基于改進(jìn)重心法的校園快遞服務(wù)中心選址研究

王小雨，石相宜，王 菁，楊聯(lián)安*

（1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127）

隨著電子商務(wù)的高速發(fā)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(wù)的主要形式為各物流公司在學(xué)校周邊租鋪面或辦理臨時快遞代理點，少數(shù)高校通過校內(nèi)設(shè)點、快遞超市等形式加強(qiáng)校園快遞的秩序。集中式的校園快遞服務(wù)中心可以有效配置資源，加強(qiáng)校園秩序的同時最大限度地滿足師生的要求，但如何科學(xué)規(guī)劃布局校園快遞服務(wù)中心的位置仍是亟待解決的問題。

目前國內(nèi)外學(xué)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(yōu)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(wù)中心的選址[3-4]；③基于GIS對校園物流代理點區(qū)域選址進(jìn)行空間分析[5-7]。鑒于上述方法對現(xiàn)實情況的考量不夠充分，本文首先結(jié)合AHP法和GIS平臺獲得選址最佳區(qū)域，再通過改進(jìn)重心法求解最佳選址坐標(biāo)，通過多維度分析可提供更為科學(xué)可靠的選址結(jié)果。

以西北大學(xué)長安校區(qū)為研究對象，首先利用AHP法對選址區(qū)域進(jìn)行劃分并構(gòu)建評價指標(biāo)體系，得到所劃定各區(qū)域的綜合得分；再基于計算得到的權(quán)重，利用Arc-GIS進(jìn)行緩沖區(qū)分析，獲得選址最佳范圍；最后利用Dijkstra算法在ArcGIS上實現(xiàn)對傳統(tǒng)重心法的改進(jìn)，進(jìn)而求解西北大學(xué)長安校區(qū)校園快遞服務(wù)中心的最優(yōu)選址。

1 研究區(qū)概況

西北大學(xué)位于陜西省西安市，目前設(shè)有3個校區(qū)，其中長安校區(qū)位于西安市長安區(qū)。實地調(diào)研表明，西北大學(xué)長安校區(qū)在校內(nèi)靠南門人流量集中的10號宿舍公寓下設(shè)有快遞代取點，在人流量不多的東門設(shè)有中國郵政領(lǐng)取點，在圖書館負(fù)一樓設(shè)有京東快遞領(lǐng)取點；校外快遞領(lǐng)取點集中在南門外，固定租鋪的領(lǐng)取點有3個，臨時快遞領(lǐng)取點主要在南門門口。調(diào)查問卷結(jié)果顯示，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為學(xué)?？爝f領(lǐng)取點分布分散，領(lǐng)取距離較遠(yuǎn)，整體環(huán)境規(guī)劃較差，希望在校園建設(shè)一個校園快遞服務(wù)中心。

2 基于AHP的選址分析

2.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

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

表1 網(wǎng)點選址評價指標(biāo)體系

2.2 選址結(jié)果

對快遞服務(wù)中心選址的影響因素建立判斷矩陣，根據(jù)不同的重要程度分別進(jìn)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(yīng)的特征向量；再通過一致性檢驗判斷各指標(biāo)對不同選址的貢獻(xiàn)權(quán)重（CR＜0.1）。以A11的判斷矩陣為例，其檢驗結(jié)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(quán)重

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

3 基于GIS的選址分析

3.1 分析方法和數(shù)據(jù)來源

3.1.1 分析方法

本文以西北大學(xué)長安校區(qū)為研究對象，結(jié)合實地調(diào)研數(shù)據(jù)完成空間數(shù)據(jù)采集；再利用調(diào)查問卷與網(wǎng)絡(luò)引擎的結(jié)果，借助ArcGIS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化處理；最后在AHP的基礎(chǔ)上利用貢獻(xiàn)權(quán)重對各影響因素的空間分布特征進(jìn)行分析[10]。

3.1.2 數(shù)據(jù)來源

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

3.1.3 數(shù)據(jù)處理

對基礎(chǔ)底圖進(jìn)行矢量化預(yù)處理，即對校園快遞服務(wù)中心可選區(qū)域中的建筑物和道路進(jìn)行地理配準(zhǔn)和空間校正[11]，為了清楚判斷各地物所在位置，在圖中標(biāo)注其名稱。由于學(xué)校里的建筑物呈面狀，不便于空間分析，因此將宿舍、教學(xué)樓、食堂等主要分析地物的分布轉(zhuǎn)換為點圖層，以點要素標(biāo)記學(xué)校周邊及其內(nèi)部現(xiàn)有的快遞服務(wù)點。

3.2 分析結(jié)果

3.2.1 選址條件

由調(diào)查問卷分析結(jié)果可知，集中式校園快遞服務(wù)中心應(yīng)滿足的要求為：①靠近學(xué)生生活區(qū)，方便領(lǐng)取快遞；②靠近主要教學(xué)樓，便于下課后領(lǐng)取快遞；③靠近學(xué)校校門口，便于快遞輸送；④避免選址結(jié)果在道路中央或邊緣角落。

3.2.2 緩沖區(qū)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(xué)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(qū)圖，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(quán)求和得到重分類圖層，進(jìn)而得到校園快遞服務(wù)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(wù)中心與宿舍的距離；β為校園快遞服務(wù)中心與教學(xué)樓的距離；γ為校園快遞服務(wù)中心與食堂的距離。

3.2.4 篩選最優(yōu)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(qū)域，視為最優(yōu)選址的預(yù)選范圍；再篩選得到最優(yōu)選址范圍圖。由圖2可知，預(yù)選范圍主要分布于宿舍區(qū)，這與AHP法的結(jié)果一致，且包括了中心法的位置結(jié)果；結(jié)果范圍不在主干道或教學(xué)區(qū)，符合選址基本條件。

