一、GIS概念及其特點

GIS是地理信息系統的英文簡稱,全稱為：Geographic Information System。自20世紀人類進入太空后,對于地理信息收集已經從二維上升到三維空間,借助地球遙感衛星,人類可以對地球表層空間中的地理信息進行數據分析、采集、儲存、管理、運算、描述。計算機技術的迅速發展,使地理信息系統開始融入人們的現實生活中,通過計算機技術,將抽象的經緯度坐標置于特定的地理信息匯中,以具體的地點、坐標、方位被用戶所理解認識,用戶在獲得具體的地理信息后,通過對周邊環境與所處地理信息查詢,為用戶提供便捷的信息服務支持。

GIS作為一門綜合性應用技術,將地理學、遙感技術、計算機技術融合,廣泛運用在城市交通、農業普查、城市規劃等諸多領域,在各行業中發揮著重要基礎作用。例如,在物流行業中,不僅要考慮運輸最短路徑,還要考慮運輸的時間成本與經濟效益,這時依托于GIS龐大的交通數據網絡,可以為用戶分析出最佳的運輸路徑,從而提高運輸行業的經濟效益。目前,GIS具有以下顯著特點。

1. GIS是以計算機系統為支撐的

GIS是建立在計算機系統架構之上的信息系統,得益于計算機技術的發展,使抽象的地理信息數據能夠以具體的數字圖像呈現在人們面前。在地理信息系統中,通過對地球表層空間數據的采集與整理、分析,利用地理信息處理軟件,將采集的數據信息通過圖像處理系統,制作成可以直觀量化的圖像產品。在地理信息系統中,各個子系統功能的強弱,直接關系著GIS功能。由于計算機網絡技術的發展,GIS已經從早期的封閉系統轉變為開放式數據共享,地理信息系統也逐步演變成網絡地理信息系統。

2. GIS操作對象是地理空間數據

在GIS中,其主要操作對象是地理空間數據,雖然在GIS中會涉及其他數據信息,但是其底層架構與系統運行邏輯還是依賴于地理空間數據。人們按照地理空間位置,以經緯度為依托,對地理空間每一個地理坐標進行編碼,對其進行定位、定性、定量描述。在完成地理空間標碼后,再按照地理信息系統數據,根據需要制作相對應的數據應用圖庫。需要注意的是,只有在地理信息系統中,才能實現空間數據的空間位置、屬性和時態三種基本特征的統一。

3. GIS對地理空間數據實現綜合利用

地理信息系統具有對地理空間數據進行空間分析、評價、可視化和模擬的綜合利用優勢。在對地球表層空間管理中,不僅涉及物理數據,還涉及化學、數學等多種專業數據,在數據來源種類上,既包括傳統的大氣,也含有土地、海洋、建筑、交通等多種類、多規格的空間數據。在GIS系統中,需要對多來源、多類型、多格式的數據進行整合、融合、標準化管理,為數據綜合分析利用提供技術基礎。相比常規數據統計方法,采用GIS系統,可以對重要空間信息綜合分析,對地理空間中的對象進行演化、預測、決策和管理,提高對地理信息能力的處理分析能力。

4. GIS具有分布特性

地理信息系統的分布特性是由其計算機系統的分布性和地理信息自身的分布特性共同決定的。地球作為一個整體,在對地理空間進行分割的過程中,往往按照用途不同,進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分布區域,而在陸地分布區域上,又根據地理特征或氣候特征進行分布,從而方便分區管理。在計算機系統分布中,則根據地理數據的獲取、存儲管理進行分布管理,采用框架式分布來提高地理信息的穩定性。

5. GIS強調應用性

地理信息系統的成功應用更強調組織體系和人的因素作用,這是由地理信息系統的復雜性和多學科交叉性所要求的。GIS不僅涉及地理知識,還兼有軟件工程和具體應用學科知識。在開發GIS系統時,需要綜合考慮地理數據與軟件系統的交叉應用。例如,作為城市規劃中運用的GIS,從業人員要具備一定的城市規劃知識,在運用中構建符合城市規劃體系的數據庫。應當充分認識GIS對于組織的高度依賴性,特別是專業人員對于其他領域知識的特殊要求,認識GIS系統的復合性與學科交叉性。

