（电工理论与新技术专业论文）网格gis在物流中的应用研究.pdf

a b s t i 认c t l o g i s t i c sc a m ei n t ob e i n ga l o n gw i t ht h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n ta sak i n do f e c o n o m i cm o v e m e n t n o w a d a y s ，m o d e ml o g i s t i c si sa t t a c h e dm u c hi m p o r t a n c ea sa t h i r dp r o f i th e a d s p r i n g ，a n di nf a c eo fa nu n p r e c e d e n t e dd e v e l o p i n go p p o r t u n i t y l o g i s t i c si n d u s t r yh a sa c h i e v e dm u c hm o r ed e v e l o p m e n t s ，a n dl o g i s t i c si no u r c o u n t r yh a sb e c a m ead o g - - e a t - d o gi n d u s t r ya l o n gw i t ht h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n d i n n o v a t i o no fe c o n o m i cs y s t e m p e o p l eh a st h o u g hm u c ho ft h em a n a g e m e n to f l o g i s t i c si n d u s t r ya n di sw i l l i n gt or e d u c et h ec o s ta n di m p r o v et h el e v e lo f s e r v i c e l o g i s t i c sm a n a g e m e n ta n dt h ew h o l ec o n t r o lc o u r s eo fi n f o r m a t i o ns y s t e mi s t h ec o r ep r o b l e m t h ep r o v i d e rm u s tg r a s pt h ec i r c u l a t i o no fp r o d u c t sw h i c ha r e d i s t r i b u t e dt or e t a i l e r s ，t r a n s f e r r e dw a r e h o u s e ，d e a l e r sa n de v e r yt r a n s p o r t a t i o nt a c h e s s u c ha sm o t o r c a r s ，t r a i n s ，a 卸l a n e sa n d s t e a m s h i p sb y r u l ea n dl i n ea n d d y n a m i c a l l y t h e ym u s ta t t e m p ta n da d j u s tt h em a r k e t a b l es t r a t e g ym o m e n t a r i l yi n t e r m so ft h ec i r c u l a t i o no fp r o d u c t s t h a th o wt om a k et h eb e s to fg r i dg i si n t ot h e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fl o g i s t i c sw i l lb eav e r yi m p o r t a n tt h e s e so f m o d e r nl o g i s t i c s t h em a i nw o r ko f t h i sp a p e ri ss h o w ni nd e t a i la sf o l l o w s ： c h a p t e r1i n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n d ，s i g n i f i c a n c e ，w o r ka n di n n o v a t i o no ft h e p a p e r c h a p t e r2i n t r o d u c e st h ed e f i n i t i o n ，c a t e g o