地理信息系統技術與配送中心選址問題結合方法的研究

摘要：配送中心選址問題是物流配送行業的一個重要問題，由于其在經濟上的重大價值，一直受到國內外學者的廣泛關注。本文介紹了配送中心選址問題的研究現狀和模型分類方法，然后對地理信息系統技術與配送中心選址問題的結合方法做出了探討。

關鍵詞：物流配送中心；地理信息系統；選址

中圖分類號：U116.2文獻標識碼：A文章編號：1002-3100(2007)06-0028-04

Abstract: The location problem of distribution center is an important problem in distributation trade. It has attracted the attention of both domestic and overseas scholars and experts. Some achievements have been attained in this research field. This paper introduces the current research state of location problem and the classification of location model， and then discusses how to combine GIS with it.

Key words: distribution center; GIS; location

近年來，物流配送中心作為“第三方利潤的源泉”受到國內各行業的極大重視并得到了較大的發展，大量規模較大的生產企業、商業企業紛紛建立起配送中心向商品流通的效率化發起挑戰。配送中心選址在整個物流配送網絡的設計中是一個十分重要的決策問題，它決定了整個物流系統的模式、結構和形狀。配送中心選址方法的研究已發展成為一個受人關注的研究領域。

國內外許多學者已提出了不少配送中心選址方法。這些選址方法大致可分為3類：數學模型法、模擬法和啟發法。但這些方法中很少有利用地理信息系統（GIS）技術來解決的，而GIS技術不僅具有對空間和屬性的數據采集、輸入、編輯、存儲、管理、空間分析、查詢、輸出和顯示功能，而且可為系統用戶進行監測、規劃管理和決策提供科學依據。將GIS應用于物流中心選址問題有著很大的優勢。

1配送中心選址問題的國內外研究現狀

配送中心設施選址在整個物流配送網絡的設計中是一個十分重要的決策問題，它決定了整個物流系統的模式、結構和形狀。設施選址方法的研究已發展成為一個受人關注的研究領域。

早期選址問題的早期理論是由土地經濟學家和區域地理學家提出的[1-2]。譬如，杜能（Johan von thunen）地租出價曲線（Bid-Rend curves）認為，任何經濟開發活動能夠支付給土地的最高地租或利潤是產品在市場內的價格與產品運輸到市場的成本之差。阿爾弗雷德·韋伯（Alfred Weber）的工業分類理論，他認為原材料在生產過程中所起的作用及其對選址的影響。因此，為了避免將副產品運到市場，這些生產過程趨向于接近原材料產地，以使運輸成本最小。近年來主要研究方法可分為以下三類：

（1）數學模型法

從選址的數量上可將選址問題分為單設施選址和多設施選址。

單設施選址的常用模型有精確重心法（Exact Center-of-Gravity Approach）、網格法（Grid Method）和重心法，這些模型可被并于靜態連續地址模型，這些方法很簡單，選址因素只包括運輸費率和該點的貨物運輸量。精確重心模型很受歡迎，它還有許多推廣模型，其中主要有：考慮客戶服務和收入，解決多設施選址問題，引入非線性運輸成本等。除重心模型外，其它的單設施選址方法包括圖表技術和近似法[3]。

多設施選址的常用模型有精確法（Exact Methods）、多重心法（Multiple Center-of-Gravity）、目標規劃法（Objective Programming）、樹形搜索法（Tree Search Approach），動態規劃法（Dynamic programming）、混合—整數線性規劃法（Mixed-Integer Linear Programming）。其中最有前景的當屬混合—整數線性規劃法，它是商業選址模型中最受歡迎的模型。混合—整數線性規劃在整個網絡需求分配過程中的優點是，它能夠把固定成本以最優的方法考慮進去。但其代價也相當昂貴，除非利用個別問題的特殊屬性，否則計算機運行的時間將很長，需要的內存空間也非常大。國內西南交大的劉海燕等分析物流系統中庫存管理、運輸、配送系統之間的聯系，應用最優化方法建立了一個混合—整數規劃物流配送中心選址的數學模型[4]。

（2）模擬法

模擬設施模型是指以代數和邏輯語言做出對物流系統的數學表述法，在計算機的幫助下人們可以對模型進行處理。臺灣國立云林科技大學的紀惠茵根據臺灣地區不同的購買力及消費性，結合數學模型和GIS的Arc/View軟件，研究了競爭性連鎖商店在臺灣選址問題[5]。

（3）啟發法

啟發法意為通過對過去的經驗的歸納推理以及實驗分析來解決問題的方法，即借助于某種直觀推斷或試探的方法。簡單說，是定性和定量結合方法的一種，是一個簡單化了的推理過程，它融入了定性和經驗原則，尋求問題的滿意解，而不是最優解。它包含一種規則、概念或計算程序，可以限制問題可行解的個數，縮短了問題的求解時間。在解決物流管理中一些最為困難的決策問題時，該方法具有很好的可操作性。用它可以表示指導問題解決的經驗原則。庫恩（Kuehn）和汗伯格（Hamburger）建立的啟發法是一種用于倉庫選址問題的經典方法，一直沿用至今[6]。