二、應急物流配送路徑現狀

隨著物流行業的快速發展,物流效率在得到極大提升的同時,面對以自然災害為代表的應急物流卻面臨各種困境。一方面,現代物流建立在完善的交通網絡上,各種交通方式緊密配合,以經濟、高效的方式送到客戶手中,這就為應急物流奠定了堅實的運輸基礎；另一方面,應急物流往往具有突發性,有時還會面臨人員不足、物資集中運輸的問題,這就導致應急物流面臨的運輸困難超出普通物流。

1. 應急物流信息化程度低

不同于電子商務完善的物流信息系統,應急物流往往具有突發性,所運送的物品往往數量巨大,與原有的物流信息系統缺乏配合,這就導致應急物流呈現出信息化程度低的問題。例如,當一些地區發生自然災害時,政府往往會啟動應急救援機制,這時就要借助已有的物流運輸系統完成運輸,在此過程中,為了盡快完成物流運輸任務,往往會考慮第一時間將救援物資運送到災區,原有的物流體系與運輸節點會被打斷。反映在信息化程度上,原有的物流信息系統不能及時追蹤物資運輸信息,只有到達目的地后才能完成整個物流活動的跟蹤反饋。此外,應急物流中,面對海量的運輸信息,往往缺乏數據分析與處理能力,反映到物流管理中,對于決策的支持力度不足,物資的分配與管理時效性差。

2. 難以滿足客戶高要求

應急物流往往具有突發性,且在運輸中,客戶對于物流的及時性、準確性、到達性要求較高,而這也是應急物流面臨的難點。面對突發應急物流,企業往往需要進行人工調度,不僅反應時間長,物流信息傳導慢,還面臨成本與支持的壓力。在一些較小體量的應急物流中,企業可以合理安排配送,降低運輸成本,但是面臨大宗產品應急物流,為了保障時效性,企業必須在原有的運力基礎上額外增加運輸成本。對于已經成熟的物流體系來說,增加運力意味著不合理調度的增加,在增加配送人員與車輛的同時,運輸時間也會顯著延長,物流成本升高會導致企業運輸積極性降低。多數應急物流往往打亂物流企業的正常運輸,所造成的間接損失無法估量。

3. 應急物流面臨不確定因素

應急物流在運輸中,往往會面臨運輸線路不確定的問題,由此帶來運輸時間變長,線路迂回,影響運輸的通達性。例如,新冠疫情期間,應急物流需要面臨的不僅僅是交通封鎖等問題,還需要考慮沿線的防疫政策,這就導致原有的運輸線路需要調整,重新布局運輸線路。此外,應急物流往往還面臨線路選擇的問題,僅僅依靠人工經驗,難以滿足運輸要求,特別是在時間限制下,應急物流需要計算機系統支持。

三、GIS應用于應急物流的優勢

GIS與應急物流相結合,利用空間數據處理分析其功能,實現物流路徑的決策分析。目前,國外公司已經開發出利用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、網絡物流模型、分配集合模型和設施定位模型等。一方面,可用于物流配送車輛優化調度、解決行程路線安排,以使物流費用最優；另一方面,可用于城市物流網絡設施（如配送中心）的選址規劃,在產地、銷地、倉庫、運輸線路組成的物流網絡中,確定倉庫的最佳數量、位置、規模；在地圖上劃分最合理的銷售市場范圍或服務范圍等問題。

1. 建立多維度運輸模型

首先,可以制定車輛線路模型,當起始點唯一而終點不確定時,可以利用GIS建立多個物流運輸的模型,該模型主要解決運輸中成本費用問題,對于車輛的運輸路線及車輛數量進行確定。

其次,建立網絡物流模型,根據物流運輸路徑,確定網點布局問題,尋求最有效的貨物分配路徑。考慮到應急物流運輸的服務半徑問題,將各個需要服務的網點按照需求分組,以確定應急物流的服務范圍。

最后,設施定位模型,用于確定一個或多個設施的位置。在物流系統中,倉庫和運輸線共同組成了物流網絡,倉庫處于網絡的節點上,節點決定著線路。比如,根據供求的實際需要并結合經濟效益等原則,在既定區域內需要考慮設立多少個倉庫,每個倉庫的位置,每個倉庫的規模,以及倉庫之間的物流關系等問題。

