基于云GIS的电信运营商物流配送系统和算法研究

李 杰，马学刚/Li Jie,Ma Xuegang

（1.中国移动通信集团河北有限公司邢台分公司 邢台054000；2.中国移动通信集团河北有限公司 石家庄050035）

1 引言

在IT 时代，电信服务市场构造一个有效、快速反应的供应链体系是十分必要的。提到供应链，不得不提的就是物流配送问题。现代物流要求物流企业实现物流、信息流和资金流的三流合一。所谓三流合一，就是要求在顺畅的信息流的基础上，实现货物和运输工具精确、及时、高效的流动，从而削减物流成本，提高企业竞争力，实现企业高效益。

从运营商自有营业厅的终端等物品上柜以来，就一直受物流配送的制约，配送时效无法满足需求，影响了终端的及时上柜，并进一步影响了营业厅的产能提升，使得运营商在市场竞争中处于劣势地位，并且随着通信行业营业厅活动的增加，从中心仓库配送礼品的频率和质量激增，物流成本也相应地增加。为了能够应对物流配送带来的货物增加和成本增加，如何快捷地配送物品和减少成本就成为迫切要解决的问题，主要有以下两个方面。

（1）建设普适、开放、协同的物流配送系统平台

在该平台基础上，定制开发适合运营商物流配送的应用和工具软件。平台的普适性，就是任何人，在任何地点，以任何方式进行物流配送方案的定制、查询和分析；平台的开放性，就是面向运营商企业内部，特别是针对非专业人员提供便捷、高效的物流配送应用；平台的协同性，就是搭建一个公共、可视平台，针对运营商内部各种人员在此基础上进行协同工作。

（2）优化并改进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径算法。最短路径分析是根据网络的拓扑性质，在网络图数据结构中，求解从一个顶点到其他各顶点之间的最短路径，或求解每对顶点之间的最短路径。但实际中还要综合考虑物流车载量、路径、综合费用等多种要素。因此，如果要对算法进行改造，就要从路径、费用、耗时等多个方面加权后计算最短路径。

2 系统设计

2.1 云GIS平台

电信运营商省级云GIS平台是基于云计算架构设计的，建设的架构如下。

①借助虚拟化技术，对主机、存储等硬件设备进行虚拟化，初步实现IaaS（基础设施即服务），为云GIS平台提供硬件资源可弹性调整的硬件环境。

②构建PaaS（平台即服务），基于ArcGIS 软件架构，对云计算技术进行良好支撑，实现GIS 资源服务的精确度量、动态监控、弹性调整，进一步提升GIS 服务的高可用性。

③借助云GIS 架构，开发面向通用业务场景的GIS 软件服务能力，只要有基础业务数据支持，就可以快速使用这些通用的GIS 软件应用和服务，即实现了SaaS（软件即服务）。

图1 电信运营商云GIS平台架构

④构建轻量级Office Map 地图插件工具，便捷、高效地实现Office Excel 与GIS 地图的数据交换。

2.2 基于云GIS的物流配送系统

2.2.1 系统架构

云GIS平台将云计算的各种特征用于支撑地理空间的各要素，包括建模、存储、处理等，从而改变用户传统的GIS 应用方法和建设模式，以一种更加友好的方式，高效率、低成本地使用地理信息资源。云GIS平台的主要特征是：一个集中的空间信息存储环境；一个以服务为基础的空间信息应用平台； 一个以租赁为主要形式的运营模式。总之，云GIS平台是一个面向大众的、开放的、优化的GIS 制图和公共服务平台。

云GIS平台主要的运营模式包括3 种：PaaS、SaaS、DaaS。电信运营商云GIS平台架构如图1所示。

（1）PaaS

主要是提供托管、租赁的运营模式，企业内部其他部门的GIS 应用需求可承载到云GIS平台上。物流配送系统依托云GIS的PaaS 层，通过PaaS 提供GIS 服务和开发环境，减少传统GIS 应用开发模式的大工作量，实现应用需求平台级的环境支撑和服务托管。

（2）SaaS

将传统GIS 空间分析能力，以一种软件能力进行封装，对外提供松耦合的独立软件应用，并且具备各种软件的重新组织和搭配能力，能够快速形成模块化软件融合能力。对于普通用户，不用进行任何开发，就可以便捷地应用GIS 软件服务。

（3）DaaS

提供基础地图数据与业务数据融合接口，为普通用户提供便捷的业务数据在地图中呈现的服务，即云GIS的普适性。图2所示为物流配送系统架构。

物流配送平台系统承载在云GIS平台中，通过PaaS、SaaS、DaaS 提供的服务、软件和数据聚合能力，实现地图管理、地图和业务数据管理、物流配送管理以及共享管理。

