煙草配送體系建立的關(guān)鍵元分析

[摘要] 現(xiàn)代化的物流配送體系是提高卷煙銷售網(wǎng)絡(luò)建設(shè)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是一項(xiàng)基礎(chǔ)工程。為此，需要重點(diǎn)分析以下問題：一是將整個區(qū)域的電子地圖及相關(guān)的專題圖層存入空間數(shù)據(jù)庫；二是對配送車輛進(jìn)行GPS定位，及時掌握車輛的狀況；三是降低運(yùn)營成本，選擇最短或最優(yōu)的路徑。這三個問題是整個新型煙草配送體系建立的關(guān)鍵之所在，本文對此進(jìn)行了討論。

[關(guān)鍵詞] Oracle Spatial GPS 配送路徑

隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，卷煙流通格局也發(fā)生了很大變化。國家局提出的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)戰(zhàn)略是支持我國煙草行業(yè)長期穩(wěn)健發(fā)展的一個戰(zhàn)略，卷煙銷售網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與創(chuàng)新成為網(wǎng)建進(jìn)入新階段后大家關(guān)注的焦點(diǎn)。本文針對卷煙流通體制改革中的物流配送運(yùn)作體系，提出了使用GPS技術(shù)，后臺用Oracle空間數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行煙草配送車輛的定位和最優(yōu)化調(diào)度的解決方案，并重點(diǎn)對該物流體系建立的三個關(guān)鍵元進(jìn)行分析。

一、電子地圖存入數(shù)據(jù)庫

為了高效地處理數(shù)據(jù)，需要將煙草配送區(qū)域的地理信息存入計算機(jī)。目前，GIS普遍采用空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開存儲的模式，屬性數(shù)據(jù)一般存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)則以文件方式存儲。這種存儲方式在單機(jī)GIS中還表現(xiàn)不出多大缺陷，但是隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是Web GIS的出現(xiàn)，這種存儲模式在網(wǎng)絡(luò)地理信息中會遇到很多問題。Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫可以很好的解決這個問題，可以將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)一體化存儲。為了將電子地圖存入數(shù)據(jù)庫，首先需要創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，然后讀取其中的數(shù)據(jù)并分析。

1.創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。建立一個數(shù)據(jù)庫，需要許多準(zhǔn)備工作和計劃，主要有：設(shè)計數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)；設(shè)計數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)；選取全局?jǐn)?shù)據(jù)庫名(Global Database Name)；決定字符集(Character Set)。上述準(zhǔn)備工作做好后，就可以開始進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)所涉及的空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)工作，具體如下：

(1)空間圖層。在Oracle數(shù)據(jù)庫中空間幾何數(shù)據(jù)按照空間圖層、幾何圖形、元素來分層組織。空間圖層是由幾何圖形構(gòu)成，而幾何圖形是由元素來構(gòu)成的。空間圖層的設(shè)計至關(guān)重要。

(2)查詢和索引。Oracle Spatial中，空間幾何數(shù)據(jù)的查詢分為兩步：根據(jù)條件檢索出要查詢內(nèi)容的范圍，這在服務(wù)器端完成；在上一步所查詢的范圍中進(jìn)一步檢索，找出所要查詢的空間幾何數(shù)據(jù)，這在服務(wù)器或客戶端進(jìn)行。Oracle Spatial使用二叉樹索引完成第一步查詢工作，將所要查詢的空間幾何圖形用小方格覆蓋，以確定空間幾何圖形的范圍。

2.MapX從Oracle Spatial中讀取數(shù)據(jù)。通過*.tab或*.gst文件，MapX可以實(shí)時的存取空間數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。*.tab文件是一個文本文件，*.gst是MapX Geoset Manager的生成格式，是多個.tab文件的集合。一旦創(chuàng)建了文件，開發(fā)人員可以在程序中實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的存取功能，其中涉及到數(shù)據(jù)庫的連接及數(shù)據(jù)的讀取。通過圖層對象Layers的Add方法，可以添加圖層到集合并在地圖上顯示。具體的調(diào)用方法：

[Layer=]Layers.Add(LayerInfo，[position])

