（计算机软件与理论专业论文）混合粒子群算法研究及其在商业网点选址中的应用.pdf

摘要 摘要 商业网点选址的核心是对商业网点的科学布局，通过多方案的比较分析， 应用科学的、综合的研究方法，对网点布局所涉及区域的土地资源、交通资源、 人力资源进行全面研究，优化配置各类资源，使之有利于商业的发展，创造最 大的商业价值。 传统的选址分析方法己显现出一定的缺陷。随着地理信息系统( g i s ) 的发展， g i s 的应用为商业网点选址提供了新的思路和方法，凭借其形象直观的图形表达 能力、有效的数据组织和丰富的空间分析功能，弥补了传统研究方法的不足， 为商业企业的决策提供了科学、形象和直观的数据和信息。 本文主要做了以下三个方面的研究工作： 一详细分析基本粒子群算法，与其他的常见优化算法做了比较，针对粒 子群算法容易陷入局部解和粒子多样性差的缺点，提出了一种结合模拟退火和 混沌优化的混合粒子群算法，对粒子群算法做了很大的改进。同时给出了该混 合算法的设计和实现，并通过试验分析对比证明混合粒子群算法在收敛速度和 全局最优方面有了很大的改善。 二通过g i s 技术与数学模型的结合，探讨基于g i s 的城市商业网点规划 及选址模型的构建。在研究过程中，以a t m 选址为例，通过分析相关参考资料 总结出选址数学模型，并采用混合粒子群优化算法对模型进行求解，使其在有 效性，准确性及效率方面得到较大的提高。 三采用m 印o b j e c t 为g i s 工具，设计开发了应用混合粒子群优化算法的 商业网点选址系统，以天津市某a t m 运营商的网点规划为具体案例，对提出的 选址方法进行全面的实践，取得较好的效果。 关键词：g i s 商业选址混合粒子群算法模拟退火混沌优化 a b s t r a c t t h ec o r eo fc o m m e r c i a ls i t es e l e c t i o ni ss c i e n t i f i cl o c a t i o na r r a n g e m e n t b y c o m p a r i n ga n da n a l y z i n gd i f f e r e n ts c h e m e ，a p p l y i n gs c i e n t i f i ca n ds y n t h e t i c a l l y r e s e a r c hm e t h o d s ，m a k i n gaf u l ls t u d yo fg r o u n dr e s o u r c e ，t r a n s p o r tr e s o u r c ea n d h u m a nr e s o u r c er e l a t e dt os i t es e l e c t i o nw ec a no p t i m i z ed i f f e r e n tr e s o u r c e st om a k e t h eg r e a t e s tc o m m e r c i a lv a l u e t h et r a d i t i o n a ls i t es e l e c t i o nh a sb e e ns h o w ns o m ed e f e c t s w i t ht h e d e v e l o p m e n to fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) ，t h ea p p l i c a t i o no fi tp r o v i d e s s o m en e wi d e aa n dm e t h o d sf o rt h ec o m m e r c i a ls i t es e l e c t i o n g i sh a sv i s u a l g r a p h i c a le x p r e s s i o na b i l i t y , e f f e c t i v ed a t ao r g a n i z a t i o na n df u l ls p a c ea n a l y s i s f u n c t i o n t h o s ef e a t u r e sc a nm a k eu pt h ed i s a d v a n t a g e so ft r a d i t i o n a ls i t es e l e c t i o n m e t h o d sa n ds u p p l ys c i e n t i f i ca n dv i s u a ld a t aa n di n f o r m a t i o nf o rt h ed e c i s i o no f c o m m e r c i a le n t e r p r i s e t h em a i nw o r k so ft h i sa r t i c l ea r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h i sa r t i c l em a k e sa na n a l y s i so fb a s ep