景海濤，李 偉，周 琳，原世偉

（1.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000）

高速公路物流運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

景海濤1，李 偉1，周 琳1，原世偉1

（1.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000）

從網(wǎng)絡(luò)空間分析、數(shù)據(jù)庫建立、系統(tǒng)開發(fā)等方面出發(fā)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)物流運(yùn)輸管理功能。以某區(qū)域內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，建立GeoDataBase和SQL Server數(shù)據(jù)庫，基于ArcGIS Engine開發(fā)組件、Visual Studio，利用C#開發(fā)物流運(yùn)輸管理系統(tǒng)，采用分支定界算法、Dijkstra算法，結(jié)合GIS中網(wǎng)絡(luò)分析功能，實(shí)現(xiàn)物流運(yùn)輸信息管理中最短路徑選擇、旅行商回路確定、自定義路徑等問題。系統(tǒng)對于物流運(yùn)輸管理具有易操作性、實(shí)用性等特點(diǎn)，可為物流運(yùn)輸提供有效的空間信息保障。

物流運(yùn)輸；高速公路；GIS；旅行商問題

物流網(wǎng)絡(luò)[1-3]由大量的物流結(jié)點(diǎn)和物流線路組成，具有復(fù)雜的空間特性[4,5]，常規(guī)的信息管理系統(tǒng)（例如業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)）空間分析能力不足、局限性明顯。

本研究通過建立GeoDataBase和SQL Server數(shù)據(jù)庫，管理地圖數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，采用分支定界算法和Dijkstra算法，結(jié)合GIS網(wǎng)絡(luò)分析模塊，實(shí)現(xiàn)對物流運(yùn)輸進(jìn)行信息管理及線路分析的功能，構(gòu)建河南省高速公路物流運(yùn)輸管理系統(tǒng)，為物流運(yùn)輸提供有效的空間信息保障。

1 Dijkstra算法和旅行商問題

Dijkstra算法是一種典型的最短路徑算法，以指定的起始點(diǎn)為中心向外層擴(kuò)展，直至尋到目標(biāo)點(diǎn)[6,7]，用于解決網(wǎng)絡(luò)中2個(gè)結(jié)點(diǎn)間最短路徑的問題。其基本思路為[8]：

1）起點(diǎn)固定標(biāo)號(hào)為0，其他結(jié)點(diǎn)臨時(shí)標(biāo)號(hào)為∞。

2）對未固定標(biāo)號(hào)的結(jié)點(diǎn)全部給出臨時(shí)標(biāo)號(hào)，其值為：min[j的舊標(biāo)號(hào)，（i的舊標(biāo)號(hào)+wij）]。式中，i是前一步剛被標(biāo)定的結(jié)點(diǎn)；wij是邊eij的權(quán)，如果結(jié)點(diǎn)i和j不相鄰接，wij=∞。

3）臨時(shí)標(biāo)號(hào)最小值設(shè)為固定標(biāo)號(hào)。

4）重復(fù)進(jìn)行步驟2）與3），直至終點(diǎn)。

旅行商問題實(shí)質(zhì)是尋找一個(gè)代價(jià)最小的哈密爾頓回路，哈密爾頓回路是指途經(jīng)的結(jié)點(diǎn)有且僅一次的環(huán)路。解決方法包括線性規(guī)劃算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法、最鄰近方法[9]和分支定界算法等，本研究采用分支定界算法：

1）首先將所有邊權(quán)值從小到大排序。

2）按順序依次選邊權(quán)值進(jìn)行深度搜索，直至選取n條邊，判斷是否構(gòu)成哈密爾頓回路[10]。若是，得出結(jié)果，否則執(zhí)行步驟3）。

3）剔除當(dāng)前回路中最長邊，加入后面第一條待選邊，轉(zhuǎn)到步驟2）。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與建立

基于GIS的高速公路物流運(yùn)輸管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，主要包括地理數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫（二者均是模擬數(shù)據(jù)，用于系統(tǒng)測試）。

GeoDataBase是利用ArcCatalog建立的數(shù)據(jù)庫[11]，包括城市群、高速公路網(wǎng)及其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集等空間數(shù)據(jù)。其中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集包括道路網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[12]，用于輔助最佳路徑選擇；城市群作為各地物流貨物集散中心；高速公路網(wǎng)圖層用于顯示該地詳細(xì)的高速公路網(wǎng)空間分布。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫是利用SQL Server建立的數(shù)據(jù)庫，包括集散中心信息、貨物信息、客戶信息、車輛信息、駕駛員信息等。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)流程

系統(tǒng)開發(fā)具體流程如圖1所示，收集高速公路網(wǎng)和物流業(yè)務(wù)流程等相關(guān)資料，建立系統(tǒng)的地理數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫；經(jīng)過公路網(wǎng)矢量化和拓?fù)錂z查，生成網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)——網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，并與城市群、高速公路、物流業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等集成，建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由6個(gè)功能模塊組成（圖2）：數(shù)據(jù)管理和信息查詢主要用于管理和查詢送貨中心、貨物、客戶、車輛、司機(jī)等信息；地圖圖層和地圖操作用于實(shí)現(xiàn)地圖瀏覽等基本功能；路徑選擇是系統(tǒng)核心功能，提供多種路徑獲取方式，實(shí)現(xiàn)路線自動(dòng)快速科學(xué)獲?。宦窂皆O(shè)置功能用于設(shè)置路徑相關(guān)屬性。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 運(yùn)輸管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主界面如圖3，按照實(shí)用、可靠、使用方便等原則，系統(tǒng)具體功能大致可以分為基本操作功能、業(yè)務(wù)管理功能和線路選擇3大部分。

