一、GIS概念及其特點(diǎn)

GIS是地理信息系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱,全稱為：Geographic Information System。自20世紀(jì)人類進(jìn)入太空后,對(duì)于地理信息收集已經(jīng)從二維上升到三維空間,借助地球遙感衛(wèi)星,人類可以對(duì)地球表層空間中的地理信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、描述。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,使地理信息系統(tǒng)開(kāi)始融入人們的現(xiàn)實(shí)生活中,通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù),將抽象的經(jīng)緯度坐標(biāo)置于特定的地理信息匯中,以具體的地點(diǎn)、坐標(biāo)、方位被用戶所理解認(rèn)識(shí),用戶在獲得具體的地理信息后,通過(guò)對(duì)周邊環(huán)境與所處地理信息查詢,為用戶提供便捷的信息服務(wù)支持。

GIS作為一門綜合性應(yīng)用技術(shù),將地理學(xué)、遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)融合,廣泛運(yùn)用在城市交通、農(nóng)業(yè)普查、城市規(guī)劃等諸多領(lǐng)域,在各行業(yè)中發(fā)揮著重要基礎(chǔ)作用。例如,在物流行業(yè)中,不僅要考慮運(yùn)輸最短路徑,還要考慮運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)效益,這時(shí)依托于GIS龐大的交通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),可以為用戶分析出最佳的運(yùn)輸路徑,從而提高運(yùn)輸行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前,GIS具有以下顯著特點(diǎn)。

1. GIS是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為支撐的

GIS是建立在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)之上的信息系統(tǒng),得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,使抽象的地理信息數(shù)據(jù)能夠以具體的數(shù)字圖像呈現(xiàn)在人們面前。在地理信息系統(tǒng)中,通過(guò)對(duì)地球表層空間數(shù)據(jù)的采集與整理、分析,利用地理信息處理軟件,將采集的數(shù)據(jù)信息通過(guò)圖像處理系統(tǒng),制作成可以直觀量化的圖像產(chǎn)品。在地理信息系統(tǒng)中,各個(gè)子系統(tǒng)功能的強(qiáng)弱,直接關(guān)系著GIS功能。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,GIS已經(jīng)從早期的封閉系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)放式數(shù)據(jù)共享,地理信息系統(tǒng)也逐步演變成網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)。

2. GIS操作對(duì)象是地理空間數(shù)據(jù)

在GIS中,其主要操作對(duì)象是地理空間數(shù)據(jù),雖然在GIS中會(huì)涉及其他數(shù)據(jù)信息,但是其底層架構(gòu)與系統(tǒng)運(yùn)行邏輯還是依賴于地理空間數(shù)據(jù)。人們按照地理空間位置,以經(jīng)緯度為依托,對(duì)地理空間每一個(gè)地理坐標(biāo)進(jìn)行編碼,對(duì)其進(jìn)行定位、定性、定量描述。在完成地理空間標(biāo)碼后,再按照地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù),根據(jù)需要制作相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用圖庫(kù)。需要注意的是,只有在地理信息系統(tǒng)中,才能實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的空間位置、屬性和時(shí)態(tài)三種基本特征的統(tǒng)一。

3. GIS對(duì)地理空間數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)綜合利用

地理信息系統(tǒng)具有對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析、評(píng)價(jià)、可視化和模擬的綜合利用優(yōu)勢(shì)。在對(duì)地球表層空間管理中,不僅涉及物理數(shù)據(jù),還涉及化學(xué)、數(shù)學(xué)等多種專業(yè)數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)來(lái)源種類上,既包括傳統(tǒng)的大氣,也含有土地、海洋、建筑、交通等多種類、多規(guī)格的空間數(shù)據(jù)。在GIS系統(tǒng)中,需要對(duì)多來(lái)源、多類型、多格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、融合、標(biāo)準(zhǔn)化管理,為數(shù)據(jù)綜合分析利用提供技術(shù)基礎(chǔ)。相比常規(guī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法,采用GIS系統(tǒng),可以對(duì)重要空間信息綜合分析,對(duì)地理空間中的對(duì)象進(jìn)行演化、預(yù)測(cè)、決策和管理,提高對(duì)地理信息能力的處理分析能力。