a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m a n dm a k ec o m p a r ew i t ho t h e rc o m m o no p t i m i z a t i o na l g o r i t h m s i no r d e rt om a k eu p t h ed i s a d v a n t a g eo fb a s ep a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m t h i sp a p e ra p p l i e s c h a o sa n ds i m u l a t ea n n e a l i n gi np a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n a tt h es a m et i m eg i v e t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h em i x e dp s o a l g o r i t h m t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a t i o n , w ec a ns e et h a tt h es p e e do fc o n s t r i n g e n c ya n dg l o b a lo p t i m i s mb e s ta r eb e t t e r i m p r o v e m e n t 2 t h i sa r t i c l ec o m b i n e st h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e ma n dm a t h e m a t i c a l m o d e lt od i s c u s st h ec o m m e r c i a ls i t es e l e c t i o ni s s u e i nt h ep r o c e s so fr e s e a r c h , t a k i n gt h es e l e c t i o no fa t m s i t ef o ra ne x a m p l e ，is u m m a r i z et h em a t h e m a t i c a lm o d e l o fs e l e c t i o n t h e nu s et h em i x e dp s oa l g o r i t h mt os o l v et h em o d e l t h er e s u l ts h o w s a g o o di m p r o v e m e n t i na c c u r a c ya n de f f i c i e n c y 3 t h i sp a p e ru s em a p o b j e c t sa sg i sd e v e l o p m e n tt o o lt o c o m p l e t e a c o m m e r c i a ls i t es e l e c t i o ns y s t e mb a s e do nm i x - p s oa l g o r i t h m t a k i n gt h es i t e a b s m a c t s e l e c t i o no fac e r t a i nt i a n j i na t m c o m p a n y , w eg e tap r a c t i c eo f t h es e l e c t i o nm e t h o d a n dm a k eab e t t e ro u t c o m e k e yw o r d s ：g i s ，s i t es e l e c t i o n , p s o ，c h a o s ，s i m u l a t e da n n e a l i n g i i i 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间： 年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 年月日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 商业网点选址是一项关键性长期的投资，关系着企业的发展前途，一旦确 定了地址，那么就需要长期的投入人力物力对其进行维护，而且在相当一段时 间内，它也不受外界环境变化而轻易调整；同时，选址又是企业确定经营目标 和制定经营策略的重要依据。不同的地区有不同的社会地理人口交通情况，这 些因素制约着该地区的顾客来源特点，因此，选址是一项把战略前瞻性、决策 科学性、经营艺术性有机结合起来的一项重要工作，越来越引起各商业个体的 重视。 国内外不同领域的学者对这一问题进行了广泛的研究，构建了许多商业网 点选址模型。