r i e s ，c h a r a c t e r so f l o g i s t i c s d i s t r i b u t i o ns y s t e ma n dt h eb a s i cd e f i n i t i o n ，c h a r a c t e r sa n da p p l i c a t i o nf i e l d so fg i s s e t su pt h es t u d yo nl o c a t i o no f l o g i s t i c sc e n t e ra n dd y n a m i cr o u t es e l e c t i o n c h a p t e r3s t u d i e st h ed e v e l o p i n gc o u r s eo fg i s ，t a k ea d v a n t a g eo fg i si n t o l o g i s t i c sm a n a g e m e n t i n t r o d u c e st h ed e f i n i t i o n ，c h a r a c t e r ，a p p l i c a t i o nf i e l d sa n d s y s t e mf i a m e w o r ko fg r i da n dg r i dg is c h a p t e r4s e t su pt h ed e f i n i t i o no f “n u m e r i cl o g i s t i c s a n di t sl 宙a m e w o r k ； m a k ea g e n ti nu s eo ft h ea r c h i t e c t u r em o d e lo fq u a d r u p l eg e o - s p a t i a lg r i d so fg r i d g l s c h a p t e r5s t u d i e st h eb a s i ct h e o r e t i c sa n dt h es t r o n g p o i n to ff r a m e w o r ko f m i d d l e - w a r ea g e n t a l s o ，i ta n a l y z e st h e a p p l i c a t i o no f a g e n ti ng r i di n f r a s t r u c t u r e a n ds e t su pt h ef r a m e w o r ko fa g e n t - b a s e dg r i dr e s o u r c ec o n t r 0 1 i nt h ee n d ，w ec a n l e a r nb ye x p e r i m e n tt h a tt h ef r a m e w o r ki sv i a b l e a tl a s t ，t h ep a p e rs u m m a r i z e st h em a i np o i n t st h a tt h es t u d yt r i e st oa c h i e v ea n d p o i n t so u tt h ef u r t h e rs t u d yi nf u t u r e k e yw o r d s l o g i s t i c sg i sg r i dg i sa g e n t a g r c 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤洼盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：确习乱 签字日期 刎年，月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：汐7 年 黼 1 月，7 日 导师签名 ，忍季，芝、7u 一寸7 日 天津大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论弟一早三百了匕 物流是一个大范围内的活动，物流信息贯穿于物流活动的全过程，物流信息 具有信息源点多、分布广、信息量大、动态性强、信息的价值衰减速度快、及时 性要求高等特性n 1 1 。这意味着物流信息的收集、加工、处理要求速度快，且种 类繁多。物流系统内部各个环节有不同种类的信息，而且物流系统与其他系统， 如生产系统、销售系统、供应系统、消费系统等都密切相关，因而还必须收集这 些类别的信息，要收集和处理这些类别的信息就必须进行物流信息系统建设。 物流信息系统的开发和应用研究是提升物流发展的动力，能够促进物流以最 合理的成本向系统化方向发展。 