物流GIS系統研究綜述

寧曉楓，肖銀杰，羅杏玲，余 冰

（長沙學院 工商管理系，湖南 長沙 410003）

物流GIS系統研究綜述

寧曉楓，肖銀杰，羅杏玲，余 冰

（長沙學院 工商管理系，湖南 長沙 410003）

詳細綜述了GIS在物流配送、物流選址、物流集成優化三個方面的研究進展，最后對物流GIS系統研究存在的問題和未來發展的趨勢進行了總結和展望。

GIS；物流配送；選址；集成優化

1 引言

地理信息系統（GIS）作為獲取、整理、分析和管理地理空間數據的重要工具，近年來得到廣泛關注和迅猛發展。它作為一個基于數據庫的分析和管理空間對象的工具，很好地彌補了物流系統空間和時間具有離散性的不足。GIS在物流系統的作用主要體現在以下三個方面：一是借助GIS的空間分析功能解決了現代物流僅依賴傳統的運籌學方法無法得出滿意解的問題。二是利用GIS強大的空間數據處理能力，統一資源管理平臺，管理和維護好多源信息。三是提供了決策的直觀和可視結果，提高了決策效率。文章從物流配送、選址以及集成優化方面闡述其應用，并對物流GIS系統進一步研究提出展望。

2 基于GIS的物流配送研究

物流配送一直是整個物流領域中最消耗企業資源的作業環節，現階段配送過程的決策主要采用人工模式，成為配送企業發展的瓶頸。GIS能在配送路線的優化與運輸車輛調度方面解決大量信息的查詢、分析與處理問題，并在配送業務的操作層面和配送過程的管理決策層面提供技術支持。因此，加大GIS的物流配送研究，對物流配送企業實現智能化配送管理、降低配送服務成本、提高配送效率顯得至關重要[1]。

2.1 GIS在物流配送路線優化上的研究

配送路線是指各配送車輛向各個用戶送貨時所要經過的線路。配送路線的合理選擇對配送速度、服務質量和配送成本有直接影響。物流配送路線優化問題，是配送過程中最重要的問題之一，以最短路為基礎，輔之以時間為約束條件，通常被歸結為VRP問題，包括帶時間窗的車輛路徑問題、帶能力約束的車輛路徑問題、多車型車輛路徑問題等。VRP是NP-hard問題，若用傳統精確算法求解時無法避免開指數的爆炸問題。Kolen等曾利用分枝定界法求解含時間窗約束的車輛巡回問題，受到內存不足的限制，不能為高效運算作保證[2]。因此，精確算法只能解決規模較小的問題，而啟發式算法應用較廣。

張濤等在預先不固定車輛數的情況下，把聚類和排序有效結合起來，提出用遺傳算法和3-opt結合求解帶有能力約束的VRP，算法較準確[3]。葉志堅等考慮局部優化的限制，提出大旅程法和禁忌搜索法相結合的混合啟發式算法求解多車型車輛路徑問題[4]。牛永亮等采用四叉樹法進行分區，再采用兩階段法求各個分區內的最優配送路線，用C語言對實例模型編程與LINGO軟件計算結果相同，顯示了其算法在節約計算時間和資源方面的巨大優勢，對解決大規模物流網絡配送問題具有一定理論和實用價值[5]。喻偉等提出遺傳節約綜合算法，經實踐證明，改善了汽車配送過程中的實載率，效果顯著[6]。這些算法的提出與改進，都為進一步研究配送路線優化問題提供了理論依據。

2.2 GIS在物流運輸車輛調度上的研究

車輛調度問題（VSP）是指服務于一組已知顧客的一個車隊，設計一組開始和結束于一個中心出發點的最小費用路徑：每個顧客只能被服務一次，而且，一個車輛服務的顧客數不能超過它的運載能力[7]。基于GIS對車輛進行統一的調度管理，并集成人工智能和數據挖掘技術，對車輛的運行狀況進行智能分析，可為用車單位降低運營成本，提高經濟效益。

黃作維等利用GRUDF（GIS通用開發框架）和GPRS技術對數據集成與功能集成進行了深入探討，在GIS平臺上進行了物流系統的整體設計與動態路徑規劃實現，使系統能對企業的物流配送過程進行時間和空間上的實時動態管理，在信息平臺下實現高效、便捷的物流運輸車輛調度[8]。徐麗群等提出的基于GIS的車輛配送路線優化的圖解模型（如圖1），為企業運輸調度決策提供了決策支持，而且有利于企業管理者對車輛運行軌跡進行監控[9]。