本文将以g i s 技术为核心，在分析传统商业网点选址模型的基础 上，结合相关数学模型，运用g i s 空间分析的有关知识，探讨基于g i s 技术的 城市商业网点选址模型的构建，以希望有助于商业网点选址问题的解决。最后， 以天津市某a t m 运营商的网点规划为案例，对提出的选址方法进行全面的实践， 取得了较好的实践效果。 粒子群优化算法模拟鸟群、鱼群、蜂群等动物群体觅食的行为，通过个体 之间的相互协作使群体达到最优目的，同遗传算法类似，是一种基于群体迭代 的优化算法，系统由一群粒子( p a r t i c l e ) 组成，初始化为一组随机解，粒子群在问 题空间中追随群体最优粒子进行协同搜索，它没有遗传算法的交叉、变异等操 作。与遗传算法不同的是它更强调群体内部个体之间的协同与合作，而不是达 尔文的“适者生存”理论。粒子群算法的优势在于算法的简洁性，易于实现， 没有很多参数需要调整，且不需要梯度信息，是非线性连续优化问题、组合优 化问题和混合整数非线性优化问题的有效优化工具。 1 2 研究背景 随着城市化水平、居民收入水平的持续提高和入世后商业的进一步开放， 我国商业网点建设发展很快。以零售业为例，零售业己成为我国目前开放程度 最高、发展最为迅速、同时也是竞争最为激烈的行业之一。各类新型零售业态 1 第一章绪论 也都大量涌现，如便利店、连锁超市、大卖场、购物中心、折扣店和仓储店等。 业态的多样化，经营的连锁化，消费者需求的个性化，都迫切需要综合运用有 效的技术工具对零售商业的区位、商圈形态、商业空间结构、竞争环境等进行 合理分析。商业活动在规模、数量和形态上的不断发展导致商业的规划管理难 度日趋增大，传统的商业活动管理模式面临着新的挑战，仅依靠地图分析、表 格数据的统计、管理者的知觉知识判断上难以做出科学合理的规划和决策。传 统的商业活动分析主要是以定性的描述、判断、总结为主，并辅以部分的定量 归纳分析，而缺乏动态、可视化和有效的空间分析方法。 1 9 世纪6 0 年代以来g i s 技术的出现，提供了先进的定量方法和可视化技术， 空间数据库技术提供的大量可用的人口普查数据则为商业分析提供了数据基 础。g i s 数据集成分析、模型集成分析和可视化的能力，使得复杂的理论模型变 得简单易用。g i s 技术和充分可用的数据基础使得零售商业空间分析更加方便， 使消费者、零售商和政府等不同层次的对象从中获益。消费者通过g i s 可以很 快获取网点位置、交通等信息，更加方便购买。对于零售商，除应用在选址、 商圈分析和客户管理外，凡是对空间的考虑如对店铺设计、提供服务范围、商 品定价等方面都可以用g i s 来辅助决策，以提高企业经济效益。目前国内外很 多著名的零售商，如沃尔玛、上海华联、北京物美等，在商业空间分析中，都 不同程度使用了g i s 技术。g i s 对政府而言，可迅速获得市场信息，从而对整个 商业进行宏观调控和行业管理，提高商业分析与经济决策的水平与效率，为制 定科学的城市零售商业发展规划提供了必要的参考。 粒子群算法在短短的几年时间里出现大量的研究成果，形成了一个研究热 点。解决连续函数的优化问题，p s o 算法具有很大的优势。本文根据近期的研 究成果，提出了一种新的混合粒子群优化算法。并将混合p s o 算法运用到商业 网点选址的问题中，得出商业网点的最佳位置，这是本论文的实际意义之所在。 1 3 本文主要内容 本文通过把混合粒子群优化算法与地理信息系统有机的结合起来，建立合 理的数学模型，采用混合粒子群优化算法，以选址数学模型作为混合粒子群优 化算法中的目标函数，来进行最优化处理，得出理论上整个区域的最佳适应值， 2 第一章绪论 再将待选地址的预测值与经过混合粒子群优化算法计算得到的最优值相比较， 得出最佳商业网点，本文主要研究了如下内容： ( 1 ) 分析了商业网点选址理论，包括选址的意义、原则，对影响网点选址的 因素进行了总体描述和逐一分析，并介绍了几个常见的选址模型。 ( 2 ) 研究了地理信息系统的概念，应用领域，发展方向以及未来。 ( 3 ) 系统地介绍了粒子群优化算法，包括算法的原理、流程以及它与其他算 法的比较，介绍了常见的函数优化方法，提出一种新的结合模拟退火和混沌优 化的混合粒子群优化算法。 ( 4 ) 建立新的选址模型，并将其与混合粒子群优化算法有机的结合起来，通 过混合粒子群算法的计算，结合g i s 系统平台可视化，从而达到了g i s 系统与 商业网点选址模型的有机结合。 ( 5 ) 应用m a p o b j e c t s ，以天津市a t m 网点选址为例，实现了应用混合粒子 群算法的a t m 选址系统。 1 4 本文的组织结构 本文的核心内容是将混合粒子群算法应用到商业网点选址模型求解，快速 准确的获得商业网点的最佳位置。本文的组织结构如下： 第一章绪论，介绍商业网点选址的意义和背景，g i s 给商业网点选址带来的 影响，并初步介绍了p s o 算法，叙述了本文的研究方法。 第二章探讨商业网点选址的问题。分析影响商业网点选址的重要因素以及 一些经典的选址模型。并将g i s 与商业网点选址相结合，介绍了g i s 给传统的 商业网点选址所带来的改进。 第三章重点介绍g i s ( 地理信息系统) 相关的基本概念，应用领域和最新发展 趋势，说明了其对商业选址的重大影响意义。 