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空间物流信息系统的研究与设计 中文摘要 空间物流信息系统的研究与设计 中文摘要 随着经济发展，物流作为我国的朝阳产业，其重要性逐渐显现出来，它越来越受 到各个行业的重视。如何解决物流配送问题己成为降低成本、增加效益的重要研究课 题。 配送路线的合理性直接关系到物流系统的实用性和整体效益，因此，选择合理的 路线是物流业面临的一大课题。本文以地理信息系统( g i s ) 在物流中的应用为基础， 对基于道路网络的配送规划算法进行了研究，其主要研究内容如下： ( 1 ) 研究了当前物流系统的现状，对现有国内外v r p 解决方法进行研究和比较。 ( 2 ) 本文对当前的配送算法进行了比较，对传统物流配送模型进行了改造和提 升，结合蚁群算法与空问聚类算法来解决物流配送问题，并在实际系统中实现。 ( 3 ) 基于g i s 空间数据的特点，本文利用聚类算法对当前配送点进行了聚合，给 出了适合物流配送的网络拓扑结构。在抽象图的配送区域划分方法阐述的基础上，应 用聚类算法对配送区域进行划分。在上述研究基础上，本文将路径规划问题抽象为旅 行售货商( t s p ) i 口1 题的一种模式，利用蚁群算法与聚类算法合理解决路径配送问题。 以实验数据为基础，设计出切合实际的系统集成方案。该系统将大大降低车辆运 输成本，并对物流行业的配送模式产生积极作用。 关键词：蚁群算法；聚类分析；g i s ；路径规划；物流配送。 作者：范新明 指导老师：伏玉琛 r e s e a r c ha n d d e s i g no fs p a t i a ll o g i s t i c s i n f o r m a t i o ns y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m y ，t h el o g i s t i c sb e c o m e sm o r ea n dm o r e i m p o r t a n t i nm a n yd o m a i n si no u rc o u n t r y m a n yp r o f e s s i o n sp a ya t t e n t i o nt ot h ei m p o r t a n c eo ft h e l o g i s t i c s a n dh o wt os o l v et h ep a t ho fp r o g r a m m i n gi sb e c o m i n gt h ec o r eo fi n c r e a s i n gt h e b e n e f i t r a t i o n a l i t yo ft h ea l l o c a t e sa n dd i s p a t c h e sw i mr e g a r dt ot h ef u n c t i o na n dw h o l e p e r f o r m a n c e so fal o g i s t i c ss y s t e m c o n s e q u e n t l y ，t h el o g i s t i c sh a v et of a c ea n dd e a lw i t h t h et o p i cs e r i o u s l y b a s e do nt h ea p p l i c a t i o no fg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) i nt h e l o g i s t i c s ，as t u d yi sm a d eo nt h el o g i s t i c si n f o r m a t i o na l g o r i t h mi nt h ep a p e r , t h em a i n r e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) as t u d yi sm a d eo nt h ee x i s t i n gv r ps o l u t i o n si nt h ec u r r e n ts t a t u so fl o g i s t i c s s y s t e m ( 2 ) i nt h ep a p e r , t h ec u r r e n td i s t r i b u t i o nm e t h o d sw e r ec o m p a r e dt ot h et r a d i t i o n a l l o g i s t i c sm o d e lo ft h et r a n s f o r m a t i o na n du p g r a d i n g ，c o m b i n e dw i t ht h es p a t i a lc l u s t e r i n g a l g o r i t h mo fa n tc o