物流配送车辆调度模型
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（3）鹰眼窗口：在进行车辆监控时，显示当前窗口在全图中的位置，当前 窗口图变化时，鹰眼窗口自动进行相应变化。鹰眼窗口地图本身也可放大缩小、 漫游。通过改变鹰眼窗口位置框的尺寸和位置可改变相应的窗口地图显示区域。 这样有利于监控中心更清楚的了解目前车辆的即时位置。
（4）区域查询：为禁止公司车辆的随意跑岗，可对每一辆车划定送配区域。 监控中心可以随时查询车辆的当时位置；当车辆跑处行驶区域时，即可对监控中 心及时进行报警提示。技术实现方法是：中心把相应的查车区域参数通过广播（小 区消息）向所有网内车辆发送，移动终端接收到此指令后，判断是否处在此区域， 如果是在此区域，就立刻向中心反馈当前的位置和状态信息。
5.1.3 GPS 系统功能设计
（1）实时监控：监控中心可随时查询或跟踪所有配送中心车辆所在的当前
位置，同时显示出车速，经纬度，车状态，司机及乘员等信息，对的车辆行踪了 如指掌。电子地图可任意放大、缩小、移动，可多窗口显示、分别显示不同的地 址区域、一个窗口可同时跟踪多个目标、将目标锁定在某窗口自动漫游跟踪、固 定区域内的监控、多个窗口跟踪多个目标以及可在不同的窗口显示不同的目标， 或将目标锁定在某窗口，自动跟踪等。
4.3 物流配送系统软硬件基本配置
4.3.1 物流配送系统的硬件配置
在系统编码之前，为建立开发和测试环境，需要安装数据库服务器、WEB 服务器、应用服务器和其他一些相关的支撑软件。
1、WEB 服务器 1 台。该服务器可利旧服务器，即借用现有 WEB 服务器， 其功能主要是公司局域网下的页面传输、用户的访问与申请、物流中心车辆调度 员的操作输入和使用、管理员的维护等。
监控中心的电子地图上显示车辆的动态位置及行车路线，监控中心可利用 GSM 通讯网向车辆司机发送语音短信等调度指示[45]。
GPS 天线
GPS 天线
基站
车载终端设备
………..
中国移动网关
GPS 卫星定位系统Leabharlann Baidu
运输线路优化系统
GIS 卫星定位系统
公司中各业务部门 GPS 系统
公司中各业务部门优化系统
图 5-1 GPS 框架图 Chart 5-1 GPS frame chart
4、可视化程序开发工具。选择 Visual Basic6.0。目前，VB 和 MO 的结合被 认为是开发 GIS 应用软件的最佳选择之一，VB 的程序编写是可视化的。
4.4 本章小结
本章以具有代表性的北大仓啤酒有限公司的一市多县物流配送拓扑结构为 研究对象，参照实际工中的约束条件，针对有时间窗的车辆路径的优化问题，建 立数学模型，采用遗传算法求解。
4.2.2 物流配送车辆调度模型
根据上述对问题的描述，可以构造数学模型，定义变量：
1 表示车辆pq经过弧段(i, j)
xijpq
0
表示车辆pq经过弧段(i, j)
yipq
1 0
表示车辆pq给顾客i送货 表示车辆pq不给顾客i送货
得到配送调度模型如下：
目标函数：
l l m np
m np
（2）地图及 GIS 软件功能：（需要采集零售户经维度数据）完全数字化的 地图，包含精确的路网信息、点状要素、面状要素和详细的属性信息。作为北大 仓物流公司车辆监控平台的支撑，地图的无级放大、缩小、恢复和拖动。全城市 地图与各城区地图之间的任意转换，每图各层之间的转换，地名模糊查询，零售 户查询等，管理功能强大，操作及为方便。
MinZ
dij rij xijpq
(t pq s et pq es)
i0 j0 p1 q1
p1 q1
l
l
ri max(ti ltl ,0) r i (ti )
i1
i1
（4.3）
约束条件：
1 l
l i1
ft (ti ) 80%
4、其它一些网络连接器件。如集线器 HUB、交换机等。
4.3.2 物流配送系统的软件配置
