基于GIS的卷烟区域物流配送中心选址.pdf

2024 年 4 月第 57 卷第 4 期烟草科技Tobacco Science&TechnologyApr.2024Vol.57 No.4摘要：为科学合理地实现卷烟区域物流配送中心选址，基于GIS（Geographic Information System）技术以及空间地理信息和互联网数据集构建了区域物流选址模型，并以华东地区某省拟选址区域物流配送中心为对象进行验证，结果表明：通过对空间地理信息数据集和互联网数据集进行数据处理和分析，获取用于选址的评价因子，并通过图层叠加的方法获得备选地址。通过可达性分析可以获得客户覆盖率，实现最佳地址选择；所选地区的最佳地址60 min客户覆盖率为50.17%，90 min客户覆盖率为80.50%，可满足烟草行业物流配送要求。该方法可为提升卷烟物流运营水平提供支持。关键词：卷烟；GIS；区域物流；配送中心；选址；可达性分析中图分类号：F252；TP18文献标志码：A文章编号：1002-0861（2024）04-0091-09收稿日期：2023-10-14录用日期：2024-02-26基金项目：国家烟草专卖局重大科技项目“烟草行业质量监控大数据构建及应用研究”110202101080（SJ-04）。第一作者：钟宇（1990），男，学士，工程师，从事大数据、机器学习、计算机视觉等技术研究。E-mail：*通信作者：邓琦（1982），男，学士，高级工程师，国家注册公用设备工程师，从事烟草行业固定资产投资项目技术咨询及监督检查工作。E-mail：引用本文：钟宇，黎栿釜，雷超，等.基于GIS的卷烟区域物流配送中心选址 J.烟草科技，2024，57（4）：91-99.（ZHONG Yu，LIFufu，LEI Chao，et al.GIS-based site selection for regional cigarette distribution centerJ.Tobacco Science&Technology，2024，57（4）：91-99.DOI：10.16135/j.issn1002-0861.2023.0646）基于GIS的卷烟区域物流配送中心选址钟宇1，黎栿釜1，雷超1，周明珠2，邢军2，邓琦*1，董浩21.中国烟草总公司合肥设计院，合肥市徽州大道1199号2300412.国家烟草质量监督检验中心，郑州高新技术产业开发区翠竹街6号450001GIS-based site selection for regional cigarette distribution centerZHONG Yu1,LI Fufu1,LEI Chao1,ZHOU Mingzhu2,XING Jun2,DENG Qi*1,DONG Hao21.Hefei Design Institute of CNTC,Hefei 230041,China2.China National Tobacco Quality Supervision&Test Center,Zhengzhou 450001,ChinaAbstract：To scientifically and rationally select a site for a regional cigarette distribution center,a siteselection model was developed based on GIS technology,spatial geographic information,and Internet datasets.The developed model was validated with a regional distribution center to be set up in a province inEast China as an example.The results showed that:1）Through data processing and analysis of spatialgeographic information and Internet data sets,the evaluation factors for site selection were extracted,andthe candidate-sites were determined by the map layer