基于GIS的大件物流配送路徑規(guī)劃問題研究

文/張宜凡 汪寧寧 祖軍鵬 田昊 楊雙 王怡然

現(xiàn)代物流在飛速發(fā)展的同時(shí)也不可避免地出現(xiàn)了一系列的問題，大件物流的配送路徑規(guī)劃便是其中之一，本文在分析大件物流問題特點(diǎn)、痛點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析大件物流的未來發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)利用GIS為大件物流的配送路徑規(guī)劃問題提供幫助?；诘乩硇畔⑾到y(tǒng)物流配送系統(tǒng)集成已愈發(fā)在大件物流配送系統(tǒng)的發(fā)展中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，利用各種算法，建立可靠模型，為大件物流配送路徑優(yōu)化注入新動(dòng)力。

1.引言

資金流、信息流和物流是所有大件物流活動(dòng)主要的組成部分，這些物流活動(dòng)中有大部分與地理位置信息相關(guān)，例如配送點(diǎn)的布局、相關(guān)配送路線的優(yōu)化。物流信息具有復(fù)雜的空間特征，幾乎所有與大件物流配送相關(guān)的信息都與空間位置直接相關(guān)聯(lián)。GIS具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)收集整理、管控、儲(chǔ)存、分析、處理和輸出功能。這是可視化和輔助決策的好方法。在解決與地理位置密切相關(guān)的大件物流路徑規(guī)劃問題方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。利用GIS技術(shù)和手段對(duì)物流流程進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，將有效降低相關(guān)成本，從而創(chuàng)造可觀的利潤(rùn)。

2.大件物流配送與路徑規(guī)劃

2.1 大件物流配送優(yōu)化的必要性

2.1.1 配送優(yōu)化發(fā)展大件物流場(chǎng)景的重要一環(huán)與必經(jīng)之路，大件物流的業(yè)務(wù)類型可主要分為B2B和B2C兩類。B2B大件物流的運(yùn)輸方式主要為無需中轉(zhuǎn)的干線運(yùn)輸，其是由工廠或物流配送中心直接運(yùn)輸至銷售目的倉(cāng)庫(kù)。B2C大件物流主要包含其B2C模式下的包裹配送環(huán)節(jié)[1]。大件物流不僅涉及送貨上門等的配送服務(wù)，還涉及大批量、無需中轉(zhuǎn)的干線運(yùn)輸，整體來說，有關(guān)大件物流的配送優(yōu)化從兩個(gè)業(yè)務(wù)方面對(duì)大件物流的倉(cāng)配一體化都提出了更高的要求。末端的倉(cāng)配一體化是大件物流配送優(yōu)化實(shí)現(xiàn)降本增效的最大難點(diǎn)與痛點(diǎn)，但也是推進(jìn)物流配送優(yōu)化的最終目的，是其中的最重要環(huán)節(jié)。

2.1.2 大件物流配送優(yōu)化廣泛適應(yīng)不同物流配送模式

大件商品物流的配送模式主要為以下幾種：

（1）物流聯(lián)盟配送模式；（2）廠商直銷的配送模式；（3）自營(yíng)物流配送模式；（4）第三方物流配送模式[2]。對(duì)于其物流配送的優(yōu)化廣泛適應(yīng)上述各種物流配送模式，無論是B2B下的一體化物流以及還是第三方物流，還是C2C、B2C下的物流聯(lián)盟配送模式，優(yōu)化其配送環(huán)節(jié)對(duì)于提升服務(wù)水平、響應(yīng)速度、覆蓋區(qū)域下的客戶人群的滿意度，降低物流運(yùn)輸成本等都具有重要作用。

2.1.3 企業(yè)在大件快遞業(yè)務(wù)上的薄弱是各種痛點(diǎn)的核心因素。對(duì)于貨運(yùn)公司管理上的大件經(jīng)驗(yàn)不足、目視化能力弱、末端控制力弱以及快遞公司運(yùn)營(yíng)上的配送網(wǎng)絡(luò)不健全、資源不匹配等企業(yè)在大件業(yè)務(wù)上的薄弱都造成了用戶體驗(yàn)感知差的核心痛點(diǎn)現(xiàn)狀。這些問題都反映了企業(yè)在大件業(yè)務(wù)上的不重視、不熟悉、不深入。

