地理信息系统在物流系统中的应用研究

1地理信息系统在物流系统中的应用Application of Geography Information System in Logistics System2摘 要物流业的发展已经成为社会经济发展的重要组成部分。现代的物流企业不是只靠自身力量与本行业的对手竞争，而是靠增强与所有在供应链上的批发商、制造商以及供应商的联盟来实现竞争，其成功依靠的是供应链上所有物流环节的高效合作。地理信息技术（GIS）技术在我国已广泛应用，在资源环境及设施的管理及规划中发挥日益重要的作用，逐渐形成一门新兴的信息产业。GIS 应用于物流方面，主要指利用 GIS 强大的地理数据功能来完善物流分析技术，主要集成车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型和设施定位模型。GIS 在物流业中的应用是一个新兴的研究课题。本文首先介绍了现代物流和 GIS的基本理论，接着对物流 GIS 系统进行了分析，同时对基于 GIS 的物流车辆路径规划问题进行了分析，并对基于 GIS 的物流系统设计进行了探讨。关键词：物流，GIS，路径规划，物流配送ABSTRACTThe development of logistics has played an important role in the development of socialeconomy.The modern logistics enterprises compete with rivals,not only depending on their own capacity,but also by the means of promoting the ally with all jobbers,manufacturers and providers in the supply chain. Geographic Information System, which is widely used in China and play an important role increasingly in the managing and programming of resources, enviroment and facilities, is gradually becoming an emerging IT industry. GIS, applied in logistics, is to complete logistics analysis technology with its strong geographic data function, and mainly assembly the vehicle routing matrix, shortest path matrix, network logistics matrix, facility locating matrix.By contrast to IT,GIS technology is a rising research task in the application of logistics. To begin with,this paper introduces the fundamental thesis of modern logistics and GIS.Next,it analyzes the logistics GIS system. Furthermore, it studies the logistics vehicle routes planning problem based on GIS and the method of designing the whole logistics GIS system.Keywords: Logistics, GIS, Path Routing, Delivery3目录第一章 绪论1.1 论文选题的背景和研究意义1.2 研究方法及难点第二章 理论基础2.1 地理信息系统原理2.2 现代物流及物流系统2.3 地理信息系统与物流系统的关系第三章 地理信息系统在物流信息系统中的应用3.1 地理信息系统应用简介3.2 地理信息系统与物流系统的结合第四章 基于 GIS 的物流车辆规划4.1 路径规划的描述4.2 最短路径的系统实现第五章 基于 GIS 的物流配送系统5.1 需求分析5.2 系统总体设计5.3 主要功能第六章 文章结论6.1 小结4第一章 绪论1.1 论文选题的背景及研究意义物流业是现代商品流通环节的基础行业，对商业流通体系，甚至整个国民经济都有着举足轻重的意义。随着物流业的发展，人流、物流、资金流、信息流等生产要素将会提速，特别是信息流的提速，将对物流企业的发展产生重要影响。物流信息不仅指与物流活动有关的信息，而且包含与其他流通活动（如运、保管、包装、流通、加工等）有关的信息。物流信息不仅能起连接整合从生产厂家经过批发商和零售商最后到消费者的整个供应链的作用，而且在应用现代信息技术的基础上能实现整个供应链活动的效率化，具体说就是利用物流信息对供应链各个企业的计划、协调、顾客服务和控制活动进行更有效的管理。由于物流信息的功能，使得物流信息在经营战略中占有越来越重要的地位。物流信息技术是现代物流的灵魂，在物流各环节中综合应用，是现代物流区别传统物流的根本标志，是物流技术中发展最快的领域。以信息技术为核心，应用地理信息系统（GIS） 、全球定位系统（GPS）等信息技术，对物流的发展将产生不可估量的经济价值。