第四章重点论述了混合粒子群优化算法，首先介绍了基本粒子群优化算法， 研究了其基本原理以及流程，通过系统分析两种粒子群改进方法，提出了一种 结合模拟退火和混沌优化的混合粒子群算法( s a c p s o ) ，给出了该算法的设计和 实现，并进行了试验结果分析。 第五章量化了商业网点的各个影响因素，以经典的商业选址理论为基础， 建立了a t m 网点选址的数学模型，并将混合p s o 算法应用到模型求解。 3 第一章绪论 第六章介绍应用混合粒子群算法的a t m 选址实验系统的设计，实验数据的 选择，实验系统的特点。 论文最后对研究工作进行总结，提出需要继续研究的方向。 4 第二章商业网点选址 第二章商业网点选址 2 1 商业网点选址的意义 随着商业经济发展要求的不断提高，如何及时、准确、动态地获取商业网 点现状和布局因素的信息，并对影响商业网点发展的因素做出科学的分析与评 价，对于现代商业的发展具有重要的意义【3 】。各种不同商业网点选址因素的合理 分析是进行商业网点选址研究的基础，相关影响因素综合分析的效果在很大程 度上影响了选址布局的准确性。但是传统商业网点选址模型大都是基于统计的 静态模型，主要从经济学和地理学的角度，将影响商业网点选址的相关因素定 性与定量化，建立相关数学分析模型，以达到网点选址的目的。抽象的数学模 型往往容易脱离实际，并且难以全面考虑复杂、抽象的选址要素，选址过程缺 乏计算机和决策者的动态直观交互过程，不能有效进行相关因素的综合分析， 因此，相关影响因素综合分析的现时性、准确性、可靠性和空间性都受到了极 大的限制。由此可见，传统商业网点选址研究方法已经难以满足不断深入的现 代商业发展的需要。而近年来g i s 技术及其相关技术( 如遥感、全球定位系统等) 的发展和广泛应用，为现代商业的发展及商业网点的选址提供了新的思路和方 法。 2 2 商业网点选址的发展 商业选址技术发展过程 2 】 ( 1 ) 第一阶段：步行时代 第一阶段开始于1 9 世纪末到2 0 世纪初，商业地理学者主要采用试错与关 联路标的方法。在1 9 世纪之前，零售商业区位决定方法依旧比较简单，一直定 位在市区的商业节点。 零售商业区位分析采用的方法主要有试错法，数人流法和关联路标法，其 中关联路标法在当今区位选址上依旧是使用最多的方法之一。 ( 2 ) 第二阶段：制图时代 随着汽车时代的到来，公共交通与私人汽车的使用，城市交通景观发生了 很大改变。人们生活与购物方式的改变、交通方式的改变使整个区位选址变得 5 第二章商业网点选址 复杂。零售商不再简单的将区位选在中心商业区的标志位置，而偏向采用制图 表示法，它用图来描述市场区域。在很多方面，用图形表示服务的市场区域， 这种方法减少了分析者对路标方法的依赖性，它可以通过地图评估分布在市场 区域内相互关联的路标。这种制图方法又叫做消费点分析法，它首先确定消费 者分布状况，然后计算消费者分布密度，收入情况等，这些情况都可以用图形 表示出来，这种方法是被阿普尔鲍姆( 1 9 6 6 ) 提出的。之后，阿普尔鲍姆的消费点 方法被后人进行了扩展，产生了拇指法贝, l j ( t h u m bm e t h o d s ) 与核心方法( k e r n e l m e t h o d s ) 。这些方法都用于描述市场区域。市场区域、市场渗透的描述与类似程 序主要是通过其它地理技术来描述市场区域属性，比如：a t m 机的记录、结帐 记录与信用卡记录数据。这些数据知道他的消费者住处、工作地点、收入情况 与来源分布情况，分析者运用这些信息来寻找最合适的位置。 通过利用这些方法，分析者能够充分认识由于市场区域重叠而产生商店之 间相互竞争，以及由于未参与的市场区域而失去的市场机会。在寻找消费者来 源时，消费点分析法也能测量出消费者到某个店的距离。需求随着消费者到某 个店距离增长而下降的比率被称为光临店的距离衰减程度，通过应用这一规律， 可以使有限的商业资源发挥最大的潜力。 ( 3 ) 第三阶段：销售潜力与预测模型 零售商业引力模型在第三阶段被广泛的应用与接受，这个时候地理学者首 次运用牛顿定理来测量社会现象，包括市场区域。雷利法则就是这类定理，它 假设是与竞争对手相比，商店离顾客越近，越有吸引力，顾客越多。2 0 世纪6 0 年代，地理学家d a v i dh u f f 在零售业布局决策中采用了空间互动模型( h u f f , 1 9 6 3 ) 。零售业分析师将他的模型用于估测顾客光顾的概率，依据的是商店的吸 引力( 规模大小、选择性和价格) 及其相对于可能的市场和现有竞争对手的区位。 这些模型描绘了作为一种概率性的个体行为，把贸易区描绘成相互重叠和相互 竞争的而不是相互分离和垄断的。 ( 4 ) 第四阶段：整体形象方法 这种方法始于1 9 6 6 年，在很大程度上关注衡量零售商业形象，这种形象又 影响了消费者在购买时的感知。这种方法认识到消费者感知行为对商业选址的 影响。 ( 5 ) 第五阶段：早期的g i s ( 地理信息系统) 技术的应用开始于2 0 世纪7 0 年 代，g i s 技术开始应用于提高商业的决策。2 0 世纪8 0 年代，许多国家与城市开 6 第二章商业网点选址 始将纸质地图转变为电子地图。在这个时候，许多有名的零售企业，比如：麦 当劳公司雇佣地理学家和计算机编程者来编写他们g i s 软件。他们认为他们的 生意是依赖于区位的，他是第一个依赖于g i s 的快餐店，这种技术为它的市场 竞争提供了明显的优势。 ( 6 ) 第六阶段：g i s 技术在商业选址上的普遍推广 开始于1 9 9 0 年，在这个时代，g i s 技术在商业选址上得到普遍应用。这个 时代伴随着低成本、高质量的软件与相关行业，它们革新了商业地理分析方法。 在w i n 9 5 普及之后，g i s 软件变成台式电脑的一般性工具软件，对于用户来说 它非常容易掌握。2 0 世纪9 0 年代美国人口普查与t i g e r 空间数据的发布， t i g e r 空间数据由美国的街道网络与它的区域构成，他们以电子数据格式存在， 它们使地理数据库很容易得到，促使了g i s 技术在商业选址中更广泛的运用。 通过使用g i s 技术，零售商很容易生成地图或研究报告。这些报告包括竞争者、 消费者人口统计和生活方式数据及地理数据。在零售商指定和点击鼠标划分出 一个位置的市场区域后，报告就能说明该市场区域的特征，可以方便地选出潜 在的店址。此外，可以分析商店之间的竞争情况与市场区域的饱和状况。 2 3 影响商业网点选址的因素 ( 1 ) 环境因素 1 ) 人口与收入水平：大型零售商业选址往往首先考虑的就是辐射人口 的数量、人均收入、消费水平等因素，并由此来确定商业的经营形式和经营规 格。 2 ) 消费习惯：流行时尚和风俗习惯的往往能在很大程度上影响消费者 对都市中众多零售商业的选择。 ( 2 ) 地理因素 1 ) 区域规划：潜在地点的区域发展规划、建筑布局规划是在确定大型 零售商业选址之前必须充分了解的。因为区域规划往往会涉及到建筑物的拆迁 和重建，如果未经了解，盲目选址，在成本收回之前就遇到拆迁，会使企业蒙 受巨大的经济损失，或者失去原有的地理优势。同时，掌握区域规划后便于我 们根据不同的区域类型，确定不同的经营形式和经营规格等。 7 第二章商业网点选址 1 ) 位置：零售商业经营所在的区域适宜选择在城市核心商业中心【3 1 、 旅游中心以及住宅聚集区内，至少在其1 0 分钟1 5 分钟步行距离或便捷交通辐 射范围。 2 ) 可见度和形象特征【3 】：为让消费者能够便利找到目标商场，特别是 对开车的人，在行驶当中寻找会更加困难，因此要有远距离确认、中距离确认 和近距离确认。我们说的远距离通常是2 0 0 米以外，近距离就是5 0 米，这样会 看到商业店标有大、中、小、高、矮，有不同的层次。所以实际选址中，商业 建筑应有明显的指路标示，在建筑的外墙还有大型的店标，甚至在路边上要设 有店标的指示牌，建筑临街的长度应保持适当的长度，通常在6 0 米以上。 3 ) 交通状况：交通状况往往意味着客源，获得本地区车辆流动的数据 以及行人的分析资料，以保证商业建成以后，有充足的客源。关于目标地点的 街道交通状况信息可以从公路系统和当地政府机关获得，并对人流、车流数量 采集适量样本数据作为分析参掣2 】。 ( 3 ) 市场因素 1 ) 竞争状况：一个地区零售行业的竞争状况可以分成两个不同的部分 来考虑。一是直接竞争的评估，即提供同种经营项目，同样规格、档次的零售 企业可能会导致的竞争。二是非直接竞争，包括不同的经营内容和品种，或同 样品种、不同规格或档次的零售企业，这类竞争有时起互补作用，对零售企业 是有利的。在选择零售商业经营区域时，如果无任何一种形式的竞争，将具有 垄断地位；如果有任何一种形式的竞争，都是值得在投资前认真研究和考虑的。 2 ) 规模和外观：零售商业位置的地面形状以长方形、方形为好，必须 有足够大的空间容纳建筑物、停车场以及展示台等其他必要设施。三角形或多 边形的地面除非它非常大，否则是不足取的。同时，在对地点的规模和外观进 行评估时也要考虑到未来消费的可能【3 】。 ( 4 ) 经济成本 1 ) 土地价格或建筑物租金【3 】：地价或租金的费用是在逐渐上涨的，而 且零售商业在投资时，土地费用或建筑物租金所占的比重也是较大的。城市不 同区域、不同街道、不同地段其地价或租金相差是很大的。因此在选址时，应 选择地价或租金合理的，有较大潜在成长优势的位置。 8 第二章商业网点选址 2 ) 货源的供应及价格水平：零售商业经营经常须大量商品货物的供应， 如果所在地区及周边区域供应不足或物流系统不畅通，会影响零售商业的发展 和声誉，如从远距离地区供应无疑会增加成本，影响企业经营。 3 ) 劳动力供应状况及工资成本高低【2 】：零售商业经营需要使用大量、 各种层次的人员，包括管理人员和具有一定技能的服务人员等。潜在市场上是 否具有企业所需要的人员及其工资标准对零售商业经营尤为重要，这关系到整 个商业集团的服务水平和管理成本，以及向其他地区的拓展问题。 2 4 商业选址经典理论 ( 1 ) 中心地带理论 中心地带【4 】理论是发展最完善最标准的零售选址理论。该理论由德国的克里 斯泰勒于1 9 3 5 年提出，后来由罗斯等人进一步发展。克里斯泰勒提出了该理论 的两个基本概念，限程和限需。限程( 也叫上限) 是指消费者为购买某种商品愿意 出行的最远路程，也就是某一店铺经营的最大市场区域范围。限需( 也叫下限) 是指某一店铺能维持收支平衡的最小需求量，也就是拥有的最低顾客数量，从 空间概念上看，相当于能满足最小需求量( 通常指人口) 的市场区域范围。克里斯 泰勒认为任何商店要保证收支相抵，必须是限程大于限需。在以上概念的基础 上，克里斯泰勒和罗斯提出了他们著名的商圈理论，即在一个理想的完全均匀 的市场环境里，出售某种商品的商店会均匀分布，而且每一个零售商所服务的 商圈都是等边六角形。