软件系统应参照目前公司所采用的平台，如 Window 2003 版操作系统， SQLServe2000 以上数据库系统。
1、操作系统。数据库服务器和 Web 服务器性能要求比较高，操作系统选用 Windows 2003。客户端工作站的操作系统可选用 windows xp /2 000。
（8）异常状态处理：车辆异常状态的带车号列表显示。异常状态包括：紧 急求助、服务申请、医疗服务申请、公交车辆故障报告、异常入侵等。
（9）紧急求助：监控中心可以设置车辆的最高时速。随着大配送后，随车 人员的货物与现金的增加，要避免抢劫等意外情况。在目标遇到突发事件以及偷 窃等情况时，其向中心发回紧急求助信号，在地图上将对该目标进行鲜明色彩及 图标的突出显示并以声、光报警提醒值班员注意，同时在屏幕上显示出该移动目 标的用户卡片资料，它包括车辆编号、车牌号、车型、颜色、发动机号、使用分 类、司机名、驾驶证号、所属单位、负责人、电话、车辆位置（X , Y 坐标）、 行驶速度、时间等信息，帮助值班员进行紧急处理。软件能提供紧急求助受理记 录窗，供值班员记录受理情况。
第 5 章 物流配送优化的具体实现
GPS、GIS、车辆调度的功能集成主要是根据北大仓啤酒有限公司物流配送 需要，通过 GPS 实现车辆管理及数据采集功能，GIS 实现电子地图显示功能和 分析决策功能。
5.1 物流配送 GPS 功能实现
5.1.1 GPS 系统总体架构
本系统利用车辆终端设备 GPS 接收模块接收 GPS 卫星信号，经过解算后得 到车辆的动态位置，车辆终端设备的 GPRS 模块将带有车辆位置信息通过中国 移动网关发送到监控中心，监控中心接收到车辆终端发送来的信息，经解算后在
（7）超速报警、超载报警处理：为保障送配人员以及公司车辆的安全，要 避免驾驶人员超速驾驶。监控中心自动接受车辆的报警信号，在地图上将对该目 标进行鲜明色彩及图标的突出显示并以声、光报警提醒值班员注意，同时在屏幕 上显示该移动目标的用户卡片资料，如车辆编号、车牌号、车型、颜色及司机名 等；具有报警确认、报警取消、遥控熄火、遥控恢复、分发报警、指定路线报警、 超速报警、后车厢开报警、车门开报警等辅助决策功能。
（4.4）
l
gi yipq v p
i 1
（4.5）
m np
yipq 1 i 1，2，...，l
p1 q1
（4.6）
l
xijpq y jpq j 0，1，...，l；pq
i
（4.7）
l
xijpq yipq i 0，1，...，l；pq
j 1
2、数据库服务器（DB 服务器）1 台。线路优化用数据库主要包括销售营业 部信息数据库（包括客户静态数据和订货量动态数据），物流中心送货车辆、驾 驶员、送货员数据库等。
3、应用服务器 1 台。主要用来放置配送线路优化应用系统，实现从 WEB 服务器传来的信息和密码的验证、查询、获取、计算，同时调用数据库服务器的 数据资源，进行应用系统决策模型的分析决策（需要时修改数据库服务器的数据）, 最终结果经 WEB 服务器反馈给客户端。
18，有 t j
tj
0.5 ；t pq
min(t
' 0
t0 ,8) ，et pq
max(t
' 0
t0
8,0) ，t0 为发车时
间， t0 eti d 0i / v0i
t
' 0
为收车时间。
从模型当中可以知道：本文所建的是一个单目标多约束条件的优化模型，以 配送费最小化为目标，将车型、车辆装载量、服务到达的时间要求、午餐时间及 加班费等考在内，更重要的是通过对顾客预约时间满意程度的了解，建立顾客平 均满意度约束，使配送中心可以在顾客心中留有好的效应，进而达到一种长期合 作的效果，从而给配送中心带来长期效益，而不仅仅是一种短期效益。本论文模 型的建立将大大的减少由于配送中心不能达到服务顾客的要求，而带来的信誉损 失部分，同时还提高了企业的信誉做到“双赢”，这是任何一个企业或个人都希 望得到的，通过本模型得到的优化方案，将更有益于配送中心的发展。
