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        基于云GIS的電信運(yùn)營商物流配送系統(tǒng)和算法研究

        2015-12-21 02:41:34馬學(xué)剛LiJieMaXuegang
        互聯(lián)網(wǎng)天地 2015年7期
        關(guān)鍵詞:分析服務(wù)

        李 杰,馬學(xué)剛/Li Jie,Ma Xuegang

        (1.中國移動(dòng)通信集團(tuán)河北有限公司邢臺(tái)分公司 邢臺(tái)054000;2.中國移動(dòng)通信集團(tuán)河北有限公司 石家莊050035)

        1 引言

        在IT 時(shí)代,電信服務(wù)市場構(gòu)造一個(gè)有效、快速反應(yīng)的供應(yīng)鏈體系是十分必要的。提到供應(yīng)鏈,不得不提的就是物流配送問題?,F(xiàn)代物流要求物流企業(yè)實(shí)現(xiàn)物流、信息流和資金流的三流合一。所謂三流合一,就是要求在順暢的信息流的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)貨物和運(yùn)輸工具精確、及時(shí)、高效的流動(dòng),從而削減物流成本,提高企業(yè)競爭力,實(shí)現(xiàn)企業(yè)高效益。

        從運(yùn)營商自有營業(yè)廳的終端等物品上柜以來,就一直受物流配送的制約,配送時(shí)效無法滿足需求,影響了終端的及時(shí)上柜,并進(jìn)一步影響了營業(yè)廳的產(chǎn)能提升,使得運(yùn)營商在市場競爭中處于劣勢地位,并且隨著通信行業(yè)營業(yè)廳活動(dòng)的增加,從中心倉庫配送禮品的頻率和質(zhì)量激增,物流成本也相應(yīng)地增加。為了能夠應(yīng)對物流配送帶來的貨物增加和成本增加,如何快捷地配送物品和減少成本就成為迫切要解決的問題,主要有以下兩個(gè)方面。

        (1)建設(shè)普適、開放、協(xié)同的物流配送系統(tǒng)平臺(tái)

        在該平臺(tái)基礎(chǔ)上,定制開發(fā)適合運(yùn)營商物流配送的應(yīng)用和工具軟件。平臺(tái)的普適性,就是任何人,在任何地點(diǎn),以任何方式進(jìn)行物流配送方案的定制、查詢和分析;平臺(tái)的開放性,就是面向運(yùn)營商企業(yè)內(nèi)部,特別是針對非專業(yè)人員提供便捷、高效的物流配送應(yīng)用;平臺(tái)的協(xié)同性,就是搭建一個(gè)公共、可視平臺(tái),針對運(yùn)營商內(nèi)部各種人員在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)同工作。

        (2)優(yōu)化并改進(jìn)物流配送的核心算法

        目前常用的物流配送核心算法是最短路徑算法。最短路徑分析是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫再|(zhì),在網(wǎng)絡(luò)圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,求解從一個(gè)頂點(diǎn)到其他各頂點(diǎn)之間的最短路徑,或求解每對頂點(diǎn)之間的最短路徑。但實(shí)際中還要綜合考慮物流車載量、路徑、綜合費(fèi)用等多種要素。因此,如果要對算法進(jìn)行改造,就要從路徑、費(fèi)用、耗時(shí)等多個(gè)方面加權(quán)后計(jì)算最短路徑。

        2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2.1 云GIS平臺(tái)

        電信運(yùn)營商省級(jí)云GIS平臺(tái)是基于云計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)的,建設(shè)的架構(gòu)如下。

        ①借助虛擬化技術(shù),對主機(jī)、存儲(chǔ)等硬件設(shè)備進(jìn)行虛擬化,初步實(shí)現(xiàn)IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)),為云GIS平臺(tái)提供硬件資源可彈性調(diào)整的硬件環(huán)境。

        ②構(gòu)建PaaS(平臺(tái)即服務(wù)),基于ArcGIS 軟件架構(gòu),對云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行良好支撐,實(shí)現(xiàn)GIS 資源服務(wù)的精確度量、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、彈性調(diào)整,進(jìn)一步提升GIS 服務(wù)的高可用性。

        ③借助云GIS 架構(gòu),開發(fā)面向通用業(yè)務(wù)場景的GIS 軟件服務(wù)能力,只要有基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支持,就可以快速使用這些通用的GIS 軟件應(yīng)用和服務(wù),即實(shí)現(xiàn)了SaaS(軟件即服務(wù))。

        圖1 電信運(yùn)營商云GIS平臺(tái)架構(gòu)

        ④構(gòu)建輕量級(jí)Office Map 地圖插件工具,便捷、高效地實(shí)現(xiàn)Office Excel 與GIS 地圖的數(shù)據(jù)交換。

        2.2 基于云GIS的物流配送系統(tǒng)