overlapping method.2）The customer coverage ratecould be obtained and optimized through accessibility analysis.The 60-minute and 90-minute customercoverage rates of the optimal location were 50.17%and 80.50%,respectively,which met the requirementsof cigarette distribution in the industry.This method supports the promotion of cigarette logistics operation.Keywords：Cigarette;Geographic Information System;Regional logistics;Distribution center;Siteselection;Accessibility analysis卷烟物流经过多年的发展已取得较为显著的成绩，在各技术领域均有较多的经验积累。近年来，区域物流配送中心选址以及配送区域划分日益成为物流系统建设的一个重点，并逐步向“集约化管理、规模化经营、专业化物流、标准化服务”方向发展1-2。作为卷烟物流配送源头，区域物流配送中心选址是建设规划的核心内容，很大程度上决定了物流中心的建设成本和后期运营成本，在优化行业物流系统、合理配置库存资源、提高物流共同化程度等方面发挥着重要作用3。科学合理的选址，有利于建立高2024 年烟草科技效率和低成本的烟草物流配送体系，有助于高效把控烟草流通网络，同时可以有力提升烟草行业的整体竞争力，对行业整体配送运输网络的建立和区域配送路线的规划具有重要意义4-6。然而，物流配送中心选址受诸多因素的影响和制约，需要综合考虑地理条件、顾客、管理等因素后作出判断。孙亚强7通过统计梳理出15个评价因子，占比较高的因子包括建设费用、交通条件、运输费用、土地使用费、地形条件和公共设施等，并在此基础上构成了综合评价体系，筛选出经济因素、基础设施因素、社会因素三大类一级指标和9个二级指标；刘欣8在进行农产品物流园区选址时将坡度、交通道路、高程、距离耕地的远近、人口密度5个因子作为评价因子；赵江利9设计了一种基于改进蚁群算法的低碳物流配送中心选址系统，将碳排放作为选址考虑的重要因素，以降低能源消耗和碳排放总量；邹筱等10通过合理的选址克服了冷链物流准时达的限制条件；林殿盛等11解决了需求不确定情况下低碳物流配送中心选址问题；许木南等12解决了城市内铁路路网的物流中心选址问题。此外，选址问题在应急配送13-14、救灾物资配送15、农产品配送8，16等领域也有较多研究。在选址方法上，目前应用较多的有重心法、模糊评价法、层次分析法、奎汉哈姆勃兹模型（渐进逼近法）、经验比选-理论分析法、模糊层次分析法、动态规划法等17-24。各种方法在不同领域均有尝试和探索，但区域物流配送中心选址是一项复杂的系统工程，考虑因素较多，在实际研究或应用中应根据行业特点和物流对象系统规划，按照科学性、可行性、前 瞻 性 的 原 则 进 行 区 域 物 流 选 址。GIS（Geographic Information System）是一门结合地理学、地图学以及遥感和计算机科学的综合性学科，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、交通运输、公共设施管理等领域。为此，提出一种基于GIS的适用于烟草行业的区域物流选址模型，旨在为烟草物流配送中心选址提供技术支持。1材料与方法1.1数据集拟选址区域物流配送中心位于华东地区某省，需要完成辖区内3个城市的卷烟物流配送任务，故要考虑地理、交通状况、已有园区和客户等信息。通过公开数据集和互联网收集相关数据，收集到的数据集、来源、数据类型及数据信息见表1。其中，空间地理信息数据集主要来源于全国地理信息资源目录服务系统、地理空间数据云；使用百度地图接口（API）通过烟草零售户和物流园区相关关键词查询客户分布和园区分布数据集，获取的数据包括地址、坐标等信息；数据类型包括矢量数据、栅格数据和坐标数据3种类型。