运输与配送课程设计.doc

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摘要

本文首先论述物流系统和GIS的概念及其发展过程，指出两者相结合的可行性。

其次，重点对经典物流配送中心选址的模型与算法进行了研究，分别对重心法、混合整数线性规划法进行了描述，指出他们的不足。

模糊聚类法和启发式算法分别对重心法和混合整数线性规划法进行了改进，并结合GIS技术对他们进行了优化。

启发式算法弥补了混合整数线性规划法的不足，专门解决非线性问题，它不仅考虑了运输成本、固定成本（配送中心建设费），而且还考虑了因保管产品产生的可变费用、因突发事件而产生的损失费等。

之后，又详细地介绍了整个改进和优化过程，并结合实例证明其改进和优化的有效性，求出最佳物流配送中心的位置。

最后，结合GPS技术，设计出基于GIS的物流配送系统实施方案。

关键词：

GIS运输与配送物流

第一章绪论

1.1GIS简介

地理信息系统（GIS）是一门介于信息科学、空间科学与地球科学之间的交叉学科与新技术学科，它将地学空间数据处理与计算机技术相结合，通过系统建立、操作与模型分析，产生对资源环境、区域规划、管理决策、灾害防治等方面的有用信息。

它自六十年代出现以来，已得到迅速发展，成为现代地学的重要技术学科与定量化途径之一。

GIS作为一种分析和处理海量地理数据的通用技术，它按照一种新的方式组织和使用数据，以便更有效地分析和产生新的信息;同时GIS的应用也改变了地理信息分发和交换的方式。

地理信息系统提供了一种全新的认识和理解地理信息的方式。

1.2地理信息系统的发展

地理信息系统萌芽于20世纪60年代，加拿大的RogerF.Tonilinson和美国的D撇eF.Marble在不同的地方、从不同角度提出了地理信息系统。

1952年，Tomlinson博士提出把常规地图变成数字地图，并存入计算机的想法，以便利用计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统（CGIS），以实现专题地图的叠加与面积测量等。

到1972年，CGIs全面投入运行与使用，成为世界上第一个地理信息系统。

与此同时，D~F.Marble在美国西北大学研制利用计算机进行数据处理的数据处理软件系统，并提出建立地理信息系统软件系统的思想。

同期，计算机辅助制图系统的迅速发展，更促进了地理信息系统的发展。

80年代是GIS在理论、方法和技术上取得突破与趋向成熟的阶段。

1980年美国地质调查局出版了《空间数据处理计算机软件》的报告，基本总结了1979年以前世界各国GIS的发展概况。

进入90年代到现在，GIS在涉及地理信息的各相关领域得到广泛应用，而且很多高校开设了GIS课程，GIS开始向产业化方向发展。

1.3地理信息系统的定义及特征

目前，对地理信息系统的定义有很多种，还存在分歧。

这种分歧起因于地理信息系统本身诞生的历史不长、发展速度快以及应用领域广泛等因素。

地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为池理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。

因此，地理信息系统具有以下三个方面的特征:

（1）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力;

（2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息;

（3）由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。

计算机系统的支持是GIS的重要的特征，使GIS得到快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和动态分析。

第二章基于GIS的城市物流配送系统总体结构设计

基于GIS的城市物流配送系统的总体设计思想是:

主功能界面基于通用GIS软件（如ARC/INFO、Arc/view、M即工nf等），研究与GIS相结合的城市物流配送系统规划模型及算法（这是本文研究的重点和主体部分），针对研究所提出的模型和算法编制相应的应用程序模块。

2.1总体结构

根据城市物流配送系统规划需要实现的目标，本文建立的“基于GIS的城市物流配送系统”由如下若干相互独立又相互作用的模块构成:

城市物流配送系统GIS数据库、配送中心数目确定模块、配送中心空间布局优化模块、选择配送中心模块以及配送线路优化模块等等

2.2功能设计

基于GIS的城市物流配送系统规划具备如下功能:

