基于ＧＩＳ的配送中心物流配送信息系統的設計與實現

[摘要] 當今市場競爭日益激烈，快速、優質地將貨物運送到指定地點，能夠大大節約時間和成本，占領市場。因此許多配貨中心紛紛建立起來，從事為局部范圍內的客戶進行配送的業務。根據配送中心為客戶送貨上門的配送特點，本文簡要介紹了基于GIS的配送中心物流配送信息系統的基本設計框架。在此基礎上，介紹了物流配送系統空間數據庫的組織結構和建庫方法，并通過系統各項功能的設計與實現，詳細論述了地址匹配、配送對象設計、配送路徑設計等方法的實現過程。

[關鍵詞] 地理信息系統物流配送空間數據庫配送路徑

當今市場競爭日益激烈，快速、優質地將貨物運送到指定地點，能夠大大節約時間和成本，占領市場。因此許多配貨中心紛紛建立起來，從事為局部范圍內的客戶進行配送的業務。

在這些業務中，客戶具有貨物需求差異大、分布隨機等特征。因此，有效合理的貨物配送策略是業務發展的關鍵，而配送成本決定了配送中心效益的好壞。在配送過程中，運輸成本是運銷成本的主要部分。而運輸成本是貨物在運銷通路上移動所產生的成本，它與運輸距離成正比例關系，這就需要選擇合理的配送策略和配送路徑。

地理信息系統(GIS )是在計算機軟軟件、硬件及網絡技術的支持下，對有關空間數據進行輸入、處理、存儲、查詢、檢索、分析、顯示、更新和提供應用的技術系統。(李景文，2002)它依據地理對象的空間特征及屬性特征，建立各種空間分析模型，在這些模型的基礎上通過空間查詢和空間分析對地理數據進行管理，并對地理數據進行分析、加工和處理，提取有用的地理信息，為決策服務(黃杏元等，2001)。利用GIS強大的空間數據分析能力，可以幫助解決路徑規劃的問題，并提供在市場規劃、需求預測、空間信息等方面的決策參考。

本文針對配送中心為局部范圍內客戶網點進行配送的特點，介紹基于GIS技術配送中心物流配送系統的構建方法及實現過程。

一、物流配送信息系統的基本框架分析與設計

1.系統基本框架設計

基于GIS的物流配送系統是針對配送中心提出來的，其目標是給用戶提供一個配送優化平臺，為本系統用戶提供更好的物流配送方案，節約配送成本，提高配送效率。整個系統由用戶控制模塊、功能模塊、信息管理模塊、系統公共模塊、對象組織管理模塊和數據交互模塊組成，具體如下：

(1)用戶控制模塊。用戶接口(UI)，負責與用戶進行交互，為響應用戶要求提供控制界面。

(2)功能模塊。負責實現系統的具體功能，其中包含了客戶實時定位、劃分各配送中心服務區域以確定其配送對象、送貨路徑設計和電子地圖操作等。

(3)信息管理模塊。負責管理系統數據存取路徑、用戶設定等;為系統運行提供所需的各種信息的查詢和修改等。

(4)對象組織管理模塊。負責組織管理內存中的各種數據對象實例，提供對數據遍歷、檢索等基本容器功能。

(5)對象定義模塊。負責對各種數據對象進行定義和讀寫。

(6)系統公共模塊。提供系統公共的常量定義、宏定義、數據結構體定義、公共函數等。

(7)數據交互模塊。提供對Shp，Log，Txt，Bmp等格式文件數據的讀寫、組織管理等功能。

在整個系統設計中，功能模塊和數據交互模塊是設計的重點部分，分別對應兩大部分設計:一部分是空間數據庫設計與構建，另一部分是系統具體功能設計和實現。

模塊組成及模塊間關系見下圖（圖1）

圖1系統功能框架圖

2.系統空間數據庫設計

配送信息系統設計的關鍵之一是空間數據庫的設計，物流配送系統數據庫中包含空間數據和屬性數據，采用空間數據和屬性數據分開管理的方式，即“文件系統+屬性數據庫”的方式，空間數據以Arc/Info的Shape文件方式進行存儲，主要是道路文件、道路交叉口(路口)文件，路口文件是路口的點位信息文件;屬性數據是利用Access建立小型屬性數據庫，其中包含客戶信息數據庫、配送中心信息數據庫，以及配送中心和道路交叉口對照表，下面詳細介紹空間數據庫各表的數據結構。

(1)配送中心信息屬性表和客戶信息屬性表。為了能在電子地圖上查詢配送中心信息，以及依據收集的客戶信息在地圖上進行實時定位，需要建立配送中心信息與客戶信息屬性表，配送中心信息含有配送中心ID號、配送中心的名稱、地址、電話等，是對本單位配送中心的信息收集;客戶信息包括客戶ID號、客戶名稱、客戶地址、客戶電話和客戶需求等信息，客戶通過上網、打電話或者現場訂購的方式，留下的相關客戶信息，輸入客戶信息表。

(2)道路信息表與路口屬性表。道路信息表表示路段的屬性，它在建立道路的網絡拓撲時生成(表)。通過建立拓撲關系對路徑進行選擇分析，門牌號碼字段，是以后生成客戶地理坐標的關鍵字段。

