基于GIS的農(nóng)村地區(qū)快遞配送路線規(guī)劃研究

文/楊纖荷

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)在網(wǎng)絡(luò)上的購物行為越來越頻繁，隨之帶動的快遞物流配送服務(wù)也已經(jīng)將農(nóng)村區(qū)域列為重要的發(fā)展市場。為了達(dá)到成本控制和服務(wù)提升的最終目的，快遞企業(yè)需要借助于高新技術(shù)對配送路線進(jìn)行合理的優(yōu)化，在保證配送時效性的同時減少終端配送任務(wù)的人力成本和財(cái)力成本支出。本文基于農(nóng)村快遞配送任務(wù)的特點(diǎn)，研究基于GIS技術(shù)的農(nóng)村地區(qū)快遞配送路線優(yōu)化，引入了Dijkstra算法和節(jié)約里程算法，并綜合其他需要考慮的因素設(shè)計(jì)出最終的軟件。

引言：

農(nóng)村地區(qū)由于路況比較復(fù)雜，居住人口密度低且不集中，快遞在配送時所獲得時效較低，很多快遞公司都選擇建立快遞投放站點(diǎn)集中進(jìn)行配送，這種方式雖然可以減少農(nóng)村地區(qū)的終端配送成本，并且能夠提高農(nóng)村地區(qū)配送的效率，但是會導(dǎo)致農(nóng)村用戶的快遞使用體驗(yàn)降低，從無遠(yuǎn)來說不利于快遞企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著人們生活水平的提高，農(nóng)村地區(qū)的網(wǎng)購用戶數(shù)量越來越多，農(nóng)村市場已經(jīng)成為了快遞公司的業(yè)務(wù)主戰(zhàn)場，并且由于農(nóng)村地區(qū)實(shí)體站購物更加困難，故網(wǎng)購用戶的增長速度非?？?。快遞公司想要在農(nóng)村市場中占據(jù)競爭優(yōu)勢，就需要借助于現(xiàn)代化的科技手段，優(yōu)化農(nóng)村地區(qū)的快遞配送路線，在保證成本合理控制的同時不斷提升農(nóng)村用戶的產(chǎn)品使用體驗(yàn)。

一、農(nóng)村地區(qū)的快遞服務(wù)特點(diǎn)

農(nóng)村地區(qū)最主要的特別是人口密度低，住戶之間的直線距離長，村落與村落之間比較分散，在進(jìn)行快遞收發(fā)時，快遞公司所需要支出的配送成本要遠(yuǎn)高于城市地區(qū)。特別是一些對時效要求較高的產(chǎn)品，在農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行配送會面臨比較大的挑戰(zhàn)。比如生鮮食品、海鮮物品等，這些一般都要求配送時效在兩天以內(nèi)，但是由于農(nóng)村地區(qū)的客戶大多是分散且無規(guī)律的，快遞公司在保證時效性的同時往往需要更高的運(yùn)輸成本和配送成本。在快遞行業(yè)中，如果農(nóng)村用戶想要發(fā)件，快遞員通常會在接到訂單之間兩小時之內(nèi)上門取件，快件經(jīng)過區(qū)域中轉(zhuǎn)站匯聚到城市中轉(zhuǎn)站，再從城市中轉(zhuǎn)站裝車（機(jī)）運(yùn)輸，到達(dá)目的地之間再由區(qū)域配送員配送到收件方手中。在這一過程中，收件和配送是最為耗時耗力的環(huán)節(jié)，優(yōu)秀的路線規(guī)劃和配送計(jì)劃是保證快遞時效的重要前提。

目前很多快遞公司為了更好的服務(wù)于農(nóng)村客戶，共同組織并成立了快遞聯(lián)盟，通常是以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本單位設(shè)立快遞收發(fā)站，即快遞驛站，同一個區(qū)域內(nèi)的快遞會被統(tǒng)一放在驛站中，由客戶自行到驛站取件。這一方式可以大幅度的提高快遞收發(fā)的效率，但是失去了送件上門的服務(wù)體驗(yàn)，甚至有些用戶需要經(jīng)過幾公里的路才能夠拿到快件。受限于農(nóng)村地區(qū)的用戶分布限制，想要實(shí)現(xiàn)送件到家，快遞公司需要支出數(shù)倍于城市區(qū)域的人力成本和資金成本，并且其實(shí)效性也難以保證。基于此，是否有一種兩全其美的解決方法成為了重要的研究方法，在大數(shù)據(jù)技術(shù)、GIS技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的支持下，路徑優(yōu)化途徑目前被認(rèn)為是最有效且可行的方法，通過配送路線的優(yōu)化[1]，讓快遞配送更有計(jì)劃性，也可以減少不合理路線的出現(xiàn)，讓時效性和成本控制都得到保證。

