基于GIS和遺傳算法的物流配送中心選址研究_圖文

1、基于GIS 和遺傳算法的物流配送中心選址研究林娜 , ,李志( 成都理工大學(xué)遙感與GIS 研究所,成都610059;重慶工商大學(xué)重慶市發(fā)展信息管理工程技術(shù)研究中心,重慶400067收稿日期:2009-09-11摘要:物流配送中心的選址是物流系統(tǒng)優(yōu)化的一個具有戰(zhàn)略意義的問題。在分析傳統(tǒng)物流配送中心選址算法不足的基礎(chǔ)上,建立了一個基于GIS 和遺傳算法的物流配送中心選址模型。首先確定配送中心選址的目標(biāo)及影響選址的因素,接著利用GIS 的空間分析技術(shù),定量分析可在電子地圖上表現(xiàn)的物流配送中心選址的影響因素,得出一系列候選地點(diǎn),最后利用遺傳算法,求解得出最佳選址地點(diǎn),并通過實(shí)例研究表明該算法的可行性。

2、中圖分類號:T P79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1000-3177(2010111-0110-05Study on Location Selection of Logistics Distribution CenterBased on GIS and Genetic AlgorithmL IN N a , ,L I Zhi !( I nstitute of R S &GI S ,Chengdu Univ er sity of T echnolo gy ,Cheng du 610059;Chongqing Engineer ing T echnolog y R esearch Cent

3、er f or I nf or mation M anagement in D ev elop ment,Cho ngqing T echnolog y and Business Univers ity ,Chongqing 400067Abstract:T he lo cation selection of log istics distr ibut ion center is of str ategic sig nificance to log istics sy stem o pt imizing.Based o n analy sis of tr aditional location

4、select ion alg or ithms of log istics dist ributio n cent er,an algo rithm based o n GIS and ge netic algo rithm is established.First,the lo cation selection and its influence factor s are determined;then influence factor s o f loca t ion selection ar e analyzed by means o f G IS spatial analy sis t

5、echniques,a ser ial of candidate sites ar e obtained;at last the best lo catio n was obtained based o n g enet ic alg or ithm,and the case study show s that the algo rithm is feasible.Key words:log istics distributio n center;lo cat ion selectio n;GIS;spatial ana lysis;genetic algo rithm1 引 言物流配送中心是

6、物流配送過程中相互聯(lián)系的組織與設(shè)施的集合,是轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn),其位置的選擇是物流系統(tǒng)優(yōu)化的一個具有戰(zhàn)略意義的問題。配送中心的建設(shè)投資大、周期長、回收緩慢,一經(jīng)選定將長期運(yùn)營。因此配送中心的合理選址,無論是新建、改擴(kuò)建或者是租用就顯得十分重要。較佳的配送中心選址方案可使商品通過配送中心的匯集、中轉(zhuǎn)、分發(fā)、直至輸送到需求點(diǎn)的全過程的效益最好。但如果選址不當(dāng),將會造成配送中心周圍交通擁堵,影響配送中心正常運(yùn)營,給城市的經(jīng)濟(jì)、社會環(huán)境帶來巨大的負(fù)面效應(yīng)。從某種程度上來說,配送中心選址的優(yōu)劣,影響著配送中心經(jīng)營的成敗。物流配送中心選址模型可分為3類,即連續(xù)型模型、離散型模型、綜合選址評定方法。連續(xù)型模型代表性的

7、是重心法1,它利用物理學(xué)上的對平面上的一個圖形求重心的原理來確定物流配送中心的地110理位置。用重心法求得的理論重心有時是無法實(shí)現(xiàn)的,這些地點(diǎn)有可能落在江河、高山、及環(huán)境惡劣,運(yùn)輸條件極不暢通的地方。離散型模型認(rèn)為物流配送中心的備選地點(diǎn)是在有限的幾個場所選取。綜合選址評定方法代表性的是德爾菲法(Delphi2,它依賴于專家的經(jīng)驗與知識來做決定,人的主觀因素會左右決策過程,從而影響物流配送中心選址的客觀性。GIS 以電子地圖的形式表現(xiàn)數(shù)據(jù),從圖上可以剔除明顯不適合建立物流配送中心的地點(diǎn)。它強(qiáng)大的空間分析能力可對影響物流配送中心選址的因素進(jìn)行定量分析,從而減少人的主觀因素影響。本文利用GIS 得出