1 信息与物流信息 一个物流管理人员每天的业务，任何时刻都离不开信息，其大部分的工作内 容是在收集、保存、传送以及处理信息，并且通过信息来控制与管理业务，通过 信息了解业务过程的现状与动态。例如，一封电报、一个电话、一盘磁带、一张 凭证、一本台帐等，这些都可以看作是物流信息睁引。 信息( i n f o r m a t i o n ) 是关于客观世界某一方面的知识，是加工数据所得到 的结果，是能帮助我们做出决策的知识。信息可以减少人们决策时的不准确性， 增加对外界事物的了解。 物流信息对物流表现的重要性，在历史上并没有得到过充分的重视。这种疏 忽起因于缺乏适当的技术来产生所需要的信息。管理部门也不太赏识和深刻理解 迅速和准确的信息交流时如何改善物流表现的。随着物流发展，这些问题现在都 己得到广泛重视。目前的技术能够处理绝大多数所需信息的各种要求。 然而，这种技术与信息的质量密切相关。信息质量上的缺陷会造成无数个作 业上的问题。典型的缺陷可以划分为两大类：首先，所收到的信息会在趋势和时 间方面不准确。由于大量的物流足在未来的需求之前发生的，不准确的判断或预 测都会引起存货短缺或过剩，过分乐观的预测会导致不恰当的存货定位；其次， 有关订货的信息会在具体的顾客需求方面不准确。处理不准确的订货会产生所有 天津大学硕士论文第一章绪论 的物流成本，而实际上并没有完成销售。由于退回存货的费用往往会增加物流成 本，即使另外存在着销售机会，设法向其他顾客提供所需的服务也会再次产生费 用。由此可见，信息需求成分中的每一个错误都会对总的供应链产生潜在的隐患。 1 2 物流信息系统的作用 物流是物流驱动的业务过程，物流信息系统成为企业现代物流体系的灵魂。 物流信息系统在物流中的重要性不仅仅体现在信息技术可以解决的企业当前物 流体系中的问题，更重要的是，运用信息系统，企业可以设计并实施新的物流解 决方案，从而在同等的市场营销地位下大幅度地改善企业的财务业绩。 对于绝大多数中国企业，当前的物流体系基本上都是在缺乏或者基本没有信 息技术支持的时代背景下创建的。因而，有更大的机会在新的技术环境下重新构 建新的物流体系。有如物流过程一样，从不同的角度观察，物流信息系统有很多 个不同的层面。信息技术最基础的应用是确保物流运作过程中信息的质量以及信 息的及时和准确。信息质量的缺陷会造成无数个作业上的问题。加快物流的信息 系统建设是大势所趋，物流信息建设有利于促进物流企业管理水平的发展和提 高，可以实现企业资源的优化配置，增强物流企业的竞争能力，提高企业经济效 益。 ( 1 ) 物流信息系统大大缩短了流通过程传统的物流只是单纯的物的集结 与分散，实现一次物的流动需要投入大量的人力、物力、财力，而现在的许多大 企业对物流管理的一些主要环节，如仓库管理、销售管理等虽然实现了计算机管 理，但真正实现物流信息化管理的企业却很少。物流信息系统管理的活动包括物 资采购、销售、存储、运输等物流过程的各种决策活动，如采购计划、销售计划、 供应商的选择、顾客分析等提供决策支持，并充分利用计算机的强大功能汇总和 分析物流数据，在物流管理中选取、分析和发现新的机会，进而做出更好的采购、 销售和存储决策，能够充分利用企业资源，增加企业的内容挖潜和外部利用，从 而降低成本，提高生产效率，增强企q k 竞争优势。 ( 2 ) 物流信息系统使流动功能得到改变物流不再仅仅运输物，同时也在 运输信息，各种信息被聚集在物流中心，经过加工、处理、再传播出去。物流中 心的集散功能实际上是对各种信息的集结和扩散，信息系统使物流中心成为一个 2 天津大学硕士论文第一章绪论 纯粹经济的综合服务中心、物流信息系统建设的目的并不是为了精减一些人员， 节约一些费用，而是要形成一个效率高、质量好的物流系统，提高物流传递的效 率和质量。 ( 3 ) 物流信息系统缩短了物流的周期传统的物流信息很不清晰，只能反 映本企业范围内的信息。而通过信息的网络化，可以使物流信息更加明确、全面 和流畅。随着信息网络的建成，物流信息已经从“点”发展到“面 ，以网络的 形成将物流企业与物流企业、物流企业与生产企业连接在一起，实现了社会各部 门、各企业间低成本的数据高度共享，并带来巨大的经济效益。 ( 4 ) 物流信息系统建设是物流系统变革的决定因素人类已进入信息时代， 信息化将改变现有社会经济的消费系统和生产系统，从而改变人类生存的秩序。 物流是国民经济的服务性系统，社会经济秩序的变革必将要求现有的物流系统结 构、秩序随之变革。物流信息化即是这种变革的动力，也是这种变革的实质内容。 现代物流管理理念正如汹涌波涛，冲击着我国传统的运输、仓储等企业。物流信 息系统建设能使我们从一个战略角度来配置我们的物流资源。 1 3 国内外物流信息系统发展现状 物流管理是以满足消费者的需求为目的，将企业在采购、制造、运输、销售 等过程中的相关市场情况统一起来进行思考，进而决策的一种战略措施。物流合 理化使物流管理整体优化的过程，目的是使物流设备配置和一切物流活动趋于合 理，以尽可能低的物流成本，获得尽可能高的服务水平。 物流信息是信息管理的基础，计算机技术的应用加速了信息的获取，缩短了 物流的活动周期。