北斗大數(shù)據在煙草物流行業(yè)的應用探索與實踐
——以安陽市煙草物流線路優(yōu)化項目為例

李文剛 張偉 楊珺 李豪成

（1.河南省煙草公司安陽市公司，河南 安陽 455000；2.河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000）

1 引言

我國是世界上最大的煙草生產國和消費國，煙草企業(yè)在國民經濟中占據著舉足輕重的地位，煙草產品營銷通常采用線上訂購、物流統(tǒng)一配送的運作模式。煙草物流配送具有長期性、零售戶分散、品類多、數(shù)量大、季節(jié)波動大等特點[1]，煙草物流配送系統(tǒng)運輸路徑優(yōu)化問題的約束條件多，如車輛的容量限制、載重限制、時間限制等[2]。在煙草物流配送過程中，配送線路是否合理對配送效率、成本有重大影響，合理的配送線路不僅能大大縮短物流配送時間，降低物流運營成本，還能帶來更好的客戶服務和更高的客戶滿意度。傳統(tǒng)的煙草物流配送存在商戶定位不準確、配送線路規(guī)劃不合理、物流車輛運行成本高等問題，基于煙草物流配送的現(xiàn)狀問題和基本特征，利用北斗定位、GIS、大數(shù)據分析等技術，以安陽市煙草物流線路優(yōu)化項目為例，建立煙草物流配送線路規(guī)劃智能推薦算法模型，科學規(guī)劃物流配送線路，旨在解決煙草物流配送工作效率低、配送成本高的問題。

2 項目區(qū)域概況

安陽市有一個煙草物流配送中心，配送范圍包括安陽市區(qū)、安陽縣、內黃縣、湯陰縣、林州市、滑縣6 個區(qū)域（如圖1 所示），共計19615 個持證商戶，采用“T+0”和“T+1”兩種送貨模式，現(xiàn)有配送員51 名，車輛50 輛，煙草物流配送主線路45 條，每條主線路分5 條支線路，支線路共225 條，線路平均商戶數(shù)88戶，線路平均單車裝載率45.78%。近年來，安陽市煙草物流配送一直采取軟件系統(tǒng)結合人工線路優(yōu)化的方式開展“彈性調度”工作，但存在配送路線規(guī)劃不合理、運算時間長、無法靈活計算和調整物流配送線路的問題，亟須建立數(shù)字化線路規(guī)劃模型，科學高效規(guī)劃物流配送線路，提高車輛總體裝載率，降低物流運行成本。

圖1 安陽市煙草物流配送區(qū)域

3 總體研究思路

本研究基于北斗定位、GIS、大數(shù)據分析等技術，通過在物流配送車輛上裝載北斗設備，獲取車輛運行真實、實時數(shù)據信息，結合時空信息數(shù)據，分析提取物流車輛運行業(yè)務數(shù)據，構建物流線路管理數(shù)據庫，通過大數(shù)據分析評估車輛運行效率及存在問題，融合GIS 分析技術和C-W 節(jié)約法、最鄰近法、k-opt 等多種物流線路規(guī)劃智能推薦算法，建立算法模型，優(yōu)化配送路線，開發(fā)數(shù)字化物流線路優(yōu)化系統(tǒng)，人機交互靈活調整優(yōu)化模型計算參數(shù)，實現(xiàn)物流運行可視化管理和物流線路規(guī)劃動態(tài)調整。總體研究思路如圖2 所示。

圖2 總體研究思路

4 北斗位置數(shù)據采集

（1）北斗定位設備選型。本次研究采用4BGS 北斗高精度定位車載終端，設備型號為ZZBD-4BGS，定位精度單點2.5m（ECP），差分2.5cm+1ppm（ECP），能夠實現(xiàn)厘米級定位，具有適應性強、支持4G 網絡通訊、可長時間運行等特點。

（2）設備安裝調試。在物流配送車輛上安裝4BGS北斗高精度定位車載終端，通過定位盒外部的調試口以網絡遠程方式設置設備參數(shù)，確保物流車輛運行時設備能夠正常工作。