2.2 大件物流路徑規(guī)劃的特點(diǎn)。提升目視化管理能力、積累效率?，F(xiàn)代物流降本增效的眾多措施往往側(cè)重于目視化管理，通過倉(cāng)庫(kù)內(nèi)、大件物流的來設(shè)置數(shù)字月臺(tái)，月臺(tái)上顯示所需要的物流信息。路徑規(guī)劃前期工作需要對(duì)運(yùn)力、線路、選址、網(wǎng)點(diǎn)等提前規(guī)劃，對(duì)于大件快遞包裹的研究較少，目視化管理要求的數(shù)據(jù)資源在大件快遞業(yè)務(wù)上沒有得到良好的應(yīng)用，使得類似于線路的規(guī)劃、發(fā)班調(diào)班時(shí)間、貨運(yùn)量等未得到及時(shí)優(yōu)化。末端網(wǎng)點(diǎn)選址、人員配備的不合理和資源缺乏都極大地增加了末端物流配送的成本。分撥中心選址建設(shè)上的落后也對(duì)大件的業(yè)務(wù)承載能力造成巨大影響。綜合來看，路徑規(guī)劃的前期工作對(duì)于企業(yè)的目視化管理、運(yùn)作效率具有重要意義。

2.3 大件物流的發(fā)展現(xiàn)狀及未來走向

2.3.1 大件物流發(fā)展多方面受到限制、大型化趨勢(shì)發(fā)展逐漸成為重點(diǎn)。我國(guó)的大件物流行業(yè)起步較晚，無法適應(yīng)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、整個(gè)電商環(huán)境需求，尤其是對(duì)于特種設(shè)備、工業(yè)制造業(yè)而言，更趨向于大件、集成包裝件。當(dāng)下我國(guó)的大件物流現(xiàn)狀的特點(diǎn)有：①地方政府相關(guān)政策法規(guī)的限制，為了市區(qū)道路的安全常常禁止大件貨物的運(yùn)輸通行；②基礎(chǔ)道路交通設(shè)施等也約束著大件物流的發(fā)展，道路的承載能力水平、寬度滿足大件訂單的運(yùn)輸需求；③針對(duì)大件包裹快遞，缺乏專業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)規(guī)范，造成了現(xiàn)有的業(yè)務(wù)市場(chǎng)的混亂無序；④當(dāng)前我國(guó)對(duì)于大件物流的研究較少，有關(guān)的基礎(chǔ)概念、理論實(shí)證缺乏。

2.3.2 大件物流未來的核心競(jìng)爭(zhēng)力在于場(chǎng)景化定制服務(wù)。第三方物流企業(yè)提供大件物流業(yè)務(wù)服務(wù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力是基于場(chǎng)景的定制服務(wù)。大宗物流最后一公里配送和安裝服務(wù)逐漸轉(zhuǎn)型升級(jí)為深度的社區(qū)互動(dòng)；根據(jù)用戶場(chǎng)景和用戶切實(shí)需求提供定制化的高質(zhì)量服務(wù)，實(shí)現(xiàn)物流+服務(wù)+場(chǎng)景的融合；實(shí)現(xiàn)零距離交互、全過程可視化的大規(guī)模物流服務(wù)。因此，中國(guó)大型物流業(yè)要想發(fā)展，就必須有自己獨(dú)特的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3.基于GIS環(huán)境下的車輛路徑規(guī)劃

3.1 GIS概述

3.1.1 GIS的定義。GIS，即地理信息系統(tǒng)，迄今為止已有45年的發(fā)展歷史。綜合來說，它是一門集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、測(cè)繪遙感學(xué)、信息學(xué)和管理學(xué)于一體的交叉學(xué)科。是多學(xué)科整合的基礎(chǔ)綜合平臺(tái)。它以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用地理模型的分析方法，提供各種動(dòng)態(tài)的空間信息，為地理研究和決策服務(wù)，并廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科。

