1、基于GIS 和遺傳算法的物流配送中心選址研究林娜 , ,李志( 成都理工大學遙感與GIS 研究所,成都610059;重慶工商大學重慶市發展信息管理工程技術研究中心,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優化的一個具有戰略意義的問題。在分析傳統物流配送中心選址算法不足的基礎上,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及影響選址的因素,接著利用GIS 的空間分析技術,定量分析可在電子地圖上表現的物流配送中心選址的影響因素,得出一系列候選地點,最后利用遺傳算法,求解得出最佳選址地點,并通過實例研究表明該算法的可行性。

2、中圖分類號:T P79 文獻標識碼: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系的組織與設施的集合,是轉接節點,其位置的選擇是物流系統優化的一個具有戰略意義的問題。配送中心的建設投資大、周期長、回收緩慢,一經選定將長期運營。因此配送中心的合理選址,無論是新建、改擴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、分發、直至輸送到需求點的全過程的效益最好。但如果選址不當,將會造成配送中心周圍交通擁堵,影響配送中心正常運營,給城市的經濟、社會環境帶來巨大的負面效應。從某種程度上來說,配送中心選址的優劣,影響著配送中心經營的成敗。物流配送中心選址模型可分為3類,即連續型模型、離散型模型、綜合選址評定方法。連續型模型代表性的

7、是重心法1,它利用物理學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現的,這些地點有可能落在江河、高山、及環境惡劣,運輸條件極不暢通的地方。離散型模型認為物流配送中心的備選地點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數據,從圖上可以剔除明顯不適合建立物流配送中心的地點。它強大的空間分析能力可對影響物流配送中心選址的因素進行定量分析,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,再利用遺傳算法求最優的物流配送中心選址地點,在求解過程中,將最短距離利用GIS 來計算,并將結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選址決策的目標是本著長期規劃的原則,考慮選址的基本要求,同時力求物流配送中心長期運營成本最低3。完整的配送中心運營成本包括管理成本、庫存成本和運輸配送成本等。管理成本、庫存成本與選址地點關系不大,而運輸成本與選址地點有密切關系,且占總物流成本的比重很大,故問題的目標

9、可轉化為運輸成本最小。運輸成本主要包括從物品供應地到配送中心所需的運輸費用和從配送中心到需求地所需的費用。2.2 準備數據物流配送中心的選址需要從多方面采集數據,本文的選址主要是基于GIS,因此數據主要應包括基礎地理空間信息、物流專題信息等。采集到的數據可能是圖紙,表格,電子數據等等,有些直接就可以運用,但是有些還要經過轉化,變成GIS 所支持的格式。2.3 影響選址的主要因素運用現代物流學原理,在城市現代物流體系規劃過程中,配送中心的選址主要應考慮自然環境因素、基礎設施狀況、經營環境因素、以及其他因素4。表1列出了上述4個大的因素中可再細分的內容,并給出了定量的評價標準。在實際應用中,細分內

10、容可能有所不同,需根據實際情況增減。在表1列出的影響因素中風力、風向、水文、地形、交通、企業密度等都可以在電子地圖上表示。政策、可持續發展因素與地理空間關系不大,難于在地圖上表示,可實地調查分析。本文主要利用GIS 分析與地理空間關系較大的因素。表1 影響物流配送中心選址的主要因素影響因素評價標準自然環境氣象條件:溫度、風力、風向、降水等適中地質條件:符合建筑承載力要求水文條件:遠離泛濫的河流地形狀況:地形坡度平緩,適宜建筑基礎設施交通便利,水電氣供應符合標準等經營環境政府政策:政策允許周邊企業狀況:企業密度適中其它因素環境保護:保護自然及人文環境可持續發展:有利于可持續發展 2.4 利用GI

11、S 平臺,對影響因素進行空間分析,得出一系列候選地址點空間分析是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域內所有的企業,了解其密度;用緩沖區分析居民點周圍的情況;用疊加分析對各個緩沖區進行疊111加;用空間量算測量候選地點的面積等。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,得出的結果有3種: 沒有候選地點。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; 唯一選址地點。此時可實地