（3）車輛位置數(shù)據采集。物流車輛在線運行時，通過對接設備實時信息接口，采集車輛實時北斗位置信息，通過對接歷史軌跡接口，獲取車輛在時間段內行駛軌跡信息。

5 物流運行數(shù)據處理建庫

物流配送線路優(yōu)化需要準確的數(shù)據支撐，為保證優(yōu)化結果的可靠性，需要對物流數(shù)據進行標準化處理，對北斗位置數(shù)據進行清洗、融合、分析和提取，具體建庫流程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據處理建庫流程

（1）數(shù)據匯聚。匯聚收集物流運行相關數(shù)據及車輛運行實時數(shù)據，包括車輛北斗位置、物流配送線路、物流配送分區(qū)、物流車輛數(shù)據、商戶地理空間位置、商戶訂單、基礎地理信息等數(shù)據。

（2）物流數(shù)據標準化處理。將匯聚的商戶位置、路網、物流配送分區(qū)、基礎地理信息等數(shù)據進行一致性處理、空間化處理、時序化處理等工作，為物流路線規(guī)劃算法計算提供基礎數(shù)據。

（3）北斗位置數(shù)據分析挖掘。對北斗位置數(shù)據進行清洗融合和挖掘分析，提取物流配送軌跡、商戶真實位置、路線真實里程、車輛工作時間、車輛出發(fā)時間、返程時間、送貨時間、休息時間、實時軌跡等數(shù)據，解決人工填報信息工作量大、不及時、不準確等問題。

（4）數(shù)據建庫。通過對數(shù)據的標準化處理和分析提取，挖掘數(shù)據潛在價值，對數(shù)據進行分類入庫，形成北斗位置數(shù)據庫、地理信息數(shù)據庫、物流管理數(shù)據庫和物流運行數(shù)據庫。

6 線路優(yōu)化算法模型構建

VRP 即車輛路徑問題（Vehicle Routing Problem），解決確定性VRP 分為精確算法和人工智能算法。與精確算法相比，人工智能算法在精度上不占優(yōu)勢，但在求解大規(guī)模VRP 時，可在有限時間里找到滿意的次優(yōu)解/可行解[3]。本研究融合C-W 節(jié)約法、最鄰近法及k-opt 等物流線路規(guī)劃智能推薦算法，結合城市真實道路、商戶空間位置、物流配送時間等數(shù)據，把商戶和配送中心連接起來，構成一條包含所有商戶且最終能返回配送中心的運輸路線，計算線路“節(jié)約值”[4]，實現(xiàn)更符合實際環(huán)境的物流配送線路全局性自動化規(guī)劃。

第一步，以車輛數(shù)、裝載率、商戶數(shù)、訂貨量為主要計算因子，建立物流配送分區(qū)劃分模型，規(guī)劃全域物流分區(qū)，保障預定車輛完成分區(qū)商戶全部配送。第二步，以道路、分區(qū)、車速為主要計算因子，建立物流分區(qū)直達路線模型，計算分區(qū)配送最佳路徑及路程耗時，優(yōu)化分區(qū)內車輛分配。第三步，以分區(qū)內配送時間、商戶、訂單量、車輛及裝載率為主要計算因子，建立分區(qū)最優(yōu)配送路線模型，計算分區(qū)內最優(yōu)配送線路，確保在配送時間內按規(guī)定線路完成商戶配送。第四步，按照時間均等分配線路原則，建立物流主分線路分配模型，通過投入車輛分析主線路與分支線路聚合關系，保障主線路整體工作時長均等。

7 物流線路優(yōu)化系統(tǒng)開發(fā)

開發(fā)煙草物流配送線路優(yōu)化系統(tǒng)，實現(xiàn)物流配送數(shù)據管理、車輛實時定位、運行效率分析、線路動態(tài)規(guī)劃、輔助業(yè)務決策，為煙草物流配送提供可視化管理手段。