        2.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

        云GIS平臺(tái)將云計(jì)算的各種特征用于支撐地理空間的各要素,包括建模、存儲(chǔ)、處理等,從而改變用戶傳統(tǒng)的GIS 應(yīng)用方法和建設(shè)模式,以一種更加友好的方式,高效率、低成本地使用地理信息資源。云GIS平臺(tái)的主要特征是:一個(gè)集中的空間信息存儲(chǔ)環(huán)境;一個(gè)以服務(wù)為基礎(chǔ)的空間信息應(yīng)用平臺(tái); 一個(gè)以租賃為主要形式的運(yùn)營模式??傊艷IS平臺(tái)是一個(gè)面向大眾的、開放的、優(yōu)化的GIS 制圖和公共服務(wù)平臺(tái)。

        云GIS平臺(tái)主要的運(yùn)營模式包括3 種:PaaS、SaaS、DaaS。電信運(yùn)營商云GIS平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

        (1)PaaS

        主要是提供托管、租賃的運(yùn)營模式,企業(yè)內(nèi)部其他部門的GIS 應(yīng)用需求可承載到云GIS平臺(tái)上。物流配送系統(tǒng)依托云GIS的PaaS 層,通過PaaS 提供GIS 服務(wù)和開發(fā)環(huán)境,減少傳統(tǒng)GIS 應(yīng)用開發(fā)模式的大工作量,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用需求平臺(tái)級(jí)的環(huán)境支撐和服務(wù)托管。

        (2)SaaS

        將傳統(tǒng)GIS 空間分析能力,以一種軟件能力進(jìn)行封裝,對外提供松耦合的獨(dú)立軟件應(yīng)用,并且具備各種軟件的重新組織和搭配能力,能夠快速形成模塊化軟件融合能力。對于普通用戶,不用進(jìn)行任何開發(fā),就可以便捷地應(yīng)用GIS 軟件服務(wù)。

        (3)DaaS

        提供基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合接口,為普通用戶提供便捷的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在地圖中呈現(xiàn)的服務(wù),即云GIS的普適性。圖2所示為物流配送系統(tǒng)架構(gòu)。

        物流配送平臺(tái)系統(tǒng)承載在云GIS平臺(tái)中,通過PaaS、SaaS、DaaS 提供的服務(wù)、軟件和數(shù)據(jù)聚合能力,實(shí)現(xiàn)地圖管理、地圖和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理、物流配送管理以及共享管理。

        (1)地圖管理

        通過Office Map 插件工具,在Excel中嵌入動(dòng)態(tài)、交互式的GIS 地圖。

        (2)地圖和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理

        選擇要在GIS 地圖中分析的營業(yè)廳數(shù)據(jù),以向?qū)Х绞缴蟼鳡I業(yè)廳數(shù)據(jù)并呈現(xiàn)在交互式地圖中。將所有的道路放到空間分析中進(jìn)行分析,最終得出一條最佳路徑。

        (3)物流配送管理

        主要是依托GIS 空間分析能力,實(shí)現(xiàn)物流配送最短路徑分析功能,并將配送路徑在地圖中實(shí)現(xiàn)可視化。

        (4)共享管理

        一是將上傳到地圖中的營業(yè)廳數(shù)據(jù)共享為數(shù)據(jù)圖層;二是將營業(yè)廳數(shù)據(jù)圖層與路徑分析服務(wù)發(fā)布成GIS 地圖服務(wù);三是將生成GIS 地圖服務(wù)在自主門戶系統(tǒng)中展示。

        圖2 物流配送平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

        2.2.2 物流配送算法的優(yōu)化

        物流配送系統(tǒng)的核心算法是在遺傳算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的,同時(shí)參考了迪克斯拉算法、Floyd算法、矩陣算法。通過Office Map 插件工具來編輯數(shù)據(jù),管理平臺(tái)共享服務(wù),基于云GIS平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)配送的空間分析。

        從物流配送的實(shí)際情況出發(fā),影響配送成本的因素很多。所謂配送成本是指到達(dá)目標(biāo)或目的地的花費(fèi),包括自然障礙地物(山地、河流、湖泊等)和人文障礙地物(建筑物、鐵路、高速公路等)的阻隔、時(shí)間、安全性等,Arcgis 空間分析就能很好地解決這些問題,在Arcgis 空間分析模塊下,制圖工具提供了許多分析工具和函數(shù)。

        圖3 為遺傳算法流程,分為決策變量、建立優(yōu)化模型、調(diào)用路徑分析服務(wù)等。

        (1)決策變量

        對路徑分析需要的決策條件進(jìn)行分析,如路徑、車輛、貨物總量。

        (2)建立優(yōu)化模型

        通過Arcgis 分析并結(jié)合遺傳算法來進(jìn)行模型建立和優(yōu)化。

        (3)調(diào)用路徑分析服務(wù)

        建立好的模型,并輸入到發(fā)布好的路徑分析服務(wù)中,經(jīng)過空間分析,得出最優(yōu)最短路徑。

        3 系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)

