基于云GIS的電信運營商物流配送系統(tǒng)和算法研究

李 杰，馬學(xué)剛/Li Jie,Ma Xuegang

（1.中國移動通信集團(tuán)河北有限公司邢臺分公司 邢臺054000；2.中國移動通信集團(tuán)河北有限公司 石家莊050035）

1 引言

在IT 時代，電信服務(wù)市場構(gòu)造一個有效、快速反應(yīng)的供應(yīng)鏈體系是十分必要的。提到供應(yīng)鏈，不得不提的就是物流配送問題。現(xiàn)代物流要求物流企業(yè)實現(xiàn)物流、信息流和資金流的三流合一。所謂三流合一，就是要求在順暢的信息流的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)貨物和運輸工具精確、及時、高效的流動，從而削減物流成本，提高企業(yè)競爭力，實現(xiàn)企業(yè)高效益。

從運營商自有營業(yè)廳的終端等物品上柜以來，就一直受物流配送的制約，配送時效無法滿足需求，影響了終端的及時上柜，并進(jìn)一步影響了營業(yè)廳的產(chǎn)能提升，使得運營商在市場競爭中處于劣勢地位，并且隨著通信行業(yè)營業(yè)廳活動的增加，從中心倉庫配送禮品的頻率和質(zhì)量激增，物流成本也相應(yīng)地增加。為了能夠應(yīng)對物流配送帶來的貨物增加和成本增加，如何快捷地配送物品和減少成本就成為迫切要解決的問題，主要有以下兩個方面。

（1）建設(shè)普適、開放、協(xié)同的物流配送系統(tǒng)平臺

在該平臺基礎(chǔ)上，定制開發(fā)適合運營商物流配送的應(yīng)用和工具軟件。平臺的普適性，就是任何人，在任何地點，以任何方式進(jìn)行物流配送方案的定制、查詢和分析；平臺的開放性，就是面向運營商企業(yè)內(nèi)部，特別是針對非專業(yè)人員提供便捷、高效的物流配送應(yīng)用；平臺的協(xié)同性，就是搭建一個公共、可視平臺，針對運營商內(nèi)部各種人員在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)同工作。

（2）優(yōu)化并改進(jìn)物流配送的核心算法

目前常用的物流配送核心算法是最短路徑算法。最短路徑分析是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫再|(zhì)，在網(wǎng)絡(luò)圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，求解從一個頂點到其他各頂點之間的最短路徑，或求解每對頂點之間的最短路徑。但實際中還要綜合考慮物流車載量、路徑、綜合費用等多種要素。因此，如果要對算法進(jìn)行改造，就要從路徑、費用、耗時等多個方面加權(quán)后計算最短路徑。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 云GIS平臺

電信運營商省級云GIS平臺是基于云計算架構(gòu)設(shè)計的，建設(shè)的架構(gòu)如下。

①借助虛擬化技術(shù)，對主機(jī)、存儲等硬件設(shè)備進(jìn)行虛擬化，初步實現(xiàn)IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)），為云GIS平臺提供硬件資源可彈性調(diào)整的硬件環(huán)境。

②構(gòu)建PaaS（平臺即服務(wù)），基于ArcGIS 軟件架構(gòu)，對云計算技術(shù)進(jìn)行良好支撐，實現(xiàn)GIS 資源服務(wù)的精確度量、動態(tài)監(jiān)控、彈性調(diào)整，進(jìn)一步提升GIS 服務(wù)的高可用性。

③借助云GIS 架構(gòu)，開發(fā)面向通用業(yè)務(wù)場景的GIS 軟件服務(wù)能力，只要有基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支持，就可以快速使用這些通用的GIS 軟件應(yīng)用和服務(wù)，即實現(xiàn)了SaaS（軟件即服務(wù)）。

圖1 電信運營商云GIS平臺架構(gòu)

④構(gòu)建輕量級Office Map 地圖插件工具，便捷、高效地實現(xiàn)Office Excel 與GIS 地圖的數(shù)據(jù)交換。

2.2 基于云GIS的物流配送系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

云GIS平臺將云計算的各種特征用于支撐地理空間的各要素，包括建模、存儲、處理等，從而改變用戶傳統(tǒng)的GIS 應(yīng)用方法和建設(shè)模式，以一種更加友好的方式，高效率、低成本地使用地理信息資源。云GIS平臺的主要特征是：一個集中的空間信息存儲環(huán)境；一個以服務(wù)為基礎(chǔ)的空間信息應(yīng)用平臺； 一個以租賃為主要形式的運營模式。總之，云GIS平臺是一個面向大眾的、開放的、優(yōu)化的GIS 制圖和公共服務(wù)平臺。

