基于GIS的多重心法物流設(shè)施選址研究

劉 猛，孫冬石

（1.大連東軟信息學(xué)院 商務(wù)管理系，遼寧 大連 116023）

基于GIS的多重心法物流設(shè)施選址研究

劉 猛1，孫冬石1

（1.大連東軟信息學(xué)院 商務(wù)管理系，遼寧 大連 116023）

針對多重心法計(jì)算過程復(fù)雜，需要反復(fù)迭代，工作量和難度大等問題，設(shè)計(jì)了多重心物流選址算法。該算法運(yùn)用了GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、空間分析和可視化等功能，并在GIS環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)。最后，結(jié)合具體的實(shí)例對算法進(jìn)行了應(yīng)用。

物流設(shè)施；選址；多重心法；模型；GIS

物流設(shè)施作為物流系統(tǒng)的重要組成部分，其合理選址關(guān)系到物流系統(tǒng)運(yùn)行的效率和經(jīng)濟(jì)效益，科學(xué)合理的選址能夠有效地降低貨物成本、節(jié)省配送時間、提高整個物流系統(tǒng)的運(yùn)作效率。物流設(shè)施選址有多種方法，如交叉中值模型、重心法模型、鮑姆爾·沃爾夫模型等。基于定量和定性模型的選址問題已逐漸成為物流領(lǐng)域的一個研究重點(diǎn)。GIS作為一種面向地理空間的數(shù)據(jù)管理與挖掘分析系統(tǒng)[1]，以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、分析能力成為了物流管理精細(xì)化、科學(xué)化、高效化的必備工具[3]。

重心法是一種模擬方法，它將物流系統(tǒng)中的需求點(diǎn)和資源點(diǎn)看成是分布在某一平面范圍內(nèi)的物流系統(tǒng)，各點(diǎn)的需求量和資源量分別看作是物體的重量，物體系統(tǒng)的重心作為物流網(wǎng)點(diǎn)的最佳位置點(diǎn)，利用求重心的方法來確定物流網(wǎng)點(diǎn)的位置[4]。但這樣得出的重心位置會有誤差，需要通過迭代計(jì)算縮小誤差后才能得到最優(yōu)解。

多重心法選址是單一重心法的延伸和優(yōu)化。在現(xiàn)實(shí)規(guī)劃中，企業(yè)往往需要一個區(qū)域內(nèi)的設(shè)施規(guī)劃來滿足企業(yè)建立多個物流配送點(diǎn)的需求[5]。多重心法相比于單一重心法要先將所有的物流節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組，分組的數(shù)量即是要建立的物流中心的數(shù)量，再將每個分組按照單一重心法求出初始的精確重心位置。為保證整個物流系統(tǒng)的運(yùn)輸成本最低，必須通過比較所有節(jié)點(diǎn)到所有重心坐標(biāo)的運(yùn)輸費(fèi)用來調(diào)整分組，重復(fù)以上步驟，直至分組情況不變才能得到最優(yōu)解。多重心法雖然復(fù)雜，但更接近實(shí)際情況，應(yīng)用更普遍。

1 GIS支持下的多重心法物流設(shè)施選址方法

物流設(shè)施選址受許多因素的影響和制約，如運(yùn)輸費(fèi)用、建設(shè)費(fèi)用、地租和運(yùn)營費(fèi)用等。因此多重心物流設(shè)施選址決策中首先要解決建幾個和在哪兒建的問題，建設(shè)數(shù)量和建設(shè)地址很大程度上決定了整個物流系統(tǒng)的效率和成本。本文利用GIS的空間聚類方法，實(shí)現(xiàn)需求點(diǎn)的分區(qū)和分組，分組數(shù)即為所建設(shè)施數(shù)。在此基礎(chǔ)上，再對每個子區(qū)域使用重心法選址，確定各區(qū)物流設(shè)施的地址，從而改進(jìn)傳統(tǒng)重心法的不足，實(shí)現(xiàn)多重心法選址[6]。