早期的该学派学者除了商圈六边形理论外，也提出了中 心地带( 城镇) 的层次理论。克里斯泰勒根据商品品种的多少来划分不同的区域。 最低的层级是代表最小中心地带的区域，提供最基本的商品品种和服务，即生 活必需品。较靠上的层次是较大的中心地带，既经营必需品又经营非必需品。 罗斯的层次理论更加灵活，他提出聚集法则，认为中心地带的商品和服务可以 是多样化的，因为现实中有很多外在的影响因素，所以这些零售店会边界模糊， 融为一体。中心地带理论表明，若顾客到较高层次的中心地带一次购齐所需， 就不可能再到附近的较低的中心地带购物。该理论的意义在于它把消费者行为 和零售企业的区域分布联系在一起。这派理论者认为某一商品的“真正价格 是包含交通成本在内的价格。所以，顾客来去中心地带的时间是决定中心地带 位置的关键因素。 9 第二章商业网点选址 ( 2 ) 引力分析法 空间相互作用模型也被称为引力模型【4 】，逐渐发展成为当今选址理论主流模 型的一部分，它的基本原理是：总体的客流与店铺购物中心的吸引力正相关， 与距离或其它阻碍因素( 时间、交通系统等) 负相关。这一原则已经被广泛接受， 很多先进的零售商和数据公司都在不同形式地应用这种模型。空间相互作用模 型有雷利模型、康帕斯模型、阿普波姆法则、伽萨法则与哈夫模型。 雷利法则【8 】公式，如公式( 2 1 ) 所示： 阱酬刳 ， 其中，皖是a 都市从中间地c 都市吸引来的零售销售额，玩是b 都市从 中间地c 都市吸引来的零售销售额，是a 都市人口，是b 都市人口，d o 是 a 都市与c 都市之间的距离，现是b 都市与c 市之间的距离。 康帕斯法则( 断裂点公式) ，如公式( 2 2 ) 所示： d 。：生尝( 2 2 ) 4 接 其中，是a 市人口，是b 市人1 5 1 ，d o 是a 市与分界点之间的距离，见 是b 市与分界点之间的距离。 ( 3 ) 多元回归分析【4 】 利用复杂的程序来确定销售和其它预测因素的关系。例如：人1 5 1 规模、人 均收入水平、竞争情况和店铺规模与潜在的销售相关。采用多元回归分析，可 以构建一个利用所有评估工具的模型，从而使评估更加准确。回归分析需要较 多的模拟店，如果信息有限或者信息成本过高，只需要2 3 个变量也可以形成满 意的预测，至少在早期的店址评价中可以做到。多元回归需要计算来确定系数 然后对人1 2 1 和竞争店铺进行加权，最后估计预计地点的销售额。 ( 4 ) 商圈分析模型【5 】 商圈是指商店或其集聚吸引顾客的地理区域范围，它包括三部分：核心商 圈( 顾客占5 5 - 7 0 ) 、次级商圈( 顾客占1 5 2 5 ) 和边缘商圈。商圈分析就 是经营者对影响商圈的人1 5 1 结构、生活习惯、产业结构、交通状况、城市规划、 商业氛围等因素进行实地调查和分析，为选择店址、制定和调整经营策略提供 1 0 第二章商业网点选址 依据。通过商圈分析可以了解商圈范围内的顾客及竞争情况，以及有可能影响 销售的其它因素，从而预测商店的未来市场潜力。 零售商在进行商圈分析时越来越多地使用地理信息系统( g i s ) 软件。这种技 术的好处在于：地图很容易与一个数据库联接；根据理想商圈的特征，方便地 选出大批潜在店址，并且评估出潜在店的商圈特征与商圈饱和程度。 ( 5 ) 饱和理论 饱和理论亦即零售饱和指数理论。该理论主要揭示某市场区域某类商品或 服务吸引投资者的程度。饱和指标越大，则对投资者有较大的吸引力，公式如 公式( 2 3 ) 所示： i r s ：h x r e ( 2 3 1 r f 式中： i r s 一某地区某类商品的零售饱和指数； h 一该区域的家庭数量； r e 一该区域每个家庭对某类产品或劳务的年支出金额； r f 一某种商品或劳务的现有( 包括计划建设) 营业面积。 2 5 小结 本章详细介绍了商业网点选址的意义，发展，影响因素，分析了几种常见 的选址理论。通过第四章介绍的混合粒子群算法，以已有的商业网点选址理论 为基础，结合建立的商业选址模型，在分析影响因素的前提下，侧重抓住主要 因素；把优化算法与数学模型有机的结合起来，并且以g i s 为平台工作将两者 联系并显示结果给使用者。 第三章地理信息系统 第三章地理信息系统 3 1g i s 的基本概念 g i s 是一种计算机系统，它具备一般计算机系统所具有的功能，如采集、管 理、分析和表达数据等功能【l o 】。其次，g i s 处理的数据都和地理信息有着直接间 接的关系。地理信息是有关地理实体的性质、特征、运动状态的表征和一切有 用的知识，而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空 间位置、属性特征( 简称属性) 及时域特征三部分。空间位置数据描述地物或现象 所在位置；属性数据有时又称作非空间数据，是属于一定地物或现象、描述其 特征的定性或定量指标；时域特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或 时段。由此，可以简单地定义地理信息系统为用于采集、模拟、处理、检索、 分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。 地理信息系统是有关空间数据管理和空间信息分析的计算机系统。