数据集地表覆盖数据集道路数据集行政区划数据集数字高程数据集客户分布数据集园区分布数据集来源全国地理信息资源目录服务系统全国地理信息资源目录服务系统全国地理信息资源目录服务系统地理空间数据云百度地图百度地图数据类型矢量数据矢量数据矢量数据栅格数据坐标数据坐标数据数据信息区域内地表用途，如农业用地、林地、水体等区域内道路信息，包括道路几何属性、道路等级等区域内行政区信息，包括行政区名称、轮廓等区域内各点的海拔高度经纬度坐标、客户名称等经纬度坐标、园区名称等表1数据集信息Tab.1Information of data sets1.2软件空间地理信息的数据处理通过ArcMap 10.7实现；百度地图数据的获取、处理以及地图输出结果的统计分析通过Python代码实现。1.3方法1.3.1选址评价因子所选区域内3个城市总人口560余万人，整体较为平坦，平原地带较多，山地林地较少。拟选址物流中心需要承担50万余箱/年卷烟配送以及省内8万余箱/年工业卷烟的仓库储存任务，其业务开展情况如图1所示。该中心既要承担省内外卷烟工业企业的卷烟储存，又要完成区域内客户的卷烟配送，良好的交通状况和配送距离较近有利于降低建设后的运营成本，而适宜的地理地貌和成熟的园区配套有利于降低物流配送中心的建设成本。为此，选取土地使用情况、海拔高度、高速公路距离、坡度、客户密度、园区密度、二级以上公路密度7个因子作为评价因子。1.3.2评价因子处理方法采用密度分析法、缓冲区分析法等方法，将评价因子处理为栅格数据；对栅格数据进行分类，使各类数据之间的差异最大化，并将各分组数据按照分值等级统一到同一个量度范围内；通过叠加图层的方法选出最佳备选地址。不同因子的分类、赋值和分值分级方法如表2所示。对于海拔高度、高速公路 92第 57 卷第 4 期距离两个指标均采取人工分类方法，根据海拔高度、距离高速公路远近依次给予不同的赋值并分为4个等级；对于土地使用情况，根据土地规划或者土地实际情况不同进行合理的赋值，将不能用于建设物流配送中心的土地赋值为0，否则赋值为1；其他指标均采用自然间断点分级法25-27，将不同因子赋值为不同的分值等级。自然间断点分级法主要基于数据中固有的自然分组对分类间隔加以识别，可对相似值进行最恰当的分组，并可使各类数据之间的差异最大化。该方法将数据划分为多个类，在各类数据的差异相对较大位置处设置边界，计算过程如下。（1）针对分类结果中某一类的数组计算总偏差平方和（SDAM），其均值X为：X=xi（1）SDAM=（xi-x）2（2）式中：n为数组中元素个数；xi为第i个元素的值。（2）对于数据中每一个子集的总偏差平方和SDAM进行求和可以得到类总偏差平方和（SDCM），针对分类结果中每个范围的组合计算SDCM，找到其中最小的一个值，记作SDCMmin。将n个元素分为k类，这样分类结果可划分为k个子集，其中一种情况为 x1，x2，xi、xi+1，xi+2，xj、xj+1，xj+2，xn，计算每个子集的SDAMi，SDAMj，SDAMn，并求和为SDAM1。SDCM1=SDAMi+SDAMj+SDAMn（3）同理，分类结果也可以划分为k类的其他情况，依次计算得到SDCM2，cSDAM，选择其中最小的一个值作为最终结果SDCMmin，该分类范围即为最佳分类结果。各评价因子量化后得到多个栅格图层，对各图层采取叠加的方式进行处理。如图2a所示，土地使用情况通过0值可以排除不能用于建设物流中心的土地，如水体、林地等；其他指标则通过不同分值等级进行图层叠加。如图2b所示，根据图层叠加后得到的热力图分布，可以选出分值等级较高的选址地点作为备选地址。评价因子土地使用情况海拔高度高速公路距离坡度客户密度园区密度二级以上公路密度分类方法人工分类法人工分类法人工分类法自然间断点分级法自然间断点分级法自然间断点分级法自然间断点分级法赋值方法仅选取适用于建设物流配送中心的地貌，对适用于建设物流配送中心的地貌赋值为1，其他（例如林地、水体等）赋值为0区域内较低海拔为中心，赋值最高分，两级逐次递减分别距离高速公路5、10、15、20 km，距离越近分数越高，依次递减坡度越低分数越高密度越高分数越高密度越高分数越高密度越高分数越高分值等级0、1100、75、50、25100、75、50、25100、75、50、25100、75、50、25100、75、50、25100、75、50、25表2不同评价因子处理方法Tab.2Analysis methods for different evaluation factors图1卷烟区域物流配送中心业务开展运行流程Fig.1Operation process of regional cigarette distribution center钟宇，等：基于GIS的卷烟区域物流配送中心选址 932024 年烟草科技1.3.3评价方法采用层次分析法对多个备选地址进行评价。