云GIS平臺主要的運營模式包括3 種：PaaS、SaaS、DaaS。電信運營商云GIS平臺架構(gòu)如圖1所示。

（1）PaaS

主要是提供托管、租賃的運營模式，企業(yè)內(nèi)部其他部門的GIS 應(yīng)用需求可承載到云GIS平臺上。物流配送系統(tǒng)依托云GIS的PaaS 層，通過PaaS 提供GIS 服務(wù)和開發(fā)環(huán)境，減少傳統(tǒng)GIS 應(yīng)用開發(fā)模式的大工作量，實現(xiàn)應(yīng)用需求平臺級的環(huán)境支撐和服務(wù)托管。

（2）SaaS

將傳統(tǒng)GIS 空間分析能力，以一種軟件能力進(jìn)行封裝，對外提供松耦合的獨立軟件應(yīng)用，并且具備各種軟件的重新組織和搭配能力，能夠快速形成模塊化軟件融合能力。對于普通用戶，不用進(jìn)行任何開發(fā)，就可以便捷地應(yīng)用GIS 軟件服務(wù)。

（3）DaaS

提供基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合接口，為普通用戶提供便捷的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在地圖中呈現(xiàn)的服務(wù)，即云GIS的普適性。圖2所示為物流配送系統(tǒng)架構(gòu)。

物流配送平臺系統(tǒng)承載在云GIS平臺中，通過PaaS、SaaS、DaaS 提供的服務(wù)、軟件和數(shù)據(jù)聚合能力，實現(xiàn)地圖管理、地圖和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理、物流配送管理以及共享管理。

（1）地圖管理

通過Office Map 插件工具，在Excel中嵌入動態(tài)、交互式的GIS 地圖。

（2）地圖和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理

選擇要在GIS 地圖中分析的營業(yè)廳數(shù)據(jù)，以向?qū)Х绞缴蟼鳡I業(yè)廳數(shù)據(jù)并呈現(xiàn)在交互式地圖中。將所有的道路放到空間分析中進(jìn)行分析，最終得出一條最佳路徑。

（3）物流配送管理

主要是依托GIS 空間分析能力，實現(xiàn)物流配送最短路徑分析功能，并將配送路徑在地圖中實現(xiàn)可視化。

（4）共享管理

一是將上傳到地圖中的營業(yè)廳數(shù)據(jù)共享為數(shù)據(jù)圖層；二是將營業(yè)廳數(shù)據(jù)圖層與路徑分析服務(wù)發(fā)布成GIS 地圖服務(wù)；三是將生成GIS 地圖服務(wù)在自主門戶系統(tǒng)中展示。

圖2 物流配送平臺系統(tǒng)架構(gòu)

2.2.2 物流配送算法的優(yōu)化

物流配送系統(tǒng)的核心算法是在遺傳算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，同時參考了迪克斯拉算法、Floyd算法、矩陣算法。通過Office Map 插件工具來編輯數(shù)據(jù)，管理平臺共享服務(wù)，基于云GIS平臺來實現(xiàn)配送的空間分析。

從物流配送的實際情況出發(fā)，影響配送成本的因素很多。所謂配送成本是指到達(dá)目標(biāo)或目的地的花費，包括自然障礙地物（山地、河流、湖泊等）和人文障礙地物（建筑物、鐵路、高速公路等）的阻隔、時間、安全性等，Arcgis 空間分析就能很好地解決這些問題，在Arcgis 空間分析模塊下，制圖工具提供了許多分析工具和函數(shù)。

圖3 為遺傳算法流程，分為決策變量、建立優(yōu)化模型、調(diào)用路徑分析服務(wù)等。

（1）決策變量

對路徑分析需要的決策條件進(jìn)行分析，如路徑、車輛、貨物總量。

（2）建立優(yōu)化模型

通過Arcgis 分析并結(jié)合遺傳算法來進(jìn)行模型建立和優(yōu)化。

（3）調(diào)用路徑分析服務(wù)

建立好的模型，并輸入到發(fā)布好的路徑分析服務(wù)中，經(jīng)過空間分析，得出最優(yōu)最短路徑。

3 系統(tǒng)開發(fā)實現(xiàn)

