物联网环境下的城市逆向应急物流联合体协作平台研究，本文主要内容关键词为：联合体论文,物流论文,环境论文,城市论文,平台论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 前言
随着我国城市化进程的加快，城市遭受各类突发公共事件袭击的风险也在增加。突发事件的爆发往往会产生救援物资需求，应急管理部门在物资需求方面的保障能力将直接影响到突发事件应急处置行动的成效[1]。城市应急物流正是以提供城市突发事件所需救援物资为目的，以追求时间效益最大化和灾害损失最小化为目标的一种特种物流活动[2]。在救灾期间，随着应急物流管理部门和民间公益组织不断地向受灾区域调运物资，在应急物资灾区发放点与灾区现场往往存在着相当数量的富余物资、可重复利用物资和各类废弃物[3]，这些物资催生了对逆向应急物流管理的需求。
在我国城市应急物流的运作过程中，基于救灾的紧迫性，主要力量都投放在应急物资的正向配送上，对应急物资逆向物流的关注较少，导致出现了以下问题：首先，在可重复利用物资的回收再利用方面存在欠缺，很多具备多次利用价值的物资在救灾结束后被直接报废或遗失，导致大量的资源浪费；其次，在包括医疗垃圾、化学品在内的危险性废弃物处理方面存在疏漏，增加了引发次生灾害的概率；第三，缺乏在救灾过程中对部分物资发放点富余物资的临时调配能力，增加了应急物流的成本；最后，缺少对救灾基本结束后现场富余物资的管理能力，个别地区还出现过富余应急物资被倒卖牟利的不和谐现象，伤害了民众参与公益慈善事业的积极性[4]。加强对逆向应急物流管理，可以完善应急物资储备体系，实现有关物资的循环利用，减少资源浪费与次生灾害的发生，具有重要的经济效益与社会效益。
本文针对我国城市突发事件应急物流的特点，在物联网技术快速发展的大环境下，遵循“政府主导，多方参与”原则，引入包括地方应急物资的生产与销售企业、物流企业、废弃物处理企业、环卫部门、物联网企业等在内的专业社会力量参与，给出了一种包括应急物流管理中心、应急物资灾区管理站、逆向应急物流参与组织在内的联合体多级协作模式。本文同时还提出了一种适用于物联网环境的、智能化的网络信息平台模型，为逆向应急物流联合体的运作提供技术支持。
2 物联网环境下的逆向应急物流联合体协作模式
根据城市中常见突发公共事件的类型，常用应急物资按照用途主要可以分为生命救助类、生命支持类、临时食宿类、污染清理类、防护用品类、器材工具类、工程材料类等。突发事件爆发后，由于城市系统组元众多，存在着复杂的相互作用与非线性机制，呈现出高度的动态开放性，这使得城市突发事件具有复杂的、快速的关联效应及积累、扩散效应[1]，各灾情发生地(灾区)的物资需求难以准确预测；同时，救灾物资中相当一部分是由民众和社会公益团体捐助并自发向灾区运送，进一步增加了应急物流管理部门对应急物资的管理难度。这些都导致了部分救助站(或应急物资灾区管理站)出现较多富余物资的现象。此外，随着受灾市民和不同救援机构对应急物资的消耗，各类废弃物也大量产生。按照废弃物的污染性、危害性不同，可以分为一般废弃物和危险废弃物[3-4]。在城市突发事件救灾中，常常会产生大量的化工类、医疗类危险废弃物，这些废弃物无论是否可回收利用，都应由具备专业资质的特种废弃物处理机构及时收集处理。一般废弃物根据可利用程度分为一般可回收废弃物和一般不可回收废弃物，前者可由物资生产企业或有关处理企业进行处理，实现循环再利用；后者可由环卫部门处理。此外还有包括器材工具类在内的多种可重复使用物资在救灾任务结束后需要进行回收。
逆向应急物流涉及环节众多，专业性强，实施难度大，依靠传统的政府应急职能部门与地方武警(驻军)相结合的方式难以完成。本文结合城市企业众多、基础设施完备、科技力量发达等优势，给出了一种在应急物流管理中心指挥下、在应急物资灾区管理站配合下，包括应急物资生产企业与销售企业、第三方物流企业、废弃物回收处理机构、环卫部门等组织在内的逆向应急物流联合体协作模式。为了切实提高逆向应急物流管理的效率，本文引入正在迅猛发展中的物联网技术，因此逆向应急物流联合体中还应包括物联网相关IT企业以提供技术保障。城市逆向应急物流联合体构成如图1所示。