張飛舟等運用混合遺傳算法HGA（hybrid genetic algorithm）對公交車輛調度現狀及所處的運營環境進行了研究，經車隊實踐，運行效率提高了15%，時間縮短了5%[10]。

但目前的這些研究還不夠全面，沒有從多配送中心、多目標函數等約束條件進行考慮，綜合各方面，蔡延光等提出了將一臺車輛的自適應Tabu Search算法應用于帶時間窗的多重運輸調度問題（MVRPTW）轉換模型中，經大量的實際計算表明該算法能在較短的時間內求出問題的最優解，并對一般的組合優化問題具有啟發意義[11]。曹劍東等在基于GPS/GIS/GPRS技術的動態車輛調度系統下（如圖2），以混合禁忌搜索算法為理論基礎進行靜態調度求解，并以局部調整策略實現VRPB的動態調度計算[12]。

3 基于GIS的物流選址研究

所謂選址問題，是指以優化為目標，研究在規劃區域內確定若干設施的位置，進而為決策者提供最佳選址方案。由于選址問題具有長期性、固定性，并對整個系統的合理化和商品流通的社會效益有決定影響，故物流選址意義重大。而利用GIS同時對空間信息和非空間信息進行分析和處理，能為選址問題提供更加方便、準確的解決方案。

3.1 GIS在物流靜態選址上的研究

到目前為止，國內外學術界運用各種模型方法從不同角度進行選址研究，已取得相應成就。Alfred Webber（1909）首次提出韋伯問題，Cooper（1964）提出啟發式方法解決概括的韋伯問題[13]。繼Cooper之后，Sherali和Sherry（1977）提出解決概括的韋伯問題的分解算法[14]。與此同時，國外學者開始運用計算機技術去解決地理問題，基于地運算的韋伯問題也應運而生[15]。設施區位問題以其固有的復雜性、求解難度及其與空間分析的密切關系，成為GIS模型的重要補充，更是地計算的前沿分支[16]。

史占江等提出了結合圖的Steiner樹與GIS方法的選址方案，簡單實用，時間復雜度也不高，但沒有考慮結點的權值等細節[17]。林晨等利用GIS的地圖分析功能，在.NET平臺下以C#語言作為開發工具對混合整數規劃法的優化選址模型進行解算，計算結果與實際情況基本相符[18]。然而，這些研究大部分是針對物流的靜態選址。為了更好地適應實際情況、客戶需求、各種費用成本及相關的政策體制等的變化，應對物流選址做進一步的研究。

3.2 GIS在物流動態選址上的研究

由于不同選址地點的成本和需求會隨時間的變化而變化，用靜態方法求出的配送選址最優解在未來年份有可能變成次優解。針對這種情況，應考慮動態選址。

張曉磊等利用GIS緩沖區分析功能進行配送中心選址的方法，綜合考慮信息的動態性和不確定性，建立了GIS和I．E-ACO算法相結合的配送中心布局優化模型，使物流配送系統更具科學化、效率化和信息化[19]。石季英等分析了一種基于Voronoi圖且能滿足最小覆蓋圓的設施選址優化算法，將智能運輸系統（ITS）應用于動態路線選擇[20]。呂海峰等在對GIS網絡分析方法的闡述和P中心選址模型分析的基礎上，建立了可行的配送中心選址優化模型，具有重要的現實意義[21]。宣登殿等采用克理斯塔勒（Christaller W）六邊形法則劃分區域的方法，結合配送車輛經濟配送半徑，有效確定了配送中心數目。并用交替選址劃分方法對配送中心空間布局優化模型進行求解，為完善城市物流配送系統提供了新的途徑（如圖3）[22]。

4 基于GIS的物流集成優化研究

優化集成主要是指在GIS所提供全方位的信息和應用空間分析功能的基礎上，整合各種信息、內嵌數學模型以及集成具有案例推理（CBR）的廣義專家系統并借助可視化平臺來幫助人們提高智能決策分析的能力。

4.1 智能化集成研究

物流GIS系統具有智能化的特征。它為決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程的環境，通過調用各種信息資源和分析工具，提高了物流管理過程中的智能化管理水平，為企業取得競爭優勢。