国外物流企业已经形成了以系统技术为核心，以信息技术、运 输技术、配送技术、装卸搬运技术、自动化仓储技术、库存控制技术、包装技术 等专业技术为支撑的现代化物流管理格局。在美国仅配送相关软件就有2 4 种之 多，物流管理系统从当初为满足某一目的的管理系统如仓库管理系统( w m s ) 逐 渐向企业资源规划系统( e r p ) 等综合过渡过程。这样的好处在于各物流作业之 间联系紧密，信息沟通迅速。由此又带来了一些新的问题，e r p 等大型管理系统 投入费用巨大，失败的可能性较大。而且e r p 只能够有效协调企业内部的物流活 动，无法满足物流一体化的协同要求。其次，目前的物流管理系统主要还是在 3 天津大学硕士论文第一章绪论 m i s 的基础上将数据用报表、图表等形式表达出来，尽管相对于原来单纯的文字 形式更易理解，但是由于信息仍然过于繁复，信息的理解、利用率不高。不仅如 此，物流信息具有的空间特性并没有被很好的表达，无法将统计数据和空问地理 信息结合起来。因此加强物流空间信息的表达以及物流可视化的需求愈来愈强， “在仓库开个窗户”等说法表达了物流管理者的新需求。物流管理的发展方向可 归纳如下： ( 1 ) 信息化。无线互联网技术，卫星定位技术( g p s ) ，地理信息系统( g i s ) ， 射频标识技术( r f ) 等在物流领域的应用将进一步加强。 ( 2 ) 自动化。自动导引小车( a g v ) 技术，搬运机器人( r o b o ts y s t e m ) 技 术等将逐步替代人工操作。 ( 3 ) 智能化。电子识别和电子跟踪技术、智能运输系统( i t s ) 大行其道。 ( 4 ) 集成化。集信息化、机械化、自动化、智能化于一体。 我国在物流软硬件方面都进行了深入的研究，立体仓库、g p s 定位技术逐步 推广开来，软件上网络g p s 提供商、招商迪辰、凡丰物流等推出了一些 g i s g p s g s m 集成的物流软件，但是由于我国物流发展商处于摸索阶段，尚无一 个公认的优化解决方案。 网格计算是近几年来计算机学者为解决当前资源分配与利用不均而提出的 一种先进的资源共享模型。随着计算机技术的发展，计算机面临的任务越来越艰 巨，其中许多涉及大量的数据处理与网络计算的问题。随着越来越多的专家学者 致力于网格计算的研制与开发工作，网格计算已从其概念阶段发展为现在的设计 与实现阶段。目前国际r _ 卜已经出现了一些网格计算的雏形，其中一些已经投入试 运行阶段。比较著名的有：美国自1 9 9 7 年底的“分布式网格”研究项目开始， 先后有n a s a 的i p g 网络，美国能源部的a s c i 网络，美国国防部的g i g 网络试验 运行；欧洲共同体的e u r o 网络和d a t a 网络也投入了研究实验；我国科技部在“九 五”开展了国家高性能计算环境( 网络) 的建设和关键技术的研究。“十五”期 间国家科技部加大了对网格技术研究和推广的力度，目标是突破网格关键技术， 建立网格计算标准，将网格计算技术应用到行业和企业应用中。 4 天津大学硕士论文 第一章绪论 1 4 论文的选题意义 传统的物流是在生产力水平较低的情况下发展起来的，企业大多在本地区内 寻找资本和劳动力，被动地根据订单或者合同提供服务。由于物流和物流管理的 发展、概念和模式的改变，必然将各种先进技术引入物流管理中，以完成物流和 物流管理真正意义上的飞跃。g i s 在物流管理中得到了广泛的应用。 传统g i s 没有很好的解决数据共享问题，在网格计算环境下，目前的g i s 数据库面临着“空间数据的基准不一致、空问数据的时态不一致、语义描述的不 一致以及数据存储格式的不一致”等四大障碍。网格技术给g i s 发展带来了机遇 和挑战。实现了空间数据与g i s 服务共享、空间信息高性能的计算，中间件技术 的采用，简化了g i s 的开发、逻辑结构的对等性、数据资源的安全性等。 1 5 论文的主要研究内容以及创新点 g i s 属于多学科和技术交叉的边缘学科，产生至今已有4 0 多年的历史。它 的发展得益于各学科和技术的发展和渗透。多媒体技术、虚拟现实技术、数据库 技术、图形图像处理技术、网络与通信技术、网络存储技术等日新月异的进步将 为g i s 进一步快速发展提供极其便利的条件。另一方面，国民经济信息化建设步 伐的加快促使各行各业在地理空间数据获取、存储、处理、分析、使用以及数据 共享与服务等方面的需求日益强烈。此外，随着对地观测和各种数据采集技术的 不断发展，g i s 所处理的地理空间数据量空前增长。这些情况表明，g i s 只有走 网络化、智能化和多维动态的发展道路，才能符合社会经济发展的客观要求，才 能为各行各业提供高性能、高质量的空间信息服务。当前网络g i s 在兼收并蓄其 他领域理论和技术的基础上，已经逐步形成了自己的一套体系，并在发展中不断 扩张和完善。它也是目前乃至今后相当长一段时间内g i s 发展的象征。