二、基于GIS的快遞配送路線優(yōu)化設(shè)計(jì)理論

快遞配送最優(yōu)路線是指的在實(shí)現(xiàn)配送目的地覆蓋的前提下，盡可能的縮短配送距離并且依據(jù)數(shù)據(jù)運(yùn)算來合理的規(guī)劃配送線路，保證配送用時最短?；贕IS的快遞配送路線優(yōu)化應(yīng)滿足以下幾個主要條件。

（1）可通行路線短

路線短是減少成本支出的前提條件，農(nóng)村地區(qū)由于收件方分布分散，一般會采用燃油車為主要配送交通工具，在國內(nèi)油價(jià)居高不下的形勢下，路線短就意味著耗油量少，所以想要控制配送成本就應(yīng)選用最短的通行路線。除此之外，路線短也是保證時效性的前提條件，在通用算法下，最短路線的選擇很容易實(shí)現(xiàn)，但是由于還有許多其他影響因素的存在，故而應(yīng)保證路線短而不是最短。

（2）道路狀況優(yōu)

道路狀況會直接影響到配送的時效性，在最短路線條件下，道路的交通狀況也是不得不考慮的問題。農(nóng)村道路大路較少，在遇到一些惡劣的天氣時，很多鄉(xiāng)間小道都會出現(xiàn)通行困難的情況，借助于GIS技術(shù)和天氣預(yù)測功能，應(yīng)在保證通行路線短的前提下盡可能的增加運(yùn)輸效率，選擇交通道路良好的道路做為配送最優(yōu)路線。

（3）整體優(yōu)化

由于快件類型不同，有些時效性要求高的快件應(yīng)優(yōu)化配送，比如在最優(yōu)的路線中，要充分考慮一些特殊快件的優(yōu)化規(guī)劃屬性，特別是海鮮類商品和水果生鮮商品。一般來說，在合理的路線規(guī)劃時，都會加入一些優(yōu)化元素，時效性要求高的商品優(yōu)先度會高于其他商品。另外，由于從配送中心到客戶之間的路線有多條可以選擇，在考慮整體優(yōu)化的時候要以綜合最優(yōu)為最終方案，保證優(yōu)先級的前提下，求得單源最短路線。

三、基于GIS的農(nóng)村快遞配送路線優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

（1）Dijkstra算法

Dijkstra實(shí)現(xiàn)的是單源最短路線計(jì)算，其原理是通過各個可行路線的距離計(jì)算來將所有線路進(jìn)行長度遞增排列，從而確定源點(diǎn)到終點(diǎn)的最短路線[2]。單源在這里指的就是單一的配送任務(wù)，具體的實(shí)現(xiàn)方法為：

設(shè)置出已經(jīng)求出的最短路徑集合S，其余頂點(diǎn)組合集合V-S，集合V-S中的各個頂點(diǎn)會被逐一添加到總集合S中[3]，在添加的過程中，源點(diǎn)V0到集合S中各個頂點(diǎn)的長度是始終保持在小于V0到集合V-S中各頂點(diǎn)的路線長度。在完成了添加之后，源單到目標(biāo)地點(diǎn)的最短路線選擇即可以被求出。

使用Dijkstra算法計(jì)算出的單源最短路線是最基本的優(yōu)化路線，在這一求解之中，其他各個因素都沒有被考慮在內(nèi)，同時也沒有結(jié)合當(dāng)前的路況進(jìn)行選擇，所以Dijkstra算法可以當(dāng)作是配送路線優(yōu)化的第一步，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化選擇。

（2）節(jié)約里程法

節(jié)約里程法最主要的應(yīng)用場景是在運(yùn)輸車輛數(shù)目不確定的情況下，以最終里程數(shù)最小為計(jì)算結(jié)果的方法[4]。在農(nóng)村配送體系中，配送車輛會根據(jù)當(dāng)前所需要配件的數(shù)量進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，即在保證時效性的情況下，通過合理安排車輛數(shù)量來達(dá)到最優(yōu)化的配送方案。之所以這樣做是因?yàn)樵跇I(yè)務(wù)較為復(fù)雜的情況下，多安排車輛進(jìn)行配送有時反而會更加節(jié)省成本，讓所有車輛行駛的最里程達(dá)到最小解。

節(jié)約里程法的基本實(shí)現(xiàn)方法是云計(jì)算總的車輛運(yùn)輸?shù)膰嵐飻?shù)，如果噸公里數(shù)最小則配送中心的運(yùn)輸能力最大，然后再結(jié)合配送中心到客戶之間的總距離來制定相應(yīng)的配送計(jì)劃。實(shí)現(xiàn)的基本理念是將運(yùn)輸問題中的兩個回路合并為一個回路，讓合并之后的總運(yùn)輸距離減小的幅度最大，當(dāng)一輛車的裝載的快件數(shù)量達(dá)到限制值的時候，再進(jìn)行下一輛車的優(yōu)化。

在這一算法中，需要根據(jù)路線的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)每一輛車快件的合理裝載，一般都是以區(qū)域劃分為基礎(chǔ)條件，實(shí)現(xiàn)每一輛車在最短的總距離之內(nèi)將所有快遞配送完畢。

