1、本科毕业论文（20 届）基于 ARCGIS 的物流配送点选址和路径优化所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期基于 ARCGIS 的物流配送点选址和路径优化【摘要】现代物流对于电子商务的发展起到关键性的作用。本文基于 ARCGIS 9.3 软件，在介绍 GIS 网络分析和空间分析功能的基础上，基于 GIS 平台，结合环境的实际情况，针对电子商务，特别在节假活动期间的网购高峰期，造成在小区域范围内的短时间大批量的配送问题，实现配送点选址和配送路径的优化。【关键词】arcgis 空间分析 物流配送 中心选址 路径优化目录1. 引言 .11.1 GIS 与物流配送的发展现状 .11.2 课
2、题研究的意义与内容 .12.基于 GIS 物流配送的技术路线 .12.1 物流配送中心选址 .12.2 物流配送中心选址的原则 .12.3 物流配送中心选址的影响因素 .22.4 物流配送选址及路径优化流程图 .23 实例研究 .33.1 研究区域概况 .33.2 GIS 环境下物流中心选址的实现 .33.2.1 数据的组织 .33.2.2 派生数据集 .33.3 计算乡镇之间的最短距离 .63.3.1 自动生成距离 .63.3.2 建立道路网络数据集 .63.3.3 最短路径分析 .65. 结论与展望 .8致谢 .9参考文献 .1011.引言1.1 GIS 与物流配送的发展现状随着交通设施的
3、逐步建成，物流业作为现代企业竞争的另一主要利润来源和电子商务发展的基础，其发展受到越来越多人的关注。在针对小范围、大批量的配送中，建立健全的配送系统是提高物流效率的重要保障。传统的城市物流配送中心在选址和布局时，大多是依靠人的主观判断和历史经验的推断来决定的，缺乏了客观性和科学性。在对客户、设施的空间分布及车辆调度方面不能达到直观的可视化管理，而且很难对比较复杂的业务进行规划和分析。人们经过不断的探究、尝试，总结出许多配送点选址的模型和路径优化算法。选址模型种类繁多，大致分为定性和定向两大类。常见使用的有定性模型结合 AHP（层次分析法）和模糊综合评价对各方案指标进行评价，找出最优点；定量模型
4、主要有重心模型、鲍姆尔沃夫模型等。这些模型的特点是简单实用，但是具有较强的主观性，不能综合的考虑实际地形或地价等经济因素而使候选点与配送点的合理性存在差距。在路径优化方面，如经典的 dijstra 算法、蚁群算法等，但是这些算法复杂度较高，运算时耗时较长而不便于使用。1.2 课题研究的意义与内容物流配送点选址作为物流配送过程中的中转站是物流中十分重要的一部分。事实上，随着 GIS 的开发与发展，越来越多人把目光放在基于 GIS 等先进手段来进行物流配送问题的研究，并取得了不少的成果。针对模型及算法所存在的缺陷，本文利用 arcgis9.3 desktop 综合实际的地形、道路情况、人口分布等多
5、个影响因素对物流配送点进行分析，在平和县 15 个乡镇中选取其中 5 个乡镇作为配送点。再利用这 5 个配送点求出与其他乡镇的最短路径，将物资配送至其相邻乡镇，从而减少物流运输的车辆以达到降低物流运输的成本。最后运用软件中最短路径的工具直观的显示配送点至需求点的路径、距离及走向。克服了传统选址考虑单一的问题，又能直观的显示路径分析的结果。GIS 本身是个很强大的信息系统，具有对海量数据进行管理、处理和分析功能，利用 GIS 平台在分析物流配送点的选址及路径优化都具有天然的优势。2.基于 GIS 物流配送的技术路线2.1 物流配送中心选址从小范围来看，物流中心点占地较大，辐射范围广，在小范围交通
6、较不发达地区选择合理的物流中心点能有效节省费用，提高城镇之间的物流配送效率，保证物流的平衡发展。对于一个县城而言，目前的物流配送服务并不完善。如何快速将集中的货物运转至各个乡镇是提高物流效率的一个重要问题。从大范围来看，现代经济社会高速发展，物流作为企业竞争的另一主要利润来源，如何提高物流配送效率，直接影响它的经济利益、资源的配置及企业的改革发展。因此，合理选择配送中心点不仅有益于中心点建成后的运作、对物流的控制水平及工作效率，也影响其所依托的地区的经济和环境发展。本文以福建省平和县为研究区域，对平和县区域内的 15 个乡镇进行综合分析从中选取不多于 5 个乡镇作为物流配送的中心点，当货物由上
