基于GIS的物流路径优化设计——以广州志鸿物流公司为例

　　1.1.1选题背景

　　经济发展新时期，随着城镇化建设飞速发展，城市道路基础设施也日加完善，在互联网与物联网充分得以应用的环境下，物流环节成为经济发展的关键问题之一，但是也面临着道路网复杂性增强、货运点不断增加、配送点设置广泛且零散性提高等问题与挑战，面对此情况，物流配送换环节往往会花费更多的资源与成本，并且物流配送时间也在直接上影响的客户的购物体验与满意度。而传统的物流配送技术与管理存在一些不足之处，难以应对当前的复杂情况，例如：（1）物流配送管理平台的系统应用信息化水平低，且缺乏动态监管；（2）数据收集、分析、处置、决策以及传递等能力有所欠缺；（3）现有的一些配送决策模型国语理想化，可实施性不高，故而导致在实际应用中较少，并且已经应用的配送决策模型也存在着因为对实际因素误差考虑少，具体实施时候往往讯在歧义等问题；（4）新形势下，单一的沿用传统物流配系统将在成本消耗、资源浪费、顾客满意度获取、城市交通负担当存在诸多问题。

　　1.1.2研究意义

　　互联网时代，电子商务繁荣发展，物流配送的信息化与现代化已经成为促进经济发展的重要因素。因为配送环节更是直接影响着企业的成本与消费者的满意度。而要改进物流配送

　　对GIS（地理信息系统）技术的应用将在很大程度上有利于配送流程及路线的优化，具体的可以借助GIS技术对实时监控、分析道理实况以及复杂空间数据，进而优化配送路线，提高配送效率，节约配送成本，对当前配送路线问题的解决能够使企业有更多的精力和资金进行业务的优化与创新，并在很大程度上提高客户的满意度。本文将从国内外物流配送研究入手，基于物流配送路径优化的相关理论，探讨GIS技术支持下物流的最优路径实施可行性，建立并求解物流配送路径优化模型。与此同时结合广州志鸿物流有限公司物流配送情况进行了优化路径模型中要素需求，并基于ArcMap的环境计算路径距离，并从中选取距离最短、配送成本最小、最能节约资源的路径。对模型运用的结果仿真实现，模拟结果证明基于GIS的环境下对最优配送路径的确定和引导十分有利于资源的节约以及配送时间的节省，该模型的操作性与可实施性得以证实。

　　本文基于当前物流配送实际情况与需求，建立并借助Dijkstra算法求解出物流配送李静模型，以此将GIS（地理信息系统）技术更好的应用于物流配送，具有十分重要的参考和实践价值。

　　当前计算机发展迅速，如GPS技术、GIS技术、EDI系统等现代电子技术,利用日常的物流活动。由于地理信息系统在空间数据处理方面的特殊优势,物流配送显得尤为重要,需要处理复杂的空间数据分析问题。当前极多学者对此进行了探究。

　　1.2.1国外研究现状

　　许多西方国家的物流发展不仅仅开始的早，同时还对物流发展也非常关注,X上世纪50年代末就关注配送路径选择的影响。上个世纪60年代初,计算机就被看做为计算空间数据以及存储的重要工具,而纸张则用数据方式，起到了相应的效果。

　　Dantzig和Ramser（2001）车辆路径的物流配送中心的选址实际情况出发，基于达到客户提出的条件，择出了最适合的配送中心地址；

　　Soreegebbert，Edzerpebsema(2013)通过实证的方式论证了时间、空间GIS以及环境建模水平之间的一些关系。

　　1.2.2国内研究动态

　　新技术在我国应用相较于发达国家较晚，故而我国的研究相对发达国家来说较为滞后。

　　史亚蓉(2009)采用网络距离相关理念，基于此设计了解物流路径优化问题空间系统,并在GIS的基础上在此解读一定区域内全部客户点之间的最优距离,并且用模糊聚类算法划分物流配送路径选择，设计了详细的方案实施步骤。