（1）地图管理

通过Office Map 插件工具，在Excel中嵌入动态、交互式的GIS 地图。

（2）地图和业务数据管理

选择要在GIS 地图中分析的营业厅数据，以向导方式上传营业厅数据并呈现在交互式地图中。将所有的道路放到空间分析中进行分析，最终得出一条最佳路径。

（3）物流配送管理

主要是依托GIS 空间分析能力，实现物流配送最短路径分析功能，并将配送路径在地图中实现可视化。

（4）共享管理

一是将上传到地图中的营业厅数据共享为数据图层；二是将营业厅数据图层与路径分析服务发布成GIS 地图服务；三是将生成GIS 地图服务在自主门户系统中展示。

图2 物流配送平台系统架构

2.2.2 物流配送算法的优化

物流配送系统的核心算法是在遗传算法的基础上进行改进的，同时参考了迪克斯拉算法、Floyd算法、矩阵算法。通过Office Map 插件工具来编辑数据，管理平台共享服务，基于云GIS平台来实现配送的空间分析。

从物流配送的实际情况出发，影响配送成本的因素很多。所谓配送成本是指到达目标或目的地的花费，包括自然障碍地物（山地、河流、湖泊等）和人文障碍地物（建筑物、铁路、高速公路等）的阻隔、时间、安全性等，Arcgis 空间分析就能很好地解决这些问题，在Arcgis 空间分析模块下，制图工具提供了许多分析工具和函数。

图3 为遗传算法流程，分为决策变量、建立优化模型、调用路径分析服务等。

（1）决策变量

对路径分析需要的决策条件进行分析，如路径、车辆、货物总量。

（2）建立优化模型

通过Arcgis 分析并结合遗传算法来进行模型建立和优化。

（3）调用路径分析服务

建立好的模型，并输入到发布好的路径分析服务中，经过空间分析，得出最优最短路径。

3 系统开发实现

3.1 Office Map 插件工具

安装部署Office 插件后，打开Excel，切换到Office Map 标签页，单击“登录”按钮，输入账号、密码登录，如图4所示。

图3 遗传算法实现流程

图4 登录Office Map 插件工具

3.2 模版设置

单击“插入物流配送模版”，如图5所示。

填写经度、纬度、地点、配送数量和单车配送数量等参数。其中，营业厅配送数量为每个营业厅的配送量，仓库的为0；单车配送数量只有仓库有，其他为0，如图6所示。

3.3 转换不规则的经纬度数据

正常经纬度数据格式为114.506 942 6（经度）、37.067 097 24（纬度）。在经纬度的采集和录入过程中，因为测试设备、经纬度坐标、人为录入等客观因素，会导致经纬度格式不符合要求。

系统提供经纬度数据格式转换的功能，选中经纬度列，单击“经纬度格式转换”，如图7所示。

3.4 共享数据

营业厅、仓库、物流配送单车载货量等参数编辑、填写完成后，下一步要上传物流配送的相关业务数据，共享数据到云GIS平台中，共享给托管在云GIS平台的物流配送系统使用，具体如图8和图9所示。

①选择数据的位置信息方式，包括地址、经纬度和国家3 种方式。通常采用经纬度位置上传方式，如图10所示，然后单击下一步。

图5 物流配送模块

图6 物流配送的营业厅数据编辑

图7 经纬度数据格式转换

图8 业务数据上传向导

图9 选择要上传业务数据的单元格区域

图10 选择数据位置上传方式

②指定业务数据在地图中注记名称、经度、纬度，在Excel 表格中列字段位置，单击“向地图中添加数据”，完成业务数据上传到地图，如图11 和图12所示。

4 验证结果

在基础地图中上传并共享物流配送相关业务数据后（营业厅、仓库、单车载货量等），就要进行物流配送路径规划分析。主要是借助云GIS平台提供路径规划的空间分析能力，基于改进优化后的遗传算法，在地图中以可视化方式呈现物流配送路径。具体步骤为： 右键单击 “共享的物流配送数据节点”，然后选择“仓库配送路径分析”菜单，最后单击“开始分析”按钮，对仓库配送路径进行分析并将分析结果呈现出来，如图13~图15所示。

图11 设定注记名称、经纬度所在的列并上传数据到地图

图12 上传营业厅业务数据并在地图中呈现

图13 门户路径分析呈现

图14 仓库配送路径分析

图15 路径分析结果呈现

5 结束语

本文研究的物流配送系统是基于云GIS平台架构的，其特点是：高扩展、灵活、GIS 服务云端化、云+端应用模式、端的多元化、面向协同办公的GIS普适化。依托云GIS平台架构开发的快速制图工具，具有数据即服务和软件即服务的能力，并在此基础上大大提升了非GIS 专业人员操作地图的便捷、高效的能力。目前，该系统已经在某电信运营商的采购供应部门推广应用，极大地降低了GIS 地图数据和软件应用门槛，客观地量化了采购供应链环节中的成本，为运营商降本增效、提升管理提供了支撑。

[1]徐虹，刘志强，罗杰.基于GIS的物流配送系统设计[J].计算机应用研究，2003，（6）.

[2]高志刚，王长琼.基于GIS的多路线配送系统集成研究[J].物流科技，2005，（2）.

[3]曹全龙，唐权，杨程瑶.基于ArcGIS的云GIS平台设计方案研究[J].测绘与空间地理信息，2014,37（10）.

[4]中国移动通信集团.中国移动网络系统GIS平台技术规范V0.9.0[Z].2009.