基于改進重心法的校園快遞服務中心選址研究

王小雨，石相宜，王 菁，楊聯安*

（1.西北大學 城市與環境學院，陜西 西安 710127）

隨著電子商務的高速發展，高校校園逐漸成為快遞包裹集中分配的重要場所之一。目前高校校園快遞服務的主要形式為各物流公司在學校周邊租鋪面或辦理臨時快遞代理點，少數高校通過校內設點、快遞超市等形式加強校園快遞的秩序。集中式的校園快遞服務中心可以有效配置資源，加強校園秩序的同時最大限度地滿足師生的要求，但如何科學規劃布局校園快遞服務中心的位置仍是亟待解決的問題。

目前國內外學者對校園快遞分配地點選址分析的研究主要包括3類：①基于Dijkstra算法、Floyd算法和窮舉法求取校園快遞代理點的最短路徑優化理論選址[1-2]；②運用層次分析法（AHP）和重心法從多維度分析校園快遞服務中心的選址[3-4]；③基于GIS對校園物流代理點區域選址進行空間分析[5-7]。鑒于上述方法對現實情況的考量不夠充分，本文首先結合AHP法和GIS平臺獲得選址最佳區域，再通過改進重心法求解最佳選址坐標，通過多維度分析可提供更為科學可靠的選址結果。

以西北大學長安校區為研究對象，首先利用AHP法對選址區域進行劃分并構建評價指標體系，得到所劃定各區域的綜合得分；再基于計算得到的權重，利用Arc-GIS進行緩沖區分析，獲得選址最佳范圍；最后利用Dijkstra算法在ArcGIS上實現對傳統重心法的改進，進而求解西北大學長安校區校園快遞服務中心的最優選址。

1 研究區概況

西北大學位于陜西省西安市，目前設有3個校區，其中長安校區位于西安市長安區。實地調研表明，西北大學長安校區在校內靠南門人流量集中的10號宿舍公寓下設有快遞代取點，在人流量不多的東門設有中國郵政領取點，在圖書館負一樓設有京東快遞領取點；校外快遞領取點集中在南門外，固定租鋪的領取點有3個，臨時快遞領取點主要在南門門口。調查問卷結果顯示，大多數學生認為學校快遞領取點分布分散，領取距離較遠，整體環境規劃較差，希望在校園建設一個校園快遞服務中心。

2 基于AHP的選址分析

2.1 評價指標體系構建

基于對運營效益、周邊環境以及校園合理性規劃需求的考量，需要按照一定的指標對校園快遞服務中心的網點位置進行具體評估[8]。西北大學長安校區快遞服務中心選址的影響因素可分為環境、本身與規劃因素3大類。各因素包括的具體指標則以合理性、科學性、便捷性、成本小、效益高為原則對其進行劃分[9]。本文構建的校園快遞服務中心評價指標體系如表1所示。

表1 網點選址評價指標體系

2.2 選址結果

對快遞服務中心選址的影響因素建立判斷矩陣，根據不同的重要程度分別進行比較，計算得到每個判斷矩陣的最大特征值，并計算其對應的特征向量；再通過一致性檢驗判斷各指標對不同選址的貢獻權重（CR＜0.1）。以A11的判斷矩陣為例，其檢驗結果如表2所示，可按照該方法得到其他判斷矩陣。

表2 A11判斷矩陣一致性檢驗與權重

計算得到各指標權重后，本文利用專家打分法獲取不同選址方案各指標的得分，從而獲得各方案的綜合得分。根據區域功能和地理位置的不同，本文將研究對象劃分為5個區域：①教學區（教學樓和圖書館）；②生活區（宿舍樓、食堂和學生活動中心）；③辦公區（各院系辦公大樓）；④活動1區（西操場和體育館）；⑤活動2區（澡堂、東操場和體育館）。計算結果表明，生活區的綜合得分最高，為7.183，人流量大且便捷性較高，適宜建設校園快遞服務中心；活動2區是較適宜的備選方案，綜合得分為5.475，可考慮在該區域設立快遞取貨柜；其他區域綜合得分較低，不在考慮范圍內。

