPS和GIS建立道路数据库，在数据库中包含有各种现时的数据资料，如道路的准确位置、路面状况、沿路设施等，该系统于1995年正式运行，为城市道路交通管理起到重要作用。近些年来国外研制了各种用于车辆诱导的系统，其中车辆位置的实时确定以往主要依据惯性测量系统以及车轮传感器，随着GPS的发展和所显示出的优越性，有取代前两种方法的趋势。用于城市车辆诱导的GPS定位一般是在城市中设立一个基准站，车载GPS实时接收 基准站发射的信息，经过差分处理便可计算出实时位置，把目前所处位置与所要到达的目标在道路网中进行优化计算，便可在道路电子地图上显示出到达目标的最优化路线，为公安、消防、抢修、急救等车辆服务。
3.GPS在物流领域中的应用
3.1物流及其发展
物流就是物质实体从供给者向需求者的物理性移动。如果从“物体的流动”来理解，物流是一种古老又平常的现象。自从人类社会有了商品交换，就有了物流活动（如运输、仓储、装卸搬运等）。而将物流作为一门科学，从系统的角度来分析研究，却仅有几十年的历史。顺此说物流是一门新学科。从现代物流的发展轨迹看，物流是一门在不同时代承担着不同需求和任务的科学。20世纪60年代，作为现代物流学起源地的日本，社会化物产规模不断扩大，生龙活虎成本以每年2%的增长率上涨，而流通成本的增长率却达到5%。为降低商品在流通领域里的成本，日本开始了对物流方面的研究。实践证明，物流不仅可以大大节约流通成本，而且可以提供大量就业机会。据美国20世纪末的一项调查表明，美国每提供10个就业机会中，就有7个是由物流物业的发展创造的。据上海浦东地区对物流行业职工就业人数的调查预测表时，2000年服务牧业职工人数在物流行业职工总人数中占40%。因此，物流以其流动快、覆盖面广、增殖多、效率高、可持续发展能力强等特征，被称为与高科技、现代金融业共同成为21世纪新经济的支柱产业和新经济增长源。经过20年来的改革开放和经济的快速成发展，目前我国已具备了发展物流和配送技术的经济环境和市场条件。在激烈的市场竞争中，物流企业需要做好以下几主面工作：
(1)及时跟踪货物的运输过程；
(2)了解库存的准确信息；
(3)合理调度使用车辆、库房、人员等各种资源；
(4)为货主提供优良的客户服务，提供实时的信息查询以及物品承运的各种指标数据。同时，物流企业还要注重配送功能要素：备货、储存、分检及配货、配货、配送运输、送达服务。
3.2 GPS在物流行业中的各应用模块
就应用而言，我们主要使用的是GPS信息接收终端，而就GPS终端来说它只是具备采集经纬度、GPS时间与终端运行速度的功能设备而已，即信息采集的终端[2]。在物流的程序中，信息流占据着主导地位，是很多物流企业的制胜关键。GPS在物流中的应用更确切地说明GPS在物流信息中的应用。就现在的GPS系统与终端所具备的功能来讲，主要有以下几点：
(1)车辆分布
点击车辆分布，要从操作电子地图上察看自己用户名上所有车辆的分布情况，了解到所有车辆在各区域分布的具体位置、行驶状况。通过对该功能的使用，可以查到在某个地域内哪些车辆可供使用，也可以了解公司所有在途运输车货的分布情况以及可供使用的车辆依据。
(2)历史轨迹
通过对历史轨迹的查询，可以看出车辆在行驶过程中的状态、路线，从而规定行驶线路、中途随意停车。根据该车的行驶轨迹，公司与客户都可对货物在途的运输过程有相应的了解，并可将此作为考评依据。
(3)当前位置
通过好时位置的查询可以看出车辆当前准确的位置所在、运行的方向和运行速度。一般这个功能只有在意外或特殊情况发生时才会用到，如：有报警信息发生需进行救援、急于查看车辆的具体位置进行实时调度等。
(4)连续监控：
可根据实际情况设置对车辆进行监控的时间段和位置点上发生的条件。如：在车辆出发前先预计设置行驶的时间对车辆进行监控的上发条件及时间。这样可达到对车辆进行全程的监控目的，以使有据可查。
(5)区域看车
可根据车辆预计行驶的范围或路线在电子地图上定一个或多个报警区域，当车辆驶出和驶入该区域时终端就会向系统发出报警信息，报警信息会以手机中文短信的方式发送到指定的手机上，告诉手机的持有都是何时、何地、何车因何原因发生了报警[3]。这项功能可用于车辆按
(6)接货方
接货方只需要通过发货方所提供的相关资料和权限，就可在互联网实时查看到货物信息，掌握货物在途的情况和大概的运输时间，以此来提前安排货物的接收、停放以及销售等环节，使货物的销售链可提前完成。指定路线行驶中。设置车辆行驶路线和定点上报功能，即可用于公司也可开放给客户。
通过对GPS这些功能的应用，在物流中可及时进行调度和配载，降低车辆空驶率，可对承运货物的车辆进行全程跟踪以保证其安全性，也可实时掌握车货的所在位置提前完成对应工作的安装，加强对司机的管理，彻底解决私拉乱运问题。
4.结语
综观全球卫星定位系统的发展，GPS在物流上的应用已逐渐深入民众的生活中，带来生活很大的便利，而“时间就是金钱”的名谚，成为在物流业界中争取时间，提升效率一直是业者竞争力强弱的重要指标[4]。根据IMF的调查报告，台湾地区物流成本占国内生产总毛额(GDP)的13.1％，只要能把物流成本降低一个GDP的百分点，每年就可以帮厂商省下惊人的成本支出，物流业者在讲求精致化管理与提供更有效率也更低成本的营运绩效，同时也致力于提升服务的附加价值，所以在运输配送的物流环节中，应用GPS、PDA与行动无线通讯技术，不但使得物流业者能充分掌握车辆、订单、货物资料的时效性，同时亦能即时满足客户对货物即时查询之需求，有效强化企业后勤支援能力，让物流交易能顺畅进行，充分掌握时间以节省成本并创造极佳的效益[5]。
参考文献:
[1]王惠南.GPS导航原理与应用[M].北京:科学出版社,2003
[2]王晶.GPS在现代物流中的应用及题分析[期刊论文]-商场现代化2009(1)
[3]刘华.现代物流管理实务[M].北京：清华大学出版社，2008.106-112
[4]张洪革.物流仓储与配送管理[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2006.269-274
[5]张宇宾.GPS与GIS及其在现代物流中的应用[J].使用物流技术，2010,4:26-28
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