GIS支持下的物流配送系统研究.pdf

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1、第 3 3 卷第 1 期 2 0 0 9 年 2月 江西师范大学学报(自然科学版)J O U R N A L O F J I A N G X I N O R M A L U N I V E R S I T Y(N A T U R A L S C I E N C E)V0 1 3 3 N o 1 E e b 2 0 0 9 文章编号：1 0 0 0-5 8 6 2(2 0 0 9 0 1 0 0 9 2 0 4 G I S支持下的物流配送系统研究 黄作维，张喜梅(湖南工业大学 计算机与通信学院，湖南 株洲4 1 2 0 0 0)摘 要：针对城市物流配送的特点，利用 G R U D F(G I S

2、 通用开发框架)和 G P R S 技术，提出了切合实际的系统 集成方案，对数据集成与功能集成进行了深入探讨，使能够提供一般性的物流配送调度功能，在 G I S平台 上进行了物流系统的整体设计与动态路径规划实现，使系统能对企业的物流配送过程进行时间和空问上 的实时动态管理，在可视化、智能化的信息乎台实现高效、便捷的物流配送，提供优化决策方案 关 键词：物流配送；路径优化；地理信息系统；动态路径调度；C I s 通用开发框架 中图分类号：T P 3 1 1 文献标识码：A 物流作为物体在时间和空间上的位移，对地理空间具有较大的依赖性，基于 G I S技术的物流配送系统对 于物流的可视化、实时动态

3、管理和辅助决策分析等具有重大的意义 G I S 技术与现代物流信息技术的飞速发 展，使二者集成成为物流信息技术发展的必然趋势，现代物流信息系统可以理解为从地理分析或空间分析 以及可视化的角度出发，以G I S 技术为基础，并辅之以定位技术、通信技术和 W E B 技术进行物流作业和物流 辅助决策的实时、动态的物流信息系统 最近几年，美国 E s R I 公司的 A r c G I S系列产品提供的物流解决方案，在国外物流企业已经得到广泛应用并为企业取得 明显效益，其方案便于企业基于属性数据和图形数据的结 合对分区进行科学、规范的管理，并且可以优化车辆与人员的调度，最大限度地利用人力、物力资源，

4、使货物 配送达到最优化 对于物流中的许多重要决策问题，如配送 中心的选址、货物组配方案、运输 的最佳路径、最 优库存控制等方面，都可以得到更好的解决 本文提出并构建了基于 G I S 的适合物流配送的一般性的网络拓 扑结构，并对 R G U D F(G I S 通用开发框架)进行了改进，使它能够提供一般性 的物流配送功能，将 G P S G P R S 技术同 G I S，物流配送技术三者结合起来，实现了动态路径调度 1 P r 0 G I S简介 P o rG I S 是浙大智能软件公司为了提高 G I S 应用软件的开发效率和软件复用度，受到 N e tF r a m e w o r k

5、思想 的启发，采用的通用开发框架 R G U D F，其中一个重要的组成部分就是 G I S 应用通用开发框架 P o r G I S，它为上 层 C#N E T开发者提供 了一个方便实用的 G I S开发框架 通用软件开发框架 R G U D F能够兼容不同的 G I S平 台和不同的数据库系统，使得用户在更换了 G I S平台和数据库系统后，原有系统在尽可能少的改动下实现整 体迁移升级；为应用层开发者提供强大而方便 的功能接 口，让上层更多地关注具体业务逻辑，提高开发效 率，加快开发进度 框架能够适应多种 G I S 应用开发的需要，在开发中提供一个基础平 台和一般性解决方案，为系统开发中