图1 城市逆向应急物流联合体构成
图1所示的逆向应急物流联合体在进行局部调整后，同样可适用于正向(或双向一体化)应急物流工作，本文主要针对该联合体在逆向应急物流中的运作进行阐述。
在组织构成上，城市逆向应急物流联合体主要包括应急物流管理中心、应急物流协调指挥中心、政府应急物资储备仓库、应急物资灾区管理站、其他应急物流参与组织等。
其中，应急物流管理中心属于城市突发公共事件应急管理委员会(应急办公室)的下属常设行政机构，是整个应急物流环节的领导机构。在逆向应急物流活动中，管理中心除了负责应急相关的情报、物资管理、财务结算、预案编制与演练管理工作，以及灾时逆向应急物流活动的组织、管理、指挥、协调工作，还要负责与城市应急各相关职能部门和救援机构之间的协调工作。应急物流协调指挥中心、应急物资灾区管理站、应急物资储备仓库都是应急物流管理中心下属部门，由应急物流管理中心直接领导。
应急物流协调指挥中心一般在灾时或平时应急演练时临时成立，由政府应急相关职能部门工作人员、应急物流参与单位的业务主管、领域专家等组成，负责包括逆向应急物流在内的整个应急物流任务的指挥与协调。
应急物资灾区管理站的规模和数量根据城市突发事件的实际情况动态调整，一般安排在突发事件爆发地附近，主要负责向受灾市民、现场各类救援机构发放所需物资，做好逆向物流涉及物资的管理，并向应急物流管理中心反馈灾区信息。在逆向应急物流中，应急物资灾区管理站还承担了现场富余物资、可重复使用物资、危险废弃物以及部分一般可回收物资的收集与管理工作。
应急物流参与组织还包括城市区域内的专项应急物资的生产企业、销售企业、第三方物流企业、废弃物回收处理机构、物联网相关企业、环卫部门等。联合体参与单位与应急物流管理中心之间签订逆向应急物流合作协议，明确权利义务关系。根据突发事件爆发与否，应急物流联合体的协作模式可以分为“平时”与“灾时”两种。在“平时”状态下，应急物流联合体参与单位只需要参加必要的协同演练；在“灾时”状态下，应急物流管理中心根据应急物资灾区管理站反馈的逆向物流需求，结合逆向应急物流预案及各参与单位的现状，在建立契约关系的单位中调拨有关资源，统一指挥，完成逆向应急物流任务，在任务完成后由应急物流管理中心和有关企业进行费用结算。这种模式同样可应用于正向应急物流管理中。
为满足物联网环境的要求，应急物流联合体各成员应在物联网企业的支持下，完善相关的软、硬件环境，例如应急物资储备仓库、应急物资灾区管理站、应急物资的生产和销售企业的专用仓库都要安装RFID读写器、天线，应急物资要贴RFID标签；配送车辆应完善包括RFID读写器、GPS设备、移动数据终端等在内的车载系统；应急物流协调指挥中心更要有可与交管部门进行实时数据交换的GIS平台，以及与应急物流联合体各成员进行多媒体数据交互的网络平台，以便进行统一指挥。这就需要一个强大的综合信息平台的支持。
3 应用物联网技术的逆向应急物流联合体信息平台
物联网(The Internet of Things，IOT)由MIT Auto-ID中心的Ashton教授在1999年首次提出，是一种通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络[5]。物联网的体系结构可以分为感知层、网络层和应用层3个层次。感知层用来感知数据，网络层用于传输数据，应用层为行业需求提供具体的应用服务。根据物联网的技术体系，结合城市逆向应急物流联合体的运作模式，本文给出了一种应用物联网技术的城市逆向应急物流联合体信息平台模型，技术架构如图2所示。
图2 物联网环境下的应急物流联合体平台架构