为此，本 文在当前g i s 在物流中的发展应用基础上，将网格g i s 引用到物流管理中，主要 进行了以下几个方面的研究工作： ( 1 ) 介绍了物流以及物流配送系统的概念、分类、特点以及流程等，分析 了g i s 的基本概念、特点、应用领域等。在此基础上，提出了基于g i s 的动态运 输路线的选择研究。 天津大学硕士论文第一章绪论 ( 2 ) 研究g i s 的发展历程，比较传统的g i s 、移动g i s 、w e b g i s 以及网格 g i s 的特点，将网格g i s 应用到物流管理中。介绍了网格技术的概念、特点、应 用领域以及体系结构；并介绍了网格g i s 的概念、特点以及体系结构。 ( 3 ) 分析研究了已有的研究成果“四重地理空间网格”模型框架，并在此 基础上加以改进，将基于中间件的网格资源控制管理用于该模型中，并在此模型 基础上，分析“数字物流”的概念，并建立了它的工程结构示意图以及详细分析 研究了“数字物流”的特点。 ( 4 ) 研究分析了智能代理中间件a g e n t 的基本理论、结构分类、模型的优 点以及在网格计算中的应用；将中间件a g e n t 技术改进于“四重地理空间网格” 模型框架中，提出了基于a g e n t 的网格资源控制体系结构a g r c ，详细给出了a g r c 中网格a g e n t 的结构以及组织形式，并经过实验验证了该结构的可行性。 ( 5 ) 总结了本文的研究内容，对将来网格g i s 技术应用与物理的信息管理 中进行了展望。 本论文包括以下三个创新点： ( 1 ) 基于g i s 在物流中的应用分析，提出了基于g i s 的动态运输路线的选 择研究。 ( 2 ) 将网格g i s 技术应用在物流管理中，分析了“数字物流”的概念以及 模型，实现大量数据处理分析以及共享，以完成物流和物流管理真正意义上的飞 跃。 ( 3 ) 将中间件a g e n t 技术改进于“四重地理空问网格”模型框架中，提出 了基于a g e n t 的网格资源控制体系结构a g r c ，详细给出了a g r c 中网格a g e n t 的 结构以及组织形式，并在实验基础上论证了该结构的可行性。 6 天津大学硕士论文第二章g i s 在物流中的应用技术研究 第二章g i s 在物流中的应用技术研究 物流及物流配送业务 2 1 1 物流概述 1 物流的概念 物流，简而言之，即是物质资料的流动。物流的概念最早在美国形成。目前 国际上还没有统一的定义，各国制定的标准也不一致，不同背景的人对其有不同 的认识。最初的物流认识来自生产过程的组织实践和产品销售的实际需要，我国 开始使用“物流”一词始于1 9 7 9 年6 月。 物流系统所具有的基本能力功能要素有效地组合、联结在一起，便成了 物流的总功能，便能合理、有效地实现物流系统的总目的。物流系统的功能要素 一般认为包括运输、储存保管、包装、装卸搬运、流通加工、配送、物流信息等。 物流系统的建立和运行，需要有大量的技术装备手段，这些手段的有机联系对物 流系统的运行有决定意义。这些要素对实现大量物流和某一方面的功能也是必不 可少的。要素主要有：物流设施；物流装备；物流工具；信息技术以及网络；组 织及管理【8 - 1 们。 2 物流的分类 社会经济领域中物流活动无处不在，许多有本身特点的领域都有自己特征的 物流活动，虽然物流基本要素都存在，而基本要素是共同的，但是由于物流的对 象、服务目的、服务范围、范畴不同等的诸多原因形成了不同类型的物流。根据 物流的研究范围可把物流分为宏观物流与微观物流，前者从社会再生产总体角度 认识和研究的物流活动，是物流的理论抽象；而后者是指消费者、生产企业所从 事的实际的、具体的物流活动。微观物流研究的特点是具体性和局部性，包括企 业物流、生产物流、供应物流、销售物流、同收物流、生活物流等。微观物流更 贴近具体的、企业的物流。 7 天津大学硕士论文第二章g i s 在物流中的应用技术研究 2 1 2 物流配送概述 1 配送的概念 配送的本义是运送、输送和交货。一般而言，配送是根据一定的用户需求， 在物流据点内进行分拣、配货等工作，并将配好的货物及时交给收货人的一个过 程。作为一种完善化的、高级的输送活动，一方面在向客户送货的过程中有确定 的组织和比较明确的供货渠道，以及相关的约束制度；另一方面送货建立在备货 和配货的基础之上，按照用户的要求进行组织和安排。配送不仅仅是一种强化服 务的手段，更重要的在于它是一种先进的物流方式和物流体制。从物流功能或物 流要素的角度来看，配送是多项目、多环节物流活动的有机结合，既有货物运输， 同时也包括集货、存储、分货、拣选、配装等活动。 2 配送的流程 按照不同产品、不同企业、不同流通环境的要求，经过较长时间的发展，国 内外创造出多种形式的配送，按照组织者的不同可以分为配送中心配送、仓库配 送、企业配送以及商店超市配送等。但是无论何种形式，配送的一般流程比较规 范，配送中心根据客户要求进货，在配送中心进行加工处理，然后经其他配送中 心或直接送给客户，但并不是所有的配送者按统一的过程进行。