4. GIS具有分布特性

地理信息系統(tǒng)的分布特性是由其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分布性和地理信息自身的分布特性共同決定的。地球作為一個(gè)整體,在對(duì)地理空間進(jìn)行分割的過(guò)程中,往往按照用途不同,進(jìn)行地理空間的人為分布。例如,在GIS中,往往按照用途不同,將地球空間分為陸地與海洋兩個(gè)分布區(qū)域,而在陸地分布區(qū)域上,又根據(jù)地理特征或氣候特征進(jìn)行分布,從而方便分區(qū)管理。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分布中,則根據(jù)地理數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)管理進(jìn)行分布管理,采用框架式分布來(lái)提高地理信息的穩(wěn)定性。

5. GIS強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性

地理信息系統(tǒng)的成功應(yīng)用更強(qiáng)調(diào)組織體系和人的因素作用,這是由地理信息系統(tǒng)的復(fù)雜性和多學(xué)科交叉性所要求的。GIS不僅涉及地理知識(shí),還兼有軟件工程和具體應(yīng)用學(xué)科知識(shí)。在開(kāi)發(fā)GIS系統(tǒng)時(shí),需要綜合考慮地理數(shù)據(jù)與軟件系統(tǒng)的交叉應(yīng)用。例如,作為城市規(guī)劃中運(yùn)用的GIS,從業(yè)人員要具備一定的城市規(guī)劃知識(shí),在運(yùn)用中構(gòu)建符合城市規(guī)劃體系的數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)GIS對(duì)于組織的高度依賴性,特別是專業(yè)人員對(duì)于其他領(lǐng)域知識(shí)的特殊要求,認(rèn)識(shí)GIS系統(tǒng)的復(fù)合性與學(xué)科交叉性。

二、應(yīng)急物流配送路徑現(xiàn)狀

隨著物流行業(yè)的快速發(fā)展,物流效率在得到極大提升的同時(shí),面對(duì)以自然災(zāi)害為代表的應(yīng)急物流卻面臨各種困境。一方面,現(xiàn)代物流建立在完善的交通網(wǎng)絡(luò)上,各種交通方式緊密配合,以經(jīng)濟(jì)、高效的方式送到客戶手中,這就為應(yīng)急物流奠定了堅(jiān)實(shí)的運(yùn)輸基礎(chǔ)；另一方面,應(yīng)急物流往往具有突發(fā)性,有時(shí)還會(huì)面臨人員不足、物資集中運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題,這就導(dǎo)致應(yīng)急物流面臨的運(yùn)輸困難超出普通物流。

1. 應(yīng)急物流信息化程度低

不同于電子商務(wù)完善的物流信息系統(tǒng),應(yīng)急物流往往具有突發(fā)性,所運(yùn)送的物品往往數(shù)量巨大,與原有的物流信息系統(tǒng)缺乏配合,這就導(dǎo)致應(yīng)急物流呈現(xiàn)出信息化程度低的問(wèn)題。例如,當(dāng)一些地區(qū)發(fā)生自然災(zāi)害時(shí),政府往往會(huì)啟動(dòng)應(yīng)急救援機(jī)制,這時(shí)就要借助已有的物流運(yùn)輸系統(tǒng)完成運(yùn)輸,在此過(guò)程中,為了盡快完成物流運(yùn)輸任務(wù),往往會(huì)考慮第一時(shí)間將救援物資運(yùn)送到災(zāi)區(qū),原有的物流體系與運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)會(huì)被打斷。反映在信息化程度上,原有的物流信息系統(tǒng)不能及時(shí)追蹤物資運(yùn)輸信息,只有到達(dá)目的地后才能完成整個(gè)物流活動(dòng)的跟蹤反饋。此外,應(yīng)急物流中,面對(duì)海量的運(yùn)輸信息,往往缺乏數(shù)據(jù)分析與處理能力,反映到物流管理中,對(duì)于決策的支持力度不足,物資的分配與管理時(shí)效性差。

