基于GIS的大件物流配送路徑規劃問題研究

文/張宜凡 汪寧寧 祖軍鵬 田昊 楊雙 王怡然

現代物流在飛速發展的同時也不可避免地出現了一系列的問題，大件物流的配送路徑規劃便是其中之一，本文在分析大件物流問題特點、痛點的基礎上，分析大件物流的未來發展趨勢，同時利用GIS為大件物流的配送路徑規劃問題提供幫助。基于地理信息系統物流配送系統集成已愈發在大件物流配送系統的發展中占據優勢，利用各種算法，建立可靠模型，為大件物流配送路徑優化注入新動力。

1.引言

資金流、信息流和物流是所有大件物流活動主要的組成部分，這些物流活動中有大部分與地理位置信息相關，例如配送點的布局、相關配送路線的優化。物流信息具有復雜的空間特征，幾乎所有與大件物流配送相關的信息都與空間位置直接相關聯。GIS具有強大的空間數據收集整理、管控、儲存、分析、處理和輸出功能。這是可視化和輔助決策的好方法。在解決與地理位置密切相關的大件物流路徑規劃問題方面具有獨特的優勢。利用GIS技術和手段對物流流程進行優化升級，將有效降低相關成本，從而創造可觀的利潤。

2.大件物流配送與路徑規劃

2.1 大件物流配送優化的必要性

2.1.1 配送優化發展大件物流場景的重要一環與必經之路，大件物流的業務類型可主要分為B2B和B2C兩類。B2B大件物流的運輸方式主要為無需中轉的干線運輸，其是由工廠或物流配送中心直接運輸至銷售目的倉庫。B2C大件物流主要包含其B2C模式下的包裹配送環節[1]。大件物流不僅涉及送貨上門等的配送服務，還涉及大批量、無需中轉的干線運輸，整體來說，有關大件物流的配送優化從兩個業務方面對大件物流的倉配一體化都提出了更高的要求。末端的倉配一體化是大件物流配送優化實現降本增效的最大難點與痛點，但也是推進物流配送優化的最終目的，是其中的最重要環節。

2.1.2 大件物流配送優化廣泛適應不同物流配送模式

大件商品物流的配送模式主要為以下幾種：

（1）物流聯盟配送模式；（2）廠商直銷的配送模式；（3）自營物流配送模式；（4）第三方物流配送模式[2]。對于其物流配送的優化廣泛適應上述各種物流配送模式，無論是B2B下的一體化物流以及還是第三方物流，還是C2C、B2C下的物流聯盟配送模式，優化其配送環節對于提升服務水平、響應速度、覆蓋區域下的客戶人群的滿意度，降低物流運輸成本等都具有重要作用。

2.1.3 企業在大件快遞業務上的薄弱是各種痛點的核心因素。對于貨運公司管理上的大件經驗不足、目視化能力弱、末端控制力弱以及快遞公司運營上的配送網絡不健全、資源不匹配等企業在大件業務上的薄弱都造成了用戶體驗感知差的核心痛點現狀。這些問題都反映了企業在大件業務上的不重視、不熟悉、不深入。

2.2 大件物流路徑規劃的特點。提升目視化管理能力、積累效率。現代物流降本增效的眾多措施往往側重于目視化管理，通過倉庫內、大件物流的來設置數字月臺，月臺上顯示所需要的物流信息。路徑規劃前期工作需要對運力、線路、選址、網點等提前規劃，對于大件快遞包裹的研究較少，目視化管理要求的數據資源在大件快遞業務上沒有得到良好的應用，使得類似于線路的規劃、發班調班時間、貨運量等未得到及時優化。末端網點選址、人員配備的不合理和資源缺乏都極大地增加了末端物流配送的成本。分撥中心選址建設上的落后也對大件的業務承載能力造成巨大影響。綜合來看，路徑規劃的前期工作對于企業的目視化管理、運作效率具有重要意義。

