梁锦达 等：三维可视化技术在物流调度系统中的应用

原创：梁锦达 等

来源：物流技术与应用

说明：转发只为分享，不代表本号立场

摘要：计算机技术和图形图像技术飞速发展，与多个行业实现深度融合，三维可视化技术可以真实地实现物理场景，在城市建设、交通物流等行业发挥重要作用。文章以物流调度系统为例，分析了三维可视化技术在物流调度系统中应用的可行性，并对基于三维可视化的物流调度系统的功能和具体应用进行了论述，同时给出了部分三维可视化关键技术的实现程序参考。

关键词：三维可视化、物流调度系统、Three.js、数字化

作者：梁锦达 钱煦 陈雷 孙颖 耿宏飞 钟慧

江苏金陵智造研究院有限公司

一

物流调度系统

物流调度系统用于管理和优化车辆运动路线，负责对物流任务、现有资源和时间进行有效分配和安排，以实现高效的车辆移动和货物运输[1]。

通过物流调度系统，可以根据任务需求及实时状态，自动进行任务的优先级排序、分配和调度，以达到最佳的运输效率。物流调度系统采用路线规划算法，结合实时情况和任务需求，生成最佳的导航路径，并进行实时调整。物流调度系统可以实时跟踪任务的状态和进度，及时预警和处理异常情况。物流调度系统也可以收集、存储和分析大量的物流数据，包括任务信息、资源利用情况等。通过分析数据可以改进完善系统的调度策略和算法。

二

三维可视化技术

三维可视化技术以计算机技术为核心，综合计算机图形学、仿真计算以及交互传感显示技术，利用数据模型对各种设备进行显示和描述，包括设备的三维效果及位置姿态等。

通过三维可视化技术可以直接还原现场的真实场景。三维可视化技术弥补了传统二维文本、表格等的不足，能让用户在使用中获得良好的沉浸感与交互感，让用户能以更直观的方式对工业现场进行观测与控制，达到节本增效的目的[2]。

使用Three.js框架开发直观、全面的三维可视化界面。Three.js是一个基于WebGL技术和Java语言的跨平台开源库，通过建立渲染器、场景、相机、光源、物体等对象来创建和渲染三维图形和动画，可以提供强大的三维可视化功能，比如展示车辆、运输节点和路径等元素，并根据实时数据或模拟结果进行更新。

三

基于三维可视化的物流调度系统设计

1.系统框架设计

三维可视化物流调度系统基于SpringBoot+React+Three.js框架实现，系统由硬件层、数据层、应用层和交互层组成，如图1所示。

图1 统框架设计图

（1）硬件层

硬件层主要包含带有高性能显卡的计算机工作站、显示器、采集数据的传感器、网络设备等相关硬件设备。

（2）数据层

数据层主要包含对关系型数据和非关系数据进行处理的功能。关系型数据包括特定结构的实时运行数据信息、仿真运行数据等。非关系数据包括三维模型文件、图片等资源文件、各种文档文件等。系统需要对关系型数据进行获取与实时分析处理，也需要对如非关系数据进行添加、删除、修改和查询等操作，为应用层提供用户所需的数据服务。

（3）应用层

应用层负责三维场景展示、三维交互处理、物流任务决策与派发等功能的业务逻辑处理，包括三维场景渲染、三维模型加载和业务数据的关联关系建立等。

（4）交互层

交互层功能面向用户，在用户操作过程中提供引导、提示及反馈，通过Three.js技术对物理环境中各设备进行三维动态演示，对物流调度任务进行规划分配。用户通过交互操作以查看、控制三维场景中各设备及任务的实时状态，同时可以根据统计分析数据结果进行科学决策。

2.功能模块设计

三维可视化物流调度系统主要由以下功能模块构成，分别为三维展示交互模块、物流调度模块、数据采集处理模块、数据管理模块，如图2所示。

图2 系统功能模块图

（1）三维展示模块

三维可视化物流调度系统构建真实的现场环境及各种设备的三维模型，并将其与实际数据信息相对应，将物流调度系统的实时状态在显示器上展现出来。同时支持响应用户的交互操作，如鼠标点选拖拽缩放等。

（2）物流调度模块

根据自动或手动设置的任务需求，分析现有车辆、路径等资源的利用情况，合理安排和分配运力资源。

（3）数据采集处理模块

主要负责数据储存、数据采集、分析处理和输出，将实时数据应用于三维场景中并进行对比和分析，实现对真实物理系统的监测、预测和优化。

（4）数据管理模块

对系统运行中产生的调度任务信息、三维模型文件、图片资源文件、文档文件等进行管理，可以对数据进行有权限的增加、删除、修改和查询。

3.三维可视化技术的应用

（1）编辑自定义地图场景

使用三维可视化技术开发三维地图场景编辑器并开发自定义地图场景。编辑器可基于B/S架构开发，如图3所示。用户可以通过导入本地文件的方式或者通过拖拽侧边栏图标到编辑器视图区的方式引入新物体模型。在物体模型导入完毕后，用户可以点击选中各个物体进行编辑，被点击选中的物体会高亮显示，同时在物体中心位置显示一个三维坐标轴。通过点击或拖拽此三维坐标轴上不同区域使该物体在X、Y、Z轴三个方向进行移动、旋转和缩放，也可以右键点击物体对其执行删除操作。使用三维地图场景编辑器可以快速准确高效地创建真实的场景模型，并能方便地调整修改场景中各物体元素的属性，增强软件复用性，提高科研生产效率。