2. 難以滿足客戶高要求

應(yīng)急物流往往具有突發(fā)性,且在運(yùn)輸中,客戶對(duì)于物流的及時(shí)性、準(zhǔn)確性、到達(dá)性要求較高,而這也是應(yīng)急物流面臨的難點(diǎn)。面對(duì)突發(fā)應(yīng)急物流,企業(yè)往往需要進(jìn)行人工調(diào)度,不僅反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),物流信息傳導(dǎo)慢,還面臨成本與支持的壓力。在一些較小體量的應(yīng)急物流中,企業(yè)可以合理安排配送,降低運(yùn)輸成本,但是面臨大宗產(chǎn)品應(yīng)急物流,為了保障時(shí)效性,企業(yè)必須在原有的運(yùn)力基礎(chǔ)上額外增加運(yùn)輸成本。對(duì)于已經(jīng)成熟的物流體系來(lái)說(shuō),增加運(yùn)力意味著不合理調(diào)度的增加,在增加配送人員與車輛的同時(shí),運(yùn)輸時(shí)間也會(huì)顯著延長(zhǎng),物流成本升高會(huì)導(dǎo)致企業(yè)運(yùn)輸積極性降低。多數(shù)應(yīng)急物流往往打亂物流企業(yè)的正常運(yùn)輸,所造成的間接損失無(wú)法估量。

3. 應(yīng)急物流面臨不確定因素

應(yīng)急物流在運(yùn)輸中,往往會(huì)面臨運(yùn)輸線路不確定的問(wèn)題,由此帶來(lái)運(yùn)輸時(shí)間變長(zhǎng),線路迂回,影響運(yùn)輸?shù)耐ㄟ_(dá)性。例如,新冠疫情期間,應(yīng)急物流需要面臨的不僅僅是交通封鎖等問(wèn)題,還需要考慮沿線的防疫政策,這就導(dǎo)致原有的運(yùn)輸線路需要調(diào)整,重新布局運(yùn)輸線路。此外,應(yīng)急物流往往還面臨線路選擇的問(wèn)題,僅僅依靠人工經(jīng)驗(yàn),難以滿足運(yùn)輸要求,特別是在時(shí)間限制下,應(yīng)急物流需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持。

三、GIS應(yīng)用于應(yīng)急物流的優(yōu)勢(shì)

GIS與應(yīng)急物流相結(jié)合,利用空間數(shù)據(jù)處理分析其功能,實(shí)現(xiàn)物流路徑的決策分析。目前,國(guó)外公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出利用GIS為物流分析提供專門的工具軟件。完整的GIS物流分析軟件集成了車輛路線模型、最短路徑模型、網(wǎng)絡(luò)物流模型、分配集合模型和設(shè)施定位模型等。一方面,可用于物流配送車輛優(yōu)化調(diào)度、解決行程路線安排,以使物流費(fèi)用最優(yōu)；另一方面,可用于城市物流網(wǎng)絡(luò)設(shè)施（如配送中心）的選址規(guī)劃,在產(chǎn)地、銷地、倉(cāng)庫(kù)、運(yùn)輸線路組成的物流網(wǎng)絡(luò)中,確定倉(cāng)庫(kù)的最佳數(shù)量、位置、規(guī)模；在地圖上劃分最合理的銷售市場(chǎng)范圍或服務(wù)范圍等問(wèn)題。

1. 建立多維度運(yùn)輸模型

首先,可以制定車輛線路模型,當(dāng)起始點(diǎn)唯一而終點(diǎn)不確定時(shí),可以利用GIS建立多個(gè)物流運(yùn)輸?shù)哪Ｐ?該模型主要解決運(yùn)輸中成本費(fèi)用問(wèn)題,對(duì)于車輛的運(yùn)輸路線及車輛數(shù)量進(jìn)行確定。