l o n ya l g o r i t h mt os o l v el o g i s t i c si s s u e sa n di m p l e m e n tt h ea c t u a l s y s t e m ( 3 ) b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fg i ss p a t i a ld a t a , c l u s t e r i n ga l g o r i t h mo nt h ec u r r e n t d i s t r i b u t i o np o i n t so ft h ep o l y m e r i z a t i o na r eg i v e nf o rl o g i s t i c sa n dd i s t r i b u t i o no fn e t w o r k t o p o l o g yi nt h ep a p e r i nt h ea b s t r a c tg r a p hd i s t r i b u t i o nm e t h o ds e tf o r t hi nt h er e g i o n a l d i v i s i o nb a s e do nt h ec l u s t e r i n ga l g o r i t h ma p p l i e dt ot h ed i s t r i b u t i o nd i v i s i o no fr e g i o n s b a s e do nt h e s es t u d i e s ，t h i sa r t i c l ea b s t r a c tp a t hp l a n n i n gp r o b l e mf o rt h et r a v e ls a l e s b u s i n e s s ( t s p ) a sam o d e lp r o b l e mu s i n ga n tc o l o n yc l u s t e r i n ga l g o r i t h ma n dr e a s o n a b l e s o l u t i o nt ot h ep a t hd i s t r i b u t i o np r o b l e m b a s e do ne x p e r i m e n t a ld a t a ，t h ep a p e rd e s i g n sap r a c t i c a la n di n t e g r a t i o np r o g r a m s y s t e m t h es y s t e mw i l lg r e a t l yr e d u c et h ec o s to fv e h i c l et r a n s p o r ta n dp l a yap o s k i v er o l e i nd i s t r i b u t i o na n dl o g i s t i c si n d u s t r y , k e y w o r d s ：a n ta l g o r i t h m ；c l u s t e r i n g ；g i s ；p a t hp l a n n i n g ；l o g i s t i c sd i s t r i b u t i o n w r i t t e n b y ：f a n x i n m i n g s u p e r v i s e db y ：f uy u c h e n 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名：菹豹蜩 e l期： 研究生签名：2 厶绍蜩 期： 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：阻日 导师签名： e l 期：墅2 ：1 2 ：丛 空间物流信息系统的研究与设计第一章绪论 第一章绪论 1 1 概述 现代物流是若干领域经济活动系统的、集成的、一体化的现代概念。它作为一种 先进的组织方式和管理技术，已经被认为是企业在降低物资消耗、提高劳动生产率以 外重要的“第三利润源”1 1 l 。目前现代物流的发展趋势主要体现在信息化、网络化、 智能化、柔性化等多个方面，其核心在于物流信息处理的能力和水平。而为了提高物 流各环节信息处理的效率，需要采用先进的技术进行技术层面的革新，伴随着信息革 命的快速发展，w e b g i s 的应用研究已成为计算机应用技术、空间技术、地理学科等 研究的一个热点问题。将g i s 技术与现代物流管理技术进行集成是现代物流信息化管 理的必然趋势。 物流配送系统是一个复杂的离散事件系统，随着物流网络规模的扩大和物流量的 增长，要求服务的客户数量增多，覆盖面越来越广，对配送时间要求增高，除了成本 的因素之外，还要考虑配送时间和环境等方面的因素，使物流配送系统的复杂性进一 步增加，道路交通状况和新的配送任务等随机因素对物流配送系统的影响也越来越 大。