2. GIS提高應急物流設備管理能力

由于GIS系統具有可視化特點,在一定程度上可以對應急物流進行仿真,提前對應急物流進行模擬,從而改進物流運輸方案,提高運輸的可靠性。目前,GIS允許用戶進行二次開發,將應急物流設備數據等信息增加到GIS軟件包中,解決物流中設備管理問題。此外,GIS還具有功能拓展的優勢,用戶可以根據應急物流的需求,將相關功能或軟件導入到GIS中,如將北斗導航數據與GIS進行數據交換,拓展其應用范圍。

3. 豐富的實踐經驗

在國外,將GIS技術應用到應急物流中已經有一套成熟的經驗。通過對GIS運輸中涉及的地理信息提取,并建立初步的運輸模型,將這些數據加工分析后導入GIS,從而自動生成運輸線路顯示在GIS上,將抽象的運輸線路具象化、動態化。因應急物流具有高度不確定性,因此當運輸線路與貨物發生變化時,只需要將相關信息導入GIS,就可以及時更新運輸線路信息,提高應急物流的決策水平。

四、基于GIS的應急物流優化路徑

1. 時間最優算法

首先,應根據時間最優算法,確定最佳的物流運輸路徑。利用網絡分析原理,分析應急物流中涉及的主要節點與倉庫分布位置,將各關鍵點位按照物理空間數據在GIS中采集數據并綁定。其次,將應急物流中涉及的貨源提供點位分配,確定合理的貨源起點。將分配點位到物流運輸出發點位時間進行排序,選擇最佳的物流出發點,按照到達市場進行排序。最后,按照各個點位到達終點的時長進行依次排序,并逐漸累加,標記參與分配的資源數。將各點位資源數進行統計,得到應急物流運輸路徑。

在時間最優算法中,可以最大程度降低物流運輸時間,但是由此也帶來運輸路徑與物流點位的增加,因此在應急物流路徑優化上,往往會選擇較為接近的分配點數量,從而平衡好匯流時間與點位數量。

2. 配送點最優算法

基于GIS應急物流路徑優化中,以配送點為最優算法,參與的配送點最少,也可以獲得最佳的物流路徑優化。按照數學模型,將設A為待分配點,所待分配的物資數量為K,在一定范圍內所分配的物資為K/A,將所有待分配點物資數量進行統計,求出應急物流出發點到各分配點時間,按照時間進行排序,將可提供分配的物資數量從大到小進行排序。將以上所有點位標記在GIS上,然后按照參與分配點位的權重,得到物流運輸路徑。

最優算法只考慮了配送點貨物數量,與到達配送點的時間未進行考慮,但是在配送點最優算法中,注重物流運輸數量的權重,可以最大程度節省人力與運力,在兼顧物流運輸效率的同時,提高應急物流的運輸數量。

3. 模糊權衡算法

無論是時間最優算法還是分配點最優算法,每種算法只能從一個方面保證解決方案的最優。在實際應急物流運輸中,往往并不會要求最短時間或者最佳配送點,而是根據實際情況綜合選擇最佳物流運輸路徑。

采用模糊權衡算法,可以兼顧時間最優與配送點最優,綜合考慮兩者的權重,實現最佳的物流路徑優化算法。首先,應建立應急物流范圍的矢量圖層,將配送點位道路信息建立網絡分析數據集,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行標注,得到各分配點到達物流終點的時間與路徑。再次,運用分配點最少的算法計算出分配方案,運用時間最優算法求出時間最優解決方案。最后,將各數據資源累積,得到解決方案,求出所有解決方案中的分配點最多的解決方案的時間,將各方案時間進行對比,得出最優的物流路徑。

五、總結

隨著應急物流的發展,GIS將成為全程物流管理中不可或缺的部分,通過從數學角度驗證GIS對應急物流路徑的選擇,從而得出最佳的路徑運輸。將GIS應用到應急物流路徑中,可以更好處理運輸、倉儲、裝卸等各個環節,對于其中的道路選擇、物流站點分配、倉庫設置、車輛調配等進行有效管理與決策,提高應急物流中的響應速度。