（1）物流運行數(shù)據管理。開發(fā)物流數(shù)據管理系統(tǒng)，提供商戶管理、車輛管理、路線管理、配置管理、設備管理等功能，實現(xiàn)物流運行數(shù)據的可視化管理，如圖4 所示。

圖4 物流運行數(shù)據管理

（2）車輛北斗實時位置。將車輛實時北斗位置在地圖上顯示，展示物流車輛行駛軌跡和實時行駛情況，如圖5 所示。

圖5 車輛北斗實時位置

（3）配送路線規(guī)劃。靈活調整線路規(guī)劃模型計算參數(shù)，通過設置車輛行駛速度、車輛配送速度、商戶送貨時間等參數(shù)，優(yōu)化線路規(guī)劃模型基礎參數(shù)，通過調整分區(qū)配送車輛數(shù)量、車輛裝載量等計算參數(shù)，達到調整物流分區(qū)目的，通過調整商戶分區(qū)和配送路線，以及主線路中分支線路，規(guī)劃出更貼合實際運行情況的配送線路，提升線路規(guī)劃合理性，如圖6 所示。

圖6 配送路線規(guī)劃

（4）物流線路畫像。綜合分析歷史配送線路數(shù)據，對線路送貨戶次、裝載率、行駛里程、行駛時間等進行可視化分析，反映物流線路運行趨勢，及時發(fā)現(xiàn)問題和優(yōu)化配送路線，如圖7 所示。

圖7 物流線路畫像

（5）物流運行綜合分析。統(tǒng)計匯總物流配送運行的真實數(shù)據，實時監(jiān)測物流配送進度、車輛軌跡等信息，分析物流配送線路合理性、線路排行等，方便實時掌握物流運行情況，輔助業(yè)務決策，如圖8 所示。

8 應用成效

圖9 配送區(qū)域優(yōu)化后11個分區(qū)

通過本次研究，建立了煙草物流配送線路規(guī)劃智能推薦算法模型，為安陽市煙草物流配送區(qū)域劃分和配送線路提供了優(yōu)化方案。

（1）物流配送分區(qū)優(yōu)化成果。在安陽市區(qū)、安陽縣、內黃縣、湯陰縣、林州市、滑縣6 個配送區(qū)域基礎上，進一步精細劃分11 個物流配送分區(qū)，其中安陽市區(qū)2個、安陽縣1 個、林州市2 個、滑縣4 個，如圖9 所示。

（2）物流配送線路優(yōu)化成果?；诂F(xiàn)有城市道路網、商戶位置、車輛速度、商戶配送時間等數(shù)據，通過物流線路規(guī)劃智能推薦算法計算，規(guī)劃出安陽市全域物流配送線路共172 條，平均每條線路配送商戶為114 戶，每條線路平均單車裝載率達到60.81%。

（3）線路優(yōu)化結果分析。優(yōu)化后配送方案細化了配送區(qū)域，減少了配送路線數(shù)量，增加了每條線路商戶數(shù)，提升了線路平均單車裝載率，能夠有效降低物流運行成本，線路優(yōu)化前后對比如表1 所示。

優(yōu)化后配送方案分析：①依據高速路口等因素細化物流配送分區(qū)，利用高速路程，減少車輛往返配送時間。②基于智能推薦算法模型，實現(xiàn)線路往返均有商戶配送，避免車輛空跑。③基于智能推薦算法模型，利用節(jié)約時間，增加單條線路配送商戶數(shù)量，最終減少線路總數(shù)。

9 結束語

本文利用北斗定位、GIS、大數(shù)據分析等技術，對安陽市煙草物流的配送路線、車輛信息、商戶位置進行了系統(tǒng)性的空間化，分析研究了多種物流線路規(guī)劃智能推薦算法，結合數(shù)字化物流線路優(yōu)化系統(tǒng)，對安陽市煙草物流配送路線進行了優(yōu)化，減少了配送線路數(shù)量，增加了線路商戶數(shù)，提升了車輛裝載率，提高了物流車輛的運行效率，可為類似煙草物流配送線路優(yōu)化項目提供參考。