基于ArcGIS的物流车辆路径规划信息系统

摘要：现代物流系统已进入信息化、智能化的发展阶段，将GIS引入物流配送系统是物流配送智能化的一个重要方向。特别是对于现代物流领域中备受关注的车辆路径问题，可以有效的结合最优路径、各种VRP模型、车辆行驶成本等要素，在可视化分析以及物流规划路径分析等方面具有不可替代的作用。本文将物流车辆路径规划理论算法的研究与地理信息系统自身的网络分析模块相结合，经过二次开发，形成了用于实际的物流车辆路径规划和调度系统。

关键词：物流系统；智能化；车辆路径；规划

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 02-0000-02

1 概述

物流产业随着基础工业的不断壮大及消费市场的蓬勃发展而快速兴起。而中国的物流企业不论从技术装备还是管理水平与国外仍存在较大差距，概括起来有一下几个方面：对现代物流理念上的差距，企业规模方面的差距，社会需求方面的差距，管理体制方面的差距，专业手段方面的差距，专门人才方面的差距。据对美国物流业的统计与分析，以运输为主的物流企业年平均资产回报率为8.3%（irr），仓储为7.1%，综合服务为14.8%。在中国大部分物流企业的年平均资产回报率仅为1%。这一数据，不仅说明了中国物流效率低下，同时企业仍有很大的空间通过物流来降低成本。

如何应用先进的技术手段来提高物流业的经营效率，及时高效、经济地将商品配送到客户手中，成了大家探讨的话题，这也就是现代物流领域中备受关注的车辆路径问题（vehicle routing problem，VRP）。物流配送路径规划的优化与否，对物流配送效率、费用和服务水平影响较大。而此类问题都涉及如何处理大量的空间数据与属性数据而缩短物流时间、降低成本的问题。

地理信息系统作为不仅具有对空间和属性数据采集、处理和显示功能，而且可为系统用户进行预测，监测、规划管理和决策提供科学依据。它可以有效的结合最优路径、各种VRP模型、车辆行驶成本等要素，在可视化分析以及物流规划路径分析等方面具有不可替代的作用。GIS技术与现代物流工程技术相结合，给现代物流行业提供了巨大的发展空间，为物流企业完善管理手段、减低管理成本、提高经济效益、最终提升核心竞争力提供了机遇。

2 技术实现途径研究

物流配送车辆路线优化问题由Dautzig和Ramser于1959年首次提出，该问题一般定义为：对一系列给定的顾客（取货点或送货点），确定适当的配送车辆行驶路线，使其从配送中心出发，有序地通过它们，最后返回配送中心。并在满足一定的约束条件下（如车辆容量限制、顾客需求量、交发货时间等），达到一定的目标（如路程最短、费用最少等）。配送中心的每次配送活动通常面对多个非固定用户，并且这些用户分布在不同的地点，同时他们的配送时间和配送数量也都不尽相同。如果配送中心不合理规划车辆、货物的运输路线，常会影响了配送服务水平，还会造成运输成本的上升，因此对车辆及货物的配送路线进行规划是配送中心的一项重要工作。

车辆路线优化问题一般可根据空间特性和时间特性分为车辆路线规划问题和车辆调度问题。当不考虑时间要求，仅根据空间位置安排车辆的线路时称为车辆线路或车辆路径规划问题（VRP）。当考虑时间要求安排运输线路时称为车辆调度问题（VSP）。本文不考虑时间要求，主要针对第一类VRP问题，提出相应的技术实现方案研究。

典型的VRP具有以下特征：（1）所有车辆从仓库出发，并最终回到仓库；（2）所有车辆必须满足一定的约束；（3）多辆车负责多个客户；（4）每个客户由一辆车访问一次；（5）车辆的路线上可以取送货。目前研究的车辆路线规划的模型主要有两类，一类为网络图模型，另一类为数学模型。由于VRP难以用精确算发求解，启发式算法是求解车辆运输问题的主要方法，多年来许多学者对车辆运输问题进行了研究，提出了各种各样的启发式方法。

物流公司的业务一般具有配送范围广的特点，本文主要针对大范围跨省配送的案例进行智能路径规划，因此影响因素较多，主要包括：（1）大范围、跨省的配送交通网络图；（2）复杂的车辆运作规则，包括运行时间、运载能力、运行成本计算、驾驶员工作时间限制等；（3）复杂的道路选择优先级；（4）复杂的运输车辆优先级；（5）客户订单及运输车辆数据；（6）取货及分发过程；（7）繁杂的配送规则，如仓库、货物、客户的时间等；（8）运输车辆的重复利用，要求同一辆车在符合多个约束条件下尽可能多的参与到不同路线的配送中。

本文主要基于ArcObjects的网络分析和地图展示等组件进行二次开发，同时对其提供的车辆路径规划算法进行了拓展性研究。

3 功能模块设计方案

3.1 软件架构设计

系统建设遵循SOA架构，由数据资源层、组件层、服务层和表现层组成。数据资源层包括各种数据库、关系型数据库和空间数据库引擎ArcSDE，实现对物流业务数据的存储和管理；组件层包括接口协议、GIS组件、其他中间件；服务层实现计算功能，接受表现层的请求进行计算；表现层采用多种形式展现分析结果。

3.2 软件功能设计

本系统是物流业务管理系统的一部分，主要提供历史数据管理模块、线路优化分析模块、地图操作模块，同时提供与其他相关业务系统的扩展功能。

（1）线路优化分析模块

线路优化分析模块是系统的关键，提供两种分析结果：一种是基于AO自带的网络分析模块设计，计算分析结果；另一种是历次根据具体路况等信息的实际调度结果。

实际调度结果来自车辆GPS监控数据，并将实际调度结果作为输入，用来校正线路优化分析方法，最后生成最优路径规划。

（2）地图展示模块

地图展示模块，在配送交通网络图上展示道路基本信息、周边环境、仓库及客户地点、车辆位置信息等。同时将各种车辆路径规划分析结果以地图形式展示。基于ArcGIS提供的基础地图操作功能，实现地图缩放、浏览、鹰眼、图层控制、测量、选择、标注、信息查询等功能。

（3）历史数据管理模块

历史数据管理主要存储历史客户订单数据、实时路况信息、历史路径规划分析结果、实际运输路径等，可支持对历史数据的查询和修改。

（4）扩展功能模块

提供与其他相关业务系统、车载GPS设备、车辆监控设备等的接口，便于系统的扩展。

3.4 数据库设计

本系统中涉及的数据库主要包括元数据库、基础地理空间数据库、业务数据库、分析模型数据库、历史数据库等。

4 结束语

本文将物流车辆路径规划理论算法的研究与地理信息系统的网络分析模块相结合，经过二次开发，形成了用于实际的物流车辆路径规划信息系统。另外车辆路径规划设计约束较多，本文中不考虑时间要求，仅根据空间位置安排车辆的线路，同时不考虑装箱问题。

车辆路径规划问题是现代物流业的热点问题，但是基本停留在理论算法层面，随着技术的不断进步，必然出现考虑更多约束的先进算法，希望将这些算法真正与现代物流业结合，那将会是一个跨越式的进步。

参考文献：

[1]沈绍基.中国物流市场供求状况分析报告[J].物流科技，2000，（2）.

[2]李军，郭耀煌.物流配送车辆优化调度理论[M].北京：中国物资出版社，2001.