1.1 基于空間聚類法的需求點(diǎn)分組原理

空間聚類法中的最短距離法的基本原理和步驟如下：

1）以絕對值距離作為需求點(diǎn)間的距離，以最短距離作為類間的距離。

2）計(jì)算N個需求點(diǎn)兩兩之間的距離，得到距離矩陣。

3）構(gòu)造個類，每類只含一個樣本。

4） 合并符合類間距離定義要求的兩類為一個新類。

5）計(jì)算新類與當(dāng)前各類的距離。若類的個數(shù)為1，則轉(zhuǎn)到步驟6），否則回到步驟4）。

6）畫出聚類圖。

7）確定類的個數(shù)和類，即為分組數(shù)和組。

在ArcGIS中，以選址區(qū)域的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為空間基礎(chǔ)，需求點(diǎn)之間的距離采用道路網(wǎng)距離替代直線距離，通過建立點(diǎn)（需求點(diǎn)）、線（道路網(wǎng)）、面（選址區(qū)域）之間的拓?fù)潢P(guān)系及空間聚類得到分組數(shù)和組群[7]，從而進(jìn)行下一步的重心法選址。

1.2 重心法的物流設(shè)施選址模型

重心法又稱網(wǎng)格法或精確重心法，能利用物理學(xué)中對一組離散質(zhì)點(diǎn)求解重心的原理來解決設(shè)施選址的問題。在生產(chǎn)成本中運(yùn)輸費(fèi)用占有較大比重的情況下，由一個工廠向多個配送中心或倉庫發(fā)貨，或由一個配送中心或倉庫向多個銷售點(diǎn)運(yùn)貨，都適宜于采用重心法。其目標(biāo)函數(shù)為：

1.3 邏輯設(shè)計(jì)與模型實(shí)現(xiàn)流程

多重心法選址流程如圖1所示。

圖1 多重心法物流設(shè)施選址流程圖

邏輯設(shè)計(jì)與模型實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1）初步分組。根據(jù)需求點(diǎn)按一定原則進(jìn)行分組，分組的數(shù)量等于需要建立的物流中心的數(shù)量，每一個群組由一個重心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)。確立初步的分配方案，形成多個單一的精確重心法選址。

2）選址計(jì)算。對每一個群組的物流節(jié)點(diǎn)，按照單一精確重心法的方法求出物流重心位置。

3）調(diào)整分組。分別計(jì)算所有的物流節(jié)點(diǎn)到各群組物流中心的運(yùn)輸費(fèi)用。比較所有的節(jié)點(diǎn)到各群組的運(yùn)輸費(fèi)用，將運(yùn)輸費(fèi)用最少的那個節(jié)點(diǎn)分配到相應(yīng)的群組，并形成新的群組成員。

4）重復(fù)第2）步，直到群組成員無變化，此時的物流節(jié)點(diǎn)分配方案即為最佳分配方案，求出的各群組物流中心的位置即為最佳地址。

本文設(shè)計(jì)的算法軟件以實(shí)用和精確作為設(shè)計(jì)的根本目的，當(dāng)準(zhǔn)確地輸入各節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置、運(yùn)量以及運(yùn)輸費(fèi)率后，模型可以精確地計(jì)算出重心所在坐標(biāo)位置以及相應(yīng)的分組情況和運(yùn)輸費(fèi)用，分組情況以數(shù)字形式按照用戶錄入節(jié)點(diǎn)的先后順序顯示。

2 多重心法物流設(shè)施選址模型在GIS中的實(shí)現(xiàn)

GIS具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集與編輯、數(shù)據(jù)庫管理、空間查詢、空間分析和制圖等功能，這些功能使得GIS在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)合物流設(shè)施選址問題的特點(diǎn)，將GIS應(yīng)用于物流設(shè)施選址研究具有幾個方面的優(yōu)勢：①地圖、專題數(shù)據(jù)庫的物流需求點(diǎn)、道路網(wǎng)、地價、運(yùn)費(fèi)等數(shù)據(jù)的調(diào)用與定位查詢；②強(qiáng)大的聚類分析、拓?fù)浞治觥⒕W(wǎng)絡(luò)分等空間分析功能，可實(shí)現(xiàn)最短路徑查詢；③可實(shí)現(xiàn)選址過程的可視化、精確化和智能化。