图2中最下方为感知层，由包括RFID标签与读写器、GPS、摄像头、传感器、M2M终端、传感器网络与传感器网关等设备组成，主要实现回收物资与承运车辆的感知、识别与定位，以及逆向应急物流相关实时信息的采集与获取。网络层将感知层获取的信息通过现有的各类网络进行传递，实现信息的实时共享。
应用层围绕城市逆向应急物流联合体构建综合信息平台，根据联合体成员的分工，又可以细分为应急物流管理中心逆向物流信息平台、应急物流参与组织逆向物流信息平台、应急物资灾区管理站逆向物流信息平台等。应急物流联合体逆向物流信息平台通过专用数据接口，可以与联合体成员原有信息系统、灾区现场救援机构数据终端进行互联。
3.1 应急物流管理中心逆向物流信息平台
在整个应急物流活动中，逆向应急物流活动在时间上往往是和正向应急物流活动交织在一起的。逆向物流涉及的环节与正向物流同样复杂，应急物流管理中心信息平台不仅要具有高效的数据获取、传输与处理能力，还应具备智能化的决策支持能力，从而快速制定出优化的行动方案。本文提出的应急物流管理中心逆向物流信息平台架构如图3所示，从体系结构上可以划分为数据层、决策支持层和应用层。
图3 应急物流管理中心信息平台架构
应用层主要包括回收物资去向跟踪管理、回收物资收发管理、回收物资承运管理、危险(特殊)废弃物管理、联合体参与组织信息管理、资金结算管理、逆向应急物流预案管理、逆向应急物流演练管理等功能模块。应急协调指挥模块也可归入应急物流管理中心平台中。
数据层为决策支持层与应用层提供数据源。数据层中的数据主要来自逆向应急物流联合体成员，包括内部综合数据库(包括应用层中各事务处理系统对应的后台数据库集合)、城市GIS数据库和外部综合数据库三类。
决策支持层主要负责对逆向应急物流中的方案优化、效果评估等，本文采用了基于模型库与方法库的决策支持系统，以及基于知识库和案例库的专家系统进行支持。在决策层的底层，是模型库、知识库、方法库与案例库以及相关管理系统，其中模型库中保存各种约束条件下的车辆调度、路径优化、应急调度等模型，方法库中存放着各类智能求解算法；中层是决策支持系统与专家系统，可以进行定量与定性分析；顶层是预案优化、行动优化、结果评估等常用决策功能模块，此外还包括知识管理平台。应急物流知识管理，在平时进行应急预案的优化，充实知识库、模型库、方法库等；在灾时辅助决策，知识管理平台向联合体成员开放。
需要特别提到的是，应急物流管理中心信息平台具有强大的数据处理能力和决策分析能力，平时可以向联合体内成员提供物流相关的计算分析、知识供给等服务，既减少了成员的信息化建设开支，又有助于提升联合体内节点间的协作能力。
3.2 应急物资灾区管理站逆向物流信息平台
在逆向物流管理环节，物资灾区管理站承担了逆向物流处理对象的收集与管理工作。为减少周转环节，在本文给出的应急物流联合体协作模型中，应急物流管理中心通过媒体等渠道引导民间公益团体直接将社会捐助物资送到应急物资灾区管理站，由管理站人员通过RFID处理系统进行登记管理，并对有关物资加贴RFID标签(为节约成本，仅对预案选定种类范围的社会捐助物加贴标签)。这些社会自发捐助物资构成了管理站富余物资的重要来源。富余物资的另一个收集来源是现场各类救援机构的剩余物资。
管理站的信息平台与现场救援机构的数据终端互联，互通物资信息。各救援机构负责富余物和废弃物的暂存。应急物资灾区管理站根据预案对废弃物进行大致分类，向救援机构提供加贴RFID标签的可封闭容器(容器由物资回收处理方，如废弃物处理机构、物资生产企业等提供)，不同种类废弃物放入不同容器，高危性(特殊)废弃物的收集由专业处理机构派驻人员负责；容器装满后，工作人员可以通过手持式RFID读写器补充容器标签信息，收集后存放到管理站的废弃物回收区。管理站把灾区现场的逆向物流需求信息发到应急物流管理中心，管理中心经过协调，落实接收单位和承运车辆，并把信息发到管理站，管理站在验证承运车辆的标签后协助装车。