　　胡志娟,薛梅(2010)探讨了地理信息系统在物流配送上的一系列应用，并解读了其的功能模型、结构模型等，为后续的研究提供了参考。

　　2.1.1现代物流配送的概念和特点

　　（1）配送的概念

　　关于物流配送已经有了一个明确说法，即用最少的金钱投入去完成一个小区域里的客户配送工作，这里的客户是很零散又没有规律可循的，所配送的货物大多很少，但配送次数多。根据物流配送程序的实际操作步骤，我们可以看到是“配”和“送”组合才形成了配送。这里的“配”是指对物品进行拣取和装配，而“送”则是指按时把货物送到指定地点。

　　（2）配送的特点

　　配送其实是整个物流体系中的一个既特别又综合的一个环节。它的综合表现在涵盖了物流必须具有的一切功能要素，它之于整个物流活动正如麻雀之于人，因为麻雀虽小五脏俱全。它的特别又体现在它更实际的表现出物流活动的一切步骤在某一个小区域内的样子。物流配送包括了四个大的方面，即装车和卸货、包装货物、仓储和管理以及货物运输，这一切的目的都是为了把货物安全准时地交到购买者手里。需要注意的是，有一些加工工作在配送特殊物品时完成。物流配送的要求是在尽可能节约成本的前提下，安全、准确并且服务质量好。

　　（3）配送的级别

　　配送级别有三种，一级二级与三级配送系统，具体如图所示：

　　2.1.2物流配送的流程和原则

　　物流配送的整个流程包含了五个步骤：（1）写策划方案；（2）传达策划书；（3）实行方案；（4）统计产品的需要数目；（5）运送和配送。

　　无论是配送成本还是最终的配送成果都会受到配送合理性的影响的，所以配送方案必须经过多次的完善才可以具体实施，这是配送过程中不可忽视的环节。要想使配送方案达到合理的要求，就必须遵循效益原则、准时原则等。

　　2.1.3配送决策的过程和影响因素

　　整个决定和策划配送的过程是受很多因素以及目标的要求的。这些因素包括（1）配送花费；（2）运送工具；（3）时间限制；（4）配送的路线构成等。

　　2.2.1物流配送路径优化的概述及方法

　　物流配送路线的策划问题这是一个关于多个客户点配送路线的抉择问题。就是说在确定了运输车的数目、配送物品的数目以及配送中心的地点的前提下，再选择一条最适合的路线，从而降低这整个过程的总的花费。在完善配送路线的时候需要受到以下几个条件的限制：（1）提升配送速度；（2）不空车；（3）不走迂回路线；（4）发挥车辆的最大运输作用；

　　如今人们对物流配送的需求越来越多，物流配送业的发展也越来越好，物流配送路线的完善方法逐渐增多，包括（1）遗传；（2）蚁群；（3）粒子群算法；（4）Dijkstra等。

　　2.2.2配送的网络规划

　　什么是配送的网络规划？它的前提是不能降低服务质量；它的方法是数字法；它的目的尽最大努力减少配送过程中的花费；它的内容是：（1）配送中心的位置选择；（2）配送路线的完善；（3）配送车辆的配备计划。

　　其中配送中心位置的选择与路线的完善是物流配送里的两个经典部分，也是最关键的两个部分，因为这两个部分对整个物流配送程序中的花费高低起着决定性作用

　　2.3.1 GIS的基本概念

　　地理信息系统（GIS）是一种通用的地理信息技术，这种技术能够对大量数据进行综合性处理。

　　GIS的特点如下（1）无论是空间还是动态的时间花费都更低，在对空间位置以及属性性质两种数据的管理上都更加快捷便利；（2）在处理空间数据时的分析以及处理能力都很强，尤其是在空间的分析和决策上的功能是独一无二的；（3）因为特有的电子数据，使得数据更加直观、简洁了。

　　2.3.2 GIS的组成及基本功能

　　GIS系统是由计算机硬件系统、应用模型以及地理数据三者共同构成的。下图2.3就是GIS的构成示意图：

　　GIS系统也包括地理数据馆、制图作用、空间数据查询作用以及分析空间位置的作用，如此才能算是优质又实用，而这也恰恰是GIS的优越之处。

　　2.3.3 GIS技术在配送系统中的应用

　　由于空间地理的信息是巨大又复杂的，所以在对物流配送中的路线进行选择和策划时，处理数据的工作就非常难，而GIS系统在这个时候正好就可以发挥它的决定性价值了。在处理如此多的空间地理数据的时候，GIS所表现出来的就是高效又精准的工作成效，并且凭借GIS特有的分析空间信息的能力，决策者在决策时就能够有强有力的数据以及技术支援，从而提高配送的效率。