如果沿用传统的物流方法组织配送，会带来诸如因反应速度较慢而导致服务质量 下降、难以有效地控制物流成本、增加城市交通负担并加重城市污染等问题。 物流系统中如何经济合理地把货物准时送给客户、如何保证配送系统高效及低成 本的运作、如何配合路径规划的相关方法，减少不必要的车次以及人员的浪费，以及 有效的降低因为路线重复或选线错误所造成的成本浪费等等，这些都是物流配送企业 在激烈的市场竞争中所面临的难题，同时也更是亟待解决的问题。 本文利用聚类算法对当前配送点进行了聚合，给出了适合物流配送的网络拓扑结 构。在抽象图的配送区域划分方法阐述的基础上，应用聚类算法对配送区域进行划分。 在上述研究基础上，本文将路径规划问题抽象为旅行售货商( t s p ) i h - 题的一种模式， 利用蚁群算法与聚类算法合理解决路径配送问题。 第一章绪论空间物流信息系统的研究与设计 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外物流的发展和现状 一般的送货形态在西方国家已有相当长的历史，可以说是随市场而诞生的一种必 然市场行为，尤其是伴随资本主义经济的生产过剩，在买方市场情况下，必然采取各 种各样推销手段，送货最初便是作为一种不得己得推销手段出现的。仅将其作为推销 手段而不认识到作为企业发展的战略手段，在有些国家持续了很长时间。从历史上曾 采用的一般送货，发展到以高技术方式支持的、作为企业发展的配送，也是近一二十 年的事情。在观念发生变化的同时，配送方式和手段也有很大发展，尤其表现在以下 几个方面： ( 1 ) 配送共同化的进展 初期送货，是单独企业为主体，为满足用户配送要求，出现了配送企业车辆利用 率低，不同配送企业之间的交错运输，交通紧张，事故频繁等许多方面不合理。 ( 2 ) 配送计划化的进展 初期配送，强调即时较多，即完全按顾客要求办事。制定合理计划而不是完全按 顾客要求那样进行配送，是高水平的计划配送的一大进展。 ( 3 ) 配送区域的扩大 近几年，配送已突破了一个城市范围，在更大范围中找到了优势。美国已开展了 洲际配送，日本不少配送是在全国范围或更大区域范围进行的，如日本a s i a c 配送系 统、资生堂配送系统等都是全国性的配送系统。 ( 4 ) 直达配送的进展 不经过物流基地中转，在有足够批量且不增加用户库存情况下，配送突破了原 来的概念，对于生产资料而言，直达配送有更广泛的应用。 ( 5 ) 计算机管理配送的进展 配送规模的扩大和计算机的微型化，计算机管理配送取得很大进展，主要在以下 方面：a 信息传递与处理，甚至建立了电子交换数据( e d i ) 系统。b 计算机辅助决策，如 辅助进货决策，辅助配货决策，辅助选址决策等。c 计算机与其他自动化装置的操作 控制，如无人搬运车、配送中心的自动分拣系统等。 ( 6 ) 配送劳动手段的进展 2 空间物流信息系统的研究与设计第一章绪论 配送劳动手段作为支撑配送的生产力要素，是进展很大的领域。到2 0 世纪8 0 年代，发达国家配送已普遍采用了计算机系统、自动搬运系统、大规模分拣、光电识 别、条型码等。在物流配送算法方面，国外对物流配送车辆调度问题也已经作了大量 而深入的研究。早在1 9 8 3 年b o d i n 、g o l d e n 等人在他们的综述文章中就列举了7 0 0 余篇有关文献在e h r i s t o f i d e s ( 1 9 5 5 ) ，g o l d e n 和a s s a d ( 1 9 8 8 ) 编辑的论文集中，以及 a t i n k e m e r 和g a v i s h ( 1 9 9 1 ) ，l a p o r t e ( 1 9 9 2 ) ，s a l h i ( 1 9 9 3 ) 等的综述文章中都对该领域的 研究成果进行了详尽的阐述。该研究领域的代表人物主要有b o d i n ，g o l d e n ，a s s a d ， b a l l ，l a p o r t e ，r i n n o o yk a n ，d e s o r s i e r s 和d e s r o c h e r s 等1 2 1 。 欧洲和美国是世界上商业比较发达的地区，在物流业发展方面走在了世界的最前 沿。这些企业得益于一套完善的物流市场管理及法制管理体系，其物流市场错综复杂， 又十分活跃。日本物流业的发展也已有相当长的历史，在世界居于领先水平。特别是 日本政府近年来为了大力扶持物流产业的发展所采取的一些宏观政策导向，给日本物 流产业带来快速增长的良好时机。这些发达国家物流业的成长过程对我国的物流产业 来说具有极为有益的启示： ( 1 ) 装备技术与管理水平高速发展 目前发达国家已经形成以信息技术为核心，并融合运输技术、配送技术、装卸搬 运技术、自动仓储技术、库存控制技术、包装技术等专业技术为支撑的现代物流装备 技术格局。其发展趋势表现为信息化、自动化、智能化和集成化。其中，高新技术在 物流运输业的应用与发展表现尤为突出。 ( 2 ) 电子物流与快递业务发展强劲 基于互联网络的电子商务迅速发展，促使了电子物流的兴起。企业通过互联网加 强了企业内部、企业与供应商、企业与消费者、企业与政府部门的联系沟通，相互协 调、相互合作。