其次,建立網(wǎng)絡(luò)物流模型,根據(jù)物流運(yùn)輸路徑,確定網(wǎng)點(diǎn)布局問(wèn)題,尋求最有效的貨物分配路徑?？紤]到應(yīng)急物流運(yùn)輸?shù)姆?wù)半徑問(wèn)題,將各個(gè)需要服務(wù)的網(wǎng)點(diǎn)按照需求分組,以確定應(yīng)急物流的服務(wù)范圍。

最后,設(shè)施定位模型,用于確定一個(gè)或多個(gè)設(shè)施的位置。在物流系統(tǒng)中,倉(cāng)庫(kù)和運(yùn)輸線共同組成了物流網(wǎng)絡(luò),倉(cāng)庫(kù)處于網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上,節(jié)點(diǎn)決定著線路。比如,根據(jù)供求的實(shí)際需要并結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益等原則,在既定區(qū)域內(nèi)需要考慮設(shè)立多少個(gè)倉(cāng)庫(kù),每個(gè)倉(cāng)庫(kù)的位置,每個(gè)倉(cāng)庫(kù)的規(guī)模,以及倉(cāng)庫(kù)之間的物流關(guān)系等問(wèn)題。

2. GIS提高應(yīng)急物流設(shè)備管理能力

由于GIS系統(tǒng)具有可視化特點(diǎn),在一定程度上可以對(duì)應(yīng)急物流進(jìn)行仿真,提前對(duì)應(yīng)急物流進(jìn)行模擬,從而改進(jìn)物流運(yùn)輸方案,提高運(yùn)輸?shù)目煽啃?。目?GIS允許用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),將應(yīng)急物流設(shè)備數(shù)據(jù)等信息增加到GIS軟件包中,解決物流中設(shè)備管理問(wèn)題。此外,GIS還具有功能拓展的優(yōu)勢(shì),用戶可以根據(jù)應(yīng)急物流的需求,將相關(guān)功能或軟件導(dǎo)入到GIS中,如將北斗導(dǎo)航數(shù)據(jù)與GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,拓展其應(yīng)用范圍。

3. 豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

在國(guó)外,將GIS技術(shù)應(yīng)用到應(yīng)急物流中已經(jīng)有一套成熟的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)GIS運(yùn)輸中涉及的地理信息提取,并建立初步的運(yùn)輸模型,將這些數(shù)據(jù)加工分析后導(dǎo)入GIS,從而自動(dòng)生成運(yùn)輸線路顯示在GIS上,將抽象的運(yùn)輸線路具象化、動(dòng)態(tài)化。因應(yīng)急物流具有高度不確定性,因此當(dāng)運(yùn)輸線路與貨物發(fā)生變化時(shí),只需要將相關(guān)信息導(dǎo)入GIS,就可以及時(shí)更新運(yùn)輸線路信息,提高應(yīng)急物流的決策水平。

四、基于GIS的應(yīng)急物流優(yōu)化路徑

1. 時(shí)間最優(yōu)算法

首先,應(yīng)根據(jù)時(shí)間最優(yōu)算法,確定最佳的物流運(yùn)輸路徑。利用網(wǎng)絡(luò)分析原理,分析應(yīng)急物流中涉及的主要節(jié)點(diǎn)與倉(cāng)庫(kù)分布位置,將各關(guān)鍵點(diǎn)位按照物理空間數(shù)據(jù)在GIS中采集數(shù)據(jù)并綁定。其次,將應(yīng)急物流中涉及的貨源提供點(diǎn)位分配,確定合理的貨源起點(diǎn)。將分配點(diǎn)位到物流運(yùn)輸出發(fā)點(diǎn)位時(shí)間進(jìn)行排序,選擇最佳的物流出發(fā)點(diǎn),按照到達(dá)市場(chǎng)進(jìn)行排序。最后,按照各個(gè)點(diǎn)位到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行依次排序,并逐漸累加,標(biāo)記參與分配的資源數(shù)。將各點(diǎn)位資源數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到應(yīng)急物流運(yùn)輸路徑。