依照其 应用领域，地理信息系统可分为土地信息系统、资源管理信息系统、地学信息 系统等；根据其使用的数据模型，可分为矢量、栅格和混合型信息系统；根据 其服务对象，可分为专题信息系统和区域信息系统等等。 地理信息系统具有以下特征【l l j ： ( 1 ) 地理信息系统在分析处理问题中使用了空间数据与属性数据，并通过数 据库管理系统将两者联系在一起，共同管理、分析和应用，从而提供了认识地 理现象的一种新的思维方法；而管理信息系统则只有属性数据库的管理，即使 存储了图形，也往往以文件形式等机械形式存储，不能进行有关空间数据的操 作，如空间查询、检索、相邻分析等，更无法进行复杂的空间分析。 ( 2 ) 地理信息系统强调空间分析，通过利用空间解析式模型来分析空间数 据，地理信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。 1 2 第三章地理信息系统 3 2g i s 的应用领域 ( 1 ) 商业与市场 商业设施的建立充分考虑其市场潜力。例如大型商场的建立如果不考虑其 他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预 期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人 口结构( 年龄构成、性别构成、文化水平) 、消费水平等结合起来考虑。地理信息 系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。房地产开发和销售过程中也 可以利用g i s 功能进行决策和分析。 ( 2 ) 基础设施管理 城市的地上地下基础设施( 电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设 施、电力设施等) 广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特 征的。它们的管理、统计、汇总都可以借助g i s 完成，而且可以大大提高工作 效率。 ( 3 ) 选址分析 根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地 形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是g i s 的一个典型应 用领域，充分体现了g i s 的空间分析功能。 ( 4 ) 网络分析 建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、进行交通 规则、处理地下管线突发事件( 爆管、断路) 等应急处理。警务和医疗救护的路径 优选、车辆导航等也是g i s 网络分析应用的实例。 ( 5 ) 可视化应用 以数字地形模型为基础，建立城市、区域、或大型建筑工程、著名风景名 胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规 划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。 ( 6 ) 分布式地理信息应用 随着网络和i n t e m e t 技术的发展，运行于i n t r a n e t 或i n t e m e t 环境下的地理信 息系统应用类型，其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程 空间导航等。 1 3 第三章地理信息系统 3 3g i s 的最新发展趋势 ( 1 ) 三维g i s 随着g i s 技术的发展，二维g i s 已经无法满足用户的需求，用户需要更为 直观、真实的三维g i s 来作为交互式查询和分析的媒介。三维g i s 是g i s 的一 个重要发展方向，也是g i s 研究的热点之一，其研究范围涉及数据库、计算机 图形学、虚拟现实等多门科学领域。目前，国内外许多学者对三维g i s 的三维 结构、三维建模以及单一领域的应用提出了许多方法和技术手段。现有的三维 g i s 中，系统功能在三维场景可视化、实时漫游等方面取得了较好的成果，但查 询分析功能比较弱。然而恰恰是这一功能在三维g i s 的实现和应用中具有十分 重要的地位，它使三维g i s 具有辅助决策支持能力。然而三维查询分析的实现 却非常困难，三维g i s 在数据的采集、管理、分析、显示和系统设计等方面要 比二维g i s 复杂得多，并不是简单地增加z 坐标的问题。尽管有些g i s 软件采 用建立数字高程模型的方法来处理和表达地形的起伏，但涉及地下和地上的三 维的自然和人工景观就无能为力，只能将其投影到地表，再进行处理，这种方 式实际上仍是以二维的形式来处理数据。试图用二维系统来描述三维空间的方 法，必然存在不能精确地反映、分析和显示三维信息的问题。 三维g i s i n 是许多应用领域对g i s 的基本要求。随着计算机技术的发展， 以前只能应用于大型的主机和图形工作站上的三维显示，也能在普通的p c 机上 实现，以前的g i s 大多提供了一些较为简单的三维显示和操作功能，但这与真 三维表示和分析还有很大差距。现在，三维g i s 可以支持真三维的矢量和栅格 数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解决了三维空间操作和分析问题。 