应急物资灾区管理站信息平台架构分为应用层与数据层，其中应用层包括新物资接收管理(包括应急物流中心指挥配送的有标签物资和民间团体捐赠的无标签物资)、富余物资管理、回收预案管理、可再利用物资回收管理、危险废弃物回收管理、一般废弃物回收管理、多媒体通信、情报收集与信息发布等功能模块；数据层不仅包括上述功能模块对应的后台数据库集合，还包括应急物资回收预案库和外部数据库。逆向物流处理对象的回收需要消耗物资的有关救援机构、承运车辆的支持，因此信息平台具备与有关救援机构的数字通信终端和承运车辆终端系统进行数据交互的能力。该体系结构如图4所示。
图4 应急物资灾区管理站信息平台架构
其中富余物资管理模块包括富余物资的登记、上报、存储、装运等，管理站通过RFID处理系统对富余物资进行统计，并上报至应急物流管理中心；管理中心结合救灾全局，将某管理站的富余物资临时指定在途车辆或安排新车辆回收配送到急需的其他管理站，或送回到政府应急物资储备仓库，并将富余物资转运信息发至管理站，管理站配合承运车辆完成装运工作。可再利用物资回收管理、危险废弃物回收管理等模块的功能与之类似，只是回收目的单位相对固定或对回收车辆存在特殊的要求。
3.3 应急物流参与组织的逆向物流信息平台
应急物流参与组织众多，其中与逆向应急物流相关的有政府应急物资储备仓库、第三方物流企业、应急物资的生产与销售企业、废弃物处理机构、环卫部门等。虽然相关组织原有信息系统中也具有一定逆向物流管理功能，但难以适应物联网环境下城市逆向应急物流的特殊要求，也缺乏与应急物流管理中心和联合体其他成员进行实时信息交互的能力。
应急物流联合体具备动态性与可伸缩性，各成员之间也存在较大差异。应急物流管理部门并不需要每一个(类)参与组织打造单独的信息平台，而是基于“软件复用”原则，提供了包括RFID处理系统、逆向物流物资接收管理系统、逆向物流物资承运管理系统、逆向物流资金结算系统、逆向物流综合指挥终端系统，以及基于物联网技术的仓储管理系统、承运车辆通用终端系统等一系列通用系统，以及包括危险废弃物回收车辆车载系统在内的若干专用系统，成员可以根据自身在逆向应急物流活动中承担的任务，选用相应的系统模块搭建自己的应急物流专用信息平台，如图5所示。例如在逆向应急物流管理中仅承担一般不可回收废弃物处理任务的环卫部门只需要安装逆向物流物资接收管理系统；而危险(特殊)废弃物处理机构则要安装其中绝大部分系统。该信息平台可以通过多种网络链接方式与应急物流管理中心信息平台互联，并预留了统一的数据转换接口，可以与联合体成员原有信息系统进行数据交换。本文针对其中的危险废弃物回收车辆车载系统进行介绍。
图5 基于独立系统组合的联合体成员信息平台
危险废弃物回收车辆车载系统主要针对运送容易引起次生灾害的化工类、医疗类等废弃物。为了保证这类具有较大危险性的废弃物安全到达特殊废弃物处理机构，需要采用封闭式专用车辆，车载系统也要跟着调整，在技术上主要基于RFID处理模块、GPS模块、GIS模块、GPRS模块、摄像监控模块和多媒体处理模块等。在RFID处理模块中，车辆安装大功率的RFID阅读器和数据处理终端，可以实时读取装车物资RFID标签中的信息；摄像监控模块通过车厢内外的摄像头，对危险废弃物装车、在途、卸车状况进行记录，并可随时抓拍车厢内外目标图片，根据需要向调度指挥中心实时传递图像或视频信息。GPRS模块是实现远程无线联网、实时数据通信的基础，主要完成交互数据通信、短信接收发送、在线数据更新、调度中心远程指令控制等[8]；GPS模块主要完成经纬度、车速、海拔等信息的自动采集工作；GIS模块提供可视化的数字地图路径引导。应急物流管理中心可以通过车载GPS模块、GIS模块、GPRS模块实现在途运输路径应急调整。危险废弃物回收车辆车载系统具有车辆任务管理、车载废弃物管理、监控信息管理、运送路径管理、在途应急调度、多媒体数据通信等功能，本文主要对车载废弃物管理模块进行介绍。