在時(shí)間最優(yōu)算法中,可以最大程度降低物流運(yùn)輸時(shí)間,但是由此也帶來(lái)運(yùn)輸路徑與物流點(diǎn)位的增加,因此在應(yīng)急物流路徑優(yōu)化上,往往會(huì)選擇較為接近的分配點(diǎn)數(shù)量,從而平衡好匯流時(shí)間與點(diǎn)位數(shù)量。

2. 配送點(diǎn)最優(yōu)算法

基于GIS應(yīng)急物流路徑優(yōu)化中,以配送點(diǎn)為最優(yōu)算法,參與的配送點(diǎn)最少,也可以獲得最佳的物流路徑優(yōu)化。按照數(shù)學(xué)模型,將設(shè)A為待分配點(diǎn),所待分配的物資數(shù)量為K,在一定范圍內(nèi)所分配的物資為K/A,將所有待分配點(diǎn)物資數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),求出應(yīng)急物流出發(fā)點(diǎn)到各分配點(diǎn)時(shí)間,按照時(shí)間進(jìn)行排序,將可提供分配的物資數(shù)量從大到小進(jìn)行排序。將以上所有點(diǎn)位標(biāo)記在GIS上,然后按照參與分配點(diǎn)位的權(quán)重,得到物流運(yùn)輸路徑。

最優(yōu)算法只考慮了配送點(diǎn)貨物數(shù)量,與到達(dá)配送點(diǎn)的時(shí)間未進(jìn)行考慮,但是在配送點(diǎn)最優(yōu)算法中,注重物流運(yùn)輸數(shù)量的權(quán)重,可以最大程度節(jié)省人力與運(yùn)力,在兼顧物流運(yùn)輸效率的同時(shí),提高應(yīng)急物流的運(yùn)輸數(shù)量。

3. 模糊權(quán)衡算法

無(wú)論是時(shí)間最優(yōu)算法還是分配點(diǎn)最優(yōu)算法,每種算法只能從一個(gè)方面保證解決方案的最優(yōu)。在實(shí)際應(yīng)急物流運(yùn)輸中,往往并不會(huì)要求最短時(shí)間或者最佳配送點(diǎn),而是根據(jù)實(shí)際情況綜合選擇最佳物流運(yùn)輸路徑。

采用模糊權(quán)衡算法,可以兼顧時(shí)間最優(yōu)與配送點(diǎn)最優(yōu),綜合考慮兩者的權(quán)重,實(shí)現(xiàn)最佳的物流路徑優(yōu)化算法。首先,應(yīng)建立應(yīng)急物流范圍的矢量圖層,將配送點(diǎn)位道路信息建立網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)據(jù)集,明確物流范圍及物流方式。其次,要將沿途的道路信息及車輛通行速度進(jìn)行標(biāo)注,得到各分配點(diǎn)到達(dá)物流終點(diǎn)的時(shí)間與路徑。再次,運(yùn)用分配點(diǎn)最少的算法計(jì)算出分配方案,運(yùn)用時(shí)間最優(yōu)算法求出時(shí)間最優(yōu)解決方案。最后,將各數(shù)據(jù)資源累積,得到解決方案,求出所有解決方案中的分配點(diǎn)最多的解決方案的時(shí)間,將各方案時(shí)間進(jìn)行對(duì)比,得出最優(yōu)的物流路徑。

五、總結(jié)

隨著應(yīng)急物流的發(fā)展,GIS將成為全程物流管理中不可或缺的部分,通過(guò)從數(shù)學(xué)角度驗(yàn)證GIS對(duì)應(yīng)急物流路徑的選擇,從而得出最佳的路徑運(yùn)輸。將GIS應(yīng)用到應(yīng)急物流路徑中,可以更好處理運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、裝卸等各個(gè)環(huán)節(jié),對(duì)于其中的道路選擇、物流站點(diǎn)分配、倉(cāng)庫(kù)設(shè)置、車輛調(diào)配等進(jìn)行有效管理與決策,提高應(yīng)急物流中的響應(yīng)速度。