8、一系列候選地點(diǎn),再利用遺傳算法求最優(yōu)的物流配送中心選址地點(diǎn),在求解過程中,將最短距離利用GIS 來計算,并將結(jié)果顯示在電子地圖上。2 基于GIS 和遺傳算法的物流配送中心選址本文設(shè)計的基于GIS 和遺傳算法的物流配送中心選址流程見圖1。具體步驟描述見下文。 圖1 基于GIS 和遺傳算法的物流配送中心選址流程2.1 確定選址問題的目標(biāo)選址決策的目標(biāo)是本著長期規(guī)劃的原則,考慮選址的基本要求,同時力求物流配送中心長期運(yùn)營成本最低3。完整的配送中心運(yùn)營成本包括管理成本、庫存成本和運(yùn)輸配送成本等。管理成本、庫存成本與選址地點(diǎn)關(guān)系不大,而運(yùn)輸成本與選址地點(diǎn)有密切關(guān)系,且占總物流成本的比重很大,故問題的目標(biāo)

9、可轉(zhuǎn)化為運(yùn)輸成本最小。運(yùn)輸成本主要包括從物品供應(yīng)地到配送中心所需的運(yùn)輸費(fèi)用和從配送中心到需求地所需的費(fèi)用。2.2 準(zhǔn)備數(shù)據(jù)物流配送中心的選址需要從多方面采集數(shù)據(jù),本文的選址主要是基于GIS,因此數(shù)據(jù)主要應(yīng)包括基礎(chǔ)地理空間信息、物流專題信息等。采集到的數(shù)據(jù)可能是圖紙,表格,電子數(shù)據(jù)等等,有些直接就可以運(yùn)用,但是有些還要經(jīng)過轉(zhuǎn)化,變成GIS 所支持的格式。2.3 影響選址的主要因素運(yùn)用現(xiàn)代物流學(xué)原理,在城市現(xiàn)代物流體系規(guī)劃過程中,配送中心的選址主要應(yīng)考慮自然環(huán)境因素、基礎(chǔ)設(shè)施狀況、經(jīng)營環(huán)境因素、以及其他因素4。表1列出了上述4個大的因素中可再細(xì)分的內(nèi)容,并給出了定量的評價標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際應(yīng)用中,細(xì)分內(nèi)

10、容可能有所不同,需根據(jù)實(shí)際情況增減。在表1列出的影響因素中風(fēng)力、風(fēng)向、水文、地形、交通、企業(yè)密度等都可以在電子地圖上表示。政策、可持續(xù)發(fā)展因素與地理空間關(guān)系不大,難于在地圖上表示,可實(shí)地調(diào)查分析。本文主要利用GIS 分析與地理空間關(guān)系較大的因素。表1 影響物流配送中心選址的主要因素影響因素評價標(biāo)準(zhǔn)自然環(huán)境氣象條件:溫度、風(fēng)力、風(fēng)向、降水等適中地質(zhì)條件:符合建筑承載力要求水文條件:遠(yuǎn)離泛濫的河流地形狀況:地形坡度平緩,適宜建筑基礎(chǔ)設(shè)施交通便利,水電氣供應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)等經(jīng)營環(huán)境政府政策:政策允許周邊企業(yè)狀況:企業(yè)密度適中其它因素環(huán)境保護(hù):保護(hù)自然及人文環(huán)境可持續(xù)發(fā)展:有利于可持續(xù)發(fā)展 2.4 利用GI

11、S 平臺,對影響因素進(jìn)行空間分析,得出一系列候選地址點(diǎn)空間分析是GIS 的核心,主要的空間分析方法有空間查詢、緩沖區(qū)分析、疊加分析、空間量算等。目前成熟的GIS 平臺如ArcGIS 、M apInfo 等都具有較完善的空間分析功能。如本文可用空間查詢查找出區(qū)域內(nèi)所有的企業(yè),了解其密度;用緩沖區(qū)分析居民點(diǎn)周圍的情況;用疊加分析對各個緩沖區(qū)進(jìn)行疊111加;用空間量算測量候選地點(diǎn)的面積等。利用GIS 空間分析功能,建立適宜配送中心選址的圖層和不適宜配送中心選址的圖層,兩個圖層疊加,得出的結(jié)果有3種: 沒有候選地點(diǎn)。就需考慮是否條件太苛刻,可以放寬要求,以求得適宜的候選地點(diǎn); 唯一選址地點(diǎn)。此時可實(shí)地

