基于ArcGIS的物流配送车辆调度系统设计图文精

1、设计者:杨松,刘士广,侯一萌,(南京农业大学 工学院 江苏 南京 210031摘要 本文首先对现代物流配送车辆调度系统和地理信息系统 (GIS 的特点进行了 分析,提出 GIS 与配送系统集成的必要性;在此基础上,提出了基于 ArcGIS 的物流配 送系统集成的总体设计框架。最后利用 Visual Basic 开发环境,调用 ArcGIS 生成的电 子地图和数据库,达到物流配送车辆优化调度的集成系统设计。关键字:物流配送;车辆优化调度; ArcGIS ; Visual Basic;集成1. 研究背景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。配送系 统的最终目标是降低成本

2、,从而获取“第三利润” 。其中,车辆优化调度是物流配送系 统优化的关键。随着现代物流业的快速发展,物流信息量地迅速增加,对配送系统的要求也更高。 在货物需求信息复杂, 拥有运输车辆较多的情况下, 单纯采用人工办法在规定时间内连 续确定运输车辆整体调度的每日最佳方案显然是不可能实现的。 因此, 提高系统决策的 科学性, 可视性和信息化程度非常必要, 而 GIS 与物流配送系统的集成则能很好的实现 这一目标。本系统选用 ESRI 公司推出的一条为不同需求层次用户提供的全面的、 可伸缩的 GIS 产品线和解决方案 ArcGIS Desktop以及面向对象的编程工具 VB6.0构成开发环境, 实现 G

3、IS 与物流配送车辆优化调度系统的集成。2.GIS 与车辆优化调度系统物流活动作为物体在空间上的移动,是时间和空间的集合。由此,与空间有关的地 理信息系统(GIS 便有了用武之地。基于 GIS 的车辆优化调度系统以区域电子地图为 基础地理信息来源, 同时可以连接各种动态数据库。 它为用户的商业配送业务提供全面 的解决方案、信息搜索、管理、统计分析。由此可知。基于 GIS 的物流配送系统集成是物流配送现代化的必然方向。但目前, 将 GIS 技术引入到物流配送系统中,实现过程中仍然有不少技术上的困难。主要表现在:(1前期的地理空间、属性数据的采集以及更新困难。主要包括各种影响因素的 定量化和路况等

4、数据的实时更新方面。(2 GIS 空间分析与配送模型的集成。传统模型多为理想的图或者网络模型,忽 视了地理空间数据对配送优化的巨大影响, 如何将传统的理想模型转换为接近实际的模 型,并于 GIS 空间分析功能相结合,是目前最需要解决的问题。(3计算机提供的最优决策方案的评价。由于评价的标准不一样,常出现分析出 的最优结果不是我们所想要的结果, 如何对计算机分析的最优性进行评价, 并使其与人 的主观经验相结合,也是当前碰到的难题之一。3. 集成系统的基础设计3.1 VRP 问题的模型及节约算法编程实现假设配送中心的编号为 0, 各客户点的编号为 i ( i = 1, 2, , h ,各车的编号为

5、 s ( s = 1, 2, , k 。我们来建立数学模型 , 建立模型的目标就是要使总的运输成本最小。一般情况下 , 运输成本与车辆行驶路径成正比 , 行驶路径越短 , 车辆的耗油量越少 , 司机的工作时 间越少 , 总的运输费用也就越少。因此建立如下以行驶路径最短作为目标函数的数学模 型 :001m in h h kij ijs i j s D CX = . .(1(110,1,., 1n ij i X j n +=+ .(20, 1, 2,., ; h js s ijs i Xy j h = .(3, 1, 2,., ; his s ijs j X y i h = . .(40, h s

6、 si is i gy q = .(5 11,2,., 01i h kisk i s y = . .(6在上述模型中 :(1式为目标函数 ,Cij 表示从客户点 i 到客户点 j 的运输成本 ,X 表示车辆 s 由点 i 驶 向点 j, 当事件发生时取值 1, 否则取值 0;(2式和 (3式中 , js y 表示客户点 i 的货运任务由车辆 s 来完成。 当事件发生时取值 1, 否则取值 0。这两个式子放在一起 , 表示对任何一个由车辆 s 服客户点 j, 必定有且只有一 个 (不同于 j 的 由车辆 s 服务的客户点 (包括配送中心 i, 车辆 s 从客户点 i 到达客户点 j, 而对由车辆

7、 s 服务的客户点 i 同样存在由车辆 s 服务的另一客户点 , 车辆 s 是从该客户点 到达 i 的 ;(4式中 , s q 表示由车辆 s 的最大承载量 , 每辆车装载的货运总量不得超过本辆车的 最大承重量 ;(5式保证了每个客户点仅能由一辆车配送针对 VRP 问题的数学模型,应用节约算法,我们将其付诸编程语言,以下是我们 的部分节约算法编程代码:3.2 电子地图的设计在车辆调度系统中, 为了辅助工作人员完成车辆优化调度, 系统必须借助电子地图 完成地图显示、定位和自动路径设计等功能。其中,自动路径设计要用到准确的道路长 度、 道路等级等与车辆实际运行密切相关的数据; 定位操作则需要准确的