特别是三维g i s 与虚拟现实、人工智能等技术的结合应用，将使三维g i s 更加 真实地表现现实世界，也更符合用户的需求。 目前，三维g 1 s 的研究重点集中在三维数据结构( 如数字表面模型、断面、 柱状实体等) 的设计、优化与实现，以及可视化技术的运用、三维系统的功能和 模块设计等方面。 ( 2 ) 时态g i s 传统的g i s 处理的是无时间概念的数据，只能是现实世界在某个时刻的快 照。它把时间当作一个辅助因素，当被描述的对象随时间变化比较缓慢且变化 的历史过程无关紧要时，可以用数据更新的方式来处理时间变化的影响。然而， 1 4 第三章地理信息系统 g i s 所描述的现实世界是随时间连续变化的，随着g i s 应用领域的不断扩大，在 如下应用中，时间维必须作为与空间等量的因素加入到g i s 中来。 一是对象随时间变化很快，噪声污染、水质检测、日照变化等，一秒钟得 到一个甚至几个数据。二是历史回溯和衍变，地籍变更、环境变化、灾难预警 等需要根据已有数据回溯过去某一时刻的情况或预测将来某一时刻的情况。三 是地球科学家想对某一时刻的所有地质条件或某一时间段内的平均地质条件进 行评价，他们是否能容易地获得在a 时刻的值或从时间b 到时间c 这段时间内 的值。 将时间的影响考虑到g i s 应用中，就产生了时态g i s 或四维g i s 。当前主 要的时态g i s 模型包括空间一时问立方体模型、序列快照模型、基图修正模型、 空间一时间组合体模型。时态g i s 的研究重点主要在时空数据库模型、时空分 析和推理、时空数据库管理系统、时空数据的可视化研究。其中有关时空数据 库模型的研究比较深入，而对时态的可视化问题研究较少，过去一般借助轨迹 线等方法描述地理数据的时态特征，现在的研究是向借助动画技术表述地理数 据时间维的方向发展。 ( 3 ) w 曲g i s 伴随着i n t e r a c t 和i n t r a n c t 的飞速发展，g i s 的平台已经逐步转向了网络， 网络g i s 的好处是不言而喻的，由于地理信息和大量空间数据都是以文字、数 字、图形和影像方式表示的，将它们数字化，输入计算机，便可方便、快速和 及时地将地理信息传送到需要的地方去，以发挥地理信息在国民经济建设、国 防建设中的作用。g i s 工作者则需研制一个万维网上的g i s 和g i s 浏览器，使 亿万网民可以随时根据需要来查询g i s 。 和传统的基于c l i e n t s e r v e r 的g i s 相比，网络g i s 有如下优点：一是具有 更广泛的访问范围。客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数 据，i n t c m c t i n t r a n c t 的这一特有的优势大大方便了g i s 的数据管理，使分布式的 多数据源的数据管理和合成更易于实现。二是平台具有独立性。无论服务器客 户机是何种机器，无论网络g i s 服务器端使用何种g i s 软件，由于使用了通用 的w e b 浏览器，用户就可以透明地访问网络g i s 数据，在本机或某个服务器上 进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据 的共享。三是系统成本降低。传统g i s 在每个客户端都要配备昂贵的专业g i s 软件，而用户经常使用的只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。 1 5 第三章地理信息系统 网络g i s 在客户端通常只需使用w e b 浏览器( 有时还要加一些插件) ，其软件成 本与全套专业g i s 相比明显要节省得多。另外，由于客户端的简单性而节省的 维护费用也不容忽视。四是操作更简单。要广泛推广g i s ，使g i s 为广大的普通 用户所接受，而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统 操作的要求。通用的w e b 浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 总之，随着计算机软硬件，特别是网络技术的飞速发展，g i s 正在经历一场 变革。三维g i s 使g i s 技术更加现实化，更能真实地再现客观世界；时态g i s 使g i s 技术更加实用化，更能辅助决策支持；网络g i s 使g i s 技术更加广泛化， 更能快捷迅速地提供更多的服务。为了满足用户对g i s 功能日益增长的需求， 三维g i s 、时态g i s 和网络g i s 在未来数年内，都将是g i s 技术的研究热点和 发展趋势。 3 4g i s 在商业选址中发挥的功能 凭借形象直观的图形表达能力、有效的数据组织和丰富的空间分析功能， g i s 技术能够在网点选址决策过程中发挥重要的作用，成为网点选址的可视化分 析平刽1 2 】。 ( 1 ) 多源数据的集成管理 商业规划管理需要多方面的数据支持，包括商业部门内的数据和商业部门 外的数据。从g i s 的角度可分为基础空间数据、商业网点数据、客户数据等， g i s 对这些数据提供了综合集