3.1.2 GIS的組成部分。GIS系統(tǒng)主要有以下五種部分組成：硬件部分、軟件部分、地理空間數(shù)據(jù)、人員、方法。（1）GIS系統(tǒng)的硬件是指操作GIS所需的所有計(jì)算機(jī)資源。典型GIS硬件系統(tǒng)的基本組成一般包括四個(gè)方面：電腦顯示設(shè)備、電腦輸入設(shè)備、電腦出巡GIS信息設(shè)備、電腦運(yùn)行主板。具體有數(shù)字化儀、掃描儀、繪圖儀磁帶機(jī)等外部設(shè)備。（2）軟件部分。GIS的軟件部分是指GIS運(yùn)行所需的程序。它是存儲(chǔ)、分析和顯示地理信息數(shù)據(jù)的功能和工具。GIS軟件由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、GIS工具或GIS實(shí)用軟件、應(yīng)用程序等組成。計(jì)算機(jī)軟件部分擁有這強(qiáng)大的信息庫(kù)，使得GIS能夠擁有強(qiáng)大的系統(tǒng)進(jìn)行使用，包括有編程語(yǔ)言、系統(tǒng)庫(kù)等程序和像數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像處理程序等標(biāo)準(zhǔn)軟件。應(yīng)用軟件包括如像GIS模型的創(chuàng)建軟件這樣的管理軟件。（3）地理空間數(shù)據(jù)。這是GIS的研究對(duì)象，也是系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的組成部分。GIS把以地球表面空間位置作為參照的自然、社會(huì)與人文等景觀數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，并呈現(xiàn)在客戶眼前。事實(shí)上，GIS是通過對(duì)這些地理數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、分析與處理、將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息模型之后，才展現(xiàn)給了客戶。（4）GIS用戶。要知道，GIS系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的地理信息系統(tǒng)。所以說，單單依靠硬件與軟件是無法支持系統(tǒng)的長(zhǎng)久運(yùn)營(yíng)的，這就需要有管理人員對(duì)其進(jìn)行定期地組織、維護(hù)、管理與更新，在保障系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)不斷地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行拓展，使其符合實(shí)際。此外，想要從那些信息模型中提取出更多的信息，也需要這些管理人員的進(jìn)一步工作。（5）方法。這里的方法指的是應(yīng)用模型，它是在對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的具體對(duì)象和過程進(jìn)行大量研究的基礎(chǔ)上總結(jié)出的規(guī)律表達(dá)。GIS使用這些模型來分析和綜合大量的空間數(shù)據(jù)，以解決實(shí)際問題。

3.1.3 GIS的特點(diǎn)。GIS大致包含有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）GIS系統(tǒng)具有對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)、查詢、輸出能力，功能十分強(qiáng)大，且具有動(dòng)態(tài)性和空間性。（2）使用GIS的目的是基于地理模型的方法，通過對(duì)于地理信息的處理來實(shí)現(xiàn)地理決策。其具有動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、地理和空間信息分析等能力。（3）GIS能對(duì)于地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與分析，得益于背后的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)作為管理大量地理空間數(shù)據(jù)的支撐，還通過運(yùn)用地理模型，模擬預(yù)測(cè)的方法，得出進(jìn)一步有用的信息，并且最終作用于地理決策之中。

3.2 GIS的功能應(yīng)用。總的來說，GIS包含了五項(xiàng)基本技能，即數(shù)據(jù)采集與輸入、數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、地理、空間數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)的顯示與輸出。

3.2.1 GIS應(yīng)用與物流分析。在物流行業(yè)中使用GIS的主要目的是通過使用空間地理信息和地理信息的分析和處理來改進(jìn)和提高物流系統(tǒng)的分析和決策功能，這主要體現(xiàn)在查詢，空間地理信息的分析與決策，可以體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①配送設(shè)施的選址和定位（GIS實(shí)現(xiàn)CAD技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的集成，使GIS的空間GI分析功能和拓?fù)浞治龉δ苣軌蜃詣?dòng)跳過障礙物，在物流中心選址中發(fā)揮決策作用）②配送路徑規(guī)劃（GIS中動(dòng)態(tài)更新的數(shù)據(jù)和符合實(shí)際的真實(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確把握空間地理信息，有利于車輛配送路徑規(guī)劃）③電子地圖的編輯和處理（GIS可以提供良好的圖形顯示界面，可以任意縮放和拖動(dòng)圖形，可以顯示多個(gè)圖層，有利于數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)）

3.2.2 GIS的空間數(shù)據(jù)預(yù)處理。GIS具有多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和非常有效的數(shù)據(jù)集成技術(shù)。它很好地解決了空間定位搜索和復(fù)雜數(shù)據(jù)查詢問題。MapX是GIS的一個(gè)組成部分，功能強(qiáng)大，效率高，價(jià)格也較低。其主要功能包括以下幾個(gè)方面：良好的圖形制作、編輯和處理功能；動(dòng)態(tài)層控制功能；強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問技術(shù)和高度可視化的查詢和統(tǒng)計(jì)功能。數(shù)據(jù)預(yù)處理的工作流程包括數(shù)據(jù)集成與提取、空間對(duì)象拓?fù)?、距離分析和數(shù)據(jù)規(guī)范化。