上述方法體現現實情況的程度、計算的速度和難度、得出最優解的能力等都各不相同。顯然，沒有任何一種模型和方法具有任一種類型的配送選址問題所希望的全部特點，也不可能單純從數學模型的解直接導出最終決策，只能希望這些模型提供指導性解決方案。

2地理信息系統的概念及主要功能

2.1GIS的概念

地理信息系統是一門多學科綜合的邊緣學科，但其核心是計算機科學，基本技術是數據庫、地圖可視化及空間分析，因此，可以這樣簡單定義：GIS是處理地理數據的輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策的計算機系統。

2.2GIS的功能

（1）基本功能

地理信息系統的基本功能有：數據采集、檢測與編輯；數據操作，包括數據格式化、轉換、概化；數據的存儲與組織；查詢、檢索、統計、計算功能；空間分析；顯示地圖。

（2）空間分析與模型分析功能

GIS空間分析功能分為兩大類：矢量數據空間分析和柵格空間分析。矢量空間分析通常包括：空間數據查詢和屬性分析、多邊形的重新分類、邊界消除與合并、緩沖區分析、網絡分析、面運算、目標集統計分析。柵格數據空間分析功能通常包括：記錄分析、疊加分析、濾波分析、擴展領域操作、區域操作、統計分析。

2.3GIS二次開發方式

（1）單純二次開發

單純二次開發指完全借助于GIS工具軟件提供的開發語言進行應用系統開發。GIS工具軟件大多提供了可供用戶進行二次開發的宏語言，如ESRI公司的ArcView提供了Avenue語言，MapInfo公司研制的MapInfo Professional提供Map Basic語言等。用戶可以利用這些宏語言，以原GIS工具軟件為開發平臺，開發出針對不同應用對象的應用程序。這種方式省時省心，但進行二次開發的宏語言作為編程語言只能算是二流語言，功能極弱，用它們來開發應用程序仍然不盡如人意。

（2）集成二次開發

集成二次開發是指利用專業的GIS工具軟件（如Arcview、MapInfo等）實現GIS的基本功能，以通用軟件開發工具（如Delphi、Visual C++、Visual Basic、Power Builder等）為開發平臺，進行二者的集成開發。

集成開發目前主要有如下兩種方式：

OLE/DDE

采用OLE（Object Linking and Embedding，對象鏈接與嵌入）自動化技術或利用DDE（Dynamic Data Exchange）技術，用軟件開發工具開發前臺可執行應用程序，以OLE自動化或DDE方式啟動工具軟件在后臺執行，利用回調（Callback）技術動態獲取其返回信息，實現應用程序中的地理信息處理功能。

GIS組件

利用GIS工具軟件生產廠家提供的建立在OCX技術基礎上的GIS功能組件（如ESRI的MapObject、MapInfo的MapX等），在Delphi等編程工具編制的應用程序中，直接將GIS功能嵌入其中，實現地理信息系統的各種功能。

2.4常用的GIS軟件

到目前為此，世界各國已設計出大量實用化的地理信息系統，比較著名的有美國環境系統研究所（ESRI）的Arc/Info和ArcView、澳大利亞GENASYS公司開發的GenaMap、中國地質大學開發的MapGIS、原武漢測繪科技大學開發的GeoStar、北京大學遙感與地理信息系統研究所開發的CityStar等。此外，隨著Internet/Intranet的迅猛發展，萬維網地理信息系統（WebGIS）軟件也開始走向市場，國內的產品主要有成都華好網景科技有限公司的OK Map、武漢測繪科技大學開發的 Internet GeoStar（Geo Surf）、國家遙感應用工程技術研究中心網絡與運行工程部開發的地網GeoBeans。以下對3種常用的GIS軟件的功能進行介紹。

（1）Arc/Info

Arc/Info是應用最廣泛的一種大型GIS軟件，功能非常強大。我國早期開發的GIS幾乎都是以Arc/Info作為平臺的。Arc/Info分為兩部分：一是WorkStation Arc/Info；一為 DesktopArc/Info。其中，Desktop Arc/Info分為三個模塊：ArcMap——地圖數據的顯示、查詢和分析；ArcCatalog——用于基于元數據的定位、瀏覽和管理空間數據；ArcToolbox——是由常用數據分析處理功能組成的工具箱。

（2）ArcView

ArcView是ESRI的桌面GIS系統，它以工程為中心，實現對地圖數據、結構化屬性數據、統計圖等多種文檔的管理。此外，ArcView通過它的可擴展的軟件結構，為GIS的應用提供了一個具有伸縮性的軟件平臺，可以開發出一系列插件式的模塊，利用這些模塊進行組合可以顯著地擴展ArcView的功能。Avenue是它提供的面向對象的程序設計、調試、開發工具。Avenue自身帶有編輯器、編譯器、隨機幫助和多種調試工具，獨立于硬件平臺和操作系統。在一種平臺上的Avenue程序可在其它任何平臺的ArcView上執行。