6、的若干常见需求提供统一可行的解决方案，缩短开发时间、提高开发效率、降低开发成本 具 有以下优点：(1)通用性：针对不同项目的开发需要，在整体框架上提供基础支持；(2)易用性：框架提供了众 多的功能接口，二次开发人员只要使用这些接口就能达到期望的效果 省去了编写复杂的底层实现代码，将 更多的精力投入到解决项目 专业逻辑内容；(3)可扩展性：框架具有良好的扩展性 可根据以后项目的具体要 求进行升级，可以集成和添加新 的功能 甚至能够考虑接收第三方的插件，以插件形式来实现功能扩展；(4)收稿 日期：2 0 0 8 0 6-2 2 基金项 目：福建省 自然科学基金项 目(E 2 0 0 6 7 8 7

7、 8 1 9 7)作者简介：黄作维(1 9 7 7 一)，男，湖南隆回人，讲师，硕士，主要从事 3 s 技术与计算机软件的研究 第 1 期 黄作维，等：G I S 支持下的物流配送系统研究 9 3 易维护性：框架结构清晰，功能明确，设计 和实现拥有完整 的设计文档和使用说 明，在未来软件技术发展和 市场发展的需要下，后续人员可以轻松地对系统进行维护升级等 2 系统设计 2 1 系统集成总体设计 f I n t e r n e t 发 布 I i 申_ I G I S -l A r c I M S n I I G P s 服 务l 一G s M 短 信 中 l I(二 地 理 空 间 数 据 物

8、 流 系 统 数 据 匝 2 2 1 车辆基础信 息管理和配置 以 G I S平 台作为依 托，为公路、城市、收费站和车辆等地理对象提供可视化 的用户界面 并提供对象及对象问关系的各种属性信 息 查询和配置，为物流商提供方便快捷的基础信息管理和建 设的系统模块 系统将现有的各种相关信息进行量化，使它 能够通过计算确定所需要的结果和所要进行的处理 2 2 2 货物运输路 径调度 综合考虑时 间和费用 等多 种因素，结合 G I S的空间分析功能，建立运输优选路径评 价模型 最终在 G I S上实现优选路径选择，初步功能是用 户只要输入 出发地 和 目的地，系统就会根据基础信息 以 基于 GI S

9、 的 物流 配送 系统 基本信息管理 电子地图 道路信 息管理 车辆信 息管理 网络模型建立 电子地图浏览 地 理信息查询 亟 实时监控(调度)动态路径调度 车辆实时位置查询 及 G I S 序生成一些优选路径 用户 可以根据这些信息 的 图2 系统的功能设计 空间分析功能按照一定推荐顺序(如遇 自然灾害等特殊情况除外)进行货物的发送 进一步的功能，可以考 虑更多因素，如仓库分布、配送区域划分等因素来计算优选路径 2 2 3 车辆调度 管理 分为正常调度和紧急调度(分 内部事故和外部事故)在 已有的最优路径的基础上，根据现有的车辆信息，对运输车辆进行动态调配管理 有可能的话，系统还将更系统地考

10、虑发货要求，安排 合理的配运方案和车辆实时位置查询，以适应一些市内物流配送企业或长途物流配送企业进一步优化物流 运输配送的要求 2 3 配送路径的优化设计 配送路径的优化是在道路 网络拓扑的基础上进行的 它描述 了网络 中点、线、面的连通关系即拓扑关 系 提取和构建城市道路网络拓扑结构是指：从矢量地图中提取道路网中各路段的属性数据以及各交叉路 口的坐标信息，并利用提取的网络拓扑信息，通过适当的数据结构来正确构建道路网络拓扑结构 系统采用 M o N e t B r o k e r，它是 E S R I M a p O b j e c ts 开发包产品，以 O C X控件和类型库的方式提供给那些

11、熟悉 M a p O b j e c t s 的开发人员，帮助他们利用 M a p O b j e c t s 中的数据图层，方便地实现几何网络的连通性分析、非连通 分析、两点路径分析、多点路由分析等强大的功能。M o N e t B r o k e r 可以紧密并方便地与 M a p O b j e c ts 相结合，实现 高效的网络连通性分析和路径分析等功能 并且具有结点转向和线路单行控制、末梢点线选择等丰富的处 理能力 M o N e tB r o k e r 可以直接读取来 自M o M a p的图层数据 M a p L a y e r，而且将结果可以直接返回成 M o S tr in