消费者可以直接在网上获取有关产品或服务信息，实现网上购物。这 种网上的“直销方式”使企业迅速、准确、全面的了解需求信息，实现基于客户订货 的生产模式和物流服务体系。 此外，电子物流可以在线跟踪发出的货物，联机实现投递路线的规划，物流调度 以及货品检查等。可以说电子物流已成为2 1 世纪物流发展的大趋势。国外物流企业 趋向集约化、协同化方向发展，主要表现在两个方向：一是大力建设物流园区；二是物 流企业兼并与合作。新组成的物流联合企业，跨国公司将充分发挥互联网的优势，及 第一章绪论空间物流信息系统的研究与设计 时、准确的掌握全球物流动态信息，调动自己在世界各地的物流网点，构筑起本公司 全球一体化的物流网络，将空载率压缩到最低限度，节省时间和费用，为货主提供优 质服务，从而形成强大的竞争力。 1 2 2 国内研究现状 经过二十年改革开放和经济的持续快速发展，我国目前己初步具备了发展物流管 理和配送技术的经济环境和市场条件： ( 1 ) 市场供求关系已发生重大变化，市场竞争加剧，为企业加强科学管理，发展 物流配送技术提供了良好的经济环境条件。随着市场化取向改革的深入，中国经济保 持了多年的持续快速增长态势，商品市场的供求关系发生了根本性变化，打破了长期 以来商品供不应求的市场格局，初步形成了供求平衡或供过于求的买方市场格局。 ( 2 ) 企业改革日益深化，为物流配送技术发展培育了必要的微观基础。推进企业 改革，着力培育市场主体是市场化改革进程中的一个重要方面，其主要的进展体现在 对国有企业放权让利及建立现代化企业制度方面，使国有企业从计划的执行者逐步转 变成为市场主体。与此同时，由于所有制理论的突破和改革开放政策的引导，特别是 近年来大力发展中小企业的政策，使得一大批非国有经济市场主体迅速成长起来，成 为我国经济发展中不容忽视的经济力量。 ( 3 ) 现代信息技术和现代商品物流技术的进步为中国物流配送的快速发展准备 了充分的技术基础。目前已有相当多的物流和配送技术开始进入我国并在企业中得到 越来越广泛的应用。 ( 4 ) 政府对物流和配送的政策支持，为了大力促进流通体制改革和流通现代化的 进程，为了促进连锁经营等组织形式的发展，国家有关部门对商品物流和配送采取了 积极鼓励和支持的政策。 ( 5 ) 专业化趋向 我国入世后市场竞争进一步加剧，必然促使企业更加关注其核心资源和核心竞争 力的培养，而将企业内部物流交由专业物流公司经营。但目前我国第三方物流的市场 比重不大，据中国物流与采购联合会和美智管理顾问公司联合进行的一次调查，被调 查企业中使用第三方物流的只占2 2 2 ，而美国这些类型的企业中使用第三方物流的 占5 8 f 3 1 。因此，我国第三方物流潜力很大，有待发展。预计今后几年，我国第三方 物流服务的比重将会逐渐增大。 4 空间物流信息系统的研究与设计第一章绪论 我国物流系统的现状： ( 1 ) “物流系统化仍处于形成阶段 当前，大多数企业的经营管理者虽然知道物流是一个有着广阔的发展空间的经济 活动，同时也认为对于某个企业的发展起着十分重要的作用，但如何开展物流活动， 特别是如何结合本企业的情况开展物流活动，仍在孜孜不倦的探索。受到企业本身经 济、技术方面的原因，现有的先进物流技术与管理方式不可能迅速有效的融入到这些 物流企业，或者说不能做到真正的引进先进的物流运作模式。但是，对于一个努力发 展的企业，却仍然可以有步骤、渐进性的开展现代物流活动，增强企业竞争力。 ( 2 ) 物流企业规模小 尽管在我国很多城市出现了不少物流企业，甚至有的企业己有相当大的规模和市 场占有率，提供相对完善的物流服务，例如中国中储物流公司等，但与国外较大的物 流企业相比，其规模和服务内容仍然很窄。目前物流服务对象虽然改变了原有以国际 产品进入中国市场或三资企业的市场占有为主体的服务格局，但是由于投资不足和服 务内容的狭窄，从一定程度上限制了国内物流企业的发展速度与发展规模。简言之， 物流产业的形成受到物流企业内外条件的双重制约。 ( 3 ) 操作没有一种统一的规范模式 由于认识的差异，以及进入的渠道不同，对物流业务的实施与管理也就不尽相同， 从而造就了众多的、良荞不齐的物流企业，但也出现了两极分化的局面，造就了一些 规模较大、实力强劲的物流企业。然而，对大多数物流企业而言，跟上物流技术的发 展是相当困难的：同时，他们要想在全球的经济中有所作为必须与国际物流接轨，包 括物流技术和物流经营理念。中国加入w t o 后，国际物流企业必然会瓜分中国这块 物流蛋糕，我们也大可不必惊慌，就我国经济实体而言，这是物流形成产业初期必然 出现的现象。国际物流企业进入中国还可以带来先进技术与服务，促进我国物流企业 的跨越式发展。不同阶段、不同的物流企业可以有着不同运作模式，但是，必须逐步 规范化和标准化。物流在我国的发展只有二十几年的时间，进展速度虽然很快，但是 设备落后、信息化程度较低，是目前的基本状况。具体表现在：企业规模小，物流网 点布局不合理；物流机械化、自动化水平比较落后；服务内容不健全。技术和管理是我 国物流落后的两大主要因素。大多情况下，计算机应用只限于普通的日常管理，对于 许多分析与决策问题，还处于半人工状态，管理与决策中人为因素很大。