其中：LayerInfo可以是Tab文件的完整路徑，也可以是一個LayerInfo對象；position是該添加的圖層在地圖中的疊加順序。LayerInfo描述了新圖層的定義，利用LayerInfo.AddParameter方法可將LayerInfo的參數(shù)添加到LayerInfo對象中，格式如下：

LayerInfo.AddParameter(name，value)。

MapX訪問空間數(shù)據(jù)，首先訪問元數(shù)據(jù)表，獲取Oracle9i Spatial空間數(shù)據(jù)表的描述信息。通過Oracle9i的安全驗(yàn)證，被賦予適當(dāng)權(quán)限的合法用戶，可讀取元數(shù)據(jù)表信息。其次訪問某一用戶的空間數(shù)據(jù)表，獲取詳細(xì)的空間數(shù)據(jù)。

3.基于Oracle Spatial的空間分析。Oracle Spatial的空間分析主要依賴于空間數(shù)據(jù)操作函數(shù)，主要有：用于相交查詢的SDO_RELATE，SDO_FILTER，SDO_WITHIN_DISTANCE；用于緩沖區(qū)分析的SDO_BUFFER，用于面積、長度計算函數(shù)的SDO_GEOM.AREA，SDO_GEOM.LENGTH等。例如：用于相交查詢的SDO_RELATE函數(shù)，該函數(shù)的功能為確定與某一指定空間對象具有相交關(guān)系的對象(集合)有哪些。調(diào)用規(guī)則為：SDO_FILETER(geometry1，geometry2，params)，其中：參數(shù)geometry1和geometry2是要判斷關(guān)系的空間對象，params是空間操作符。

二、GPS車輛位置服務(wù)

對所有煙草配送車輛進(jìn)行GPS位置服務(wù)，可以實(shí)時掌握車輛的運(yùn)行情況。其原理如下：GPS位置服務(wù)系統(tǒng)中的GPS接收終端接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號，并對其進(jìn)行解析，完成定位數(shù)據(jù)的采集；然后GPS接收終端把采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到定位服務(wù)器；定位服務(wù)器接收終端的位置信息，存入數(shù)據(jù)庫，供地圖終端查詢；各地圖顯示終端(如JAVA手機(jī)、PDA、便攜式電腦、甚至包括一般PC)根據(jù)需要向定位服務(wù)器發(fā)出查詢請求；定位服務(wù)器接收到位置查詢請求，查詢數(shù)據(jù)庫，把結(jié)果返回給請求者；各地圖顯示終端根據(jù)返回的結(jié)果在本地的GIS系統(tǒng)中進(jìn)行圖形顯示，并可以做進(jìn)一步的處理，如控制、跟蹤等。

為了提高整個系統(tǒng)的通用性，可以采用基于Java的跨平臺特性來進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)的開發(fā)。定位服務(wù)器的功能可以基于J2EE實(shí)現(xiàn)。定位服務(wù)器是整個移動定位系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，是整個移動定位網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換平臺和數(shù)據(jù)存儲倉庫，它以多種多樣的方式為網(wǎng)絡(luò)中的終端提供服務(wù)，包括Web服務(wù)、TCP/IP端口服務(wù)、手機(jī)短信服務(wù)、電子郵件服務(wù)等手段。

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性，可以把該系統(tǒng)內(nèi)部劃分為三個層次：數(shù)據(jù)層、EJB層和應(yīng)用層。EJB層是系統(tǒng)的核心所在，它既是存取底層數(shù)據(jù)庫的通道，又為應(yīng)用層提供了一個統(tǒng)一的訪問接口，以實(shí)現(xiàn)對各種不同形式的服務(wù)的支持。