12、考察,看其是否具備建立物流配送中心的條件。若具備,則可確定為最佳選址地點(diǎn)。!一系列離散的候選地點(diǎn),此時可利用遺傳算法求解最佳選址地點(diǎn)。2.5利用遺傳算法從候選點(diǎn)中求解最佳選址地點(diǎn)確定了若干候選地點(diǎn),則求解最佳選址地點(diǎn)的問題可描述為:有l(wèi)個供應(yīng)基地,m個配送中心候選地點(diǎn)和n個用戶,供應(yīng)基地到配送中心、配送中心到用戶的運(yùn)費(fèi)均為運(yùn)輸量和運(yùn)輸距離的線性函數(shù)5,如何選擇最佳的配送中心位置,使運(yùn)輸成本最小。該問題的數(shù)學(xué)模型可表示為:min U=#l k=1#m i=1(C ki W k i+D lm+#m i=1#nj=1(H ij X ij+D mn其中U表示總的運(yùn)輸費(fèi)用,C ki表示從供應(yīng)基地到配送中

13、心的單位運(yùn)輸費(fèi)用,W ki表示從供應(yīng)基地到配送中心的運(yùn)輸量,D lm表示從供應(yīng)基地到配送中心最短運(yùn)輸距離,H ij表示從配送中心到用戶的單位運(yùn)輸費(fèi)用,X ij表示從配送中心到用戶的運(yùn)輸量,D mn表示從配送中心到用戶的最短運(yùn)輸距離。遺傳算法是一種模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過程而形成的一種自適應(yīng)全局優(yōu)化概率搜索算法,它的基本思想來源于遺傳進(jìn)化,主要是借助于生物進(jìn)化機(jī)制與遺傳學(xué)原理,按照自然選擇和適者生存的原則,利用簡單的編碼技術(shù)和繁殖機(jī)制,模擬自然界生物群體優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化過程,實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜問題的求解6。利用遺傳算法求解最佳配送中心選址問題的步驟是:確定目標(biāo)函數(shù),Objfun=m in U選擇

14、編碼策略。遺傳算法的可行解由個體來表示,主要在個體之間中進(jìn)行交叉、變異的操作生成新的個體,直到得到合乎條件的個體為止。該問題的編碼由以下幾個部分組成,(選中的配送中心,供應(yīng)地到配送中心的運(yùn)輸量,供應(yīng)地到配送中心運(yùn)輸距離,配送中心到用戶的運(yùn)輸量,配送中心到用戶的運(yùn)輸距離,采用浮點(diǎn)數(shù)編碼,這樣編碼串不會過長,且解碼方便。!初始群體:若干個染色體或個體組成的一組向量稱為一個群體,本文隨機(jī)生成初始群體。適應(yīng)度函數(shù):適應(yīng)度函數(shù)是由目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換而得的表示個體適應(yīng)生存能力的函數(shù)。本文直接采用目標(biāo)函數(shù)作為個體的適應(yīng)度函數(shù)Fitness=Obj fun。適應(yīng)度高的個體保存到下一代。%遺傳操作:遺傳操作主要包括選

15、擇、交叉、變異。需確定交叉、變異的概率。2.6實(shí)地考察實(shí)地考察階段可重點(diǎn)對政府政策、可持續(xù)發(fā)展等與地理空間關(guān)系不大的因素加以考慮,排除模型中不可預(yù)見因素造成的影響。3實(shí)例研究3.1項目概況本項目是為某個地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心尋找最佳選址地點(diǎn)。該地區(qū)面積大約10km2,四周有幾個較大規(guī)模的農(nóng)場,提供了豐富的農(nóng)產(chǎn)品,該地區(qū)交通條件較好,有2條東西向和1條南北向主干道,目前該地區(qū)尚無較大規(guī)模的農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心,對于物流配送中心的建設(shè),政府給予了許多優(yōu)惠政策。3.2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備經(jīng)多方面采集,該地區(qū)地圖數(shù)據(jù)如圖2所示,主要包括道路、居民地、農(nóng)場、公園、 商服等。圖2研究區(qū)數(shù)據(jù)3.3確定選址問題的目標(biāo)及要求

16、選址問題的目標(biāo)是運(yùn)輸成本最小,根據(jù)該問題的實(shí)際情況,具體要求表現(xiàn)在以下幾個方面:地形情況:盡可能建在可開發(fā)的平坦荒地上,空地面積較大。112 交通:交通方便,根據(jù)該地區(qū)道路的實(shí)際情況,為了便于利用GIS 進(jìn)行空間分析,量化為距離主干道路200m 以內(nèi),減少運(yùn)輸費(fèi)用。政策環(huán)境:所選地區(qū)可以用于城市建設(shè)。環(huán)境影響:距居民區(qū)100m 以外,使其對居民的影響最小;距公園100m 以外,使其不對公園環(huán)境造成影響。原材料需求:距離該地區(qū)農(nóng)場盡量近,滿足原材料供給需求,量化為距離農(nóng)場2km 以內(nèi)。3.4 GIS 空間分析主要利用GIS 對地形情況、交通、環(huán)境影響、原材料需求進(jìn)行分析,對于政策環(huán)境采用調(diào)研的方