可达性分析28-29最早在地理信息系统中提出，基于矩阵的拓扑法通过整体可达性矩阵与最短距离矩阵运算来获取节点和网络的可达性水平，从而反映物体由某一点运动到另外一点的难易程度。记C为邻接矩阵，v为网络中的节点数目，C的次幂C的元素Cij表示从节点i经过步到达节点j的路径数目，则可达性矩阵为：T=C1+C2+Cn（4）某节点i到达其他所有节点的直接和非直接路径数目总和：ti=tij（5）由此可得出各节点的相对可达性指标：Ti=ti/（ti/v）（6）记最短距离矩阵为D，v为网络中的节点数目，dij表示节点i与节点j之间的最短路径，则某节点i到达其他所有节点的最短路径总和：di=dij（7）由此可得出各节点的相对可达性指标：Di=di/（di/v）（8）针对不同备选地址，分别计算其不同时间段的可达性，并通过统计客户覆盖率进行最佳地址评价。2结果与分析2.1各评价因子情况分析不同评价因子数据处理路径如图3所示。不同数据集通过处理获得评价因子，所有因子通过重分类获得栅格数据。其中，大部分数据通过矢量数据栅格化进行处理。图3数据处理流程图Fig.3Data processing flowcharta.图层叠加示意图b.图层叠加效果图图2图层叠加示意图及叠加效果Fig.2Layer overlapping diagram and overlapping effect2.1.1土地使用情况全区域内土地使用情况（用途）分布如图 4 所示。可见，该区域西南地区大部分为林地，中部及东北地区以农业用地为主。适用于建设物流配送中心的人工改造地集中分布在3个市中心，并零星分布在中部以北的大部分地区。2.1.2地理地貌情况全区域内地理地貌分布如图5所示。可见，区域 94第 57 卷第 4 期内西南侧的整体坡度和海拔均较高，这与土地使用情况的数据相对应，故不考虑在西南地区选址。从坡度图（图5a）可以看出，西南以外地区坡度均较低，在此选址有利于减少建设成本。需要注意的是，对于坡度为0的水体，根据自然间断点分级法（表2）其分值等级为100，可作为备选地址，但由于引入了二分类（0，1分值等级）的土地使用情况因子，在图层叠加后该地区应从备选地址中剔除，使地址选择更具合理性。2.1.3交通情况全区域内不同距离的高速公路缓冲带分布如图6所示。可见，高速缓冲带基本覆盖东北大部分地区，根据距离远近每个位置被赋值为不同数据，颜色越深的地区距离越远，卷烟配送跨省或跨市则较为不便。从二级以上公路分布（图6b）可以看出，高密度区域主要集中在高速交会路区域；二级以上公路密度越高，其后期配送速度越快，有利于提升物流配送中心运营水平。2.1.4客户和园区密度分布情况全区域内客户密度分布和园区密度分布如图7所示。可见，大多数客户分布在市中心附近，其他客图4土地使用情况分布Fig.4Distribution of land usea.坡度分布图b.海拔高度分布图图5地理地貌情况分布Fig.5Geographical and geomorphological distribution钟宇，等：基于GIS的卷烟区域物流配送中心选址a.高速公路不同距离的缓冲带分布图b.二级以上公路分布图图6交通情况分布Fig.6Traffic distribution 952024 年烟草科技户则较为分散。园区密度与客户密度分布相似，密度较高的地区适宜作为备选地址。2.2备选地址多评价因子的图层叠加后，通过密度分析将密度较低的地区排除后得到的备选地址区域如图8所示。可见，备选地址主要分布在3个城市中心的一定范围内，呈现连续带状分布特征。其中，A、C区域分布带较小，故各选取1个作为备选地址；B区域分布带较大，将其划分为4个区域后再选出4个备选地址。a.客户密度b.园区密度图7客户和园区密度分布Fig.7Customer and industrial park density distribution图8备选地址分布Fig.8Candidate-site distribution2.3可达性分析备选的6个地址可达性热力图如图9所示。可见，6个备选地址在180 min内均能实现大多数零售户的覆盖，而西南少部分地区由于交通不便，实现零售户完全覆盖的时间相对较长。