服務(wù)器端的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程如圖所示。圖中共涉及四個對象：User、PositionManager、GPSObject、Position。User對象代表查詢服務(wù)的使用者，這個使用者是一個廣義的使用者，它不是代表用戶，而是代表運(yùn)行在應(yīng)用層的一系列使用查詢服務(wù)的程序。比如：一個Servlet服務(wù)程序、一個JSP頁面等等。PositionManager對象是應(yīng)用層和EJB層之間進(jìn)行交互的接口，應(yīng)用層的程序都通過這個接口來訪問EJB，得到位置數(shù)據(jù)。GPSObject對象代表一個受控的GPS地圖目標(biāo)，在這里它是一個EJB的實(shí)體對象(Entity Bean)，提供對受控目標(biāo)位置的訪問。Position對象代表一個受控目標(biāo)的位置點(diǎn)，它也是一個EJB對象，一個GPSObject對象對應(yīng)于多個Position對象，以存儲該對象的運(yùn)動軌跡，提供歷史信息的查詢服務(wù)。在PositionManager接口中，定義了三個接口方法供應(yīng)用層訪問EJB，分別是getLastPosition、getPositionsBetween、getAllPositions。getLastPosition用于取得最近一次的位置信息，getPositionsBetween用于取得一個時間段內(nèi)的位置信息的序列，getAllPositions用于取得受控目標(biāo)的所有的歷史位置信息。

基于JAVA的GPS位置服務(wù)系統(tǒng)有效克服了傳統(tǒng)的定位方法關(guān)于定位精度和擴(kuò)展服務(wù)的弱點(diǎn)，可以在目前應(yīng)用的定位服務(wù)精度數(shù)百米的基礎(chǔ)上降低到10m以內(nèi)，并可以在多種移動平臺之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，是一種全新的下一代位置服務(wù)系統(tǒng)，能夠完全適用于煙草配送系統(tǒng)的車輛定位服務(wù)的應(yīng)用。

三、最優(yōu)路徑的選擇

在整個煙草配送體系中，路徑的選擇是影響整個系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。從一般意義上講，物流配送是指按顧客的要求，用多個車輛從配送中心對顧客進(jìn)行配給。各顧客點(diǎn)的位置和需求量為已知，各車輛的載貨量已知，力求尋找一個優(yōu)秀的配送方案，使得總代價最小(所用車輛盡量少，行車總距離盡量短)，同時滿足以下條件及假設(shè):(1)所有的配送車輛以配送中心為起點(diǎn)并最終回到配送中心;(2)每條配送路徑上各需求點(diǎn)的需求量之和不超過車輛的載貨量;(3)每條配送路徑的長度不超過車輛一次允許行駛的最大距離;(4)每個需求點(diǎn)的需求由且僅由一輛車一次送貨滿足。

本文介紹比較先進(jìn)的蟻群算法，并根據(jù)實(shí)際情況，提出了相應(yīng)的改進(jìn)。蟻群算法是一種模擬自然界螞蟻覓食行為的啟發(fā)式搜索算法。螞蟻覓食時，會在所經(jīng)過路線上留下一種稱為信息素(pheromone)的物質(zhì)，以此來標(biāo)識路線，其他螞蟻可以并且習(xí)慣追蹤此信息素爬行。在確定位置的食物和蟻穴之間，較近的路線，螞蟻重復(fù)爬行的次數(shù)就更高些。由于每只螞蟻每經(jīng)過一次都要釋放信息素，這樣重復(fù)次數(shù)多的路線由于其信息素濃度較大就更容易被其他螞蟻選中，這樣整個蟻群就由開始的多路線爬行逐漸集中到最短的路線上爬行，使路線得到優(yōu)化選擇。意大利學(xué)者M(jìn).Dorigo模擬此過程提出了蟻群算法。

在煙草配送路徑的選擇中，我們用一賦權(quán)有向圖G= (V，A，d)來表示配送路徑問題，其中V={v0，v1，v2，…，vn}為一系列點(diǎn)的集合。v0用來表示配送中心，vi(i=1，2，…，n)表示各顧客，A={(vi，vj)|vi，vj∈V，i≠j}為一系列弧的集合，dij與弧(vi，vj)相聯(lián)系，表示vi到vj的距離，對于顧客vi給定了需求量qi(其中q0=0)。

