基于GIS的物流配送系统的研究与设计

华侨大学硕士学位论文基于GIS的物流配送系统的研究与设计姓名：林玲申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：吴清江20060601国立华侨大学硕士论文1摘要现代物流作为一种先进的组织方式和管理技术，通过降低流通费用，缩短流通时间，可以整合企业价值链、延伸企业的控制能力，加快企业资金周转，从而成为企业“第三利润源”。特别是在电子商务环境下，供应商必须全面及时地掌握物流各个环节即时信息，以此制定生产和销售计划，及时调整市场策略。把地理信息系统（GIS）技术融入到物流配送的过程中，就可以更容易地处理物流配送中的各个环节，并对其中涉及地理信息的，诸如物流设施定位、运输车辆的调度和配送路线的选择、最优库存控制等问题进行有效管理和决策分析，有助于物流配送企业有效地利用现有资源，降低消耗，提高效率。在物流配送管理中，合理选择配送路线是有效控制物流成本的关键。本文主要针对城市物流配送的特点，结合实际应用，建立车辆路径优化模型，并对基于GIS的物流配送系统集成的关键技术进行了研究。文中首先介绍了国内外基于GIS物流配送系统的研究现状，接着对配送中所需考虑的核心问题---配送车辆路径规划进行了研究，运用贪婪算法将VRP问题进行分步求解，使之成为求K条路线的TSP，再引入改进蚁群算法来解决TSP问题。并通过仿真实验，研究分析了蚁群算法在求解中小规模的TSP问题上，各参数的设置对算法的性能的影响。在上述实验结果的基础上，将该算法求解模型引入物流配送决策系统，初步搭建物流配送决策系统，模拟城市流配送优化决策。最后，通过系统流程的分析，提出切合实际系统集成方案，对数据集成与功能集成进行了深入探讨，实现了空间和属性数据库的统一存储管理、电子地图基本操作功能、最短路径查找功能组件模块。文章最后通过一个模拟算例，将本文提出的优化模型与已有优化算法进行了比较，进一步验证了本文给出的模型的优越性。关键字：GIS，物流配送，路径优化，蚁群算法，TSP国立华侨大学硕士论文2ResearchandDesignonGIS-basedLogisticsDistributionSystemAbstractAsanadvancedorganizationmethodandmanagementtechnology,modernlogisticshasbeenrecognizedas“thethirdprofitsource”foranenterprise.Itintegratesthevaluechainofenterprises,reinforcesthecontrolcapabilityandacceleratesfundturnoverbythereductionofcirculationcostandtime.InthefieldofE-commerce,itisespeciallynecessaryforproviderstoobtainreal-timeinformationcomprehensivelyandimmediately,soastomakeproducingandmarketingplanandadjustthemarketingstrategy.Theintegrationofgeographicalinformationsystem(GIS)intothelogisticsdistributionprocedurewouldcontributeeffectivelytothedistributionconduction.Itprovidessoundmanagementanddecision-makinganalysisfortheissuesrelatedtogeographicalinformation,suchaslogisticfacilitylocation,vehicledispatch,deliveryrouteselection,optimalstockcontrol.Therefore,itleadstotheeffectiveuseofavailablesource,laborcostreductionandefficiencyimprovementinthelogisticsenterprises.Indistributionmanagement,reasonableselectionofdistributionrouteisthekeytosuccessfullogisticcostcontrol.Consideringthefeaturesofurbanlogisticdistributionandpracticalapplication,thisresearchaimsattheestablishmentoftheoptimizationmodelforvehiclerouting,andinvestigatesthekeytechnologyinGIS-basedlogisticsdistributionsystemintegration.ThispaperstartswiththeintroductionoftherecentresearchanddevelopmentonGIS-basedlogisticsdistributionsystemathomeandabroad.Thenthecoreissueindistributionprocess,thevehicleroutingdesignisfurtherstudied.ThisprojectappliestheGreedyMethodtosolvetheVRPwithstep-by-stepanswers,whichturnsitintoTravelingSalesman国立华侨大学硕士论文3Problem(TSP)seekingforrouteK.ThenAntColonyAlgorithmwasusedtooffersolutiontoTSP.Bymakingstimulationexperiment,thisprojectalsodevotedtoinvestigationsofhowthesettingofparametersaffectsthecapabilityandresults,whenAntColonyAlgorithmisemployedindealingwiththesmall-scaleTSP.Onthebasisoftheresultsofaboveexperiment,theresearchbroughtthesolvingmoduleofthismethodinthelogisticsdistributiondecisionsystem.Henceitbuilttheinitialframeworkforlogisticdistributiondecisionsystemandsimulatedtheurbanlogisticdistributionoptimizationdecision-makingprocess.Thenwiththeanalysisofsystemoperationprocess,thispaperproposessomepracticalsystemintegrationsolutionsandthendetailsthedataintegrationandfunctionintegration.Thisresearchrealizedthestorageandmanagementofspatialandattributedatabase,thebasicoperationfunctionofelectronicmapandtheshortestroutesearchingfunctioncomponentmodule.Inthelastchapterasimulativeexampleispresentedforcomparingtheoptimizationmodelproposedinthisstudywithpreviousoptimizationalgorithm.Thusitfurthervalidatesthesuperiorityoftheproposedoptimizationmodel.Keywords:GIS,Logisticsdistribution,Optimizationofrouting,AntColonyAlgorithm,TSP国立华侨大学硕士论文1第一章绪论1.1引言20世纪80年代开始，随着经济全球化的持续发展、科学技术水平不断提高以及专业化分工的进一步深化，在美国、欧洲一些发达国家开始了一场对物流各种功能、要素进行整合的“物流革命”，物流活动由此开始走向信息化、系统化、专业化。90年代后，各种专业化的物流服务企业在欧美发达国家大量涌现并呈现出快速的发展趋势，在原来第三方物流（3PL）的基础上形成了专门提供一整套供应链解决方案的第四方物流供应商（4PL）[3]。由此而形成了物流产业，并成为发达国家服务业中的一个重要组成部分。与此同时，以网络计算为基础的电子商务催化着传统物流配送的革命，高度信息化，现代化的物流系统可以为电子商务提供了便捷的市场通道，真正实现电子商务的快捷、高效，促进了整个社会经济的快速、健康发展。在物流系统当中，运输、配送是居其核心地位，是物流配送合理化的关键所在。国内，当前基于电子商务下的物流配送（图1-1）的发展不能适应电子商务发展，由此产生了电子商务的瓶颈问题。主要表现，在网上实现商流活动之后，没有一个高效率的企业或社会物流配送系统对商品的转移提供低成本、适时、适量的转移服务，而且配送成本过高、速度过慢是参与电子商务的买方最为不满的问题，这种状况在很大程度上制约了电子商务的快速发展，由此引发各个领域专家学者在物流配送有关问题的研究热潮。一个与数字化经济相适应的现代化物流配送系统涉及到多方面的因素，如配送中心位置的选择、配送点的布局、配送路径的优化道路的规划、配送车辆的实时监控与调度、配送服务质量的提升等，这些因素都与地理信息密切相关。而厂商电子商务网络中心仓储中心配送中心消费者订货信息订单图1-1国立华侨大学硕士论文2这些信息完全可以应用GIS技术来实现，完成对物流配送的可视化分析及管理。地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)是利用计算机建立地理数据库，倡导信息的可视化技术，通过地图来表现数据，为用户提供了可视化应用的解决方案。它将地理环境中的各种要素，包括它们的地理空间分布状况和所具有的属性数据，进行数字存贮、处理和分析，建立有效的数据管理系统。GIS的空间查询和空间分析功能决定了它不仅是一种查询信息的方法，同时也是一种挖掘信息模式的技术，一种决策支持系统。GIS技术在各个商业领域的应用在深度上和广度上不断发展，涉及到空间分布的领域基本上都可以应用GIS技术。由于物流的核心内容是物体在时空中的运动，而GIS是专门研究时空运动的信息系统，因此，物流适合于用地理信息系统来研究。与以往单纯的数据库及计算机图形技术相比[81]，GIS具有如下特点：第一、GIS能够提供良好的图形显示界面，可以根据属性资料显示不同的主题，可以将图形任意缩放、叠加；第二、GIS可以将图形资料灵活应用，任意叠加、分割、截取和统计分析。GIS的空间分析功能可以对点、线、面做不同的空间分析，获取相关信息，对物流配送中心的选址、最短路径分析、配送区域分割具有重要作用；第三、GIS可以根据不同的模型对地物进行模拟，模拟目标物体发展过程，完全可以在可视化环境中了解目标物体发展过程。它最突出的特点是图数一体化，有了图库和数据库，便可以通过鼠标来实现图形信息、及其属性信息、的快速查询和分析处理。目前GIS重要的研究成果主要表现在：OpenGIS的研究保证了用户可以存取在网络上的异构GIS数据和处理单元；关系数据库(RDBMS)