地理信息系统对空间、时间属性数据的采集、输入、编辑、管理、分析、查询、显示等功能可以为系统用户进行预测、监测、规划、管理、决策提供多项依据 以基础地理信息数据作为框架，区域内物流数据在空间上得到集成，不同区域的数据无缝整合，从而保证决策依据的科学性和准确性。基础地理信息与物流业的专题信息有机结合将完善物流业管理信息系统的决策支持功能，大大加强对物流过程的全面控制和管理，满足物流业对基础地理信息的急迫需求。1.2 研究方法及难点1.2.1 研究方法文献研究方法，所谓文献研究是指通过收集和分析现存的以文字、数字等信息形式出现的文字资料来探讨分析各种行为、关系及其他现象的研究方法。本文查阅了大量中外文献，对地理信息系统和物流系统的相关理论和关系作了一个综述，对实证分析找到了理论依据信息研究方法，信息研究方法是利用信息来研究系统功能的一种科学研究方法。当前，正处在“信息革命”的新时代，有大量的信息资源，可以开发利用。信息方法就是根据信息论、系统论、控制论的原理，通过对信息的收集、传递、加工和整理获得知识，并5应用于实践，以实现新的目标。本文查阅大量信息，以信息来研究系统功能，揭示 GIS 在物流系统中的更一层次运用规律，帮助物流系统用户提高和掌握运用 GIS 的能力。描述性研究法，描述性研究法是一种简单的研究方法，它将已有的现象、规律和理论通过自己的理解和验证，给予叙述并解释出来。它是对各种理论的一般叙述，更多的是解释别人的论证，但在科学研究中是必不可少的。本文定向地提出问题，描述现象，介绍经验，它有利于 GIS 在物流行业中的普及工作。1.2.2 文章的难点 1）GIS 资料数据的收集2）模型选择和检验结果分析第二章 理论基础2.1 地理信息系统原理地理信息系统（Geographic Information System 或 GeoInformation system，GIS ）又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统” 。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。它的基本功能是将表格型数据转换为地理图形显示。GIS 通过地理空间拓扑结构建立地理图形的空间数据模型并定义各空间数据之间的关系，从而实现地理图形和数据库的结合。地理信息系统的核心是空间数据管理子系统，它由空间数据处理和空间数据分析构成。空间数据的主要来源有专题地图（等水位线图、地形地质图等） 、遥感图像数据、统计数据及实测数据等。地理信息系统具有七大功能：数据的提取、转换和编辑，数据的存储与管理，数据重构和数据转换，空间数据的查询和检索，空间操作和分析，空间显示和成果输出以及空间数据的更新。2.2 现代物流及物流系统62.2.1 现代物流现代物流可以理解为从原材料供应者到生产者，经过生产过程直到最终产品到达使用者或消费者的过程。而 GIS 在物流中的应用主要有车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型等 1。显然，这些应用模型都需要处理与地理相关的数据信息。2.2.2 物流系统物流系统是指在一定的时间和空间里，由所需位移的物资、包装设备、装卸搬运机械、运输工具、仓储设施、人员和通信联系等若干相互制约的动态要素所构成的具有特定功能的有机整体。物流系统的目的是实现物资的空间效益和时间效益，在保证社会再生产顺利进行的前提条件下，实现各种物流环节的合理衔接，并取得最佳的经济效益。物流系统是社会经济大系统的一个子系统或组成部分。物流系统和一般系统一样，具有输入、转换及输出三大功能，通过输入和输出使系统与社会环境进行交换，使系统和环境相依存。物流系统是由人、财、物、设备、信息和任务目标等要素组成的有机整体，其目标是获得宏观和微观两个效益。我么建立和运行物流系统时，要有意识地以两个效益为目的。具体来讲，物流系统要实现的有服务、快速及时、节约、规模优化和库存调节等五大目标。2.3 地理学信息系统与物流系统的关系因此，将 GIS 融入到物流系统中，利用其空间数据管理与分析能力以及图形化的显示功能可以更方便地管理物流系统中货物的运输、仓储、装卸、送递等各个环节，特别是对如运输路线的选择、配送车辆的调度、仓库和配送中心位置的选择、仓库的容量设置、仓库的布局和合理装卸策略等问题进行有效的管理和决策分析，有助于企业有效地利用现有资源，降低成本消耗，提高效率。实际上，随着电子商务、物流和 GIS 本身的发展，GIS技术将成为全程物流管理中不可或缺的重要组成部分。第三章 地理信息系统在物流信息系统中的应用3.1 地理信息系统应用简介物流学是一门新兴的学科，而物流业在我国也是一个方兴未艾的行业。在社会生产力7和科学技术高速发展的今天，企业要想在激烈的市场竞争中保持发展，就必须具有现代化的管理思想、方法和手段。管理手段现代化的核心是计算机技术为核心的信息技术的应用。随着技术的发展和社会需求的增大，GIS 应用日趋广泛，它不但在资源和环境管理与规划中成功应用，同时还进入物流配送、商业选址以及人们的日常生活领域之中。商业管理部门拥有的商业网点的统计数据具有数据量大、分布范围广、信息种类繁多、具有地理位置等特点，采用 GIS 的可视化技术将它们通过地图管理起来，将给商业管理部门带来极大的方便。信息技术（IT）是有效进行供应链管理的重要工具7。GIS 在供应链管理的许多领域都发挥着重要的作用，其中包括物流网络分析、路线选择、商业设施选址等等。