公司中各业务部门 GIS 系统
5.1.2 GPS 监控中心设置
利用己经建设成的局域网，在其信息中心机房设置服务器、交换机等硬件设 备和相应系统管理和维护人员，在各管理职能部门或者各业务部门可以建立分监 控中心，以网络终端与服务器相连来操作和应用系统。
监控中心是整个系统的核心，是连接分中心与车辆移动终端的纽带，并对分 中心和车辆进行数据管理和通信，事实上分中心只与总监控中心进行数据通信， 而车辆终端也只和总监控中心通讯。
2、GIS 平台选择。GIS 平台软件应考虑到软件的稳定性以及与其它系统集 成的问题。根据前文确定的基于组件开发模式，选择 MapInfo6.o 以上版本。
3、数据库管理软件。选择关系型数据库 Sql Server 2000 的集成来实现数据 库管理。Sql Server 2000 提供海量数据存储，系统运行比较稳定，相对于市场上 其它同类产品价格也较适中。
5.2 物流配送 GIS 功能实现
5.2.1 MapInfo 应用
Maplnfo 是美国 MapInfo 公司的产品[46-48]。MapInfo Professional 是近两年来 推出的主流地理信息系统产品，它吸取了传统 GIS 系统的精华，并借助于计算 机技术的发展，及时地将 GIS 的概念从大中型计算机的专用工作站引入到普通 PC 机上，开创了一种崭新的地理信息系统模式，即桌面地理信息系统。MapInfo 的推出吸引了越来越多的用户。该产品自 90 年代初进入我国后，在各行各业得 到普遍的应用，并收到良好的应用效果。
（4.8）
式中：（4.3）为目标函数，即使车辆在完成配送任务时的最小配送费用；
（4.4）为顾客满意度约束，即：每一顾客满意度的平均值必须到 80%以 上；
（4.5）为车辆的能力约束，即：某一车辆所访问的全部客户的需求量不 能超过车辆本身的载重量；
（4.6）确保顾客 i 仅由第 p 类车的第 q 辆车完成配送任务；
(4.7) (4.8) 为到达某一顾客的车辆唯一性约束，即每一顾客仅由一辆车 服务；
其中，i (ti ) 表示当顾客 i 的开始时间为 ti 时，车辆在顾客 i 处的等待时
间: ti t j ut j dij / vij ,j 为 i 的前一个站点，当 ti <12 且 t j ≧12,或 t j <18 且 t j ≧
（5）历史资料检索与历史轨迹回放：可随时查询某辆车的位置回报记录、 某段时间接收的车辆位置回报信息、某段时间监控中心的车辆调度记录等详细记 录。并可选定某辆车某时间段的位置记录进行轨迹回放，便于考核和管理。
（6）车辆档案管理：数据库录有车辆及司机的详细资料，包括维修记录等， 能自动提醒车辆及时检修；利于公司对车辆的管理。
用 VB 编写的客户端 应用程序
OLE 或者 DDE
MapInfo Professional 服务程序
MapInfo 数据维护
MapInfo 数据维护
一般配送费用由车辆费用、工资费用、延迟费用和等待费用组成。车辆费用 由燃料费、折旧费和维修费等变动费用组成，中心根据经营情况可核算出每车公 里应摊的车辆费用。工资费用根据途中工作时间计算，若工作时间超过 8 小时， 则超时部分应按加班补助计算。客户通常要求货物在一定时间窗范围内送达，否 则中心需支付惩罚费用。若提前到达，支付等待费用；若延迟到达，支付延迟费 用。设单一配送中心向 l 个客户送货，第 i 个客户货运量 g i 为，卸货时间为 uti ， 时间窗为[ eti ， lti ],每小时延迟费用 ri ,中心与客户、客户与客户两两间的最短 运距、平均车速和车辆费用分别为 dij、vij和rij (i,j=0,1,2…,l;0 表示配送中心)； 可用 m 类卡车送货，第 p 型卡车有 n p 辆，装载容量为 v p (p=0,1,2,…，m)；每小 时等待费用为 r，行车补助和加班补助分别为每小时 s 和 es；途中运行到中午 12：00 和下午 6：00 时安排 30 分钟吃饭时间，车辆当天返回配送中心，再设 n pg 为第 p 类车的第 q 辆配送的需一求点数( npg =0 表示未使用第 p 类车的第 q 辆车)， 确定车辆调度方案。