总的来说， 第一章绪论空间物流信息系统的研究与设计 在许多方面与国外物流存在很大的差距。物流并不是仓储、配送、分拣、装卸等的简 单组合，而是一个系统，任一环节都有可能制约物流系统的整体效益。许多专家学者 呼吁要发展高科技物流，重视物流信息化建设，增加物流信息投入，改善物流环境。 此时，许多物流企业，尤其是相对有竞争实力的物流企业在考虑企业的经济和企业发 展规划的前提下，引进先进设备，培养自己的物流人才。在这种经济环境下，e d i ( 电 子数据交换) 、p o s ( 销售时点系统) 、p e p ( 企业资源计划) 、e o s ( 自动订货系统) 、m s i ( 管 理信息系统) 和条形码等新技术在我国得到迅速推广和应用。 与国外的物流系统相比，有以下几点差距： ( 1 ) 规模化、集团化趋向 发达国家的一些物流公司通过重组、资本扩张、兼并、流程再造等形式，已经形 成了跨国综合物流企业。这些物流公司，拥有雄厚的资金、先进的技术和设备、先进 的管理理念与经验、全球性的服务网络。而我国的物流企业大多规模小、实力弱，在 与国际大型物流公司的市场竞争中处于不利地位。因此，国内的中小型物流企业，有 部分将利用拥有的国内网络及设施、人力资本成本低等本土优势，与国内外大型物 流企业建立战略合作伙伴关系；一部分将可能被大型物流公司收购、兼并；还有的将进 行战略性重组和改造，向综合物流发展，为大型跨国物流企业配套，成为供应链的重 要组成部分。 ( 2 ) 多元化趋向 随着我国改革开放的深入，以及我国入世后在商品分销、公路运输、铁路运输、 仓储货运代理、邮递服务等领域的逐步开放，市场主体将出现多元化的局面。一是外 资物流企业，这些企业主要服务于外资企业，从事跨国公司在我国的生产、销售和采 购等方面的力量。三是国有经济中传统的运输、货代、仓储、批发企业，现在仍是物 流市场的主力军。今后相当长的一段时间内，我国物流市场将呈现一个国有、集体、 个体、中资、外资等各种所有制物流企业相互依存、同台竞争、相互促进的局面。 ( 3 ) 先进技术力量的应用 物流配送系统中的核心问题车辆路径问题( v e h i c l er o u t i n gp r o b l e m ，v r p ) 自 1 9 5 9 年由d a n t i n g 和r a m s e r 提出以来，一直是网络优化问题中最基本的问题之一， 由于其应用的广泛性和经济上的重大价值，一直受到国内外学者的广泛关注。车辆路 径问题是物流组织的关键问题，直接影响客户服务水平和配送成本，只有对物流配送 6 空问物流信息系统的研究与设计第一章绪论 中心的车辆进行科学的规划，才能建立起即时反映客户需求的自动车辆调度及路线安 排系统，从而提升服务水平及资源利用率。车辆路径问题是一个n p h a r d 问题，针对 这个难题国外学者建立了各种数学模型，提出了许多启发式和非启发式算法。 经过 几十年的研究发展，车辆路径问题研究取得了大量成果。国外形成了许多的研究实例， 并且在实际的应用中取得的良好的效果。 1 3 研究内容与意义 近年来，物流作为“第三方利润的源泉 受到国内各行业的极大重视并得到了较 大的发展，作为其最后一个环节物流配送体系，一直是物流的核心问题。而对运 输路线的选择、运输车辆的调度等问题进行有效管理和决策分析等，都涉及到如何处 理大量的空间数据与属性数据而缩短物流时间，降低成本的问题。而g i s 不仅具有对 空间和属性的数据采集、输入、编辑、存储、管理、空间分析、查询、输出和显示功 能，而且可为系统用户进行监测、规划管理和决策提供科学依据。将g i s 应用于物流 配送系统中，可以使配送系统决策在三个方面得到改善：可视化、效率和可靠性。 第一、传统物流配送系统仅限于单纯的数据处理和表现，引入g i s 可以提高决策 的直观性和可视化程度； 第二、现代物流具有信息量极大的特点，对于一般的信息系统来讲，对大量与配 送相关的空间数据进行高效操作和分析比较困难，可以利用g i s 强大的空间数据处理 能力提高配送决策的效率； 第三、现代物流的复杂性使得仅依赖传统的运筹学方法无法得出满意的方案，借 助g i s 的空间分析功能，可提高决策的可靠性。 因此，利用g i s 技术、结合各种物流配送优化方法以及空间数据库相关知识，对 配送方案中的车辆路径选择进行优化，是本课题研究的目的所在。具体表现在： 第一、寻求提高物流配送决策可视化的途径，提高决策效率； 第二、寻找高效的车辆路径优化方案，为物流企业降低配送成本，提高企业经济 效益； 第三、探索g i s 与配送模型更好的结合方法，提高决策的可靠性。 7 第一章绪论空间物流信息系统的研究与设计 1 4 论文结构安排 本文共分为六章： 第一章论述了课题研究的背景，国内外的研究现状，介绍了国内外物流系统与 国内的差距，并对课题的研究意义进行了简要的阐述。 第二章主要介绍了物流系统与地理信息系统的基本知识，详细描述了物流系统 的流程与g i s 系统特征功能等。 第三章研究了与车辆路径相关的问题及解决方法，又研究了v r p 问题及其分 类，提出了数学模型；并对国内外解决v r p 问题的方法进行了分类和比较。 