车载废弃物管理包括废弃物装车管理、废弃物在途管理和废弃物卸货管理。废弃物容器装车时，车载摄像头开始录像，应急物资灾区管理站通过RFID阅读器读取车辆的电子标签以核实身份，然后开始装车；车载RFID阅读器动态读取废弃物容器外的RFID标签信息，与回收任务信息进行核对，发生不匹配时自动报警。装货完成并核对无误后封闭车厢出车，系统记录下车辆的出车时间。物资在配送途中，车内RFID阅读器定时读取物资信息，和GPS数据一起传递到应急物流协调指挥中心，如果发现物资信息有误，可立即对比找出缺失的RFID标签，并驱动RFID阅读器进行查找，如无法读取时系统自动报警，回放车厢内监控视频，排查原因，同时向应急物流协调指挥中心报告并记录在数据库中。在危险废弃物运送期间，通过计算废弃物的重量和容器体积，可以实时了解车辆的空载情况，便于进行在途应急回收。车辆到达特殊废弃物处理机构后，系统会通过读取接收方身份识别的RFID标签，验证卸货目的地。在卸货中，判断物资种类和数量与承运任务是否一致，并记录卸货的开始和完成时间，录像工作直至废弃物正常卸货完成，最大限度减少危险废弃物遗失的概率。
城市逆向应急物流联合体智能信息平台中涉及的包括RFID、GPS在内的物联网技术已经取得了长足的发展，并在军事、安全保卫、医疗卫生、智能交通等领域得到了广泛的应用[5-6]，此外无线通讯技术、GIS技术和多媒体技术已经相当成熟；同时在基于模型库和方法库的决策支持系统、基于知识库的专家系统的理论研究方面也取得了丰富的成果，并在科研、生产等领域存在着大量的成功案例[7-8]。本文提出的系统平台模型不仅具有充分的理论基础，也具备技术上的可行性。
4 城市逆向应急物流联合体平台建设中的注意事项
首先，政府应急管理部门应该转变观念，加强对逆向应急物流重要性的认识，推动逆向应急物流管理工作常态化，在平时就确立应急物流管理中心与逆向应急物流联合体参与组织之间的权利义务关系，明确各参与组织的职责，完善应急预案、指挥协调、资金结算、信息交互等方面的有关规程，加强应急演练。
其次，应尽快建立城市逆向应急物流联合体范畴内全局统一的、规范化的综合数据环境，能通过有线或无线网络与联合体内任一信息节点进行实时的数据传递。为减少信息平台的重复建设，可以最大限度地利用联合体参与组织原有的信息系统；为了消除各成员信息系统中异构数据源导致的信息共享不畅现象，应设计一套标准化的、统一数据接口。应急物流管理中心信息平台具有强大的数据处理与决策分析能力，可以在平时为联合体成员提供信息服务。
最后，虽然引入物联网技术可以显著提高逆向应急物流的运作效率，但是在实际应用中却存在着包括RFID条码在内的物联网产品成本偏高等因素造成的企业推广障碍[9]。应急物流是由政府主导的弱经济性活动，不应以追求利润为目标，而且引入专业社会力量参与应急物流已经大大降低了应用物流活动的执行成本，政府部门应动用应急专项资金，对参与应急物流工作的有关企业的物联网信息化建设工作给予经济补贴，或给予等效的政策倾斜，减轻联合体成员在物联网建设方面的经济负担。随着有关企业在应急物流活动中对物联网技术优越性认识的深入，企业会自觉增加对物联网建设的投入；政府推动物联网技术在城市突发事件应急物流中的应用，将进一步促进物联网行业的发展。
5 结束语
本文根据城市突发事件的特点以及我国城市逆向应急物流运作中存在的不足，在物联网技术迅猛发展的大环境下，给出了一种在政府应急物流管理部门领导下的、吸纳有关企业与社会团体参与的逆向应急物流联合体多级协作模式，该模式能够最大限度地整合社会资源和专业力量，在显著提高逆向应急物流的运作效率的同时，也实现了多赢和低碳目标，具备管理与经济上的可行性。
为支持该模式的运作，本文给出了一种适用于物联网环境的智能化信息平台模型，针对联合体内不同层级的成员节点，分别设计了相应的信息平台，以满足对应的事务处理与决策支持的需要，并强化了平台间的数据实时采集、实时传递和全局共享能力。该模型具备成熟的理论基础和技术上的可行性，模型的实施有助于提高我国城市逆向应急物流的管理水平，并进一步拓展物联网技术的应用领域。今后，我们还将对此做进一步的研究。