基于GIS的 物流仿真技术及应用

河北工业职业技术学院 石彦杰 白瑞云

市场经济的蓬勃发展和信息技术的不断变革使电子商务市场逐步壮大，物流业却成为制约电子商务进一步发展的瓶颈，这一现状受到人们的广泛关注，企业通过降低物流成本来提高市场竞争力已是不可争议的事实。随着计算机仿真技术的发展与GIS等信息技术的日益成熟，本文将GIS系统引入到物流系统的仿真过程中，为物流系统的管理层提供有力的决策依据。

1 GIS系统

GIS是以地理空间信息数据为基础，以计算机技术为支撑，采集、存储地球表面的空间、地理分布数据，从而为地理研究、决策提供有力服务的空间信息系统。目前，GIS已深入到了各行各业，成为人们工作与生活中不可或缺的工具。

1.1 空间数据

图1 GIS系统数据结构分层

如图1所示GIS数据结构主要分为两类：①矢量图形数据结构；②栅格图像数据结构。目前，常采用两种数据结构或者两者的混合结构。GIS系统中，地理空间实体由点、线、面来抽象描述。以对象的类型与属性为依据，GIS将物流实体系统虚拟化并存储在不同的层次，如图1所示。在物流仿真系统中，以点来描述运输车辆以及停车站点；以线来描述道路以及物流配送路径；以面来描述销售市场以及物流服务园区等。在GIS数据库中，每一图层都拥有自己独立的对象属性表，图层对象通过主键与属性表中的记录衔接起来。

1.2 GIS数据

GIS数据由两部分构成：①对象属性数据；②实体空间坐标数据。空间位置数据以实体对象的经纬度坐标来描述，主要的实体对象有物流中心、配送中心和分销点等。属性数据与其空间坐标位置无关，如配送中心的名称、物流需求量等物流节点数据与其经纬度坐标无关，而属性数据还包括物流运输路线的名称、编号、路线长度等信息。地理空间位置数据与实体对象属性数据相互独立，可以对其单独存储、处理。

2 基于GIS的物流系统仿真

2.1 仿真内容

在物流系统模型仿真的情况下，对其进行试验、分析，通过参数调整，得到合理的物流系统，从而更好地满足市场与客户的需求。以现有的资源为基础，寻求最佳的解决方案。仿真内容主要包括：1.物流、配送中心的选址；2.规划运输路径；3.物流调配；4.物流配送路径规划等。物流系统仿真涉及到的数据繁多且至关重要。以GIS技术为基础来分析物流系统中的数据关系，使得仿真方案更为真实，仿真结果更为直观、可信。这里以Caliper公司的TransCAD平台为基础，借助于MapInfo技术，设计了一种基于GIS的仿真方法。

2.2 基于GIS的系统仿真

为提高工作效率，合理利用资源，本文采用excel与MapInfo软件来对GIS的实体对象空间位置数据与属性数据进行处理，其具体流程如图2所示。

图2 基于TransCAD平台的GIS仿真流程

（1）录入物流实体对象属性数据。将物流实体资源进行编号，并设置其主键以及对应的属性字段，利用excel记录相应的参数数据。

（2）建立物流中心与物流服务区域图层。扫描电子地图，采用MapInfo软件来建立并编辑相应的区域。在视图文件中存储各区域的物流供应能力、物资需求等数据。

（3）建立运输路网与运输路径图层。借助于MapInfo来建立、编辑物流运输路网。值得注意的是，该项工作量十分庞大。而建立输运路径图层，通常是采用TransCAD来实现。

（4）数据融合。在TransCAD环境下，将物流实体对象属性数据，如物流中心、物流服务区、运输路网、运输路径等数据全部导入，并生成Map文件。然后利用TransCAD软件中编辑Map的工具箱处理相应的运输路网、运输路径等属性数据，并在路网上生成网络文件，然后在该网络文件中建立物流运输路径。

（5）矩阵处理。物流对象的基本数据是以矩阵的形式存在的。TransCAD平台提供矩阵导入、创建、删除、维护等操作功能，可以很好地实现矩阵数据的处理。

（6）模型选择。以具体物流仿真目的为基础，对于物流流量预测，物流配送运输路径规划，物流分担、分布方式，物流配送中心、物流中心的选址，物流管理体系的性能评估，网络物流配送，物流要素的分类与重组，企业物流管理系统、信息系统设计等需求，选择合适的仿真模型，设置、调整仿真参数，然后进行仿真分析研究。

3 仿真测试与分析

3.1 仿真一

（1）物流配送。客户向物流中心发送物流需求，物流管理系统生成相应的物流配送信息，生成详细的物流配送计划，规划物流配送路径，选择运输车辆，计算运输成本。

（2）运输车辆监控。通过选中的运输车辆属性数据，输入运输车辆车牌号，获取车辆实时坐标信息，在电子地图上显示。

3.1.1 仿真平台。仿真硬件与软件需求见表1。

表1 仿真硬件与软件需求

3.1.2 仿真结果与分析。本仿真系统通过操作人员手动设置物流需求，基于GIS的物流仿真平台自动生成物流配送信息，并在电子地图上显示运输车辆的坐标位置。其仿真结果见表2。

表2 基于GIS的物流仿真结果

仿真系统在制定配送计划时，以每个物流配送中心的服务范围为划分，在配送中心A内，待配送分销店为2个；在配送中心B内，待配送分销店为3个。在制定配送路径时，根据TransCAD的路径规划模型与路径最短模型，得到两种不同的路径规划结果，从运输距离与费用看出，虽然选择最短路径运输距离较近，但两者的运输成本差不多，而选择最佳路径可有效节约配送时间，提供物流运营效率。在物流仿真过程中，在电子地图上可以观测到运输车辆按规划的路径移动。

3.2 仿真二

本文借助于粮食物流来进行说明。这里主要介绍物流运输路径优化功能。路径优化是结合物流配送中心以及货物需求信息，如货物的实际需求量、配送时间等，根据实际需要，在电子地图上实现物流运输路径优化结果的可视化显示。结合物流信息数据库中的物流配送中心位置与仓储信息，操作人员手动输入配送信息，如图3所示为实际仿真实例。显示的内容包括：配送方案、需要的运输车辆以及优化路线。

图3 物流配送路径优化

4 结论

本文以TransCAD平台为基础，在物流系统的仿真分析过程中融入了地理空间信息系统，设计了一种基于GIS的物流仿真分析方法，仿真应用了TransCAD的路径规划模型、路径最短模型。结果表明，本文所提出的仿真方法可以很好地应用于物流服务中。