第四章详细的描述了系统的需求，系统的目标，系统的功能，并利用u m l 进 行系统的建模。 第五章在物流系统中使用聚类算法进行配送区域的划分，分析了当前的聚类算 法，利用k m e a n s 算法对系统中的运送点进行分区域，利用蚁群算法进行了模拟仿真 试验，并对结果进行了分析。 第六章对论文的研究工作进行了总结，并展望下一步的工作。 8 空间物流信息系统的研究与设计第二章地理信息系统与物流系统理论基础 第二章地理信息系统与物流系统理论基础 2 1 物流系统 2 1 1 物流系统基本概念 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 企业生产顺利进行的前提条件下，实现各种物流环的合理衔接，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、转换及输出一大功能，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、信息和任务日标等要素组成的有 机整体，其目标是获得宏观和微观两个效益。建立和运行物流系统时，要有意识地以 两个效益为目的1 4 1 。 2 1 2 第三方物流 第三方物流( t h i r d p a r t yl o g i s t i c s ) 的概念源自于管理学中的( o u t s o u r i n g ) 意指企业 动态地配置自身和其他企业的功能和服务，利用外部的资源为企业内部的生产经营服 纠蜘。将( o u t s o u d n g ) 弓1 人物流管理领域，就产生了第三方物流的概念。所谓第三方 物流是指生产经营企业为集中精力搞好主业，把原来属于自己处理的物流活动，以合 同方式委托给专业物流服务企业，同时通过信息系统与物流服务企业保持密切联系， 以达到对物流全程的管理和控制的一种物流运作与管理方式。因此第三方物流又叫合 同制物流( c o n t r a c tl o g i s t i c s ) 。提供第三方物流服务的企业，其前身一般是运输业、仓 储业等从事物流活动及相关的行业。从事第三方物流的企业在委托方物流需求的推动 下，从简单的存储、运输等单项活动转为提供全面的物流服务，其中包括物流活动的 组织、协调和管理、设计建议最优物流方案、物流全程的信息搜集、管理等。目前第 三方物流的概念已广泛地被西方流通行业所接受。 在过去几十年中，物流对企业在市场上能否取胜的决定作用变得越来越明显。从 本质上说，企业在市场上的表现主要是由产品的质量、价格以及产品的供给三个因素 决定，其中任何一个因素对企业的竞争能力都起着重要的影响作用，而这三个因素都 9 第二章地理信息系统与物流系统理论基础 空间物流信息系统的研究与设计 分别直接受到物流的影响。世界经济将在纵向上对工业、供应商、顾客、贸易和物流 公司进行重新分工，介入生产以及销售环节的物流公司的出现将是物流业发展的必然 趋势。第三方物流给供应链各参与者带来了很多好处和方便，因而受到了极大的欢迎， 市场潜力巨大，必将成为下一世纪物流业的主流。 2 1 3 物流配送系统 配送是物流系统中一个直接与消费者相连的重要环节，包括货物从物流结点送达 收货人的全过程，是指在集货、配货基础上，按客户对货物种类、品种搭配、数量、 时间等要求所进行的运送，是“配 和“送的有机结合1 6 1 。物流配送系统包括货物 集中，库存管理，车辆调度，配送运输等多个环节，配送的一般流程下图所示 图2 - 1 配送流程 对配送系统进行优化研究的最终目标是降低配送总成本，从而获取“第三利润。 其中，配送路径选优是物流配送系统决策的重要内容，其主要指在满足客户需求条件 下进行车辆调度和配送路线的优化，亦即本文将重点研究的物流配送系统路径优化问 题。配送车辆路线是否合理对配送的速度、成本、效益有着直接的影响，在配送决策 中显得至关重要。 配送特点：配送业务在美国、日本等国家开展比较早，近几年来，在我国也有较 快的发展。目前配送已经形成了自身的特点：( 1 ) 配送是从物流据点到用户之间的一 种特殊送货形式( 2 ) 配送是连接了物流其他功能的物流环节，提高了物流系统的价 值增值部分( 3 ) 配送是复杂的作业体系，通常伴随着较高的作业成本，但能大大降 低库存成本和快速反映商品市场需求变化( 4 ) 配送在固定设施、搬运设备、运送工 具、组织形式、通信信息等方面可集成系统化的体系。 配送的作用：相对于整个系统而言，配送是系统的终端，是直接面对服务对象的 部分。配送功能完成质量及其达到的服务水平，直观而具体地体现了物流系统对需求 的满足程度。物流经营者的配送业务与仓储、装卸搬运、流通加工、包装和物流信息 1 0 空间物流信息系统的研究与设计第二章地理信息系统与物流系统理论基础 一起，构成了物流系统的功能体系，并突出地表现为以下几个方面的作用：( 1 ) 通过 集中存储与配送可以实现企业组织的低库存或零库存的设想，并提高社会物流经济效 益( 2 ) 通过配送可以解脱出大量的储备资金用来开发企业新的业务，改善企业财务 状况。采用集中库存还可以使存储与配送环节建立和运用规模经济优势，提高作业效 率和车辆的利用率，统筹利用资源和人员，缩短配送线路从而使单位存货、配送和管 理的总成本下降( 3 ) 配送提高了物流服务水准，简化了手续、方便了用户，提高了 货物供应的保证程度。