7、一级（市区）配送点流动到该县，由该县的物流总站（县城）先将货物分别转运至其余 5 个配送点，再由着 5 个配送点将货物运送至其相邻的乡镇。运用这样的配送模式，将有效的提高物流的速度，并在一定程度上较少了物流的费用。2.2 物流配送中心选址的原则物流配送点选址的合理性不仅仅关系到物流的服务质量，更重要的是考虑到如何提高物流系统的整体经济效益来提高企业的利益。而提高经济效益的一个主要途径就是降低成本，例如合理安排配送2车辆、拥有良好的交通条件，就可以有效降低配送中的成本。结合各方面，从以下几点分析配送点选址的原则：1）经济性：经济性是任何商、企业首先考虑的因素。物流配送中心点选址的经济性包括：选址
8、的地价、配送点的建设投资以及因配送距离造成的运输成本，并且重视现有设施的利用改造。土地资源的有限性、交通需求空间的矛盾是当前我国首要解决的城市问题之一，配送中心的选址需充分考虑节约土地资源。2）科学性：系统性、科学性的物流配送中心依赖于合理的分析和系统设计。配送中心的科学性要求区域内各个配送中心的合理分布及一定的布局距离，同时需要考虑物流配送中心带来的噪声和污染等的影响，因此不能选在离居民点等公共场所较近的地方。3）便利性：便利性包括两方面。一是配送点与配送终端（即顾客）的距离及交通的便利；二是配送点与上一级配送源的货物流通的便利，因此配送点应选择相对空旷且利于区际贸易的地方。2.3 物流配送
9、中心选址的影响因素 物流配送中心的选址是物流的核心部分，物流配送中心的选址涉及到许多方面的问题，主要概括为一下四个，包括：1）社会环境问题：在城市区域内小范围的物流配送应考虑在人口分布较密集的地区。其一，方便当地的物流配送；其二是方便将该点作为中转站向与其他偏远地区的物资流动。2）周围交通问题：物流中最主要的就是交通问题，距离主要交通干道越近，则运输成本越低。但是要考虑到在交通发达地带其低价相对较高，所以要选择与交通干道距离合理的地方。3）经济问题：考虑到配送点的设施及维护和配送点密度，应保证在最小建设投资上设置合理数量的配送点。4）地理环境问题：由于配送地点需能存放较多的物品所以所需空间较大
10、，所以应尽量选在有较大面积的地势平坦、比较空旷的地方。2.4 物流配送选址及路径优化流程图综合各影响因素，本文设计的物流配送点选址及路径优化的技术路线如下图 21：乡镇点分布 dem 数据 道路分布图点缓冲区分析 坡度图 道路缓冲区分析点缓冲区重分类 坡度重分类 道路缓冲区重分类叠加分析 建立道路网络数据集最短路径分析图 21 配送中心点选址及路径优化流程图33 实例研究由 ESRI 公司开发的 ARCGIS 系列软件，其功能齐全，有较完善的空间分析工具，并且操作简单。利用 ARCGIS 软件的空间分析进行制作坡度图、缓冲区分析、叠加分析、重分类、最短路径分析等操作，可快速简单的实现一个小范围
11、区域内物流配送中心点的选址及布局。根据上述分析利用 ARCGIS实现选址过程如下：3.1 研究区域概况本文以福建省平和县地区为例，对平和县地区物流配送中心选址优化及布局。该区域有15个乡镇，包括10个镇：小溪镇、山格镇、文峰镇、九峰镇、大溪镇、安厚镇、南胜镇、霞寨镇、坂仔镇、芦溪镇；5个乡：国强乡、长乐乡、五寨乡、秀峰乡、崎岭乡。平和县位于福建省漳州市的西南部， 地 理位置为北纬240 2-2435， 东经为1 1654-11731。 东 边 紧 邻 龙 海 市 、 漳 浦 县 ， 西 部 毗 邻 广 东 ， 南 靠 云 霄 、诏 安县，北与南靖、龙岩永定县相接，区位优势十分明显。平和县山地较