　　在物流配送的整个系统中都离不开GIS的支持。一是GIS可以通过与MIS相结合，即把任意尺寸的电子地图都与属性数据相结合，可以为人们展示出各个尺度以及空间维度上的空闲分布的样子；二是GIS可以与GPS相结合，能够很快创立一个监控系统，这个监控系统能够监控到配送车辆在当下时间的位置以及配送情况；三是通过应用GIS与物流仿真系统，能够为决策提供一个支持，因为它有一个强有力的分析空间数据的功能，这个功能不仅能够对道路是否通畅进行监控，还能完善和挑选最好的路线，还能对配送中心进行定位。如此一来，便可以减少配送路程，发挥车辆的最大实用性，最终减少配送花费。

　　总的来说，物流配送就是在空间上移动货物的过程。这个过程会有一定的因素限制它，即人的行为、空间以及时间限制等，特别需要重视的是选择仓储的地点、配送路线以及调度配送的车辆这三个问题。现如今，GIS平台已经成为较好的空间物流配送系统的建设基础，并且3S技术即GPS、RS、GIS与无线通信技术之间是互相结合的，要想降低企业得到配送成本，并且提升配送的效率，就必须尽快研究建设出一个新的关于物流配送信息的管理系统。这个系统需要包括更好的配送中心以及更优的配送路线选择系统，如此才能减少配送距离和配送时间。

　　在物流配送环节中具有多种配送方式，我们将具有针对性的配送称为直送方式；将区域性的配送称为多客户形式的配送；除了以上两种之外还有途中配送的形式。其具体的配送方法为：

　　(1)直送形式就是通过一对一的物流服务，根据客户的要求进行针对性的配送，首先确定本次送货的交通工具，并使用GIS选择最优的配送路径。

　　(2)多客户形式的配送是同一个配送站向多个客户站点运送货物的形式，这种方式适用于区域性的、货物量较大的情况，要想实现最优化的配送，应该注重配送资源的合理搭配。

　　(3)途中配送形式是在运送货物途中接到变化信息而产生的运输形式变动，一般这种信息变化情况有因为道路更改或者是原有道路施工引起的变更；也有因为客户要求的变更或者是运送人员的变更等。

　　在物流优化方案形式中，分析影响物流服务的因素有物流的工具、市场要求影响、配送站点的影响、运送货物的影响、目标函数的影响和其他相关的因素。下面就是经过笔者整理之后的物流影响因素：

　　（1）物流工具影响指的是运输货物使用的车辆等物品。

　　（2）市场需求的影响指的是因为需求供货方要求变化引起的物流影响。

　　（3）配送站点的影响指的是物流集货、加工和配送的中心站点工作质量引起的物流服务变化。此站点可以是单个站点，也可以是多站点配合工作。

　　（4）运送货物因为本身性质的不同也会对物流服务产生一定的影响。

　　（5）物流途中的约束影响能够对物流服务进行一定的限制。

　　（6）目标函数指的是配送目标的选取，可以选择单个目标也可以使用多目标优化配送过程。

　　（7）除了以上因素影响之外还有路径、网络等因素影响。

　　上文中已经阐述了物流配送过程中的相关因素，并且能够发现影响配送过程的因素是多种多样的，这些因素共同构成了一个较为复杂的因素集合体，比如客户需求中有不同的所需货物量、时间等问题。经过笔者的相关分析和整理最终得出配送过程的优化定义是在稳定的配送系统中，也就是至少具有一个配送企业和多个稳定的客户站点，且负责配送的企业具有一定量的运输车辆，能够具有一定货物配送的能力。在该企业的正常工作时间内企业安排内部的人员进行区域性的客户站点配送服务，根据站点需求企业选择合适的车辆、路径执行配送任务。在此过程中企业能够选择的送货方式是由n种方案构成的回路，通过站点的具体要求选择合理的配送资源搭配，在保证服务质量达标的情况下尽量的降低配送的成本。

