物流GIS系統(tǒng)研究綜述

寧曉楓，肖銀杰，羅杏玲，余 冰

（長沙學(xué)院 工商管理系，湖南 長沙 410003）

物流GIS系統(tǒng)研究綜述

寧曉楓，肖銀杰，羅杏玲，余 冰

（長沙學(xué)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(yōu)化三個方面的研究進展，最后對物流GIS系統(tǒng)研究存在的問題和未來發(fā)展的趨勢進行了總結(jié)和展望。

GIS；物流配送；選址；集成優(yōu)化

1 引言

地理信息系統(tǒng)（GIS）作為獲取、整理、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具，近年來得到廣泛關(guān)注和迅猛發(fā)展。它作為一個基于數(shù)據(jù)庫的分析和管理空間對象的工具，很好地彌補了物流系統(tǒng)空間和時間具有離散性的不足。GIS在物流系統(tǒng)的作用主要體現(xiàn)在以下三個方面：一是借助GIS的空間分析功能解決了現(xiàn)代物流僅依賴傳統(tǒng)的運籌學(xué)方法無法得出滿意解的問題。二是利用GIS強大的空間數(shù)據(jù)處理能力，統(tǒng)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(jié)果，提高了決策效率。文章從物流配送、選址以及集成優(yōu)化方面闡述其應(yīng)用，并對物流GIS系統(tǒng)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(lǐng)域中最消耗企業(yè)資源的作業(yè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)階段配送過程的決策主要采用人工模式，成為配送企業(yè)發(fā)展的瓶頸。GIS能在配送路線的優(yōu)化與運輸車輛調(diào)度方面解決大量信息的查詢、分析與處理問題，并在配送業(yè)務(wù)的操作層面和配送過程的管理決策層面提供技術(shù)支持。因此，加大GIS的物流配送研究，對物流配送企業(yè)實現(xiàn)智能化配送管理、降低配送服務(wù)成本、提高配送效率顯得至關(guān)重要[1]。

2.1 GIS在物流配送路線優(yōu)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(jīng)過的線路。配送路線的合理選擇對配送速度、服務(wù)質(zhì)量和配送成本有直接影響。物流配送路線優(yōu)化問題，是配送過程中最重要的問題之一，以最短路為基礎(chǔ)，輔之以時間為約束條件，通常被歸結(jié)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(tǒng)精確算法求解時無法避免開指數(shù)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(nèi)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(guī)模較小的問題，而啟發(fā)式算法應(yīng)用較廣。

張濤等在預(yù)先不固定車輛數(shù)的情況下，把聚類和排序有效結(jié)合起來，提出用遺傳算法和3-opt結(jié)合求解帶有能力約束的VRP，算法較準(zhǔn)確[3]。葉志堅等考慮局部優(yōu)化的限制，提出大旅程法和禁忌搜索法相結(jié)合的混合啟發(fā)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(qū)，再采用兩階段法求各個分區(qū)內(nèi)的最優(yōu)配送路線，用C語言對實例模型編程與LINGO軟件計算結(jié)果相同，顯示了其算法在節(jié)約計算時間和資源方面的巨大優(yōu)勢，對解決大規(guī)模物流網(wǎng)絡(luò)配送問題具有一定理論和實用價值[5]。喻偉等提出遺傳節(jié)約綜合算法，經(jīng)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(yōu)化問題提供了理論依據(jù)。

2.2 GIS在物流運輸車輛調(diào)度上的研究

車輛調(diào)度問題（VSP）是指服務(wù)于一組已知顧客的一個車隊，設(shè)計一組開始和結(jié)束于一個中心出發(fā)點的最小費用路徑：每個顧客只能被服務(wù)一次，而且，一個車輛服務(wù)的顧客數(shù)不能超過它的運載能力[7]?；贕IS對車輛進行統(tǒng)一的調(diào)度管理，并集成人工智能和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，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(jīng)濟效益。

黃作維等利用GRUDF（GIS通用開發(fā)框架）和GPRS技術(shù)對數(shù)據(jù)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(tǒng)的整體設(shè)計與動態(tài)路徑規(guī)劃實現(xiàn)，使系統(tǒng)能對企業(yè)的物流配送過程進行時間和空間上的實時動態(tài)管理，在信息平臺下實現(xiàn)高效、便捷的物流運輸車輛調(diào)度[8]。徐麗群等提出的基于GIS的車輛配送路線優(yōu)化的圖解模型（如圖1），為企業(yè)運輸調(diào)度決策提供了決策支持，而且有利于企業(yè)管理者對車輛運行軌跡進行監(jiān)控[9]。

張飛舟等運用混合遺傳算法HGA（hybrid genetic algorithm）對公交車輛調(diào)度現(xiàn)狀及所處的運營環(huán)境進行了研究，經(jīng)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(biāo)函數(shù)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(yīng)Tabu Search算法應(yīng)用于帶時間窗的多重運輸調(diào)度問題（MVRPTW）轉(zhuǎn)換模型中，經(jīng)大量的實際計算表明該算法能在較短的時間內(nèi)求出問題的最優(yōu)解，并對一般的組合優(yōu)化問題具有啟發(fā)意義[11]。曹劍東等在基于GPS/GIS/GPRS技術(shù)的動態(tài)車輛調(diào)度系統(tǒng)下（如圖2），以混合禁忌搜索算法為理論基礎(chǔ)進行靜態(tài)調(diào)度求解，并以局部調(diào)整策略實現(xiàn)VRPB的動態(tài)調(diào)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(yōu)化為目標(biāo)，研究在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)確定若干設(shè)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(tǒng)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(zhǔn)確的解決方案。