3.3 GIS下的物流配送信息系統(tǒng)

3.3.1 算法分類。在引入GIS后，在進(jìn)行物流配送的路徑規(guī)劃時(shí)，不能只關(guān)注與兩點(diǎn)之間的直線距離是否最短，還需要對(duì)兩點(diǎn)間的道路網(wǎng)絡(luò)有充分的了解。根據(jù)GIS，我們可以了解到城市的實(shí)際道路情況，包括道路的長(zhǎng)度、紅綠燈設(shè)置、堵車情況、道路對(duì)行駛車輛的要求等等。通過對(duì)以上信息的獲取，就可以得出兩點(diǎn)間的“真實(shí)距離”，再利用這些“真實(shí)距離”對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化、這樣得出來的結(jié)果明顯會(huì)更有說服力。根據(jù)以上情況，現(xiàn)如今，對(duì)與基于GIS的物流配送問題存在著以下兩種算法。1：?jiǎn)l(fā)類算法:如爬山算法、遺傳算法、蟻群算法、模擬退火算法等。2：混合類改進(jìn)算法：將各種啟發(fā)類算法混合優(yōu)化在一起的混合算法，如將A*與蟻群算法相混合的算法、遺傳算法、爬山算法與蟻群算法相結(jié)合的算法等。

4.相關(guān)展望及建議

隨著物流業(yè)的不斷發(fā)展，物流配送路徑的研究顯得越來越重要。本文通過對(duì)大件物流的配送現(xiàn)狀、GIS、車輛配送規(guī)劃算法等進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在優(yōu)化配送路徑時(shí)將GIS與算法相結(jié)合，可以獲得可行性更大的結(jié)果。①促進(jìn)路徑優(yōu)化。對(duì)于大件物流來說，GIS的引入是十分有必要的。因?yàn)榇蠹浳锍３Ｐ枰小⒋笮拓涇噥磉\(yùn)輸，但在有些城市中，一些道路是明確禁止這些貨車駛?cè)氲?，這樣通過GIS，管理者和貨車司機(jī)就能及時(shí)了解這些路況，制定出合理的路徑，避免一些不必要的麻煩。在這種情況下，未來對(duì)于基于GIS的配送路徑的研究和應(yīng)用會(huì)越來越多。②優(yōu)化使用者體驗(yàn)?？梢酝ㄟ^在配送信息系統(tǒng)中引入GIS，建立一個(gè)可視化平臺(tái)，這樣，利用GIS系統(tǒng)，使用者可以通過頁(yè)面更加清晰地看到實(shí)時(shí)的最佳配送路徑，了解到各個(gè)道路的擁堵、是否出現(xiàn)事故等實(shí)時(shí)情況。系統(tǒng)根據(jù)這些實(shí)時(shí)情況，及時(shí)對(duì)路徑進(jìn)行更改，可以提供多條路徑給使用者進(jìn)行選擇。可以說，這幾乎代替了一些以GPS為基礎(chǔ)的導(dǎo)航軟件，讓使用者無需了解專業(yè)知識(shí)就能靈活、輕松使用。③算法的改進(jìn)。首先，算法的精度需要改善。如今，對(duì)于大件物流配送的算法，更多的還是精確式算法和啟發(fā)式算法。但是通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這些算法都是通過不斷迭代逼近獲取最優(yōu)的解，并不一定能得到最優(yōu)解。近些年來，人工智能的發(fā)展越來越迅速，并將很快地應(yīng)用與各個(gè)行業(yè)中。對(duì)于物流行業(yè)來說也是如此，通過引入類似與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法，可以對(duì)大件物流的配送的路徑進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。其次，為了使GIS可以廣泛應(yīng)用與配送路徑的優(yōu)化，應(yīng)該研究出更多適用于各種情況的混合算法，從而使得GIS可以更好地結(jié)合，建立有效可靠的數(shù)據(jù)模型，更好地解決GIS與車輛配送路徑規(guī)劃相融合的問題。C

圖1 路徑規(guī)劃算法

引用出處

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