图3 三维地图场景编辑器

（2）实时监控追踪货物流动

通过传感器采集到的数据可以实时更新展示物流系统场景中各车辆、货物、货位的最新状态和位置。基于物流调度系统中的数据采集处理模块，系统通过实时监测各车辆、设备、货物的状态数据，在用户界面全方位实时同步展示现场的真实场景。用户通过鼠标或触摸屏等交互方式，可以实时查看和调整物流系统中的各项指标参数，也可以选择特定的一件货物或一台车辆进行视角跟随，紧密关注重点货物的转运动向，如图4所示。用户通过查看图表、列表等展示面板，可以了解每条物流任务的状态、进度、优先级等信息。因此用户可以直观地了解物流系统的实时运行情况，有利于及时发现问题和异常并做出相应的调度和处理。

图4 视角跟随特定的AGV车辆

（3）实时查看物流网络

通过三维可视化技术，可以将物流系统中的环境信息、道路网络、配送路线、派送点等以三维立体的形式呈现，如图5所示。不同于传统的CAD图纸和表格图表，三维可视化技术可以让物流调度系统以动态的三维仿真动画来展示实时运行状态，而且在用户需要的情况下可以点击三维场景中特定设备、位置、路线以将其高亮显示。用户能够对物流调度系统的运行状态既有宏观的、完整的认知，又有微观的、细节的观察。用户还能通过可视化系统观察现场环境和交通状况，更好地理解每条物流任务，从而进行规划和决策，选择最佳的运输路径，减少行驶距离和时间，提高物流效率。

图5 查看物流配送路线网络

（4）实时监测管理系统资源

通过三维可视化技术，可以直观地展示物流系统中的实时资源分布和利用情况，如物料、车位资源实时状态、仓库空间利用情况、车辆分布等，如图6所示。用户能更好地了解资源的分配和利用情况，同时根据当前的资源使用情况进行预测，从而合理安排和调配资源以提高资源的利用效率。

图6 系统运行效果图

（5）实时决策与分析

用户和管理人员根据三维可视化的系统运行状态，做出更准确的分析与决策。三维可视化技术可以将大量的物流路线、设备状态数据以更直观的方式展示出来，基于三维场景模型和物流状态信息数据，用户和管理人员可以基于数据做出更准确的决策。比如在物流车辆发生交通堵塞时可以及时查看具体情况，如图7所示。同时，可以利用可视化结果对调度系统策略进行优化改进，比如帮助用户选择更合适的物流线路、换用更合适的调度算法，从而提高物流调度系统运行效率。

图7 查看同一轨道中两台AGV的运行情况

四

三维可视化关键技术实现

1.模型加载

三维可视化物流调度系统需要展示的三维模型文件通常由建模工具绘制生成，比如使用3ds Max、Blender等工具创建stl、gltf、obj等格式的三维模型文件。Three.js支持多种格式模型文件的加载，部分相关程序如图8所示。

图8 模型加载部分相关程序

2.环境渲染

建立三维场景之后需要设置相机、光源并渲染。为使显示效果更加真实，这里使用透视相机(PerspectiveCamera)。通过设置相机的视角和位置、不同种类光源的参数以实现更好的渲染效果，部分相关程序如图9所示。

图9 环境渲染部分相关程序

3.交互操作

在交互操作过程中，用户需要进行点选三维场景中的特定物体、拖拽屏幕移动视角、缩放等操作，以实现良好的交互式体验，部分相关程序如图10所示。

图10 交互操作部分相关程序

五

结语

综上所述，三维可视化技术在物流调度系统中具有重要的作用和巨大的应用潜力，它能够提供直观、全面的三维可视化界面，将物流调度系统的实时数据与虚拟模型相结合，并能支持交互式操作以对物流调度系统进行实时查看和调整，帮助使用者更好地理解和分析物流调度系统的实时情况，优化调度和管理决策。物流调度系统中的三维可视化技术提高了用户的工作效率，降低了潜在风险，对于加快实现数字化和智能化具有重要意义。

参考文献:

[1]李永先,胡祥培,熊英.物流系统仿真研究综述[J].系统仿真学报,2007,(07):1411-1416.

[2]荣艳冬.基于WebGL的3D技术在网页中的运用[J].信息安全与技术,2015,6(08):90-92.

编辑、排版：罗丹

本文源自《物流技术与应用》2023年11期

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