在所有这些应用中所贯穿的思想便是 GIS 同数学模型和运算法则的集成。在集成系统中，GIS 提供地理数据，而属性数据（Attribute Data，例如需求信息、成本、产品、仓储能力等）则从标准数据库下载得到。在当前的供应链管理领域中，由于能够引入大量数据并存储对这些数据进行复杂分析的结果，因此人们对供应链管理的许多兴趣被激发了。面向具体的应用领域，GIS 可以回答以下问题：定位(Location)：对象在何处?条件(Condition)：哪些地方符合特定的条件?趋势(Trends)：从何时起发生了哪些变化？模式(Patterns)：对象的分布存在何种空间模式？模拟(Modeling) ：将如何发展?GIS 最明显的吸引力是通过地图来表现数据。这是通过把空间要素和相应的属性信息关联起来实现的。地理信息技术的特点使之成为与传统方法迥然不同的解决问题的先进手段。但是制作专题地图并没有超出传统的关系数据库的功能范围，把空间要素和属性信息关联起来所能支持的应用还远不止这些。在传统的关系数据库中，各数据域是平等的，它们按照关系规范化理论组织起来。而在 GIS 中，空间信息和属性信息是不可分割的整体，它们分别描述地理实体的两面，以地理实体为主线组织起来。不仅如此，空间信息还包括了空间要素之间的几何关系。因而 GIS 能够支持传统的关系数据库所不能支持的空间查询和空间分析，这是制定规划和决策的基础。3.2 地理信息系统与物流系统的结合物流使用嵌入的 GIS（或者商业 GIS）作为地理数据输出的平台或者服务系统。其中8物流网络设计、销售与营销区域划分、配送资源计划、生产地点选址/设施布置以及车辆计划等，应用 GIS 的地理显示或者图表都能够得到比较不错的效果。通常在使用 GIS 进行物流建模时，我们需要估计运输时间。在大多数的物流应用中，为了估计运输时间和运输成本，我们有必要计算出两个位置之间的距离。通常有以下几种做法：其一是计算两个坐标之间的直线距离并将它同一个因子相乘，以此来估计两点之间的迂回路程，这当然是一个非常简单的方法，除了两点的坐标之外，我们并不需要其他的信息，在这种方法中，DSS 根据不同的地区而使用不同的因子，另一种计算运输距离的方法是使用实际的路线网络，从中找到最好的一条路线，接着确定它的距离，这种方法需要有关道路网络的大量精确信息，其中可能包括单向行驶街道、转弯障碍以及类似的其他细节材料。此外，物流网络中的各个节点（如工厂、仓库、零售/服务中心等）的选址也是一个十分重要的决策问题，它决定了整个物流系统的模式、结构和形状。早期的选址模型研究通常把运输成本作为重要的因素。物流网络中设施选址不仅要考虑运输服务水平，还影响着库存战略决策，同时要考虑上游提供服务的供应商以及下游接受服务的客户，因此十分复杂。其中的供应商/客户位置定位、配送中心的位置、仓库的布局、运输的最佳路径规划都是空间信息的基本应用。因此，可以以 GIS 技术为支持，结合最短路径分析，构建物流网络中设施选址模型。物流设施选址是一个复杂的决策过程，一个最佳的位置是由许多的因素决定的，传统的选址方法几乎都是先建一个模型，然后经过一系列的计算得出设施点的位置，缺乏计算机和决策者的动态交互过程，而这样的功能只有 GIS 能够实现，这就是基于 GIS 建立物流设施选址模型的基础。物流具有空间尺度和空间特征的性质是 GIS 技术与物流技术集成的基础，GIS 应用于物流，从根本上改变传统物流的管理方式和分析模式，具有广阔的应用前景。物流活动具有资源庞杂、流动空间广、过程复杂的特点，而地理信息技术具有强大的空间信息获取、管理、分析、决策及其他的强大功能。将地理信息技术应用于与人们生活有密切关系的精确物流，对于解决物资的高效、合理流动，达到物资配给效益最大化问题将具有广阔的应用前景，具有很强的时代特征。9第四章 基于 GIS 的物流车辆路径规划4.1 路径规划的描述首先描述一个简单的物流配送过程，如图 4.1。假想有供应商，配送中心,以及客户（零售商或最终客户）如图所示，现某零售商需要一定单位的商品 G，物流供应商（这里指第三方物流）接到订单之后，首先必须确定哪个配送中心拥有所需商品的库存（在信息共享的条件下，甚至可以知道那个工厂拥有库存以及数量多少） ，确定由哪个配送中心发货之后，在货源地和客户目的地之间计算出货物最优的配送路径，最后派出车辆完成任务。在整个过程中，我们都在与地理有关的信息打着交道，单纯的数学方法，如运筹学方法，求解配送路径规划的过程非常抽象；而 GIS 的运用正克服了这一缺点，在图形界面下调用原先的算法，再利用图形处理技术把求解得出的最优路径高亮显示在地图上。同时GIS 的应用优势还在于它与数据库的结合，因为在物流系统中，大部分数据都与地理位置发生关系，将这些数据与图形相结合之后，极大地方便了物流数据的显示和管理。图 4.1 物流配送过程随着计算机的普及以及地理信息科学的发展，GIS 因其强大的功能得到日益广泛和深入的应用。网络分析作为 GIS 最主要的功能之一，在电子导航、交通旅游、城市规划以及电力、通讯等各种管网、管线的布局设计中发挥了重要的作用，而网络分析中最基本、最关10键的问题是最短路径问题。最短路径不仅仅指一般地理意义上的距离最短，还可以引申到其他的度量，如时间、费用、线路容量等。相应地，最短路径问题就成为最快路径问题、最低费用问题等。由于最短路径问题在实际中常用于汽车导航系统以及各种应急系统等（如 110 报警、119 火警以及医疗救护系统） ，这些系统一般要求计算出到出事地点的最佳路线的时间应该在 1 秒3 秒内，在行车过程中还需要实时计算出车辆前方的行驶路线