12、 g s 和 M o R e c o r d s e t 的类型，实现了与 M O的无缝集成 也就是说，只要是 M a p O b j e c t s 能够加载的矢量数据格式，江西师范大学学报(自然科学版)2 O O 9 正 M o N e t B ro k e r 都可以普遍支持 比如，C o v e r a g e，A r c S D E，S h a p e F il e，C A D，V P F等等，另外，M o N e t B r o k e r 还可以支 持逗号分隔文本等格式，并且可以根据空间坐标自动建立网络拓扑，由于采用内存的动态分配，利用内部优 化的存储结构和算法，使 M o N

13、e t B r o k e r 的性能和效率得以很好的保证 3 系统的实现 3 1 数据准备与道路拓扑 系统以 E R S I 公司的 A r c G I S为平台，进行物流配送 系统二次开发，充分利用 E R S I 公 司提供 的二次开发 组件 Ma p O b j e c t s，结合配送模型进行应用开发 开发环境为：G I S平 台用 E S R I 公司的 G I S平台 A r c V i e w 8 0和 二次开发组件 M 印0 b j e c t 2 3；选用 S D E与关系数据库 S Q L s e r v e r 的集成来实现数据库管理，S o L 8 e l v e t

14、 提供海 量数据存储，系统运行比较稳定，S D E 与之集成可以更加高效地从数据库中获得空间数据和属性数据；编程 用 V B与 M O，可视化编程环境 V B可以与A r c G I S 较好地融合在一起，事件驱动编程机制使得 v B与 M O结合 可以轻松实现 G I S 功能 基本资料有 1：1 0 万的福州市交通图、遥感影像图、行政区划图以及各类调查统计资料，这些基本资料产 生了背景数据库中的数据 空间数据主要包括与地理位置及形状相关联的空问几何对象及网络拓扑模型，属性数据描述几何对象的特性如：名称、周长、O b j e c t l d 等 其中道路车辆数据库是 自建的数据库，用于在使用

15、 不提供网络分析功能的底层控件时的路径规划求解，主要包括与道路状况相关联的数据，利用 X 2 N e t 3 0控件 作为 G I S的支撑平台，使用 R G U D F作为物流配送系统开发框架，实现地图的制图、浏览、显示和路径调度等 功能，并使用 G P s c P R S 技术，实现路径动态调度，其整体系统架构如图 3 所示 空间地理数据和物流信息数 据共同对配送决策产生作用，缺一不可 对于配送路径的优化问题，空间地理数据显得更为重要 空间数据 主要指配送中的有关道路网络地理信息，可以利用现有的道路网络 C A D文件(*d w g 格式)，在 A r c I N F O系 统下转换为 M

16、a p O b j e c t s 可用的 S h a p e F i l e 数据格式 系统所采用 的电子地图数据，在 A r c G I S环境下可 以直接 使用，但由于本系统采用的是 Ma p O b j e c t s 组件，所以在使用之前还要利用 A r c T o o l s B o x 进行相应的数据转换，生成 M a p O b j e c t s 可以直接 使用 的数据 S h a p e文件，同时有*s h p、*s h x、*d b f 等文件产生，其 中主文件(*s h p)包含几何形状，索引文件(*s h x)包含数据的索引，数据库文件(*d b f)包含图形的属性，

17、这几个文 件对路径优化分析是必需的 3 2 动态路径调度设计 要实现动态路径调度，其中最关键的是要知道当前 车辆所在的位置，鉴于 目前有很多第三方物流公司都配 备 了 G P S系统，我们可以在 它的基础上实现动态路径调 度，车载 G P S 终端分布在各个移动车辆上，负责接受 G P S 卫星定位信息，通过数据控制处理器解算出车辆所处 的 位置坐标，坐标数据经过处理后通过符合 G S M标准的无 地理空间数据库l l 道路车辆数据库l I G P S 采集 X 2 n e t 3 0 平台控件 P r o G I S 通用框架 G P R S 通信 基于G I s 的物流配送 系统的具体应用