2.3 大件物流的發展現狀及未來走向

2.3.1 大件物流發展多方面受到限制、大型化趨勢發展逐漸成為重點。我國的大件物流行業起步較晚，無法適應現在國內經濟發展、整個電商環境需求，尤其是對于特種設備、工業制造業而言，更趨向于大件、集成包裝件。當下我國的大件物流現狀的特點有：①地方政府相關政策法規的限制，為了市區道路的安全常常禁止大件貨物的運輸通行；②基礎道路交通設施等也約束著大件物流的發展，道路的承載能力水平、寬度滿足大件訂單的運輸需求；③針對大件包裹快遞，缺乏專業的競爭市場規范，造成了現有的業務市場的混亂無序；④當前我國對于大件物流的研究較少，有關的基礎概念、理論實證缺乏。

2.3.2 大件物流未來的核心競爭力在于場景化定制服務。第三方物流企業提供大件物流業務服務的核心競爭力是基于場景的定制服務。大宗物流最后一公里配送和安裝服務逐漸轉型升級為深度的社區互動；根據用戶場景和用戶切實需求提供定制化的高質量服務，實現物流+服務+場景的融合；實現零距離交互、全過程可視化的大規模物流服務。因此，中國大型物流業要想發展，就必須有自己獨特的核心競爭力。

3.基于GIS環境下的車輛路徑規劃

3.1 GIS概述

3.1.1 GIS的定義。GIS，即地理信息系統，迄今為止已有45年的發展歷史。綜合來說，它是一門集計算機科學、地理學、環境科學、測繪遙感學、信息學和管理學于一體的交叉學科。是多學科整合的基礎綜合平臺。它以地理空間數據為基礎，運用地理模型的分析方法，提供各種動態的空間信息，為地理研究和決策服務，并廣泛應用于各個學科。

3.1.2 GIS的組成部分。GIS系統主要有以下五種部分組成：硬件部分、軟件部分、地理空間數據、人員、方法。（1）GIS系統的硬件是指操作GIS所需的所有計算機資源。典型GIS硬件系統的基本組成一般包括四個方面：電腦顯示設備、電腦輸入設備、電腦出巡GIS信息設備、電腦運行主板。具體有數字化儀、掃描儀、繪圖儀磁帶機等外部設備。（2）軟件部分。GIS的軟件部分是指GIS運行所需的程序。它是存儲、分析和顯示地理信息數據的功能和工具。GIS軟件由計算機系統軟件、GIS工具或GIS實用軟件、應用程序等組成。計算機軟件部分擁有這強大的信息庫，使得GIS能夠擁有強大的系統進行使用，包括有編程語言、系統庫等程序和像數據庫、圖像處理程序等標準軟件。應用軟件包括如像GIS模型的創建軟件這樣的管理軟件。（3）地理空間數據。這是GIS的研究對象，也是系統中最基礎的組成部分。GIS把以地球表面空間位置作為參照的自然、社會與人文等景觀數據聯系起來，并呈現在客戶眼前。事實上，GIS是通過對這些地理數據的收集、存儲、分析與處理、將這些數據轉化為信息模型之后，才展現給了客戶。（4）GIS用戶。要知道，GIS系統是一個動態的地理信息系統。所以說，單單依靠硬件與軟件是無法支持系統的長久運營的，這就需要有管理人員對其進行定期地組織、維護、管理與更新，在保障系統穩定的同時不斷地對系統進行拓展，使其符合實際。此外，想要從那些信息模型中提取出更多的信息，也需要這些管理人員的進一步工作。（5）方法。這里的方法指的是應用模型，它是在對專業領域的具體對象和過程進行大量研究的基礎上總結出的規律表達。GIS使用這些模型來分析和綜合大量的空間數據，以解決實際問題。

3.1.3 GIS的特點。GIS大致包含有以下幾個特點：（1）GIS系統具有對地理空間數據的采集、處理、存儲、查詢、輸出能力，功能十分強大，且具有動態性和空間性。（2）使用GIS的目的是基于地理模型的方法，通過對于地理信息的處理來實現地理決策。其具有動態預測、地理和空間信息分析等能力。（3）GIS能對于地理空間數據進行管理與分析，得益于背后的計算機系統的支持。計算機系統不僅提供了強大的數據庫作為管理大量地理空間數據的支撐，還通過運用地理模型，模擬預測的方法，得出進一步有用的信息，并且最終作用于地理決策之中。