我們用人工螞蟻替代車輛來服務(wù)顧客點(diǎn)，當(dāng)下一個要服務(wù)的顧客點(diǎn)會使運(yùn)載總量超出汽車載貨量，或者使運(yùn)距超過一次最大行駛距離時，就返回到配送中心v0，表示這輛車完成此次運(yùn)輸，該輛車接著出發(fā)服務(wù)其余顧客，直到所有顧客點(diǎn)都得到了一次服務(wù)，此時代表該車的螞蟻完成一次巡游。當(dāng)所有螞蟻都巡游一次，記為一次循環(huán)。一次循環(huán)后，根據(jù)各螞蟻巡游歷程的好壞(目標(biāo)函數(shù)值)，計算信息素增量，更新相關(guān)路徑上的信息素。由于人工螞蟻具有記憶和判別的能力，螞蟻在i顧客點(diǎn)選擇服務(wù)的下一個顧客點(diǎn)j時，主要考慮兩個因素，一是i，j兩顧客點(diǎn)之間的關(guān)系的親密程度，稱為可見度，記為ηij;另外考慮的是由迄今完成的循環(huán)所得路徑方案體現(xiàn)出來的由i到j(luò)的可行性，即信息素濃度τij。易見，在蟻群配送優(yōu)化迭代中，關(guān)鍵部分有三個：

(1)顧客i到顧客j的轉(zhuǎn)移概率

（1）

allowed={vi|vj∈V，v∈i是此次尚未服務(wù)到的顧客}

(2)可見度ηij的表示:ηij=1/dij(2)

(3)信息素濃度更新規(guī)則（3）

此種蟻群算法可以求解配送路徑問題，但存在計算量大，易出現(xiàn)收斂過早或停滯等缺點(diǎn)。為此，本文提出如下改進(jìn)：

①可見度的改進(jìn)。由于在配送問題中，配送中心是車輛的起始點(diǎn)及終點(diǎn)，但(2)式作為局部啟發(fā)量，沒有考慮到中心點(diǎn)的作用，使得最優(yōu)解不易很快被發(fā)現(xiàn)。鑒于此，我們引入節(jié)約值SAVE，用此改造可見度。記SAVEij=di0+d0j-dij，即由i到j(luò)所能節(jié)約的路徑長度。改造后：

ηij=SAVEij/dij(4)

②信息濃度更新規(guī)則的改進(jìn)。為了加速收斂，我們有限度增加全局最優(yōu)解的影響力。每次循環(huán)后，只對全局較優(yōu)的k個解所在線路上的信息素濃度進(jìn)行更新。規(guī)則如下:

其中，1-ρ為揮發(fā)度(即ρ為信息素?fù)]發(fā)后所剩的濃度)，k為取較優(yōu)解的個數(shù)，Lμ為第μ最優(yōu)的目標(biāo)值，λ為更新系數(shù)，用以控制信息素濃度增加的幅度。

③參數(shù)的改進(jìn)。為了加快收斂速度，同時又兼顧增大搜索范圍，在蟻群循環(huán)時，可以在不同階段(循環(huán)次數(shù))，采用不同的揮發(fā)度1-ρ及不同的更新系數(shù)λ。在初始時為了擴(kuò)大搜索范圍，可以采用較小的揮發(fā)度，較小的更新系數(shù)。在即將結(jié)束時，為了加快收斂，可以采用較大的揮發(fā)度，并加大更新系數(shù)。

四、結(jié)束語

本文所提出的煙草物流配送的建立方案，具有強(qiáng)大的功能性和靈活性，能夠適用于規(guī)模不同的煙草公司，并可運(yùn)行在多種平臺上，從而可以有效保護(hù)企業(yè)的投資。當(dāng)然，本文僅僅是從技術(shù)角度進(jìn)行了討論。為了更好地提升物流服務(wù)的水平，我們首先要在思想上和管理上下工夫，惟有如此，才能真正提升企業(yè)的核心競爭力。

參考文獻(xiàn):

[1]藩農(nóng)菲:基于Oracle Spatail 的GIS空間數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)[J].計算機(jī)工程， 2002 ， 28(2)

[2]霍宏胡福喬:用MapX訪問Oracle 中的空間數(shù)據(jù)[J].計算機(jī)應(yīng)用， 2003 ， 23 (1)

[3]劉繼興李軍張紀(jì)金:3G網(wǎng)絡(luò)中LBS的分析與發(fā)展思路[J].中國數(shù)據(jù)通信， 2003， (8)

[4]王穎謝劍英:一種自適應(yīng)蟻群算法及其仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2002 ， 14(1)

[5]Dorigo M，Gambardella L M.Ant Colony System:A Co-operative Learning Approach to the Traveling Salesman Problem[J]IEEE Transactions on Evolutionary Coputation，1997，1