（4）区域查询：为禁止公司车辆的随意跑岗，可对每一辆车划定送配区域。 监控中心可以随时查询车辆的当时位置；当车辆跑处行驶区域时，即可对监控中 心及时进行报警提示。技术实现方法是：中心把相应的查车区域参数通过广播（小 区消息）向所有网内车辆发送，移动终端接收到此指令后，判断是否处在此区域， 如果是在此区域，就立刻向中心反馈当前的位置和状态信息。
5.1.3 GPS 系统功能设计
（1）实时监控：监控中心可随时查询或跟踪所有配送中心车辆所在的当前
位置，同时显示出车速，经纬度，车状态，司机及乘员等信息，对的车辆行踪了 如指掌。电子地图可任意放大、缩小、移动，可多窗口显示、分别显示不同的地 址区域、一个窗口可同时跟踪多个目标、将目标锁定在某窗口自动漫游跟踪、固 定区域内的监控、多个窗口跟踪多个目标以及可在不同的窗口显示不同的目标， 或将目标锁定在某窗口，自动跟踪等。
4.3 物流配送系统软硬件基本配置
4.3.1 物流配送系统的硬件配置
在系统编码之前，为建立开发和测试环境，需要安装数据库服务器、WEB 服务器、应用服务器和其他一些相关的支撑软件。
1、WEB 服务器 1 台。该服务器可利旧服务器，即借用现有 WEB 服务器， 其功能主要是公司局域网下的页面传输、用户的访问与申请、物流中心车辆调度 员的操作输入和使用、管理员的维护等。
监控中心的电子地图上显示车辆的动态位置及行车路线，监控中心可利用 GSM 通讯网向车辆司机发送语音短信等调度指示[45]。
GPS 天线
GPS 天线
基站
车载终端设备
………..
中国移动网关
GPS 卫星定位系统Leabharlann Baidu
运输线路优化系统
GIS 卫星定位系统
公司中各业务部门 GPS 系统
公司中各业务部门优化系统
图 5-1 GPS 框架图 Chart 5-1 GPS frame chart
4、可视化程序开发工具。选择 Visual Basic6.0。目前，VB 和 MO 的结合被 认为是开发 GIS 应用软件的最佳选择之一，VB 的程序编写是可视化的。
4.4 本章小结
本章以具有代表性的北大仓啤酒有限公司的一市多县物流配送拓扑结构为 研究对象，参照实际工中的约束条件，针对有时间窗的车辆路径的优化问题，建 立数学模型，采用遗传算法求解。
4.2.2 物流配送车辆调度模型
根据上述对问题的描述，可以构造数学模型，定义变量：
1 表示车辆pq经过弧段(i, j)
xijpq
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表示车辆pq经过弧段(i, j)
yipq
1 0
表示车辆pq给顾客i送货 表示车辆pq不给顾客i送货
得到配送调度模型如下：
目标函数：
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（2）地图及 GIS 软件功能：（需要采集零售户经维度数据）完全数字化的 地图，包含精确的路网信息、点状要素、面状要素和详细的属性信息。作为北大 仓物流公司车辆监控平台的支撑，地图的无级放大、缩小、恢复和拖动。全城市 地图与各城区地图之间的任意转换，每图各层之间的转换，地名模糊查询，零售 户查询等，管理功能强大，操作及为方便。
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4、其它一些网络连接器件。如集线器 HUB、交换机等。
4.3.2 物流配送系统的软件配置