在ArcGIS中多重心法物流設(shè)施選址過程如下：

1）選址相關(guān)要素?cái)?shù)據(jù)的組織與錄入，包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和各類專題數(shù)據(jù)，按照不同的圖層組織數(shù)據(jù)，建立地圖數(shù)據(jù)庫和專題數(shù)據(jù)庫。

2）GIS空間分析功能的應(yīng)用。基于最小距離算法實(shí)現(xiàn)需求點(diǎn)分組。

3）基于GIS軟件的網(wǎng)絡(luò)分析功能與最小距離算法的空間聚類分析，尋求區(qū)域內(nèi)道路網(wǎng)絡(luò)中候選物流設(shè)施到需求點(diǎn)的最短路徑距離，以替代兩點(diǎn)間的直線距離，從而實(shí)現(xiàn)模型求解。按照上述求解步驟，直到求得運(yùn)輸費(fèi)用最低的選址結(jié)果。

4）分析結(jié)果的可視化和輸出，可以地圖和表格形式輸出。

大連市某區(qū)域內(nèi)大型商場分布如圖2所示，假設(shè)第三方物流企業(yè)與這些商場建立送貨合作關(guān)系，需要在區(qū)域內(nèi)分配2個配貨點(diǎn)。為節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)用，現(xiàn)采用多重心法確立服務(wù)分派方案。

各商場坐標(biāo)為：G(70,140)、B(90,90)、F(180,110)、C(280,70)、J(360,130)、A(220,220)、I(380,250)、H(280,340)、E(170,400)。

圖2 大連市某區(qū)域商場分布圖

為了簡化問題，假設(shè)運(yùn)輸量和運(yùn)輸費(fèi)率采用單位量，均為1。將商場坐標(biāo)、運(yùn)輸量和運(yùn)輸費(fèi)率錄入軟件，如圖3所示。軟件運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

圖3 數(shù)據(jù)錄入界面

圖4 計(jì)算結(jié)果界面

兩個配貨點(diǎn)的坐標(biāo)分別為：（168，107）和（282，273）。第一組的分組情況為（G、B、F、C），第二組的分組情況為（J、A、I、H、E）。第一組的運(yùn)費(fèi)為313.554，第二組的運(yùn)費(fèi)為581.478，總運(yùn)費(fèi)為895.032。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，兩個配送點(diǎn)在地圖上的大致位置P1和P2如圖5所示。

圖5 兩個配送點(diǎn)的位置

3 結(jié) 語

物流設(shè)施選址是一個多因素決策問題，決定著物流系統(tǒng)的效率和效益，廣泛運(yùn)用的經(jīng)典選址方法為新技術(shù)條件下的智能選址決策提供了基礎(chǔ)算法。隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、空間分析以及輔助決策的能力使得其成為物流選址分析的有效工具。本文探討了一種將GIS和多重心法結(jié)合的物流設(shè)施選址方法，完成了從數(shù)據(jù)組織與處理、需求點(diǎn)分組、選址點(diǎn)確定、結(jié)果輸出等選址過程，并結(jié)合具體的實(shí)例對算法模型進(jìn)行了驗(yàn)證，證明該方法高效、可行。

[1] 張靜.基于GIS的配送中心選址問題研究[D].天津：天津大學(xué),2010

[2] 劉璇.基于GIS的物流配送中心選址方法的研究[D].長沙：中南大學(xué),2012

[3] 肖城.GIS支持下的連鎖超市選址研究[D].成都：西南交通大學(xué),2004

[4] 王朋,王曉強(qiáng),王明葆.基于重心法的連鎖超市物流配送中心選址[J].電子商務(wù),2015(1)：43-44

[5] 魯曉春,詹荷生.關(guān)于配送中心重心法選址的研究[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào),2000,24(6)：108-110

[6] 孔繼利,顧芋,孫欣,等.系統(tǒng)聚類和重心法在多節(jié)點(diǎn)配送中心選址中的研究[J].物流技術(shù),2010(3)：83-85

[7] 侯玥.基于最大最小距離聚類算法的改進(jìn)多重心法選址研究[D].大連：遼寧師范大學(xué),2015

P208

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1672-4623（2016）08-0044-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.015

劉猛，碩士研究生，講師，主要從事物流工程教學(xué)與實(shí)踐研究工作。

2016-06-26。