路口屬性表用來記錄路口結點的屬性，它在建立道路的網絡拓撲時生成，包括路口地理坐標、每個路口結點有一個惟一的標識號、連接路段的標志號等，其中路口節點標志號與路段信息表的BN和SN兩個字段對應，連接路段的標志號對應路段信息表的ID字段。詳細道路信息表如下:

表 道路信息表結構

(3)配送中心與路口對照表。該表是對配送中心配送對象空間的劃分，根據后面的中心配送對象設計，劃分了配送中心空間，并把對應空間的路口ID與配送中心ID對應起來，方便配送時快速選擇合適的配送中心，進行送貨服務。

二、系統基本功能的設計和實現

1.系統基本功能分析與設計

系統基本功能包括地址匹配、配送中心配送對象分析、送貨路徑設計三大部分。地址匹配是將不含地理坐標的客戶地址通過電子地圖來定位并顯示出來;配送中心配送對象分析是對各個配送中心的空間配送范圍的確定，合理的劃分配送中心的配送空間;送貨路徑分析是在以上功能實現的基礎上，對單客戶、多客戶等多種情況設計送貨的具體路徑并產生送貨路線圖，這是配送系統的核心功能，也是降低運輸成本的關鍵。

2.系統核心功能的設計和實現

根據系統設計，使用ESRI出品的MapObjects控件對空間數據庫的shape文件進行管理，采用可視化編程工具VC++來開發物流配送系統并實現系統的各項功能。在配送中心的物流配送系統設計中，其核心問題的算法主要有以下幾個。

(1)配送中心配送對象設計。要確定每個配送中心的配送對象，首先要根據配送中心的空間布局，結合一些相關的基礎地理要素運用地理信息空間分析中的Voronoi模型(陳彥軍等，2004)對地理空間進行劃分，以確定各個配送中心的服務區域，這一步通過運用專門的地理信息系統軟件進行空間分析來完成。然后分析客戶位于哪個配送中心的服務區域，從而確定其貨物來源，也就確定了配送中心的送貨對象。為了提高分析的效率，把客戶匹配到各自最近的路口坐標，然后根據前面空間分析生成的路口和配送中心對照表，通過SQL查詢，可以迅速地查找到配送中心的配送對象。

(2)根據地址信息(道路名及門牌號)確定客戶的地理坐標。客戶屬性信息表里，并沒有客戶的確切地理坐標，因此要根據以需求客戶所在的地址即道路名和門牌號來確定其地理坐標(x，y)，這主要是利用所建立的具有拓撲關系的道路信息文件來進行分析。利用MapObjects中的地理編碼對象來定位客戶地理位置，首先根據道路名來查找具有與之同名的路段，再根據門牌號確定其所在的具體路段，該路段查詢與之連接的兩個路口，路口的坐標，以及該路段的起始及終止門牌號進行線性插值，進而求出客戶所在地址的中心點坐標(劉光，2003)。

(3)配送中心的送貨路徑設計。在確定了配送中心送貨的客戶對象以后，就是如何合理安排配送路線來送貨的問題，這個問題也是配送的核心部分，可以降低運輸成本，提高企業效率。該問題描述為送貨車輛從配送中心出發，依次經過位于該配送中心服務區內的各個客戶，為其送貨，送完貨后返回配送中心，從而完成一個最短距離的送貨過程。在送貨過程中關鍵就是如何確定向客戶送貨的順序，根據實際情況，本系統所采用的是比較簡單，操作比較方便的貪心算法(肖位樞，1993)，貪心算法是每次搜索最鄰近的點并加到送貨路線上，再以此點為基點搜索下一點，直到所有點都加到線路上為止，最后返回出發點形成一個回路。對于配送中心及其送貨范圍內的客戶，被抽象成位于地理空間的若干點的集合，設為V，配送中心為V0，客戶為Vi(i=1，…，n ) ， vertex[Vi]=1表示客戶點Vi已經加到路線上，vertex[Vi]=0表示客戶Vi尚未做處理，則算法描述如下:

三、系統運行結果

根據前面的設計和算法，以桂林市某配送中心為例，開發出該配送中心的物流配送信息系統，通過搜集到的客戶數據信息，確定該配送中心配送范圍內的客戶位置，同時，生成并顯示該配送中心最優配送路線規劃圖(圖２)。

圖２配送結果電子地圖

圖中是以桂林市電子地圖作為底圖，空白線狀網絡是帶拓撲結構的城市道路交通網絡，五角星狀標記表示配送中心的地理位置，三角旗形點狀標記是客戶地理位置坐標，圖中央的深色環形線表示的是基于該配送中心的最優送貨路徑。

從該圖可以看出，該系統較好的實現了客戶地理位置的匹配，生成了較優的環路配送路徑，大大提高了企業的配送效率，降低了配送成本。

四、未來展望

本文論述并實現的配送中心物流配送信息系統，可以很好地對配送中心送貨服務進行線路規劃管理，節約了送貨時間，大大降低了物流配送成本，同時，本系統也可以應用于某些電子商務領域的配送規劃。

把GIS和物流相結合，可以利用GIS強大的空間分析和決策功能進行物流配送路徑的規劃和配送車隊實現實時控制指揮，大大地提高了物流配送的效率和相應企業的效益。GIS在物流配送方面具有非常廣闊應用前景。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。