17、式分析。利用GIS 平臺M apInfo 軟件的空間分析能力建立不適宜配送中心選址的地區(qū)圖層。本項目不適宜選址圖層是位于居民區(qū)和公園100m 以內(nèi)的區(qū)域,利用GIS 的緩沖區(qū)分析和疊加分析,具體操作流程見圖3,結(jié)果如圖4所示。 同樣建立適宜配送中心選址的地區(qū)圖層。本項目允許建配送中心的條件是:距離主干道路200m 以內(nèi)和距離農(nóng)場2km 以內(nèi)的區(qū)域。適建區(qū)域減去不適建區(qū)域即得候選地點(diǎn),結(jié)果如圖5所示。圖5 候選地點(diǎn)圖利用GIS 的面積統(tǒng)計功能計算候選地塊的面積分別為:地塊1為198364m 2,地塊2為362322m 2,地塊3為354155m 2。從圖上可以看出這3個候選地塊的地形坡度都較平坦

18、。3.5 遺傳算法求解最佳選址地點(diǎn)本例中供應(yīng)基地是3個農(nóng)場,故l=3;候選配送中心數(shù)量是3,故m =3;用戶是居民點(diǎn)的居民,本例中居民點(diǎn)共11個,為了便于計算在圖5中均勻的選址居民點(diǎn)4、5、6為代表,故n =3.農(nóng)場1、2、3農(nóng)場品的供應(yīng)量分別為:40,30,50,居民點(diǎn)4、5、6的需求量分別為10,5,4,農(nóng)場到候選配送中心的單位運(yùn)費(fèi)及最短距離見表2。候選配送中心到居民點(diǎn)的單位運(yùn)費(fèi)及最短距離見表3,其中最短距離利用GIS 的網(wǎng)絡(luò)分析來計算,將地塊的中心位置作為計算距離的點(diǎn)。表2 農(nóng)場到候選配送中心的單位運(yùn)費(fèi)/最短距離 農(nóng)場配送中心農(nóng)場1農(nóng)場2農(nóng)場317/3.16/0.810/1.624/3.

19、28/1.23/1.3312/2.55/2.511/3.1表3 候選配送中心到居民點(diǎn)的單位運(yùn)費(fèi)/最短距離 居民點(diǎn)配送中心45619/1.55/0.510/2.228/2.54/1.13/1.837/2.412/1.45/1.7采用浮點(diǎn)數(shù)編碼,初始種群20,最大迭代次數(shù)500,交叉概率0.8,變異概率0.05,得出最小運(yùn)輸費(fèi)用270.6,此時對應(yīng)的配送中心在地塊2。3.6 實(shí)地考察上述步驟確定地塊2為最佳選址地點(diǎn),實(shí)地考察該地區(qū)地質(zhì)條件良好,適宜建筑,且政府政策允113許。在實(shí)際確定地塊界限時,可充分利用該處地形,將圖右側(cè)3條主干道及1條次干道圍成的空地作為配送中心選址的范圍。4結(jié)束語本文分析了

20、物流配送中心選址的影響因素,利用GIS平臺對這些影響因素進(jìn)行空間分析,得出一系列候選地點(diǎn),建立以運(yùn)輸成本最小為目標(biāo)的選址模型,并利用遺傳算法求解得出最佳選址地點(diǎn)。通過實(shí)例分析表明利用GIS和遺傳算法來對物流配送中心進(jìn)行選址,能夠使物流配送中心選址過程更加直觀,結(jié)果更加科學(xué)化。參考文獻(xiàn)1胡剛,王淑琴,等.針對第三方物流企業(yè)的物流中心選址模型研究J.公路交通科技,2002(6:172-176.2劉磊,鄭國華,劉菁,等.基于粗糙集理論與德爾菲法相結(jié)合的物流園區(qū)選址研究J.物流技術(shù),2008,27(1:37-40.3李怡,謝紅兵.基于GIS的啟發(fā)式物流配送中心選址方法的研究J.物流科技,2006,29

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