（1）配送中心数目确定模块根据规划区域特性（比如:

面积、人口等），以及相应的计算准则可以大致确定出规划年度该区域所需的配送中心数目;

（2）配送中心空间布局优化模块确定规划年度规划区域内配送中心的最优数目和最优位置;

（3）选择配送中心模块是根据一定时段的客肖配送需求来确定具体执行每一次配送任务时需启动哪些配送中心，相应的被启功的配送中心各自负责哪几个客户的配送任务;

（4）配送线路优化模块是针对每一个被选中为配送中心以及分配给其的配送任务，确定配送车辆类型及数量、发车时间以及优化车辆配送路线。

其中，城市物流配送系统GIS数据库模块在“纂于GIS的城市物流配送系统”中起着重要作用，它提供规划所需的空间数据和唇性数据。

物流配送信息系统与其它信息系统不同之处在于它需要在数据库中记录地理信息，而且有两种类型的地理信息:

物流设施以及客户的详细位置信息和相互之间的空间关系信息。

用户可以通过GIS软件平台对GIS数据库中的数据作适当的预处理以及相应分析与操作。

2．3规划步骤

利用GIS实现城市物流配送系统的规划和传统意义上的规划方法有很大的区别，尤其是其规划步骤迥然不同，其规划步骤大致如下:

（l）将规划区域的地理图扫描并使地图数字化，即作出待规划区域的电子地图，并建立相应的GIS数据库;

（2）利用研究成果“基于GIS的城市物流配送系统”得出规划方案;

（3）根据实际情况以及专家意见，对规划方案作适当的调整。

第三章单个配送中心选址规划问题

3.1问题概述

单个配送中心选址是指某一区域内仅选取一个地址作为配送中心。

其模型的建立思路通常是利用坐标和费用函数求出配送中心到需求点之间最小配送费用。

模型简化的假设条件通常是:

假设需求量集中于一点，一般根据可变成本来进行选址。

总运输成本通常假设运价随运距成比例增长，与配送中心相连接的运输网络节点之间的路线通常被假设为直线。

最常用的是静态连续选址模型，选址因素包括运输费率和该点的货物运输量等，代表性的方法是重心法（Center一of-gravityAPProach），网格法（GridMethod），数值分析法等。

这些方法体现现实情况的程度，计算的速度和难度，得出最优解的能力都各不相同。

3.2重心法

重心法是一种用来寻找最优配送中心的数学方法，用以追求配送成本的最小化。

它是一种单设施静态选址方法，运输成本是唯一的选址决策因素。

这种方法需要考虑配送中心、需求点的位置，以及将货物运送到以上位置的需求量与运输费用，进而找到一个最优的地址作为配送中心。

该算法的假设条件是有一系列点分别代表生产地和需求地，各自有一定量的货物需要以一定的运输费率运向位置待定的配送中心（或仓库），或从配送中心运出。

要确定配送中心的位置点就是该点的运量乘以该点的运输费率，再乘以该点的距离，其乘积之和最小的点（即式中，X、Y为位置待定的配送中心的坐标;戈、若为生产地和需求地的坐标。

通常具体的做法是将一张方格图叠放在公路地图上，可以很方便地得到各点的相对位置，并用几何坐标来表示各生产地（君）和需求点（从）的位置，然后利用上述的重心法，求出配送中的精确位置其即为所求。

重心法的局限性:

用这种方法可以很快地确定配送中心的地址，但是它有局限性，易造成选址的不精确，主要表现在:

（l）重心法假设配送中心选址只与运输费用有关，忽略了其他影响因素（如竞争力、设施之间需求的分配、设施成本与数量之间的关系等），虽然简化了选址的复杂程度，但不符合实际选址。