（3）MapInfo

MapInfo是美國MapInfo公司的產品，是標準的桌面地圖信息系統。在MapInfo軟件平臺中，核心是MapInfo Professional和Map Basic兩個部分。Map Basic是它提供的類Basic編程語言，可開發應用軟件包。MapInfo Professional可運行在Client/Server環境下，具有可視化地理分析功能，電子地圖的顯示、管理、建立和修改功能，電子地圖上的地圖對象與關系數據庫中的記錄的自動聯接功能。可實現地圖與數據庫的雙向查詢，使地圖上的對象（如建筑物、道路等）與數據庫中的相關數據聯接，以數據庫中的數據來動態改變地圖對象的可視屬性，自動生成專題地圖，以供管理、分析、決策。對數據庫的查詢結果，可以直接反映在地圖上。

3GIS技術與配送中心選址問題的結合

為說明GIS技術與配送中心選址問題的結合方法，現以一個具體實例加以說明。該項目是為某大規模農畜牧產品物流配送中心尋找最佳地點。

3.1確定選址問題的目標及基本要求

通過咨詢專家意見取得一系列適宜地址的要求條件。

（1）不能建在河漫灘上，避免在暴雨時受淹；

（2）海拔低于365米，將抽水費用降至最低。因農畜牧產品加工、分揀、存儲需大量用水，所以決定自己抽水以降低成本；

（3）距居民區至少50米和公園150米外，使其對城市居民的影響最小；

（4）盡可能在可開發的平坦荒地上，使土地征用和工廠建造費用最少；

（5）距道路100米以內，使運輸方便，減少運輸費用；

（6）至少距一農場3 000米以內；

（7）距河流2 000米以內，使污水排放管道盡可能短；

（8）面積至少需要200 000m²。

3.2根據選址要求和目標準備、收集、整理和設計選址資料

3.3GIS空間分析

GIS項目空間分析設計包括三個階段：

（1）建立不適宜配送中心選址的地區圖層

本項目不允許建配送中心的區域是處于公園、居民區150米內和洪泛區以內的區域。用GIS空間分析的緩沖（buffer）與疊加分析、反向選擇等空間分析功能，具體的操作流程見圖1。

（3）輸入其他條件后的適宜選址圖層

在可建立配送中心的地區圖層（RivFarm_Elevation）與不可選址圖層（Respark_Flood）相交后的圖層上進行分析后，輸入其他要求（如盡可能在面積大于200 000m2且離道路100米內的荒地上）進行具體選擇，并實地考察符合要求的候選地點。

（4）構造數學選址模型從候選點評價選優

根據專家的要求條件，以上述的GIS技術分析和實地考察后，得到候選地點。從候選點到客戶的距離以及各客戶間距離通過GIS最短路分析后已經確定，各個客戶的需求量和車載量也假定是確定的，車輛的行使距離不限。

初始化，將客戶分類；利用Arc/GIS最短路徑分析功能計算距離的相似矩陣；使用SPSS 11.0 for Windows的Cluster analysis工具（即最小距離聚類方法）合并客戶期望線路；對每一條線路解旅行商（TSP）問題可得到每條線路的客戶最佳排序。并計算求得各條線路由各個配送中心服務的運輸費用；對運輸成本進行比較，確定不同客戶群應該由哪個候選點服務；分別移走各個候選點進行單獨分析，并對增量進行計算，求得產生增量最小的候選點，然后將其移走，最終得到1到2個候選點；最后通過現場勘察和專家評議后，進行決策，得到最終的選址點。

本文以地理信息系統技術為基礎，從物流配送中心的影響因素入手，利用結合空間分析技術的啟發法和數學模型法得出最佳配送中心的選址點。建立的運輸費用為最小的選址模型考慮了配送路線的安排對配送成本的影響，較符合實際情況。實例分析結果表明所提出的方法是可行有效的。

參考文獻：

[1] Ronald H. Ballou， James M. Masters. Commercial Software for Locating Warehouses and Other Facilities[J]. Journal of Business Logistics， 1993，22(2):1-8.

[2] Brandeau， Chiu. An Overview of Representative Problems in Location Research[J]. Management Scinece， 1993，35(4):1-7.

[3] Ronald H. Ballou. 企業物流管理——供應鏈的規劃、組織和控制[M]. 王曉東，胡瑞娟，等譯. 北京：機械工業出版社，2002:384-435.

[4] 劉海燕，李宗平，葉懷珍. 物流配送中心選址模型[J]. 西南交通大學學報，2000，35(3):1-4.

[5] 紀惠茵. 競爭型連鎖商店店址設置問題之研究[D]. 臺北：國立云林科技大學（碩士學位論文），2001:10-31.

[6] Zvi Drezner. Facility Location[M]. New York， 1995:16-31.