不同产品的配送 可能有独特之处，如燃料油配送就不存在配货、分放、配装工序，水泥及木材配 送又多出了一些流程加工的过程，而流通加工又可能在不同环节出现，配送流程 如 图2 1 配送流程 8 天津大学硕士论文第二章g i s 在物流中的应用技术研究 3 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 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，缩短配送路线从而使 单位存货、配送和管理的总策划能够本下降( 3 ) 配送提高了物流服务水准，简 化了手续、方便了客户，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。 4 物流配送的类型 按照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、美 的、长虹、康佳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 个大犁配送中心，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 拥有四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 9 天津大学硕士论文 第二章g i s 在物流中的应用技术研究 有的准物流企业、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。 2 2gis 系统概述 2 2 1g i s 技术的发展历史 g i s 的发展以应用为驱动，并以在不同应用领域日益增长的用户需求为导 向，不断改进和完善其自身功能，为更多的社会生产部门提供强大的空间信息服 务，并逐步走入社会大众的日常生产、生活中f l l 】。从技术上讲，g i s 的发展与进 步同计算机科学技术的迅速发展密不可分。计算机软硬件技术、网络通信技术的 迅猛发展为g i s 应用系统提供了强大的技术支撑和各种软硬件平台。g i s 属多学 科交叉的产物，它的发展必然受制于或受益于各学科的发展与进步。与此同时， g i s 的成熟与完善同样会推动相关学科的发展与进步【l2 1 。 1 国际上g i s 的发展 2 0 世纪6 0 年代是g i s 的开拓期。最初的g i s 源于地图制图应用。2 0 世纪 5 0 年代末和6 0 年代初，计算机开始在各个领域得到广泛应用，并很快地被用于 地理空间数据地存储、显示、处理和相关分析，使其成为地图信息存储和计算分 析处理的有力工具。2 0 世纪7 0 年代是g i s 的稳步发展期。这一时期的计算机软 硬件技术取得了较大的进步，从而推动了计算机应用的普及。2 0 世纪8 0 年代是 g i s 的应用推广期。这。时期计算机科学技术的飞速发展推动了g i s 技术的蓬勃 发展。2 0 世纪9 0 年代为g i s 的用户期。该时期计算机通信网络基础设施得到极 大改善和提高，特别是i n t c m e t 得到迅速普及与广泛应用，改变了传统的软件开 发模式和信息共享与服务方式。进入2 1 世纪以来，信息技术蓬勃发展，新理念、 新标准、新应用不断出现并得到推广，其中网络数据存储技术及高性能计算等技 术取得了长足进步。这些技术为g i s 向纵深发展奠定了坚实的基础。无线通信技 l o 天津大学硕七论文第二章g i s 在物流中的应用技术研究 术乘i 移动定位技术与g i s 技术的结合为空间信息服务增添了新的服务方式和经 济增长点。网格计算、虚拟现实、“3 s ”集成等更多高新技术的发展和应用，为 g i s 技术的发展和应用开辟了更多更新的前沿科研方向，g i s 的应用前景变得更 加广阔。可以预见，g i s 将为人类生产和生活带来越来越多的便利。 2 国内g i s 的发展 我国在g i s 领域的研究工作起步较晚。当前我国g i s 发展的策略是：在引进 和借鉴国外g i s 的技术基础上，不断研究开发具有自主版权的g i s 软硬件平台。 2 0 世纪8 0 年代初，中国科学院遥感应用研究所在全国率先成立了g i s 研究室， 这是我国开始g i s 研究开发工作的标志。“八五”计划期间是我国g i s 的快速发 展阶段。“十五”期间，我国继续支持和发展国产g i s 软件产业，实施第四代g i s 软件的研究与开发，并积极开拓国际市场f 1 3 】。 2 2 2g i s 技术的特点 g i s 属于信息系统的范畴，但其操作的数据对象主要为地理空间数据，这是 区别于一般信息系统的显著特点。以下从四个方面说明g i s 的主要特点： 空间数据组成g i s 在分析处理过程中，通过数据库管理系统将空间数 据和属性数据统一管理，以供分析和使用，即g i s 所处理的数据包括地理空间 数据和属性数据，同时也具有相应的元数据信息。这些数据具有数据量大、类型 复杂、来源广泛、非结构化等基本特征。