3.2 GIS的功能應用。總的來說，GIS包含了五項基本技能，即數據采集與輸入、數據的處理、數據的存儲、地理、空間數據的查詢、數據的顯示與輸出。

3.2.1 GIS應用與物流分析。在物流行業中使用GIS的主要目的是通過使用空間地理信息和地理信息的分析和處理來改進和提高物流系統的分析和決策功能，這主要體現在查詢，空間地理信息的分析與決策，可以體現在以下三個方面：①配送設施的選址和定位（GIS實現CAD技術和數據庫技術的集成，使GIS的空間GI分析功能和拓撲分析功能能夠自動跳過障礙物，在物流中心選址中發揮決策作用）②配送路徑規劃（GIS中動態更新的數據和符合實際的真實數據準確把握空間地理信息，有利于車輛配送路徑規劃）③電子地圖的編輯和處理（GIS可以提供良好的圖形顯示界面，可以任意縮放和拖動圖形，可以顯示多個圖層，有利于數據的分析和統計）

3.2.2 GIS的空間數據預處理。GIS具有多種數據結構和非常有效的數據集成技術。它很好地解決了空間定位搜索和復雜數據查詢問題。MapX是GIS的一個組成部分，功能強大，效率高，價格也較低。其主要功能包括以下幾個方面：良好的圖形制作、編輯和處理功能；動態層控制功能；強大的數據庫訪問技術和高度可視化的查詢和統計功能。數據預處理的工作流程包括數據集成與提取、空間對象拓撲、距離分析和數據規范化。

3.3 GIS下的物流配送信息系統

3.3.1 算法分類。在引入GIS后，在進行物流配送的路徑規劃時，不能只關注與兩點之間的直線距離是否最短，還需要對兩點間的道路網絡有充分的了解。根據GIS，我們可以了解到城市的實際道路情況，包括道路的長度、紅綠燈設置、堵車情況、道路對行駛車輛的要求等等。通過對以上信息的獲取，就可以得出兩點間的“真實距離”，再利用這些“真實距離”對路徑進行優化、這樣得出來的結果明顯會更有說服力。根據以上情況，現如今，對與基于GIS的物流配送問題存在著以下兩種算法。1：啟發類算法:如爬山算法、遺傳算法、蟻群算法、模擬退火算法等。2：混合類改進算法：將各種啟發類算法混合優化在一起的混合算法，如將A*與蟻群算法相混合的算法、遺傳算法、爬山算法與蟻群算法相結合的算法等。

4.相關展望及建議

隨著物流業的不斷發展，物流配送路徑的研究顯得越來越重要。本文通過對大件物流的配送現狀、GIS、車輛配送規劃算法等進行分析，發現在優化配送路徑時將GIS與算法相結合，可以獲得可行性更大的結果。①促進路徑優化。對于大件物流來說，GIS的引入是十分有必要的。因為大件貨物常常需要中、大型貨車來運輸，但在有些城市中，一些道路是明確禁止這些貨車駛入的，這樣通過GIS，管理者和貨車司機就能及時了解這些路況，制定出合理的路徑，避免一些不必要的麻煩。在這種情況下，未來對于基于GIS的配送路徑的研究和應用會越來越多。②優化使用者體驗。可以通過在配送信息系統中引入GIS，建立一個可視化平臺，這樣，利用GIS系統，使用者可以通過頁面更加清晰地看到實時的最佳配送路徑，了解到各個道路的擁堵、是否出現事故等實時情況。系統根據這些實時情況，及時對路徑進行更改，可以提供多條路徑給使用者進行選擇。可以說，這幾乎代替了一些以GPS為基礎的導航軟件，讓使用者無需了解專業知識就能靈活、輕松使用。③算法的改進。首先，算法的精度需要改善。如今，對于大件物流配送的算法，更多的還是精確式算法和啟發式算法。但是通過實踐發現，這些算法都是通過不斷迭代逼近獲取最優的解，并不一定能得到最優解。近些年來，人工智能的發展越來越迅速，并將很快地應用與各個行業中。對于物流行業來說也是如此，通過引入類似與神經網絡的算法，可以對大件物流的配送的路徑進行進一步優化。其次，為了使GIS可以廣泛應用與配送路徑的優化，應該研究出更多適用于各種情況的混合算法，從而使得GIS可以更好地結合，建立有效可靠的數據模型，更好地解決GIS與車輛配送路徑規劃相融合的問題。C

圖1 路徑規劃算法

引用出處

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