软件系统应参照目前公司所采用的平台，如 Window 2003 版操作系统， SQLServe2000 以上数据库系统。
1、操作系统。数据库服务器和 Web 服务器性能要求比较高，操作系统选用 Windows 2003。客户端工作站的操作系统可选用 windows xp /2 000。
（8）异常状态处理：车辆异常状态的带车号列表显示。异常状态包括：紧 急求助、服务申请、医疗服务申请、公交车辆故障报告、异常入侵等。
（9）紧急求助：监控中心可以设置车辆的最高时速。随着大配送后，随车 人员的货物与现金的增加，要避免抢劫等意外情况。在目标遇到突发事件以及偷 窃等情况时，其向中心发回紧急求助信号，在地图上将对该目标进行鲜明色彩及 图标的突出显示并以声、光报警提醒值班员注意，同时在屏幕上显示出该移动目 标的用户卡片资料，它包括车辆编号、车牌号、车型、颜色、发动机号、使用分 类、司机名、驾驶证号、所属单位、负责人、电话、车辆位置（X , Y 坐标）、 行驶速度、时间等信息，帮助值班员进行紧急处理。软件能提供紧急求助受理记 录窗，供值班员记录受理情况。
第 5 章 物流配送优化的具体实现
GPS、GIS、车辆调度的功能集成主要是根据北大仓啤酒有限公司物流配送 需要，通过 GPS 实现车辆管理及数据采集功能，GIS 实现电子地图显示功能和 分析决策功能。
5.1 物流配送 GPS 功能实现
5.1.1 GPS 系统总体架构
本系统利用车辆终端设备 GPS 接收模块接收 GPS 卫星信号，经过解算后得 到车辆的动态位置，车辆终端设备的 GPRS 模块将带有车辆位置信息通过中国 移动网关发送到监控中心，监控中心接收到车辆终端发送来的信息，经解算后在
（7）超速报警、超载报警处理：为保障送配人员以及公司车辆的安全，要 避免驾驶人员超速驾驶。监控中心自动接受车辆的报警信号，在地图上将对该目 标进行鲜明色彩及图标的突出显示并以声、光报警提醒值班员注意，同时在屏幕 上显示该移动目标的用户卡片资料，如车辆编号、车牌号、车型、颜色及司机名 等；具有报警确认、报警取消、遥控熄火、遥控恢复、分发报警、指定路线报警、 超速报警、后车厢开报警、车门开报警等辅助决策功能。
（4.4）
l
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2、数据库服务器（DB 服务器）1 台。线路优化用数据库主要包括销售营业 部信息数据库（包括客户静态数据和订货量动态数据），物流中心送货车辆、驾 驶员、送货员数据库等。
3、应用服务器 1 台。主要用来放置配送线路优化应用系统，实现从 WEB 服务器传来的信息和密码的验证、查询、获取、计算，同时调用数据库服务器的 数据资源，进行应用系统决策模型的分析决策（需要时修改数据库服务器的数据）, 最终结果经 WEB 服务器反馈给客户端。
18，有 t j
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从模型当中可以知道：本文所建的是一个单目标多约束条件的优化模型，以 配送费最小化为目标，将车型、车辆装载量、服务到达的时间要求、午餐时间及 加班费等考在内，更重要的是通过对顾客预约时间满意程度的了解，建立顾客平 均满意度约束，使配送中心可以在顾客心中留有好的效应，进而达到一种长期合 作的效果，从而给配送中心带来长期效益，而不仅仅是一种短期效益。本论文模 型的建立将大大的减少由于配送中心不能达到服务顾客的要求，而带来的信誉损 失部分，同时还提高了企业的信誉做到“双赢”，这是任何一个企业或个人都希 望得到的，通过本模型得到的优化方案，将更有益于配送中心的发展。
公司中各业务部门 GIS 系统
5.1.2 GPS 监控中心设置
利用己经建设成的局域网，在其信息中心机房设置服务器、交换机等硬件设 备和相应系统管理和维护人员，在各管理职能部门或者各业务部门可以建立分监 控中心，以网络终端与服务器相连来操作和应用系统。