同时，g i s 广泛应用于诸如“数字地球”、 “数字流域”、“数字文化遗产”等领域，其数据量一般可达到t b 级，因此g i s 中空间数据库的有效组织与构建是实现高性能g i s 应用系统的关键。 特有的空间分析能力g i s 利用窄问解析模型和应用分析模型来分析空 间数据，以实现快速的空间定位检索和复杂的查询功能。这些模型研究、设计的 优劣将决定g i s 建设的成败。 强大的图形处理功能和表达能力 一般的信息管理系统多用统计报表 和文档显示处理结果，g i s 除此功能外，还具备强大的图形处理和表达能力。 辅助决策支持空间分析是g i s 区别于其他类型管理系统的高级功 能，通过此项功能g i s 可为用户提供空问模拟和空问决策支持，并快速高效地 对决策方案进行评估。g i s 作为各种辅助决策支持的优秀工具，以其特有的专业 天津大学硕士论文第二章g i s 在物流中的应用技术研究 优势服务于多种应用领域，如国土管理、城市与交通规划、防震减灾以及其他各 项与空间信息相关的业务过程。 2 2 3g i s 的主要应用领域 g i s 的应用范围非常广泛。在全球范围内，g i s 可用于全球变化的监测与研 究；在国家范围内，g i s 可用于自然资源调查、环境研究、灾害预测和防治、国 民经济调查和宏观决策分析等；在城市范围内，g i s 可用于土地管理、环境保护、 交通规划、管线管理、市政工程服务和城市规划等；在企业范围内，g i s 可用于 指导生产和经营管理决策。g i s 的几个典型应用有“数字地球”、“数字流域”、 物流管理、军事、以及位置服务等。 2 3g i s 技术在物流配送中的应用 2 3 1g i s 在物流管理中的具体应用 ( 1 ) 提供模型参考数据在g i s 辅助下，结合各种选址模型，为物流配送 中心、连锁企业和仓库位置选址、中心辐射区范围的确定提供参考数据。 ( 2 ) 车辆监控和实时调度g i s 和g p s 集成并应用于物流车辆管理，为物 流监控中心及汽车驾驶人员提供各车辆的所在位置、行驶方向、速度等信息，实 现车辆监控和实时调度，减少物流实体存储与运送的成本，降低物流车辆的空载 率，从而提高整个物流系统的效率。 ( 3 ) 监控运输车辆的位置及工作状态物流监控中心在数字化地图上监控 运货车辆的位置和工作状态，并将最新的市场信息、路况信息及时反馈给运输车 辆，实现异地配载，从而使销售商更好地为客户、管理库存，加快物资和资金的 运转，降低各个环节的成本。对特种车辆进行安全监控，可为安全运输提供保障。 ( 4 ) 车辆导航利用“3 s ”与移动通信集成技术，物流监控和重新实时提 供被监控运输车辆的当前位置信息以及目的地的相关信息，以指导运输车辆迅速 到达目的地，节约成本。 ( 5 ) 选择最佳路径物流运输过程中，运输路径的选择意义重大，不仅涉 及物流配送的成本效益，而且关系到物流能否及时送达等环节。g i s 按照最短的 1 2 天津大学硕上论文第二章g i s 在物流中的应用技术研究 距离，或最短的时间，或最低运营成本等原则，可为物流管理提供满足不同要求 的最佳路径方案。 ( 6 ) 实现仓库立体式管理三维g i s 与条形码技术，p o s ( 销售时点信息 系统) 、射频技术以及闭路电视等多种自动识别技术相结合可以应用于物流企业 的仓库管理信息化，为仓库入库、存储、移动及出库等操作提供三维空间位置信 息，以更直观的方式实现仓库货物的立体式管理【1 4 - 1 8 1 。 2 3 2 基于g i s ( i t s ) 的动态运输路线的选择 1 运输路线选择模型大型的配送或运输系统的基本结构是一个复杂的 网络。在这个网络中，许多点如中心仓库、仓库、零售商通过物理的或概念性的 线段连接在一起，服务通常是大量的车辆在网络中各点运送货物来完成的。在这 个服务过程中，基本的运营问题是在己知的客户地点、需求的运输量情况下解决 车辆行驶路线和行程安排。图2 - - 2 是一个简单的运输网络，为低成本完成到客户 的配送，企业事先要根据客户信息、企业运输能力和配送网络的基本交通条件选 择一个最优路线进行配送，其路线选择模型为： 局= f ( c 1 ，c r ，c p ) ( 1 ) o客户超i 仃 图2 2 一个简单的运输网络 式中，r 表示选择的第，条路线：c i 表示客户信息( 包括地理位置、货物特性、 时间窗l 、需求的货运量等) ：c r 表示道路交通条件( 如路线运行时间、距离等) ：c p 天津大学硕士论文第二章g i s 在物流中的应用技术研究 表示企业的运输能力( 如车辆数、载重量、体积等) 。 对上述模型的求解，从已发表的大量运输路线选择模型的研究成果看，基本 上采用三种算法，即精确算法、启发式算法和智能算法。这些算法应用的背景是 在一个相对不变的道路交通环境中，即在算法设计中，假设表示的道路交通条件 ( 如车辆运行时间等) 在一定时期内是不变的，在这种假设条件下求解模型，设计 最优行驶路线n 卿0 。 