( 4 ) 完善了干线运输中的社会物流功能体系。采用配送作用方 式，可以在一定范围内，将干线，支线运输与仓储等环节统一起来。使干线输送过程 及功能体系得以优化和完善。( 5 ) 可以使企业扩大商品占有率，提高市场竞争力。企 业除了提供品质优良的商品外，还必须提供适时适量的配送服务以扩大市场占有率。 物流配送的类型：按物流配送的主体来划分五类：( 1 ) 大型制造商主导型物流配 送。指制造商直接将产品零售商的时间、数量等要求送至零售商的一种配送方式。这 要求这类生产商规模较大，有着分布较广的营销网络。如我国知名企业海尔、联想、 保洁、长虹、康佳、t c l 、美的、格力、科龙等企业纷纷计划在其营销网络的基础上 建设自己的物流配送体系，其中海尔、联想、保洁等已率先通过与第三方物流公司合 作进行网上销售与配送业务。( 2 ) 大型连锁企业自组型物流配送。连锁企业由于其统 一采购和进货、统一库存和配送、统一管理和经营并且产生巨大规模经济效益而得以 飞速发展。在连锁配送方面，世界5 0 0 强排行第四巨头w a r - m a r t 堪称是零售配送的 典范。沃尔玛有近2 0 个大型配送中心，拥有2 0 0 0 多辆长途运输卡车和1 1 万辆以上 配送车并拥有私家通讯卫星和完善的货物采购跟踪、库存、配送等管理系统。( 3 ) 大 型批发企业主导型物流配送，亦即大型批发商从各生产企业批来商品并将之批发配送 给地域内小型超市、便民店、百货店等中小零售企业。( 4 ) 专业物流企业开展的社会 化物流配送( 第三方物流企业) ，这主要指诸如中国邮政以及快递公司等已有准物流 企业、由原大型生产厂商、批发、零售企业等储运部门脱离母体单独分化出去或通过 不同企业间储运部门的联合兼并共同成立的物流公司以及从公路运输、仓储企业转化 而来的专门从事社会第三方物流服务企业。( 5 ) 以交通运输业为主题的货物转运型物 流配送，指从事交通运输业的航运、港口、铁路和公路等企业依托港口、货运站、集 装箱堆场、公路枢纽、机场及其后方疏运网络通道将货物迅速地配送给用户，而不是 等特约用户自行提取。 第二章地理信息系统与物流系统理论基础空间物流信息系统的研究与设计 2 2 地理信息系统概述 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是集计算机科学、地理 学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新 兴边缘科学；是多学科集成并应用与各领域的基础平台0 7 1 。这种集成并非是积木式积 累，而是对信息的各种加工、处理工程的应用、融合和交叉渗透，并能实现各种信息 的数字化的过程，是一项资金和技术密集的过程。它具有数据采集、输入、编辑、存 储、管理、空间分析、查询、输出和显示功能，为系统用户进行预测、监测、规划管 理和决策提供科学依据。在计算机硬件支持下，它对空间数据按地理坐标和空间位置 进行各种处理、对数据进行有效管理、研究各种空间实体及相互关系。通过对多因素 的综合分析，迅速地获取满足应用需要的信息，并以地图、图形或数据的形式表示处 理的结果。 2 2 1g i s 特征 g i s 系统以地理信息为管理的对象，而地理信息属于空间信息，因此g i s 系统具 有以下3 个方面的特征8 l ( 1 ) 空间性：g i s 系统区别于其它m i s 系统的一个方面就是其管理的数据具有空间 性，而这种特性是通过公共的地理基础来体现的。 ( 2 ) 多维性：即g i s 系统在二维空间的基础上，可以为用户提供多专题的三维信息 结构。 ( 3 ) 动态性：g i s 系统另一个明显的特点是具有动态性，其操作、反馈的信息时序 特征非常明显，从而能为使用者使用并提供一定的决策支持功能。 2 2 2g i s 的基本构成 根据上面的g i s 定义，地理信息系统一般由硬件、软件、数据和用户四者有机结 合而构成，当然从更进一步的角度来说，有关g i s 系统的构成离不开相关领域的专业 知识，而这种专业知识往往体现为具体的应用模型，因此我认为g i s 的基本构成应该 隐含专业应用模型。g i s 的硬件系统构成g i s 的物理外壳，一般包括四个方面，即计 算机主机、数据存储设备、数据输入设备和数据输出设备。g i s 的软件系统是指g i s 运行所必需的各种程序，它们构成g i s 的核心部分，关系到g i s 的功能。这些软件 通常是由两大部分组成的，一是计算机系统软件；二是g i s 系统软件和其他g i s 应用 1 2 空间物流信息系统的研究与设计第二章地理信息系统与物流系统理论基础 软件。按照g i s 对数据进行采集、加工、存贮管理、分析查询、显示再现和与用户接 口，可将g i s 软件系统中与用户有关的软件分为几种功能模块。地理空间数据是g i s 的研究、作用对象，是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数 据。它们可以通过图形、图像、文字、数字、表格等形式表示，可以通过各种数字化 设备，以及键盘、鼠标或其他系统的通讯接口输入g i s 。