圖2 最優(yōu)選址范圍圖

4 基于GIS改進(jìn)重心法的選址分析

4.1 數(shù)據(jù)收集與分析

4.1.1 校園快遞客戶的分布分析

根據(jù)AHP結(jié)果對學(xué)校生活區(qū)進(jìn)行快遞分布需求分析，將在校學(xué)生視為西北大學(xué)長安校區(qū)集中式校園快遞服務(wù)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(qū)距離最近的南門所在道路上選取中心原點，建立坐標(biāo)系。

4.1.2 校園快遞需求量的調(diào)查

由于西北大學(xué)長安校區(qū)各宿舍樓人數(shù)基本一致，且男女比例也大致相等，因此以每棟樓621人為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實地和問卷調(diào)查結(jié)果按比例計算各棟樓的快遞需求量，得到西北大學(xué)長安校區(qū)在校學(xué)生人均快遞需求量為5件/月，每棟樓2 766件/月。

4.2 傳統(tǒng)重心法模型求解

4.2.1 傳統(tǒng)模型建立

綜合考慮各方面因素認(rèn)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(jié)果。設(shè)C為總運輸成本，sj為配送點到節(jié)點j的運輸總量，vj為配送點到節(jié)點j的運輸率，dj為配送點到節(jié)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(biāo)系求解(xd,yd)使T最小，則有：

由于存在未知數(shù)，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(fù)迭代求解。計算得到各個需求點的重心坐標(biāo)為（-6.624 17，-35.259 98），采用兩點間的直線距離進(jìn)行迭代計算，最后迭代得到選址坐標(biāo)為（-0.000 18，-0.000 96）。

4.3 對傳統(tǒng)重心法的評價和改進(jìn)

4.3.1 對傳統(tǒng)重心法的評價

傳統(tǒng)重心法模型雖能很快確定服務(wù)中心的選址，但存在很多局限性，主要表現(xiàn)為：①計算數(shù)據(jù)誤差較大，模型假設(shè)本身與現(xiàn)實存在偏差；②選址結(jié)果可用性不強(qiáng)，只考慮運輸成本的模型忽略了地理因素；③數(shù)據(jù)無法及時更新，而現(xiàn)實的數(shù)據(jù)在不斷變化。

4.3.2 對傳統(tǒng)重心法的改進(jìn)

針對傳統(tǒng)重心法存在的缺陷，利用系統(tǒng)聚類法對校園快遞服務(wù)中心選址分析中存在差異的需求點所形成的選址區(qū)域，依照其數(shù)據(jù)（包括空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)等）進(jìn)行劃分，為多個需求點分別設(shè)置合理的配送中心?；诰垲惙治鼋Y(jié)果，本文利用GIS技術(shù)對傳統(tǒng)重心法進(jìn)行改進(jìn)，使最后的物流配送中心選址結(jié)果更加科學(xué)、實用[13]。

4.4 分析結(jié)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(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)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(jù)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(jìn)行合并，直至達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)停止合并。

根據(jù)聚類結(jié)果和區(qū)域占地面積大小，本文將宿舍區(qū)細(xì)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(jìn)行解算，以第一部分為例進(jìn)行說明。

4.4.2 模型解算與結(jié)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(huán)境下對改進(jìn)的重心法模型進(jìn)行解算。首先將道路抽象為網(wǎng)絡(luò)圖論中的網(wǎng)絡(luò)圖，再通過網(wǎng)絡(luò)分析功能確定最短路徑。

通過ArcCatalog一個權(quán)重為路段長的幾何網(wǎng)絡(luò)，利用ArcMap內(nèi)置集成編程環(huán)境VBA編程實現(xiàn)解算。程序首先對各備選選址、與網(wǎng)絡(luò)邊的交點以及各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點進(jìn)行自動搜索；再計算交點或網(wǎng)絡(luò)結(jié)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(jié)果，如圖3所示。通過計算可知，傳統(tǒng)重心法的最短路徑之和為1.27 km，大于改進(jìn)重心法的1.16 km，說明改進(jìn)的重心法模型得到的選址結(jié)果更貼合實際，比傳統(tǒng)模型更可靠。

圖3 改進(jìn)的重心法選址結(jié)果

5 結(jié)語

本文基于實地調(diào)研數(shù)據(jù)，利用GIS空間分析技術(shù)對傳統(tǒng)重心法進(jìn)行了改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上研究了西北大學(xué)長安校區(qū)的校園快遞服務(wù)中心的最優(yōu)選址，并以此來評價校園快遞代收點的合理空間布局。

傳統(tǒng)重心法的選址結(jié)果存在眾多局限，運輸成本、數(shù)據(jù)誤差、數(shù)據(jù)更新不及時等因素將使選址結(jié)果產(chǎn)生較大偏差，導(dǎo)致選址結(jié)果和實際優(yōu)選方案不一致。

基于GIS的改進(jìn)重心法基本能得到較適宜且具備科學(xué)性的選址結(jié)果。針對存在差異的需求點所形成的選址區(qū)域進(jìn)行基于GIS的算法改進(jìn)，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(shè)置合理的配送中心，再通過網(wǎng)絡(luò)分析功能確定最短路徑。校園快遞服務(wù)中心的規(guī)劃與選址不應(yīng)以隨意的傳統(tǒng)觀念對待，既要滿足師生實際需要，又應(yīng)兼顧校內(nèi)環(huán)境規(guī)劃，形成合理且科學(xué)的布局規(guī)劃。