18、 地图 浏览 模块l f 路径调 度模块l 其 他功能模块 线 G P R S 模块，将数据发送到系统 中来 以 G P R S S e r v e r 图3 系统整体架构图 控件作为系统与 G P R S信息交互的中间件，这样该车辆 的地理信息就可以与系统上 的 G I S地图进行匹配，并 在地图上动态显示坐标的正确位置 这样我们可以直接实时地掌握车辆的动态信息(位置、速度、车况、等)其中最主要的就是当通过分析各种用户需求和现实物流系统 中的实际应用 当出现如下情况时，采用动态 处理策略：新需求出现，当出现新需求时其调度策略如下：(1)确定位置、需求量；(2)在系统中搜寻派出车辆 的行车路线

19、，检查各服务车辆满足服务后的剩余车载量，从中找出能满足新需求量的车辆集合(3)从这些车 辆集合中找出其行驶线路离新需求最近的车辆(4)用最近插入法则把新需求插入到服务车辆的行车路线当 中，再以当前车辆所在点为出发点，把它看作一个新的T S P问题通过调用 P o r G i s 路径调度算法库中的算法进 行求解 (5)确认是否重新派车完成新需求 车辆位置的变化；即当车辆由于种种原因没按预期在优化线路上 行驶时，只要调用上面的(4)即可解决 路况变化；是动态调度最常用的情况 是由于路段拥挤、堵塞等原因造 第 1 期 黄作维，等：G I S支持下的物流配送系统研究 成在网络拓扑图中边的权重发生了变

20、化 的情况 举个简单的例子，在市内交通中，下班时间道路的通行时间要明 显比平时长 在这种情况下，我们有必要对路径进行重新调度，以得到更优的效益，解决策略流程如图 4 所示 3 3 功能实现 系统基于网络化、地 图化和开放式环境，集物流信息采 集、编辑、查询、车辆导航、动态路径调度等功能为一体，系 统主界面如图 5 采用 M o N e t B r o k e r 建 立道路图层 的网络模 型，求配送点对点 的最短路径可 以用 D i j k s t r a 算 法，以鼠标 选择起点和终点之后可 以在图 中得 到最短路径，并高亮显 示，并在界面的下面显示途径的路线 初始调度方案形成 执行调度，服

21、务车辆出发 车辆位置变化 一 新 需 求 出 现 量 1 通 过 G P R s 服 务 得 到 路况变化 l当 前车辆位置 4 结束语 现代物流系统已经进入了自 动化、信息化、网络化、智 哧 。能化的发展阶段 而在整个物流系统 中，运输成本 占物流成 本的很大一部分，降低运输成本主要途径是通过车辆路径 以当前车辆位置作 出 发点做重新路径调度 图 4 流程 图 优化来实现，G I S 技术在物流领域中的应用，使现代物流管理正在跨入智能化管理的领域，实现物流信息化，物流信息化的直接结果是信息流动的加快、信息流动的及时准确，而信息的迅速流动直接关系到物流的工 作流程的平衡 基于 G I S 的配

22、送系统的可视化集成，为物流企业辅助决策提供了现代化的可视化信息平台解 决方案，将 G I S 应用于物流配送系统 中，可以在使配送系统决策在可视化、效率和可靠性等方面得到改善 参考文献：1 R ana l d H B a o l l o n 企业物流管理一供应链的规划、组织和控制 M 王晓东，胡瑞娟译 北京：机械工业出版社，2 O O 2 2 谢秉磊，郭耀煌 动态车辆路径问题：现状与展望 J 系统工程理论方法应用，2 0 0 2(2)：3 4 _ 4 6 3 T 锄 K C，l e e T H，0 u K，e t a 1 A m e s s y g e n e t i c a l g o r