3 基于GIS的選址分析

3.1 分析方法和數據來源

3.1.1 分析方法

本文以西北大學長安校區為研究對象，結合實地調研數據完成空間數據采集；再利用調查問卷與網絡引擎的結果，借助ArcGIS軟件對數據進行矢量化處理；最后在AHP的基礎上利用貢獻權重對各影響因素的空間分布特征進行分析[10]。

3.1.2 數據來源

本文通過高德開放平臺獲得研究基礎底圖和7個控制點的經緯度坐標（地圖的4個角和地圖中的標志建筑物），其他數據均通過調查問卷和實地調研分析獲取。

3.1.3 數據處理

對基礎底圖進行矢量化預處理，即對校園快遞服務中心可選區域中的建筑物和道路進行地理配準和空間校正[11]，為了清楚判斷各地物所在位置，在圖中標注其名稱。由于學校里的建筑物呈面狀，不便于空間分析，因此將宿舍、教學樓、食堂等主要分析地物的分布轉換為點圖層，以點要素標記學校周邊及其內部現有的快遞服務點。

3.2 分析結果

3.2.1 選址條件

由調查問卷分析結果可知，集中式校園快遞服務中心應滿足的要求為：①靠近學生生活區，方便領取快遞；②靠近主要教學樓，便于下課后領取快遞；③靠近學校校門口，便于快遞輸送；④避免選址結果在道路中央或邊緣角落。

3.2.2 緩沖區分析和重分類

本文利用ArcGIS軟件中的歐氏距離分析處理過的教學樓、食堂和宿舍的點圖層，以1 000 m為最大影響距離，得到緩沖區圖，并在此基礎上進行重分類[12]。

3.2.3 計算綜合得分

利用ArcGIS中柵格計算器加權求和得到重分類圖層，進而得到校園快遞服務中心選址的適宜性綜合得分圖（圖1）。其計算公式為：

圖1 快遞選址適宜性綜合得分圖

式中，λ為適宜性綜合得分；α為校園快遞服務中心與宿舍的距離；β為校園快遞服務中心與教學樓的距離；γ為校園快遞服務中心與食堂的距離。

3.2.4 篩選最優選址范圍

首先利用柵格計算器在綜合得分圖中篩選得分大于等于9的區域，視為最優選址的預選范圍；再篩選得到最優選址范圍圖。由圖2可知，預選范圍主要分布于宿舍區，這與AHP法的結果一致，且包括了中心法的位置結果；結果范圍不在主干道或教學區，符合選址基本條件。

圖2 最優選址范圍圖

4 基于GIS改進重心法的選址分析

4.1 數據收集與分析

4.1.1 校園快遞客戶的分布分析

根據AHP結果對學校生活區進行快遞分布需求分析，將在校學生視為西北大學長安校區集中式校園快遞服務中心的主要客戶群體，并將每一棟宿舍樓的中心位置看作需求分布的集中點，在與生活區距離最近的南門所在道路上選取中心原點，建立坐標系。

4.1.2 校園快遞需求量的調查

由于西北大學長安校區各宿舍樓人數基本一致，且男女比例也大致相等，因此以每棟樓621人為標準，結合實地和問卷調查結果按比例計算各棟樓的快遞需求量，得到西北大學長安校區在校學生人均快遞需求量為5件/月，每棟樓2 766件/月。

4.2 傳統重心法模型求解

4.2.1 傳統模型建立

綜合考慮各方面因素認為，總快遞運輸成本能決定取件效率和客戶滿意度，因此選取總運輸成本最低的位置為最佳選址結果。設C為總運輸成本，sj為配送點到節點j的運輸總量，vj為配送點到節點j的運輸率，dj為配送點到節點j的距離，則有：