地理空间数据主要包括空间 位置、拓扑关系和属性三个相互联系的方面。空间位置在自然界或包含某个区域的地 图中的空间位置用几何坐标来标志。例如用经纬度、空间直角坐标、平面直角坐标、 极坐标等方式表示。地理实体可归纳为点、线、面等几种空间类型。拓扑关系是指表 示地理实体间的空间相关性，即确定点、线、面等实体之间的相互关系。属性又称非 几何属性，它与几何位置无关，是与地理实体相联系的地理变量或地理意义。 2 2 3g i s 基本功能 一个实用的g i s 系统，除了具备一般数据管理系统所具有基本功能之外，还具 有制图功能、地理数据库、空间查询与空间分析能力，这也是g i s 最具有独特吸引力 所在。 ( 1 ) 一般功能 地理信息系统属空间型数据管理系统，因此它同样应具备一般数据管理系统所 具有的数据输入、存贮、检索、显示输出等一般的基本功能。其中数据输入包括数字 化、规范化和数据编码三个方面。数据的操作与处理主要包括空间坐标变换、投影变 换、数据插值、类型转换、图形叠加、数据提取等。 ( 2 ) 制图功能 g i s 不仅可以为用户输出全要素图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题 地图，以显示不同要素和活动的位置，或有关属性内容。例如，矿产分布图、城市交 通图、旅游图等。 ( 3 ) 地理数据库的组织与管理对于那些将地理位置作为基本变量或记录属性的 数据库，g i s 可以用于数据库集成和更新。数据库的组织主要包括数据库定义、数据 库建立与维护、数据库操作、通讯等功能。 ( 4 ) 空间查询与空间分析功能 g i s 的面向用户的应用功能不仅仅表现在它能提供一些静态的查询、检索数 据，更有意义的在于用户可以根据需要建立一个应用分析的模式，通过动态的分析， 第二章地理信息系统与物流系统理论基础空间物流信息系统的研究与设计 从而为评价、管理和决策服务。这种分析功能可以在系统操作运算功能的支持下或建 立专门的分析软件来实现。空间查询和空间分析是从g i s 目标之间的空间关系中获取 派生的信息和新的知识，用以回答有关空间关系的查询和应用分析。g i s 空间查询与 分析主要包括空间拓扑查询、统计分析、网络分析、叠加分析、缓冲分析、地形分析 等。空间拓扑查询，主要包括几何元素间的拓扑关系和地物之间的空间拓扑关系；缓 冲区用以确定围绕某地要素绘出的定宽地区，以满足一定的分析条件，是g i s 中基本 的空间分析功能之一，尤其对于建立影响地带是必不可少的；叠加分析提供根据两幅 或两幅以上图层在空间上比较地图要素和属性的能力，通常有合成叠加和统计叠加之 分；地形分析功能主要包括等高线分析、透视图分析、坡度坡向分析、断面图分析、 地形表面面积和填挖方体积计算等内容。 ( 5 ) 网络分析功能 网络分析作为g i s 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。 g i s 中网络分析功能的主要目的：对地理网络( 如交通网络) 、城市基础设施网 络( 如给排水管网络) 等进行地理分析和模型化。网络分析是运筹学模型中的一个基本 模型，其目的是研究筹划一项网络工程如何安排并使其运行效果最好，如一定资源的 最佳分配、从一地到另一地的运输费用最低、时间最短等。其基本思想则在于人类活 动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。 常规的网络分析功能包括：路径分析、资源分配、连通分析、流分析、选址问 题。其中路径分析是g i s 网络分析研究的热点问题，路径分析不仅包括静态最短路径 分析、最佳路径分析，还包括动态最佳路径分析，即由于实际网络分析中权值是随权 值关系式变化的而且可能会临时出现一些障碍点需要动态地计算最佳路径。 2 3g i s 在物流系统中的应用分析 近几年来，利用g i s 与其他的专业模型及系统相结合解决规划问题变得越来越 多，g i s 辅助规划的功能也表现的越来越明显。g i s 用于辅助规划，即把g i s 系统与 其他领域系统相结合，以充分利用其空间数据处理分析功能完成其他系统的决策分 析。g i s 在物流系统中所起的功能如下： ( 1 ) 车辆和货物跟踪和导航 1 4 空间物流信息系统的研究与设计第二章地理信息系统与物流系统理论基础 利用g p s 和电子地图可以实时显示出车辆或货物的实际位置从而对车辆提供导 航服务，并能查询出车辆和货物的状态，以便进行合理调度和管理。在时问紧迫的情 况下，找出可替代的行车路线。在许多城市地区，由于交通情况复杂多变( 如某路段 上临时发生交通阻塞1 ，适时地为司机提供更多的信息可以减轻交通拥挤，提高驾驶 安全性并尽快到达目的地。使所从事的物流活动可以安排在恰当的时间出发并按照规 定的时间到达目的地。如对时间敏感性的物料获取、加工和配送活动，一个基于g i s ， 为时间紧迫型物流而设计的，在交通拥挤时能发现最短路径的决策支持软件系统，可 以以精确细致的临时解决方案，预测路网的交通量，根据货物的最迟到达时间和目的 地找出车辆的最佳出发时间和行驶路线。 ( 2 ) 客户