        3.1 Office Map 插件工具

        安裝部署Office 插件后,打開Excel,切換到Office Map 標(biāo)簽頁,單擊“登錄”按鈕,輸入賬號(hào)、密碼登錄,如圖4所示。

        圖3 遺傳算法實(shí)現(xiàn)流程

        圖4 登錄Office Map 插件工具

        3.2 模版設(shè)置

        單擊“插入物流配送模版”,如圖5所示。

        填寫經(jīng)度、緯度、地點(diǎn)、配送數(shù)量和單車配送數(shù)量等參數(shù)。其中,營業(yè)廳配送數(shù)量為每個(gè)營業(yè)廳的配送量,倉庫的為0;單車配送數(shù)量只有倉庫有,其他為0,如圖6所示。

        3.3 轉(zhuǎn)換不規(guī)則的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)

        正常經(jīng)緯度數(shù)據(jù)格式為114.506 942 6(經(jīng)度)、37.067 097 24(緯度)。在經(jīng)緯度的采集和錄入過程中,因?yàn)闇y試設(shè)備、經(jīng)緯度坐標(biāo)、人為錄入等客觀因素,會(huì)導(dǎo)致經(jīng)緯度格式不符合要求。

        系統(tǒng)提供經(jīng)緯度數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的功能,選中經(jīng)緯度列,單擊“經(jīng)緯度格式轉(zhuǎn)換”,如圖7所示。

        3.4 共享數(shù)據(jù)

        營業(yè)廳、倉庫、物流配送單車載貨量等參數(shù)編輯、填寫完成后,下一步要上傳物流配送的相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),共享數(shù)據(jù)到云GIS平臺(tái)中,共享給托管在云GIS平臺(tái)的物流配送系統(tǒng)使用,具體如圖8和圖9所示。

        ①選擇數(shù)據(jù)的位置信息方式,包括地址、經(jīng)緯度和國家3 種方式。通常采用經(jīng)緯度位置上傳方式,如圖10所示,然后單擊下一步。

        圖5 物流配送模塊

        圖6 物流配送的營業(yè)廳數(shù)據(jù)編輯

        圖7 經(jīng)緯度數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

        圖8 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳向?qū)?/p>

        圖9 選擇要上傳業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的單元格區(qū)域

        圖10 選擇數(shù)據(jù)位置上傳方式

        ②指定業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在地圖中注記名稱、經(jīng)度、緯度,在Excel 表格中列字段位置,單擊“向地圖中添加數(shù)據(jù)”,完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳到地圖,如圖11 和圖12所示。

        4 驗(yàn)證結(jié)果

        在基礎(chǔ)地圖中上傳并共享物流配送相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)后(營業(yè)廳、倉庫、單車載貨量等),就要進(jìn)行物流配送路徑規(guī)劃分析。主要是借助云GIS平臺(tái)提供路徑規(guī)劃的空間分析能力,基于改進(jìn)優(yōu)化后的遺傳算法,在地圖中以可視化方式呈現(xiàn)物流配送路徑。具體步驟為: 右鍵單擊 “共享的物流配送數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)”,然后選擇“倉庫配送路徑分析”菜單,最后單擊“開始分析”按鈕,對倉庫配送路徑進(jìn)行分析并將分析結(jié)果呈現(xiàn)出來,如圖13~圖15所示。

        圖11 設(shè)定注記名稱、經(jīng)緯度所在的列并上傳數(shù)據(jù)到地圖

        圖12 上傳營業(yè)廳業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并在地圖中呈現(xiàn)

        圖13 門戶路徑分析呈現(xiàn)

        圖14 倉庫配送路徑分析

        圖15 路徑分析結(jié)果呈現(xiàn)

        5 結(jié)束語

        本文研究的物流配送系統(tǒng)是基于云GIS平臺(tái)架構(gòu)的,其特點(diǎn)是:高擴(kuò)展、靈活、GIS 服務(wù)云端化、云+端應(yīng)用模式、端的多元化、面向協(xié)同辦公的GIS普適化。依托云GIS平臺(tái)架構(gòu)開發(fā)的快速制圖工具,具有數(shù)據(jù)即服務(wù)和軟件即服務(wù)的能力,并在此基礎(chǔ)上大大提升了非GIS 專業(yè)人員操作地圖的便捷、高效的能力。目前,該系統(tǒng)已經(jīng)在某電信運(yùn)營商的采購供應(yīng)部門推廣應(yīng)用,極大地降低了GIS 地圖數(shù)據(jù)和軟件應(yīng)用門檻,客觀地量化了采購供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中的成本,為運(yùn)營商降本增效、提升管理提供了支撐。

        [1]徐虹,劉志強(qiáng),羅杰.基于GIS的物流配送系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2003,(6).

        [2]高志剛,王長瓊.基于GIS的多路線配送系統(tǒng)集成研究[J].物流科技,2005,(2).

        [3]曹全龍,唐權(quán),楊程瑤.基于ArcGIS的云GIS平臺(tái)設(shè)計(jì)方案研究[J].測繪與空間地理信息,2014,37(10).

        [4]中國移動(dòng)通信集團(tuán).中國移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)GIS平臺(tái)技術(shù)規(guī)范V0.9.0[Z].2009.

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