（3）路線優(yōu)化實(shí)現(xiàn)

為了保證優(yōu)化軟件的易用性，在設(shè)計(jì)軟件時一般會注重?cái)?shù)據(jù)的可視化，以GIS技術(shù)為設(shè)計(jì)核心，將優(yōu)化方案以可視化的方法呈現(xiàn)給配送人員。在本設(shè)計(jì)中，選用的是ArcGIS9系列軟件，以VC#為首選開發(fā)語言，實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)是綜合各個參考條件，以地圖的形式為快遞配送人員呈現(xiàn)最優(yōu)化的路線解決方案。比如在本案例中，區(qū)域配送中轉(zhuǎn)中心需要向10個客戶來配送快件，這10個客戶分布在不同的8個村莊之中，具體的實(shí)現(xiàn)方法為：

1.首先利用單源優(yōu)化算法計(jì)算出每一個快遞配送所需要經(jīng)過的最短路線，然后將10條路徑進(jìn)行比對分析，確定有哪些路線是完全重合的，將重合的路線數(shù)據(jù)添加到同一個集合S之中，以此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步的分析。

2.結(jié)合當(dāng)天的天氣情況和AMAP所提供的道路交通情況，去除掉不利于配送的路線，并以與之對應(yīng)的備選路線作為替換數(shù)據(jù)加入到集合S中，在這一步驟之中需要使用到電子地圖數(shù)據(jù)，本軟件采用高德地圖的數(shù)據(jù)接口為可視化結(jié)果的輸出參考，并獲取實(shí)時的高德地圖交通路況。

3.執(zhí)行Dijkstra算法計(jì)算配送中心到各客戶的最短可達(dá)路線，并在地圖中以粗線條來表示，這一設(shè)計(jì)步驟的主要目的是呈現(xiàn)給配送員多個可選路線，讓配送員可以人為更改路線計(jì)劃。之所以這樣做的主要原因是算法計(jì)算出來的最短路線沒有充分考慮道路的實(shí)際情況，雖然有了高德地圖的路況數(shù)據(jù)，但是農(nóng)村地區(qū)的道路情況更加多變，比如學(xué)校門口、幼兒園門口停放車輛會比較多，再加上一些農(nóng)村集市會對交通情況產(chǎn)生非常大的影響，所以在算法計(jì)算出結(jié)果之后需要將更多的優(yōu)化路線提供給配送人員，由配送人員根據(jù)當(dāng)前的狀況進(jìn)行人為優(yōu)化。

4.分離出優(yōu)先級更高的配送路線，路線以藍(lán)色線條表示。在配送生鮮類快件時，快遞員往往需要根據(jù)當(dāng)天的任務(wù)量進(jìn)行優(yōu)先配送。

在本軟件中，實(shí)現(xiàn)了可以根據(jù)任務(wù)量實(shí)現(xiàn)情況給予車輛裝載建議，當(dāng)然本10件快件最終計(jì)算出的結(jié)果是只需要一輛載重量為2t的車輛進(jìn)行配送即可，如果有兩輛以上車輛進(jìn)行配送則需要節(jié)約里程法優(yōu)化算法的介入，本次配送任務(wù)中計(jì)算所得的總配送里程為62Km，預(yù)計(jì)三個小時之內(nèi)即可以送達(dá)完畢，其中有兩份快遞需要優(yōu)化配送。

結(jié)束語

快遞配送線路的優(yōu)化是提升農(nóng)村地區(qū)快遞配送服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，為了有效的節(jié)省配送時間，優(yōu)化整體配送方案，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和GIS技術(shù)針對農(nóng)村地區(qū)快遞配送的特點(diǎn)，對車輛的選擇和車輛行駛的總里程進(jìn)行最優(yōu)判斷。文章用到的主要算法是計(jì)算單源最短路徑的Dijkstra算法和計(jì)算多車輛配送條件下的節(jié)約里程法，最終設(shè)計(jì)出一款具有路線可視化功能的C/S模式軟件，通過軟件的使用可以讓配送人員靈活的參考系統(tǒng)給出的最優(yōu)路線規(guī)劃，為提升農(nóng)村地區(qū)的快遞業(yè)務(wù)發(fā)展速度打好基礎(chǔ)。C

引用出處

[1]吳春穎,王娟,杜琨,雒辛芃,陳蕾,張立紅.GIS結(jié)合Dijkstra算法的巡邏路徑方案研究[J].福建電腦,2021,37(02):75-76.

[2]魏林金.基于BIM+GIS技術(shù)的道路選線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].黑龍江交通科技,2020,43(03):187-188.

[3]彭姍姍.“互聯(lián)網(wǎng)+”高效物流背景下農(nóng)村快遞共同配送路線優(yōu)化研究[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2019,35(02):36-38.

[4]周鳳,楊智璇,遲安琦.基于GIS和Dijkstra算法的校車路線方案優(yōu)化[J].地理空間信息,2018,16(06):60-63+8.