　　VRPSTW问题是一种多目标形式的非多项算法中难度系数较大的问题，这是经过学者Savelsbergh论证之后的结果。目前很多的专家就这一问题展开了研究，但是因为技术条件的限制，目前的研究并没有实质性的突破，仅仅停留在较为简单的问题研究中，所以这个问题在未来的研究中还具有很大的提升空间，也有很多的待研究项目。

　　3.4.1优化物流配送网络模型假设

　　在建设模型的时候本着简单清晰的原则，我们不妨对建模中以下问题进行假设。

　　（1）假设配送站点中的货物充足，不影响配送的货物运输。

　　（2）所需要进行供货的地点信息正确并且完整，不会影响配送过程。

　　（3）配送过程中所需的车辆、人员等处于理想状态中，不会产生无车辆可用等影响。

　　（4）运输车辆从中心出发到达目标地之后能够及时返回，并不会途中拖延。

　　（5）因为货物的运输不仅仅是途中需要一定的时间，在货物装货和卸货的过程中也应该纳入建模的考虑中。

　　（6）运送货物的车辆具有较为稳定的运输速度。

　　（7）单一配送过程中的货物总量在运输车辆的承载范围之内。

　　（8）建模中实际运输路线应该不小于固定路线总长。

　　（9）建模中单一站点的送货只考虑同一车辆运输，不存在多车同时运送的情况，且每一辆车的运送路径固定，也仅有一条路径可供选择。

　　考虑未优化的路径，进行结果的对比，如表5.1所示；通过分析，可以得到具体的结论：

　　从路径1上来分析，优化后的路径明显的减少了站点的数目，停靠时间也减少了2.2min，所需要的总时间减少了49min；从路径2上来分析，想比较未优化的路径，站点数目虽然增加了一个，但是所用的时间减少很多，达到了38min，在停靠时间上，也得到了很好的优化效果，实现了5.8min的优化计时。所以，总整体上考虑，虽然站点数目没有变化，但是总体的时间减少的很多，达到了良好的优化能力。

　　表5.1多路径配送路径对比数据

　　路径优化路径1优化路径2原始路径1原始路径2

　　途径站点8 13 9 12

　　用时3h49min 4h54min 4h38min 5h32min

　　停靠时间27.4min 29.7min 29.6min 35.5min

　　从结果的情况统计，可以得到当前信息系统的运行情况，包括物流的资源配置，车辆信息的调配和调用，GPS路径的导航等。在考虑车辆只能调配和载重需求的基础上，对于道路的运行得到了较好的处理，形成了信息化的服务能力，符合具体的需求方案。

　　应该对系统进行集成，保证送配系统的稳定性，并且加入GIS系统，充分考虑汽车的装载能力。如果转载率已经达到了90%，就要考虑是否是最后一单，以保证必要的休息。当前的配送方案更能达到容错的状态，每一天的送货量有所提高，这也是从侧面提高效率的手段。而且，在集成了导航的功能后，对于货物的起点和终点更加明确，每一趟物流都节省了时间，从多个方面升级了现有业务，是对当前运营能力的有效提升。

　　通过统计分析，可以得到相关的结论，广州志鸿物流公司是本文选取的验证目标。集成了多个管理系统之后，转载效率明显提高，而且能够与GIS相结合，提高了工作效率。在进行具体业务分析的过程中，送货员的工作量重点考虑，达到了合理的范围内。从整个路线的角度考虑，已经变为了963条，明显低于优化前的1117条，车辆的配送次数也变为192辆，明显小于未优化前的223辆。

　　综上所述，通过GIS技术，能够对实际的道路情况进行合理规划，并且融入了物流配送管理，更加统一的提高了效率。配送业务的丰富和准确，是实现效益升级的重要手段，能够在多个环节中展现出来。

　　本文对国内外物流配送的相关成果进行了综合分析，另外，通过对物流配送业务流程的现状与问题分析,提出了优化方案。之后，运用Dijkstra算法进行了路径模型设计，并通过广州志鸿物流有限公司物流配送系统中模型的应用，及其应用效果的进行了验证，最终得到该模型具有实用性和可操作性。当然，受限于信息获取以及专业知识学习局限，该模型设计与实施中确实也存在有不足之处，后期将继续优化VRP问题求解算法，使模型更加符合实际配送需求。

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