3.1 基本操作功能

圖3 系統(tǒng)主界面

基本操作功能包括地圖圖層、地圖瀏覽、繪圖工具。地圖圖層用于控制圖層顯示、疊加順序、符號(hào)渲染等；繪圖工具用于繪制點(diǎn)、線、面、圓、矩形、多邊形等多種圖形；地圖瀏覽包括站點(diǎn)輸入、要素選擇、放大、縮小、漫游、全圖顯示、量測等。

3.2 業(yè)務(wù)管理功能

業(yè)務(wù)管理功能包括數(shù)據(jù)管理和信息查詢（如圖4，上部分為數(shù)據(jù)管理對話框，下部分為信息查詢界面），管理與物流貨物相關(guān)的信息。數(shù)據(jù)管理和信息查詢功能都具有查詢功能，采用精確查詢和模糊查詢2種方式，模糊查詢分為前方一致、中間一致、后方一致3種模式。二者不同之處在于，考慮到數(shù)據(jù)安全性，數(shù)據(jù)管理功能中添加了數(shù)據(jù)編輯功能，包括刷新、添加、修改、刪除和清空。

圖4 信息管理和信息查詢功能

3.3 線路選擇功能

線路選擇功能包括獲取線路和路徑參數(shù)設(shè)置，獲取線路功能包括添加站點(diǎn)、添加障礙點(diǎn)、最短路徑、加載站點(diǎn)圖層的GIS網(wǎng)絡(luò)分析常用功能和環(huán)狀路徑、旅行商路徑、自定義路徑等新添加功能。

3.3.1 最短路徑

最短路徑是物流運(yùn)輸中最基本的功能。具體流程如圖5，通過鼠標(biāo)在地圖視圖中獲取目的地和障礙點(diǎn)，依據(jù)路徑參數(shù)和Dijkstra算法計(jì)算出最短路徑，并把最短路徑的空間和屬性信息傳輸?shù)街鹘缑妗?/p>

圖5 最短路徑計(jì)算流程

以圖6為例，研究M點(diǎn)到B點(diǎn)最短路徑的獲取。圖中左側(cè)是路徑設(shè)置，右側(cè)是最短路徑結(jié)果。

圖6 路徑設(shè)置和最短路徑結(jié)果

3.3.2 旅行商路徑

旅行商路徑計(jì)算流程如圖7，先通過鼠標(biāo)添加多個(gè)（多于2個(gè)）目的地，并依照路徑參數(shù)和Dijkstra算法計(jì)算出任意2點(diǎn)間的最短路徑值，再根據(jù)分支定界算法篩選出滿足旅行商問題的線路，并把旅行商路徑的空間和屬性信息傳輸?shù)街鹘缑?。如圖8所示，獲取經(jīng)過研究區(qū)域中部6個(gè)目的地的旅行商路徑。

圖8 旅行商路徑結(jié)果

3.3.3 自定義路徑

最短路徑要求用戶掌握目標(biāo)點(diǎn)的大致地理位置，即需要用戶通過鼠標(biāo)獲取目的地的坐標(biāo)，而自定義路徑只要求用戶掌握目的地名稱。其具體的計(jì)算流程如圖9。在自定義對話框中選擇目的地名稱，通過字符標(biāo)準(zhǔn)化處理后獲取所在地的點(diǎn)坐標(biāo)，然后依據(jù)路徑參數(shù)和Dijkstra算法獲取運(yùn)輸路徑，并把自定義路徑的空間和屬性信息傳輸?shù)街鹘缑?。在圖10中，左側(cè)是輸入目的地的對話框，右側(cè)是路徑選取結(jié)果。

圖9 自定義路徑計(jì)算流程

圖10 自定義對話框和路徑選取結(jié)果

4 結(jié) 語

現(xiàn)代物流運(yùn)輸線路管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物流運(yùn)輸信息管理及線路分析，能夠滿足在物流運(yùn)輸管理中的應(yīng)用，為物流運(yùn)輸提供有效的空間信息保障。除此之外，系統(tǒng)還有以下特點(diǎn)：

1）系統(tǒng)分析對象不僅可以包括高速公路網(wǎng)，還可以包括公路網(wǎng)、鐵路網(wǎng)等運(yùn)輸系統(tǒng)；2）系統(tǒng)與數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)合，提供新的線路獲取功能；3）整合地理數(shù)據(jù)庫和SQL數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)二者間交換查詢；

4）界面設(shè)計(jì)實(shí)用、美觀，信息綜合顯示等。

但是，系統(tǒng)仍存在一些問題，如旅行商路徑算法有待改善，如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)移植在手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備上。

[1] 李創(chuàng),王麗萍.物流學(xué)概論[M].北京:北京大學(xué)出版社,2012

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P208

B

1672-4623（2015）03-0087-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.031

景海濤，博士，教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)?S技術(shù)及應(yīng)用。

2014-05-29。

項(xiàng)目來源：河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究資助項(xiàng)目（142300410149）。