2 动态运输路线选择模型 实际上，路网中的交通流量每时每刻都在变化，而车辆在路网中的运行时间 是随着交通流量的变化而变化的，简单的将其假设为固定不变的时间，必然导致 计算出的最优结果往往在实际运行中不是最优的线路，有时甚至是很差的路线： 如果将取为路线距离，更不能反映路网交通状况，而且可能导致选择的最优路线 是交通最拥挤的路线。随着城市社会经济的发展，交通拥挤问题越来越严重。由 于交通拥挤给企业带来的经济损失，是每个商业车辆运营企业必须面对的客观事 实心。因此，企业在进行运输路线选择时必须考虑道路交通环境可能对其运营产 生的影响，在设计运输调度模型和算法时要考虑道路交通条件。因此，必须根据 动态条件进行运输路线选择 钔( 如图2 3 ) 。 图2 3 动态运输路线的概念性模型 3 基于i t s 系统的动态运输路线选择 ( 1 ) i t s 的必要性随着城市化的进展和汽车的普及，交通运输问题日益 1 4 天津大学硕士论文第二章g i s 在物流中的应用技术研究 严重，道路车辆拥挤，交通事故频发，交通环境不断恶化。交通问题不仅在发展 中国家，就是在发达国家也是令人困扰的严重问题。解决交通问题的直接办法就 是提高路网的通行能力，但无论是哪个国家的大城市，可供修建道路的空间都很 有限，建设资金筹措也十分困难。同时，由于许多发展中国家大城市内的车辆时 速只有十多公里，使巨额投资所建成的道路网的潜力得不到充分的利用，多修道 路和市内桥梁不再是缓解巨大交通压力的好办法。“智能运输系统”实质上就是 利用高新技术对传统的运输系统进行改造而形成一种信息化、智能化、社会化的 新型运输系统。它使交通基础设施能发挥最大的效能，从而获得巨大的社会、经 济效益。 _ ( 2 ) i t s 在动态运输路线选择的应用目前，世界各国对i t s 的服务领域的 划分各不相同，但基本都包括以下服务领域：交通管理与规划、电子收费、出行 者信息服务、车辆安全与辅助驾驶、紧急事件和安全运营管理自动公路综合运输 【2 5 】 o 若将上述相近功能的实体归纳成系统和子系统，贝j j i t s 中有四个子系统即中 心子系统、出行者子系统( 或远程接入子系统) 、车辆子系统和路边子系统( 路侧 子系统) ，如图2 4 所示。 在传统运营管理系统中加入上述新技术后，随着信息处理技术和网络化技 术的进步、移动通讯手段的多样化、货物和车辆识别技术的进步、尤其是无线识 别技术的进步，统一管理物流的配送可能性加大( 如图2 - - 5 ) ，大大提高了信息 反应速度，增强了供应链的透明度和控制能力，提高了整个物流系统的效益和客 户服务的水平瞳引。 将g i s 应用于物流中心选址，使之得到的物流中心的位置更加准确，根据实 时动态交通条件进行路线选择，将智能运输系统( i t s ) 应用于动态路线选择。 从而使整个物流系统效率最大化，费用最小化。总之，g i s 、i t s 等技术将进一 步推动物流业的向前发展。 1 5 天津大学硕士论文 第二章g i s 在物流中的应用技术研究 2 4 本章小结 图2 4i t s 系统构成 本章主要研究了物流和物流的配送业务以及g i s 系统的特点，分析了g i s 在物流配送管理中的具体应用，并在此基础上提出了基于g i s 的动态运输路线的 选择研究。 1 6 天津大学硕士论文 第二章g i s 在物流中的应用技术研究 图2 5 配车送货系统流程框图 1 7 天津大学硕士论文第三章网格及网格g i s 技术的研究 第三章网格及网格g is 技术的研究 3 网格及其相关技术 3 1 1 网格的概念 网格就是一个集成的计算与资源环境，是将网络上的分布式计算资源整合在 一起而构成的一种拥有超级性能的虚拟计算系统。在这个虚拟计算系统里，每一 台参与计算的设备称为一个“节点”，而整个计算是由所有“节点”组成的“一 张网络”完成的。网格是由各种不同的硬件与软件组成的基础设施，它将高速互 联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，连接所有的 网络资源，实现资源共享和异地协同工作，支持开放标准和功能动态变化【27 1 。 网格概念的提出从根本上改变了人们对“计算”的看法，因为网格提供的是 与以往根本不同的计算方式。它突破了以往强加在计算资源上的诸如计算能力、 地理位置、共享与协作方式上的限制，使人们能以一种全新的、更自由的、更方 便的方式使用计算资源，解决复杂的问题。 3 1 2 网格的特点及目的 特点：网格作为种新出现的重要基础性设施，和其他系统相比，有 其鲜明的特点，这些特点对网格技术、网格建设以及网格应用都有着重要影响。 1 分布与共享性网格的分布性首先是指网格中的资源是分布式的，即组成 网格计算能力的不同计算节点、各种数据资源以及其他各种设备，物理上不是集 中在一起的，而是分布在不同地理位置的，这样的资源一般类型比较复杂、规模 较大，跨越的地理范围较广；其次，这种基于网格的计算是分布式计算，而不是 集中式计算。在网格的分布式计算环境下，需要解决资源与任务的分配和调度问 题、安全传输与通信问题、人机交互问题以及计算的实时性保障问题等。图3