將dj代入式（1），即

4.2.2 模型求解

以所建坐標系求解(xd,yd)使T最小，則有：

由于存在未知數，只能先計算初始值(xd,yd)，逐步迭代至Ck+1≥Ck。首先忽略dj，求初始值(xd0,yd0)；再將(xd0,yd0)代入dj，計算得到dj0，并將dj0代入T，得到T0，反復迭代求解。計算得到各個需求點的重心坐標為（-6.624 17，-35.259 98），采用兩點間的直線距離進行迭代計算，最后迭代得到選址坐標為（-0.000 18，-0.000 96）。

4.3 對傳統重心法的評價和改進

4.3.1 對傳統重心法的評價

傳統重心法模型雖能很快確定服務中心的選址，但存在很多局限性，主要表現為：①計算數據誤差較大，模型假設本身與現實存在偏差；②選址結果可用性不強，只考慮運輸成本的模型忽略了地理因素；③數據無法及時更新，而現實的數據在不斷變化。

4.3.2 對傳統重心法的改進

針對傳統重心法存在的缺陷，利用系統聚類法對校園快遞服務中心選址分析中存在差異的需求點所形成的選址區域，依照其數據（包括空間數據與屬性數據等）進行劃分，為多個需求點分別設置合理的配送中心。基于聚類分析結果，本文利用GIS技術對傳統重心法進行改進，使最后的物流配送中心選址結果更加科學、實用[13]。

4.4 分析結果

4.4.1 需求點分類

通過確定不同對象之間的相似程度來完成數據的標準化處理，并以得到的相似矩陣為對象集合建立相似矩陣；然后逐個掃描樣本，根據各樣本與已掃描樣本之間的距離確定不同的類，并對各類間的距離進行合并，直至達到某一標準停止合并。

根據聚類結果和區域占地面積大小，本文將宿舍區細分為{2，5，6，7，9，10，11，12，13，14，15，16}，{4，8，17}，{1，3}三個部分分別進行解算，以第一部分為例進行說明。

4.4.2 模型解算與結果顯示

本文通過最短路徑替代原有的兩點間直線距離的方法，采用Dijkstra算法在ArcGIS環境下對改進的重心法模型進行解算。首先將道路抽象為網絡圖論中的網絡圖，再通過網絡分析功能確定最短路徑。

通過ArcCatalog一個權重為路段長的幾何網絡，利用ArcMap內置集成編程環境VBA編程實現解算。程序首先對各備選選址、與網絡邊的交點以及各網絡結點進行自動搜索；再計算交點或網絡結點到各需求點的路徑長度，得出最短距離；最后顯示最短路徑分析結果，如圖3所示。通過計算可知，傳統重心法的最短路徑之和為1.27 km，大于改進重心法的1.16 km，說明改進的重心法模型得到的選址結果更貼合實際，比傳統模型更可靠。

圖3 改進的重心法選址結果

5 結語

本文基于實地調研數據，利用GIS空間分析技術對傳統重心法進行了改進，在此基礎上研究了西北大學長安校區的校園快遞服務中心的最優選址，并以此來評價校園快遞代收點的合理空間布局。

傳統重心法的選址結果存在眾多局限，運輸成本、數據誤差、數據更新不及時等因素將使選址結果產生較大偏差，導致選址結果和實際優選方案不一致。

基于GIS的改進重心法基本能得到較適宜且具備科學性的選址結果。針對存在差異的需求點所形成的選址區域進行基于GIS的算法改進，以最短路徑替代原有的兩點間直線距離的方法，為多個需求點分別設置合理的配送中心，再通過網絡分析功能確定最短路徑。校園快遞服務中心的規劃與選址不應以隨意的傳統觀念對待，既要滿足師生實際需要，又應兼顧校內環境規劃，形成合理且科學的布局規劃。