12、多，且平均海拔较高，河谷、盆地、小平原错落其间，地形起伏较大。因此在选址过程中，要充分考虑由于地形起伏不同带来的物流配送中的消费问题。在选址时需要综合的考虑地段的租金、面积、土地利用、坡度以及网点可辐射范围等因素，结合分析选出适宜区域作为目标中心点。3.2 GIS 环境下物流中心选址的实现本文基于 GIS 环境下借助 ARCGIS9.3 软件完成分析过程，在平和县全县 15 个乡镇中选出其中 5个做为物流配送的中心点。做如下述操作：3.2.1 数据的组织根据分析的影响因素，对区域内相关的空间实体用 Arcgis 软件进行数字化，并赋予相应的属性数据，得到平和县各个乡镇点分布图、主要交通干道图。
13、在软件中加载用于分析的所有图层数据。3.2.2 对各个图层进行处理，派生数据集对居民点进行缓冲区分析。考虑到距离成本问题，因此设点每个配送网点最大距离为 500 米，以便物流的及时配送。由于配送点运营产生的噪音和污染问题，要求在 500 米的缓冲区内配送点应在居民点及商业网点等的 200 之外，得到如下图 31 的结果；图 31 居民点的缓冲区图同理，利用缓冲区分析交通干道，交通便利是物流核心部分，因此设定配送点距离主要交通干道4不超过 100 米，得到如下图 32 的结果：图 32 主要交通要道缓冲区图在 arcgis 软件空间分析模块中的提取坡度工具，制作坡度图，如下图 33 的结果：图
14、33 坡度图对各个派生数据集进行重分类，使用重分类工具，给各个数据集重新划分等级，越符合条件的区域赋予较高的值，不符合条件的区域赋予较小的值。例如：在坡度图中，坡度最低的等级赋予最高的值，坡度次低的等级赋予次一级的数值，以此类推，进行重分类。如下图 34 的结果：5图 34 对坡度图进行重分类的结果对各个影响因素赋予权重，权重的计算采用许捍卫等 基于 arc Engine 的 GIS 三维功能开发技术4研究中提到的排序倒数法进行计算，即将所有的影响因素按照升序或降序的顺序排列，将影响最大的因素赋予最低值 1，以此类推并利用公式一计算出各个影响因素的权值：（31）)/1(jjrW其中： 是第 j
15、 个影响因素的归一化权重值； 是第 j 个影响因素在影响因素序列中的序列号。上式jWj中，分子表示每个影响因素的权重，分母表示多条影响因素的权重之和。按照此计算公式得出各个影响因素的权重值分别为：主要交通要道的权值为 6/11，乡镇点的权值为 2/11，坡度的权值为 3/11。最后利用空间分析模块中的栅格计算（Raster calculator）将各个图层数据进行叠加操作，得出符合条件的区域。其计算公式为：Distance to 道路 * 6/11 + Distance to 点 * 2/11 + 坡度重分类 *3/11 （32）计算之后产生如下图 45 的结果：图 35 选取的 5 个配送点
16、将得出的结果图按等级显示，设置等级越高在图层上显示为颜色越深，即越适宜建设物流配送点的6区域。最后根据结果的显示，结合实际选取与其最近的乡镇最为配送点。得出平和县包括县城在内的5 个配送点为：小溪镇、霞寨镇、坂仔镇、国强乡、崎岭乡。3.3 计算乡镇之间的最短距离加载已知的道路图、配送点及乡镇点信息图层。在道路图层的属性表中添加“距离”属性，并自动生成道路距离，3.3.1 自动生成距离在道路图层属性表中生成道路的距离属性，单位为米。如下图：图 36 生成的距离属性3.3.2 利用 arccatolog 建立道路网络数据集提取乡镇点的信息，将所有点拓扑到道路的节点上。3.3.3 最短路径分析网络分
17、析中最近设施。以乡镇点作为目的地，配送点为出发地，对各个目的地进行最短路径分析。由于具有多个出发点，且出发地与目的地数量不同，故在 closest facility 的属性中设置分析时每个目的地寻求 3 条最短路径。得出最短路径如下图：37 最短路径图得到与配送点与配送的乡镇及距离如下图：7图 38 所有路径距离图以 name 排序，保留到每个目的地的最短距离，最终得到如下图结果：图 39 配送乡镇的最短距离图这样，当货物在到达平和县城的小溪镇经过分拣后，将有 5 辆车同时将货物运至其他 4 个配送点作为中转站，货物到达配送点后再进行分拣将货物转运至该配送点的下一级乡镇。例如：由坂仔镇负责南胜镇、五寨乡的物流配送；由崎岭乡负责九峰镇、长乐乡、秀峰乡的物流配送。如下图：图 310 配送点的物资流向