监控中心是整个系统的核心，是连接分中心与车辆移动终端的纽带，并对分 中心和车辆进行数据管理和通信，事实上分中心只与总监控中心进行数据通信， 而车辆终端也只和总监控中心通讯。
2、GIS 平台选择。GIS 平台软件应考虑到软件的稳定性以及与其它系统集 成的问题。根据前文确定的基于组件开发模式，选择 MapInfo6.o 以上版本。
3、数据库管理软件。选择关系型数据库 Sql Server 2000 的集成来实现数据 库管理。Sql Server 2000 提供海量数据存储，系统运行比较稳定，相对于市场上 其它同类产品价格也较适中。
5.2 物流配送 GIS 功能实现
5.2.1 MapInfo 应用
Maplnfo 是美国 MapInfo 公司的产品[46-48]。MapInfo Professional 是近两年来 推出的主流地理信息系统产品，它吸取了传统 GIS 系统的精华，并借助于计算 机技术的发展，及时地将 GIS 的概念从大中型计算机的专用工作站引入到普通 PC 机上，开创了一种崭新的地理信息系统模式，即桌面地理信息系统。MapInfo 的推出吸引了越来越多的用户。该产品自 90 年代初进入我国后，在各行各业得 到普遍的应用，并收到良好的应用效果。
（4.8）
式中：（4.3）为目标函数，即使车辆在完成配送任务时的最小配送费用；
（4.4）为顾客满意度约束，即：每一顾客满意度的平均值必须到 80%以 上；
（4.5）为车辆的能力约束，即：某一车辆所访问的全部客户的需求量不 能超过车辆本身的载重量；
（4.6）确保顾客 i 仅由第 p 类车的第 q 辆车完成配送任务；
(4.7) (4.8) 为到达某一顾客的车辆唯一性约束，即每一顾客仅由一辆车 服务；
其中，i (ti ) 表示当顾客 i 的开始时间为 ti 时，车辆在顾客 i 处的等待时
间: ti t j ut j dij / vij ,j 为 i 的前一个站点，当 ti <12 且 t j ≧12,或 t j <18 且 t j ≧
（5）历史资料检索与历史轨迹回放：可随时查询某辆车的位置回报记录、 某段时间接收的车辆位置回报信息、某段时间监控中心的车辆调度记录等详细记 录。并可选定某辆车某时间段的位置记录进行轨迹回放，便于考核和管理。
（6）车辆档案管理：数据库录有车辆及司机的详细资料，包括维修记录等， 能自动提醒车辆及时检修；利于公司对车辆的管理。
用 VB 编写的客户端 应用程序
OLE 或者 DDE
MapInfo Professional 服务程序
MapInfo 数据维护
MapInfo 数据维护
一般配送费用由车辆费用、工资费用、延迟费用和等待费用组成。车辆费用 由燃料费、折旧费和维修费等变动费用组成，中心根据经营情况可核算出每车公 里应摊的车辆费用。工资费用根据途中工作时间计算，若工作时间超过 8 小时， 则超时部分应按加班补助计算。客户通常要求货物在一定时间窗范围内送达，否 则中心需支付惩罚费用。若提前到达，支付等待费用；若延迟到达，支付延迟费 用。设单一配送中心向 l 个客户送货，第 i 个客户货运量 g i 为，卸货时间为 uti ， 时间窗为[ eti ， lti ],每小时延迟费用 ri ,中心与客户、客户与客户两两间的最短 运距、平均车速和车辆费用分别为 dij、vij和rij (i,j=0,1,2…,l;0 表示配送中心)； 可用 m 类卡车送货，第 p 型卡车有 n p 辆，装载容量为 v p (p=0,1,2,…，m)；每小 时等待费用为 r，行车补助和加班补助分别为每小时 s 和 es；途中运行到中午 12：00 和下午 6：00 时安排 30 分钟吃饭时间，车辆当天返回配送中心，再设 n pg 为第 p 类车的第 q 辆配送的需一求点数( npg =0 表示未使用第 p 类车的第 q 辆车)， 确定车辆调度方案。