8、街道名或者标 注性以及操作人员自定义的位置属性等数据。车辆优化调度系统的需求决定了电子地图的内容。 毫无疑问道路网络是本系统最重 要的组成部分,其次是送货点分布信息,同时也应包含与车辆行驶相关的各类标志,除 此之外,电子地图还应该包含与企业行管的出行,商务等非街道信息。根据以上电子地图的需求和内容分析,进行电子地图的设计。 GIS 一般是以数据库 的形式来组织信息的, 数据库与地图之间通过地图图层建立密切的关系。 每个图层包含 了整个地图的一个不同方面, 根据数据的性质来进行分类, 性质相同或者相近的数据归 并在一起,形成一个图层,这样有利于 GIS 管理数据。下面就以北京市为例,设计 GIS

9、 平台的电子地图:【图】 仅点 线 面图层的简单图层叠加效果【图】 街道 建筑 送货点信息图层叠加效果4. 系统集成结构设计使用 ArcMap 和 VB 开发车辆优化调度系统,其中使用 ArcMap 进行运输调度信息 如送货点的位置、走向,送货点时刻、道路情况,货物的流向分析等的直观表达、分析 统计和属性数据、 空间数据的维护管理、 同时用来读取实时车辆优化调度方案在地图上 的显示;使用 VB 与之集成来实现系统目标, VB 主要用来构建系统框架、实现车辆优 化调度算法和管理其他非空间数据。物流配送车辆优化调度系统主要由 7个主要模板组成,其结构框图:【图】物流配送车辆优化调度系统结构各模块之

10、间的关系是:主应用程序调用发运计划生成系统模板生成实时发运计划, 然后调用 MapInfo 将它在地图上显示出来, 主应用程序调用数据库维护模板对底层数据 库进行维护。5. 系统实现作为系统和用户实现交互的界面部分, 表现了系统的整体感觉, 所以较为友好和整 洁的操作界面可以使用户更快的接收系统。该系统界面主要包括菜单、工具栏、地图的 显示窗口、工作区窗口、图层、属性窗口等部分。系统提供了以下部分的功能:(1 桌 面地图功能:对电子地图提供基本操作,如分层显示、分层控制、直线选择 定位等功能;对电子地图的编辑操作;对电子地图进行综合信息分析,并创建 专题图。(2 基 础数据建立:将收集到的用户

11、、车辆、司机信息录入到系统中,并可做相应 修改。(3 信 息维护:输入货物需求计划,并对建好后的基础数据发生变化时进行变更处 理。(4 运 输计划制定:通过车辆优化调度模型的计算,形成优化配送方案。具体可以:求解人意两点间的最优路径;求一天内所有货物任务的分配方案。(5 查 询:系统可按照给定的查询条件从不同方面查询用户、车辆、司机和运输货 物信息,并可结合地理图形进行综合信息查询。(6 统 计分析:系统可按照给定的统计条件从不同方面统计分析用户、车辆和运输 货物信息,并可结合地理图形进行综合信息统计分析。(7 系 统管理:提供整个系统的管理和维护功能。整合以上这些功能,我们最终设计出了我们的

12、物流配送车辆调度系统设计。为了 验证系统的实用性以及配送的优化性,我们取南京市苏果马群物流配送中心为例,设 计了一个物流中心以及多个苏果超市为零售商的实例, 并通过验证优化了配送计划以 及配送路线图。【图】 系统运行界面6. 应用前景 由于目前此进程处于探索阶段，涉及的面宽，实际情况比较复杂，与企业的经济效 益有较大的联系，因此如何能够准确、全面、有效地抓住企业的需求，跟上企业管理科 学化、信息化的步伐，将是我们不断研究和考虑的问题。但是，这也从很大程度上证实 了 GIS 在物流配送系统中的重要地位和应用。 该系统为物流配送车辆优化调度和日常业务管理提供了一个方便、科学有效的工 具，为车辆优化

13、调度算法的应用提供了一个好的使用环境。建立车辆优化调度计算机系 统为货运组织提高了工作效率，增加经济效益，具有良好的应用和经济前景。 5参考文献 参考文献 1 胡志杰，王长琼基于 ArcGIS 的物流配送系统集成研究物流技术2005.3. 2 张学志,陈功玉.车辆路线安排的改进节约算法.系统工程, 2008.11 3 杨凌杰 李静.基于 C-W 节约算法的 TSP 教学辅助系统研究与设计.微计算机应 用.2008.9 4 郎茂祥. 配送车辆优化调度模型与算法.电子工业出版社.2009.3 5 周宏伟， 管珍.基于 ArcGISEngine 的青海旅游交通查询系统的设计与实现.宜春学 院学报.2

14、010.12 6 GIS 技术在物流企业信息平台中的应用研究.商业研究2005.1 7 Laporte G, GendreauM, Potvin J Y. Classical andMod2ern Heuristics for the Vehicle Routing Problem J . IntlTrans in Oper Res, 2000, 7 (4 /5 : 285 - 300. 8 Thangiah S R. Vehicle Routing Problem with TimeWin2dowsUsing Genetic Algoriths C / /App lication Hand2book of Genetic Algorithms: New Frontiers (VolumeH. Boca Raton: CRC Press,