可见，由于备选地址不同，一定时间内的服务范围呈现较大差异，不同地址在一定时间范围内覆盖的客户累积百分比如表3所示。可见，不同时间范围内各地址的客户覆盖率有所不同。例如，在45 min内，地址5的客户覆盖率最高，为36.65%；在60 min内，地址3的覆盖率最高，为50.17%。6个备选地址在180 min内的客户覆盖率均可超过 98%，而烟草行业较为关注 6090min的配送时间范围，故选择60和90 min两个时间段覆盖率均较好的地址作为最佳地址。其中，地址3 的 60 和 90 min 最 大 覆 盖 率 分 别 为 50.17%和80.50%，可满足最佳地址选取要求。此外，最佳地址附近是否有适宜的空闲土地用于建设物流配送中心也是需要考虑的重要因素之一。96第 57 卷第 4 期a.地址1b.地址2c.地址3d.地址4e.地址5f.地址6图9不同备选地址的可达性热力图Fig.9Accessibility heatmap of different candidate-sites时间/min456090120150180180客户覆盖率地址135.3636.3682.3794.9498.6998.91100.00地址212.1824.1868.7398.6499.43100.00100.00地址334.0350.1780.5098.0098.7899.26100.00地址427.0038.7681.0597.1398.8799.30100.00地址536.6547.0979.6497.6098.9199.34100.00地址633.2538.7082.5097.9598.7899.21100.00表3不同备选地址的客户覆盖率Tab.3Customer coverage rates of different candidate-sites（%）钟宇，等：基于GIS的卷烟区域物流配送中心选址 972024 年烟草科技3结论基于空间地理信息数据集和互联网数据集，利用GIS技术对烟草行业区域物流配送中心选址进行了建模分析，结果表明：通过对空间地理信息数据集和互联网数据集进行数据处理和分析，可以获取并提炼出较好的评价因子，用于物流配送中心选址。通过各因子的叠加，可以实现选址因子的综合评价，并筛选出较为适宜的备选地址。通过可达性分析，可以较为准确地获得备选地址在一定时间范围内的客户覆盖率，综合考虑空闲场地等因素，可实现最佳地址选择。以所选区域为对象，选择的最佳地址60 min客户覆盖率为50.17%，90 min客户覆盖率为80.50%，可满足烟草行业物流配送要求。未来将充分发挥GIS的技术优势，结合BIM（建筑信息模型）和CIM（城市信息模型）等技术，进一步研究卷烟物流配送模型算法，整体上提升物流运营效率，为行业智慧物流建设提供支撑。参考文献1 刘进民.烟草物流企业降低成本的探讨 J.中国烟草，2008（5）：36-39.LIU Jinmin.Discussion on cost reduction of tobaccologisticsenterprises J.ChinaTobacco，2008（5）：36-39.2 李谊，李勇杰，宋振霄.卷烟配送中心选址优化研究与应用 J.中国烟草学报，2023，29（2）：98-104.LI Yi，LI Yongjie，SONG Zhenxiao.Research andapplicationoftobaccodistributioncenterlocationoptimization J.Acta Tabacaria Sinica，2023，29（2）：98-104.3高妮妮，马苗苗.京津冀地区物流业协同测度研究J.经济研究导刊，2020（32）：33-34.GAO Nini，MA Miaomiao.Research on collaborativemeasurementoflogisticsindustryinBeijing-Tianjin-Hebei Region J.Economic Research Guide，2020（32）：33-34.4 梁建平.基于 AHP 的福建省烟草物流中心选址研究D.厦门：厦门大学，2018.LIANG Jianping.Study on location of Fujian 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