在现实中我们的选址还要复杂。

（2）重心法是用方格图叠放在纸质地图上，然后在方格图上标出各个产地和市场的相对位置。

由于它是在纸质地图上进行查找、检索、量算，所以很不方便，误差大。

（3）在计算从位置待定的配送中心到i点之间的距离时用的是上述两点之间的直线距离，易偏离实际情况，可能造成极大的误差，使得选址结果不准确。

第四章物流配送系统规划和设计

4.1原则

所谓配送作业就是利用配送车辆把用户订购的物品从制造厂、生产基地、批发商、经销商或配送中心，送到用户手中的工作。

车辆配送服务是直接面对用户的服务，服务优劣对企业效益和信誉影响较大。

因此，在规划和设计物流配送系统时应注意以下几项原则：

●时效性。

所谓时效性就是能在指定时间内交货。

●可靠性。

完好无缺地把货送到用户手中。

●服务态度。

送货人员是代表公司形象在和用户交往。

为此，必须以最佳服务态度对待用户，从而维护公司形象和信誉。

●便利性。

为让用户方便，一定要按用户要求送货。

如果要求紧急送货应尽力满足要求。

●经济性。

满足用户要求，不仅品质要好，而且价格要合理。

通过精心运作，降低成本，对用户收费低廉，让用户感到实惠。

4.2总体规划和设计

现实中的配送管理非常困难。

配送管理受到许多因素的影响，如订单处理很费功夫，难以制订配送计划，难以选择配送路径，配送效率低，难以按时交货，配送绩效评价基准不明准，司机及工作时间的不确定，易疲劳以及货物在配送过程中的遗失与损坏，运输车辆及冷藏车的制冷机的完好情况等。

因此我们必须加强物流配送系统的规划和设计。

同时在实际配送的过程中，还受许多不可控因素的影响，如用户的分布区域、道路交通网络、车辆通行限制、送达时间要求、车流量变化、道路施工、用户变动、车辆变化等。

为此，必须成立一个规划和设计小组，对物流配送系统进行总体规划和设计。

如图4-1所示。

4.3具体规划和设计

物流配送系统规划和设计是根据外部环境的变化，选择最佳的配送路线，结合内部环境的变化配置适宜的车辆并提高单位装载率，防止交错运输，尽可能降低配送差错率，不断改善流通加工、分拣、验货、包装等功能，使其处于最佳工作状态，并制订出各自的绩效考核指标等。

本文研究的物流配送系统包括七个子系统：

信息收集和处理、配送计划制订、配送路径规划、配送车辆选择、配送绩效分析、配送模式选择、配送流程设计。

如图4-2所示

4.3.1信息收集和处理

信息收集和处理包括信息收集、信息处理两大部分。

如图4-3所示。

1、信息收集

主要收集市场供求及价格信息、确定并了解和掌握客户的要求（包括所需货物的品种、规格、数量、质量、送货时间、送达地点等要求），以此作为配送的依据。

主要包括现行资料收集和未来规划资料收集。

一般收集方法可采用现场访谈记录和厂商实际使用的资料表单收集。

如图4-4所示。

2、信息处理

对收集的信息必须通过整理分析，才能作为规划设计的重要参考资料。

信息处理内容主要有：

订单变动趋势分析、品项与数量分析、货物的物性分析、供需变化预测分析、储存单位和数量分析、作业时序分析、人力需求分析、作业流程分析、作业功能分析和事务流程分析等。

（1）订单变动趋势分析

在配送系统的规划和设计过程中，首先总结历来销售和发货资料，并进行分析，从而了解销售趋势和变化情况。

若能求出有关的变化趋势或周期性变化，则有利于后续资料的分析。

就货物销售趋势而言有：

长时间内是渐增或渐减的长期趋势；以一年为周期的因自然气候、文化传统、商业习惯等因素影响的季节变化；以固定周期为单位（如月、周）的变化趋势的循环变动；以及一种不规则的变化趋势的偶然变动。

（2）订单品项和数量分析

众所周知，订单是物流配送的生命线，如果没有订单，物流配送就失去了意义。

然而，订单的品名、数量、发货日期在千变万化，它是配送当中不确定因素，经常使得规划人员无从下手。