3.1 GIS在物流靜態(tài)選址上的研究

到目前為止，國內(nèi)外學(xué)術(shù)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(yīng)成就。Alfred Webber（1909）首次提出韋伯問題，Cooper（1964）提出啟發(fā)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(xué)者開始運用計算機技術(shù)去解決地理問題，基于地運算的韋伯問題也應(yīng)運而生[15]。設(shè)施區(qū)位問題以其固有的復(fù)雜性、求解難度及其與空間分析的密切關(guān)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(jié)合圖的Steiner樹與GIS方法的選址方案，簡單實用，時間復(fù)雜度也不高，但沒有考慮結(jié)點的權(quán)值等細節(jié)[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(fā)工具對混合整數(shù)規(guī)劃法的優(yōu)化選址模型進行解算，計算結(jié)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(tài)選址。為了更好地適應(yīng)實際情況、客戶需求、各種費用成本及相關(guān)的政策體制等的變化，應(yīng)對物流選址做進一步的研究。

3.2 GIS在物流動態(tài)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(tài)方法求出的配送選址最優(yōu)解在未來年份有可能變成次優(yōu)解。針對這種情況，應(yīng)考慮動態(tài)選址。

張曉磊等利用GIS緩沖區(qū)分析功能進行配送中心選址的方法，綜合考慮信息的動態(tài)性和不確定性，建立了GIS和I．E-ACO算法相結(jié)合的配送中心布局優(yōu)化模型，使物流配送系統(tǒng)更具科學(xué)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(shè)施選址優(yōu)化算法，將智能運輸系統(tǒng)（ITS）應(yīng)用于動態(tài)路線選擇[20]。呂海峰等在對GIS網(wǎng)絡(luò)分析方法的闡述和P中心選址模型分析的基礎(chǔ)上，建立了可行的配送中心選址優(yōu)化模型，具有重要的現(xiàn)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(qū)域的方法，結(jié)合配送車輛經(jīng)濟配送半徑，有效確定了配送中心數(shù)目。并用交替選址劃分方法對配送中心空間布局優(yōu)化模型進行求解，為完善城市物流配送系統(tǒng)提供了新的途徑（如圖3）[22]。

4 基于GIS的物流集成優(yōu)化研究

優(yōu)化集成主要是指在GIS所提供全方位的信息和應(yīng)用空間分析功能的基礎(chǔ)上，整合各種信息、內(nèi)嵌數(shù)學(xué)模型以及集成具有案例推理（CBR）的廣義專家系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)境，通過調(diào)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(yè)取得競爭優(yōu)勢。

物流信息系統(tǒng)和GIS分屬于不同的學(xué)科領(lǐng)域，兩者在集成的過程中有一定的復(fù)雜性和特殊性。傳統(tǒng)的物流GIS系統(tǒng)普遍采用的是由客戶層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)庫與基礎(chǔ)設(shè)施層組成的三級構(gòu)架模式，這種模式存在增加同步處理不同類型數(shù)據(jù)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(wù)的組件式GIS物流系統(tǒng)四層架構(gòu)方案，將組件式GIS平臺作為基礎(chǔ)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(wù)簇，與物流服務(wù)簇共同構(gòu)成業(yè)務(wù)服務(wù)層。這種構(gòu)架設(shè)計具有業(yè)務(wù)處理敏捷、系統(tǒng)接口松散耦合和功能構(gòu)件可復(fù)用的特點[23]。Julian J.Ray設(shè)計了一個通過集成網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化算法，并采用先進的J2EE和XML等開放式的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的車輛路徑優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運用解決了特拉華州交通擁堵的問題[24]。GIS技術(shù)雖在空間分析上具有其他軟件無法比擬的優(yōu)勢，但它只是對地理實體做靜態(tài)的描述，因而不能有效表達物流信息中的動態(tài)時空關(guān)系。辜寄蓉把元胞自動機原理（CA模型）引入到物流GIS系統(tǒng)中，利用CA模型的時空離散性特征，增強了GIS的動態(tài)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(guī)則匹配相結(jié)合的策略，重點研究了智能庫存決策支持模塊（如圖4），實現(xiàn)了智能物流實時跟蹤服務(wù)。通過建立案例庫和知識庫以及采用深度優(yōu)先搜索策略的正向推理機制，實現(xiàn)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(shù)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(shù)據(jù)化顯示功能。這就給決策者提供一個直觀的決策環(huán)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(jiān)測的過程中，常采用第一代GSM技術(shù)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(jiān)控達不到很好的效果。吳桂山提出了以GPRS分組數(shù)據(jù)交換為數(shù)據(jù)傳送方式的3G技術(shù)，有效地解決了以上問題，實現(xiàn)了可視化監(jiān)測的”永遠在線“[28]。李一波設(shè)計了一個采用全球定位（GPS）系統(tǒng)獲取運載工具的經(jīng)緯定位信息，再借助GIS實現(xiàn)經(jīng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了企業(yè)全物流的一體化、可視化調(diào)度、管理與監(jiān)控[29]。焦亞冰以RFID讀取技術(shù)的全系統(tǒng)運用為核心，輔以ERP實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理，根據(jù)物流配送現(xiàn)實需要，通過物流配送MIS可視化關(guān)聯(lián)技術(shù)的系統(tǒng)集成，構(gòu)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(zhǔn)確的存貨報告[30]。

5 展望

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

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

（2）促進3S（GISGPSRS）技術(shù)的融合，提高多源信息的有機共享，實現(xiàn)跨領(lǐng)域的集成優(yōu)化。

（3）將物流GIS系統(tǒng)與新信息產(chǎn)業(yè)—物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，打造交通地理信息系統(tǒng)GIS－T，實現(xiàn)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(xué)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。