物流信息系統和GIS分屬于不同的學科領域，兩者在集成的過程中有一定的復雜性和特殊性。傳統的物流GIS系統普遍采用的是由客戶層、業務邏輯層和數據庫與基礎設施層組成的三級構架模式，這種模式存在增加同步處理不同類型數據的額外時間開銷以及不方便用戶操作等問題。許勝禮提出了一種面向服務的組件式GIS物流系統四層架構方案，將組件式GIS平臺作為基礎支撐稱為空間信息支撐層。對GIS組件進行有目的地取舍，形成GIS服務簇，與物流服務簇共同構成業務服務層。這種構架設計具有業務處理敏捷、系統接口松散耦合和功能構件可復用的特點[23]。Julian J.Ray設計了一個通過集成網絡最優化算法，并采用先進的J2EE和XML等開放式的技術標準的車輛路徑優化系統，該系統的運用解決了特拉華州交通擁堵的問題[24]。GIS技術雖在空間分析上具有其他軟件無法比擬的優勢，但它只是對地理實體做靜態的描述，因而不能有效表達物流信息中的動態時空關系。辜寄蓉把元胞自動機原理（CA模型）引入到物流GIS系統中，利用CA模型的時空離散性特征，增強了GIS的動態建模功能，為有效地提前決策做了保證[25]。劉志碩采用案例匹配和規則匹配相結合的策略，重點研究了智能庫存決策支持模塊（如圖4），實現了智能物流實時跟蹤服務。通過建立案例庫和知識庫以及采用深度優先搜索策略的正向推理機制，實現了對庫存的高效控制[26]。

4.2 可視化集成研究

物流對地理空間的依賴性較大。采用GIS技術不僅可以將空間地理信息以圖形化的界面顯示，更能提供一種人機交互的數據化顯示功能。這就給決策者提供一個直觀的決策環境，讓決策模型更易于理解，從而提高了決策的效果，增強了決策者的信心[27]。

在可視化監測的過程中，常采用第一代GSM技術對車輛定位信息進行實時傳輸。但GSM具有傳送時間不確定、信道容量有限、可擴展性差的缺點，使車輛運行中的圖像監控達不到很好的效果。吳桂山提出了以GPRS分組數據交換為數據傳送方式的3G技術，有效地解決了以上問題，實現了可視化監測的”永遠在線“[28]。李一波設計了一個采用全球定位（GPS）系統獲取運載工具的經緯定位信息，再借助GIS實現經緯信息到地理信息的映射，并采用先進的J2EE和XML等開放式的技術標準實現了企業全物流的一體化、可視化調度、管理與監控[29]。焦亞冰以RFID讀取技術的全系統運用為核心，輔以ERP實現數據管理，根據物流配送現實需要，通過物流配送MIS可視化關聯技術的系統集成，構建物流配送MIS可視化解決方案模型。該模型既能對在途車輛進行精確定位，又能實時生成準確的存貨報告[30]。

5 展望

綜上所述，可知GIS憑借其功能實現了在物流配送上的可控性、選址上的高效準確性、功能集成上的可視性、智能性，但如何使物流GIS系統更好地滿足信息時代、數字時代的要求，是下一步研究工作的重點：

（1）提高系統的通用性，使系統具備綜合考慮運輸裝載時的貨物互斥、最優庫存、道路優先級等因素，進一步提高系統的智能化水平。

（2）促進3S（GISGPSRS）技術的融合，提高多源信息的有機共享，實現跨領域的集成優化。

（3）將物流GIS系統與新信息產業—物聯網結合，打造交通地理信息系統GIS－T，實現社會物流的智能化。

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Literature Review on Logistics Geographic Information System

NING Xiao-feng,XIAO Yin-jie,LUO Xing-ling,YU Bing
（Department of Business Administration,Changsha University,Changsha410003,China）

Studies on the application of GIS in material distribution,logistics location,and logistics integration and optimization are reviewed in detail,the existing deficits in there search field are exposed,and the future trend is predicted.

GIS;material distribution;location;integration and optimization

F252;P208

A

1005-152X（2011）02-0005-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2011.02.002

2010-12-14

湖南省長沙市軟科學研究資金專項項目（K0905025-41）

寧曉楓（1985-），男，湖南長沙人，助教，主要研究方向：物流管理。