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。!一系列離散的候選地點,此時可利用遺傳算法求解最佳選址地點。2.5利用遺傳算法從候選點中求解最佳選址地點確定了若干候選地點,則求解最佳選址地點的問題可描述為:有l個供應基地,m個配送中心候選地點和n個用戶,供應基地到配送中心、配送中心到用戶的運費均為運輸量和運輸距離的線性函數5,如何選擇最佳的配送中心位置,使運輸成本最小。該問題的數學模型可表示為: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表示總的運輸費用,C ki表示從供應基地到配送中

13、心的單位運輸費用,W ki表示從供應基地到配送中心的運輸量,D lm表示從供應基地到配送中心最短運輸距離,H ij表示從配送中心到用戶的單位運輸費用,X ij表示從配送中心到用戶的運輸量,D mn表示從配送中心到用戶的最短運輸距離。遺傳算法是一種模擬生物在自然環境中的遺傳和進化過程而形成的一種自適應全局優化概率搜索算法,它的基本思想來源于遺傳進化,主要是借助于生物進化機制與遺傳學原理,按照自然選擇和適者生存的原則,利用簡單的編碼技術和繁殖機制,模擬自然界生物群體優勝劣汰的進化過程,實現對復雜問題的求解6。利用遺傳算法求解最佳配送中心選址問題的步驟是:確定目標函數,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,供應地到配送中心的運輸量,供應地到配送中心運輸距離,配送中心到用戶的運輸量,配送中心到用戶的運輸距離,采用浮點數編碼,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,本文隨機生成初始群體。適應度函數:適應度函數是由目標函數轉換而得的表示個體適應生存能力的函數。本文直接采用目標函數作為個體的適應度函數Fitness=Obj fun。適應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實地考察實地考察階段可重點對政府政策、可持續發展等與地理空間關系不大的因素加以考慮,排除模型中不可預見因素造成的影響。3實例研究3.1項目概況本項目是為某個地區農產品物流配送中心尋找最佳選址地點。該地區面積大約10km2,四周有幾個較大規模的農場,提供了豐富的農產品,該地區交通條件較好,有2條東西向和1條南北向主干道,目前該地區尚無較大規模的農產品物流配送中心,對于物流配送中心的建設,政府給予了許多優惠政策。3.2數據準備經多方面采集,該地區地圖數據如圖2所示,主要包括道路、居民地、農場、公園、 商服等。圖2研究區數據3.3確定選址問題的目標及要求

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

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圖層。本項目不適宜選址圖層是位于居民區和公園100m 以內的區域,利用GIS 的緩沖區分析和疊加分析,具體操作流程見圖3,結果如圖4所示。 同樣建立適宜配送中心選址的地區圖層。本項目允許建配送中心的條件是:距離主干道路200m 以內和距離農場2km 以內的區域。適建區域減去不適建區域即得候選地點,結果如圖5所示。圖5 候選地點圖利用GIS 的面積統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本例中供應基地是3個農場,故l=3;候選配送中心數量是3,故m =3;用戶是居民點的居民,本例中居民點共11個,為了便于計算在圖5中均勻的選址居民點4、5、6為代表,故n =3.農場1、2、3農場品的供應量分別為:40,30,50,居民點4、5、6的需求量分別為10,5,4,農場到候選配送中心的單位運費及最短距離見表2。候選配送中心到居民點的單位運費及最短距離見表3,其中最短距離利用GIS 的網絡分析來計算,將地塊的中心位置作為計算距離的點。表2 農場到候選配送中心的單位運費/最短距離 農場配送中心農場1農場2農場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的單位運費/最短距離 居民點配送中心45619/1.55/0.510/2.228/2.54/1.13/1.837/2.412/1.45/1.7采用浮點數編碼,初始種群20,最大迭代次數500,交叉概率0.8,變異概率0.05,得出最小運輸費用270.6,此時對應的配送中心在地塊2。3.6 實地考察上述步驟確定地塊2為最佳選址地點,實地考察該地區地質條件良好,適宜建筑,且政府政策允113許。在實際確定地塊界限時,可充分利用該處地形,將圖右側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行空間分析,得出一系列候選地點,建立以運輸成本最小為目標的選址模型,并利用遺傳算法求解得出最佳選址地點。通過實例分析表明利用GIS和遺傳算法來對物流配送中心進行選址,能夠使物流配送中心選址過程更加直觀,結果更加科學化。參考文獻1胡剛,王淑琴,等.針對第三方物流企業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合的物流園區選址研究J.物流技術,2008,27(1:37-40.3李怡,謝紅兵.基于GIS的啟發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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