23、i t h m f o r t h e v e h i c l e mu t i n g p r o b l e m w i t h ti m e w i n d o w c o n s tr a i n t s p i s t a c a w a y：I E E E S e r v i c e C e n t e r，2 0 0 1 4 胡志杰 基于 A r c G I S的物流配送系统集成研究 J 物流技术，2 0 0 5(3)：4 5 47 5 刘云翔 基于城市道路网的最短路径分析解决方案 J 小型微型计算机系统，2 0 0 3(7)：2 3 2 6 6 Y e z W，Z h e n

24、g Z B R e s e a r c h O i l th e c o n fi g u r a t i o n o f p a r a m e t e m、口、p i n a n t a l g o ri t h m e x e m p l ifi e d b y T S P J j P r o c e e d i n g s o f t h e I n t e ma t i o n a l C o n f e r e n c e o n M a c hi n e I e a m i n g a n d C y b e me t i c s，2 0 0 3(4)：2 1 0 6-2 1 1

25、 1 7 王亦鹏，王红卫 G I S在敏捷运输路径选择中的应用 J 计算机工程与应用，2 0 0 2(9)：1 8 2 0 8 刘志强，许乐 G I S在企业物流管理中的应用 J 测绘通报，2 0 0 1(5)：2 2 2 5 9 朱凌 A r e G I S的特点极其 Ma p o b j e c t s C o n t r o l 版的使用体会 J 北京测绘，2 0 0 4(1)：1 6-1 8 1 0 Ma r o V l a e h o p o u l o u，G e o r g e S il l e o s，V a s s i l i k i M a n t h o u G e o

26、g r a p hic I n f o r m a t i o n S y s t e m s i n Wa r e h o u s e S i t e Sel e c ti o n D e c i s i o nsl J J h l t J P I ld l l c ti o n E c o n o mi c s，2 0 o l，7 1：2 0 5 2 1 2 Re s e ar c h o n Lo g i s tic s Di s t r i b u t i o n S y s t e m Ba s e d o n GI S HUANG Zu o we i ZHANG Xi me i (

27、C o l h e of C o m p u t e r a n d C o m m u n i ta t i o n H u n a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，Z h u z h o u H u n a n 4 1 2 0 0 0，C h i n a)Abs t r a c t：I n t h i s p a p e r p u t f o r wa r d a p r a c t i c a l s y s t e m i n t e g r a t i o n s o l u t i o n，d a t a i n t e

28、 g r a t i o n a n d f u n c t i o n a l i n t e g r a t i o n h a s c o n d u c t e d i n d e p th s t u d y t o e n a b l e i t t o p r o v i d e a g e n e r a l d i s t r i b u t i o n s c h e d u l i n g F un c t i o n，i n GI S p l a tf o r m o n t h e l o g i s t i e s o f i t s o v e r a l l d

29、 e s i g n and r e a l i z a t i o n o f d y n a mi c p a th p l a n n i n g，l o g i s t i c s a n d d i s t r i b u t i o n e n t e r p ri s e s i n the p r o c e s s o f t i me and s p a c e o n the r e a l-t i me d y n a mi c mana g e me n t，t o a c h i e v e e ffic i e n t and c o n v e n i e n

30、t L o g i s t i c s and d i s t r i b u t i o n，p r o v i d i n g o p t i ma l d e c i s i o n ma k i n g s o l u t i o n wi th v i s u a l a n d i n t e l l i g e n t i n f o r ma t i o n p l a t f o rm Ke y wo r ds：l og i s t i c s d i s t r i b u t i o n；Opt i mi zat i o n o f rou t i n g；GI S；Dy n a mi c r o u t i n g p r o g r a mmi n g；GI S g e n e r a l d e v e l o p me n t f r a m e w o r k (责任编辑：冉小晓)