3.1 Office Map 插件工具

安裝部署Office 插件后，打開Excel，切換到Office Map 標(biāo)簽頁，單擊“登錄”按鈕，輸入賬號、密碼登錄，如圖4所示。

圖3 遺傳算法實現(xiàn)流程

圖4 登錄Office Map 插件工具

3.2 模版設(shè)置

單擊“插入物流配送模版”，如圖5所示。

填寫經(jīng)度、緯度、地點、配送數(shù)量和單車配送數(shù)量等參數(shù)。其中，營業(yè)廳配送數(shù)量為每個營業(yè)廳的配送量，倉庫的為0；單車配送數(shù)量只有倉庫有，其他為0，如圖6所示。

3.3 轉(zhuǎn)換不規(guī)則的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)

正常經(jīng)緯度數(shù)據(jù)格式為114.506 942 6（經(jīng)度）、37.067 097 24（緯度）。在經(jīng)緯度的采集和錄入過程中，因為測試設(shè)備、經(jīng)緯度坐標(biāo)、人為錄入等客觀因素，會導(dǎo)致經(jīng)緯度格式不符合要求。

系統(tǒng)提供經(jīng)緯度數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的功能，選中經(jīng)緯度列，單擊“經(jīng)緯度格式轉(zhuǎn)換”，如圖7所示。

3.4 共享數(shù)據(jù)

營業(yè)廳、倉庫、物流配送單車載貨量等參數(shù)編輯、填寫完成后，下一步要上傳物流配送的相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，共享數(shù)據(jù)到云GIS平臺中，共享給托管在云GIS平臺的物流配送系統(tǒng)使用，具體如圖8和圖9所示。

①選擇數(shù)據(jù)的位置信息方式，包括地址、經(jīng)緯度和國家3 種方式。通常采用經(jīng)緯度位置上傳方式，如圖10所示，然后單擊下一步。

圖5 物流配送模塊

圖6 物流配送的營業(yè)廳數(shù)據(jù)編輯

圖7 經(jīng)緯度數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

圖8 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳向?qū)?/p>

圖9 選擇要上傳業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的單元格區(qū)域

圖10 選擇數(shù)據(jù)位置上傳方式

②指定業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在地圖中注記名稱、經(jīng)度、緯度，在Excel 表格中列字段位置，單擊“向地圖中添加數(shù)據(jù)”，完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳到地圖，如圖11 和圖12所示。

4 驗證結(jié)果

在基礎(chǔ)地圖中上傳并共享物流配送相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)后（營業(yè)廳、倉庫、單車載貨量等），就要進(jìn)行物流配送路徑規(guī)劃分析。主要是借助云GIS平臺提供路徑規(guī)劃的空間分析能力，基于改進(jìn)優(yōu)化后的遺傳算法，在地圖中以可視化方式呈現(xiàn)物流配送路徑。具體步驟為： 右鍵單擊 “共享的物流配送數(shù)據(jù)節(jié)點”，然后選擇“倉庫配送路徑分析”菜單，最后單擊“開始分析”按鈕，對倉庫配送路徑進(jìn)行分析并將分析結(jié)果呈現(xiàn)出來，如圖13~圖15所示。

圖11 設(shè)定注記名稱、經(jīng)緯度所在的列并上傳數(shù)據(jù)到地圖

圖12 上傳營業(yè)廳業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并在地圖中呈現(xiàn)

圖13 門戶路徑分析呈現(xiàn)

圖14 倉庫配送路徑分析

圖15 路徑分析結(jié)果呈現(xiàn)

5 結(jié)束語

本文研究的物流配送系統(tǒng)是基于云GIS平臺架構(gòu)的，其特點是：高擴(kuò)展、靈活、GIS 服務(wù)云端化、云+端應(yīng)用模式、端的多元化、面向協(xié)同辦公的GIS普適化。依托云GIS平臺架構(gòu)開發(fā)的快速制圖工具，具有數(shù)據(jù)即服務(wù)和軟件即服務(wù)的能力，并在此基礎(chǔ)上大大提升了非GIS 專業(yè)人員操作地圖的便捷、高效的能力。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在某電信運營商的采購供應(yīng)部門推廣應(yīng)用，極大地降低了GIS 地圖數(shù)據(jù)和軟件應(yīng)用門檻，客觀地量化了采購供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中的成本，為運營商降本增效、提升管理提供了支撐。

[1]徐虹，劉志強(qiáng)，羅杰.基于GIS的物流配送系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2003，（6）.

[2]高志剛，王長瓊.基于GIS的多路線配送系統(tǒng)集成研究[J].物流科技，2005，（2）.

[3]曹全龍，唐權(quán)，楊程瑤.基于ArcGIS的云GIS平臺設(shè)計方案研究[J].測繪與空間地理信息，2014,37（10）.

[4]中國移動通信集團(tuán).中國移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)GIS平臺技術(shù)規(guī)范V0.9.0[Z].2009.