基于GIS的钢厂道路交通物质流分析系统、方法、设备及介质

摘要

本申请提供一种基于GIS的钢厂道路交通物质流分析系统、方法、设备及介质，该系统包括：数据库模块，利用钢厂属性信息生成关于钢厂物质流分布量的数据依据；路网模型生成模块，利用数据依据与工程设计图纸生成钢厂的路网模型；物质流生成模块，利用数据依据在钢厂地图上生成物流节点流量及物质流OD矩阵；物质流分布模块，利用遗传算法与最优路径算法生成物流链分担量及物质流总体分布量的空间分布差异图；物质流分配模块，基于钢厂物质流实际情况动态调整钢厂特殊物质供需点间空间阻抗生成最终物流链分担量及物质流总体分布量；物质流评价模块，根据物质流系统评价指标生成钢厂道路交通规划的优化建议和对策。本申请降低了钢厂系统成本和提升了效率。

说明书

技术领域

本申请属于物流技术领域，特别是涉及一种基于GIS的钢厂道路交通物质流分析系统、 方法、设备及介质。

背景技术

随着我国经济转向高质量发展，钢铁企业面临去产能、提效益、降成本等诸多挑战，钢 铁企业需挖掘内部潜力以提高市场竞争力。目前钢铁企业物流多根据运输方式分由多个二级 单位管理，物流运输组织缺少系统性的全局规划，存在较大的提升优化空间。

而物质流的研究涵盖钢铁制造流程中物质运动和转化的动态过程，聚焦于钢铁企业车间 与车间之间，对于物流运营成本产生直接和间接影响的生产物流系统。基于钢铁生产物流系 统工艺机理，利用GIS(Geographic Information System，地理信息系统)技术研究钢厂道路 交通物质流，对钢厂道路优化、物流系统诊断与评价、提出物流系统优化及规划方向有着重 要的意义。

然而，目前没有一套基于钢厂物质流的分析系统，高校的研究主要停留在物质流分析理 论方法层面。在应用层面，通用的交通和物流预测分析方法主要有“四阶段法”、“总量控 制法”、“L-OD法”等，这些方法与钢厂物流生成机理和钢厂道路交通需求和等有较大的差 异，因此需要设计一套完全针对钢厂的物质流分析系统以更好对钢厂物质流有效分析。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种基于GIS的钢厂道路交通物 质流分析系统、方法、设备及介质，用于对钢厂道路系统及物流动线进行优化、提出物流系 统优化及规划方向，以实现系统成本降低、效率提升的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于GIS的钢厂道路交通物质流分析 系统，包括：

数据库模块，利用钢厂属性信息生成关于钢厂物质流分布量的数据依据以及存储钢厂物 质流对标挖潜数据；

路网模型生成模块，利用所述数据依据与工程设计图纸生成钢厂的路网模型；

物质流生成模块，利用所述数据依据在钢厂地图上生成物流节点流量及物质流OD矩阵；

物质流分布模块，基于所述物质流OD矩阵利用遗传算法与最优路径算法生成物流链分担 量及物质流总体分布量的空间分布差异图；

物质流分配模块，基于钢厂物质流实际情况动态调整钢厂特殊物质供需点间空间阻抗或 在地图上拖动修正某一物质运输路径生成最终物流链分担量及物质流总体分布量；

物质流评价模块，用于构建物质流系统评价指标，基于所述物质流分配模块形成的结果 与对标挖潜数据中其他钢厂物质流指标对比，根据所述物质流系统评价指标生成钢厂道路交 通规划的优化建议和对策。

本申请的目的在于提供一种基于GIS的钢厂道路交通物质流分析方法，包括：

利用钢厂属性信息生成关于钢厂物质流分布量的数据依据以及存储钢厂物质流对标挖潜 数据；

利用所述数据依据与工程设计图纸生成钢厂的路网模型；

利用所述数据依据在钢厂地图上生成物流节点流量及物质流OD矩阵；

基于所述物质流OD矩阵利用遗传算法与最优路径算法生成物流链分担量及物质流总体 分布量的空间分布差异图；

基于钢厂物质流实际情况动态调整钢厂特殊物质供需点间空间阻抗或在地图上拖动修正 某一物质运输路径生成最终物流链分担量及物质流总体分布量；

构建物质流系统评价指标，基于所述物质流分配模块形成的结果与对标挖潜数据中其他 钢厂物质流指标对比，根据所述物质流系统评价指标生成钢厂道路交通规划的优化建议和对 策。

本申请另一目的在于提供一种电子设备，包括：

一个或多个处理装置；

存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理装置 执行，使得所述一个或多个处理装置执行所述基于GIS的钢厂道路交通物质流分析方法。

本申请还一目的在于提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算 机程序用于使所述计算机执行所述基于GIS的钢厂道路交通物质流分析方法。

如上所述，本申请的基于GIS的钢厂道路交通物质流分析系统、方法、设备及介质，具 有以下有益效果：

本申请从物质流的全新视角出发，研究钢铁企业全厂物质流动规律，不仅能够服务于新 建绿地钢厂的总图前期规划，也能够服务于钢铁老厂的系统优化，通过对钢厂道路系统及物 流动线进行优化、提出物流系统优化及规划方向，降低了系统成本，提升了系统效率。

附图说明

图1显示为本申请提供的一种基于GIS的钢厂道路交通物质流分析系统结构框图；

图2显示为本申请提供的一种基于GIS的钢厂道路交通物质流分析系统的一实施例的结 构示意图；

图3显示为本申请提供的一种基于GIS的钢厂道路交通物质流分析流程图；

图4显示为本申请提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精 神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征 可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图 式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实 际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复 杂。

对标挖潜，是指针对某项生产工艺指标情况与先进指标进行对比，寻找和学习最佳案例 和运行方式的一种方法。从而制订相应措施，达到降本增效效果。

遗传算法，模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型， 是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。

最优路径算法，是指无向图中满足通路上所有顶点(除起点、终点外)各异，所有边也 各异的的通路，可以提供起点和终点之间的最短路径，节省运输成本，大大提高交通运输效 率。

请参阅图1，为本申请提供的一种基于GIS的钢厂道路交通物质流分析系统结构框图， 包括：

数据库模块1，利用钢厂属性信息生成关于钢厂物质流分布量的数据依据以及存储钢厂 物质流对标挖潜数据；

具体地，对钢铁行业的物质流进行分析时，需要获取足够量的采集数据，以便于根据采 集数据进行分析处理，例如，通过收集、整理、存储、生成钢厂属性信息、物质流生成量的 数据依据；其中，所述数据依据包括钢厂基础地理信息数据、钢厂物流OD(OriginDestination，交通起止点)调查数据、运输车辆统计数据、道路基本情况调查数据、汽车衡基础信息调研数据、汽车衡称量表和供需点地理坐标数据。

例如，钢厂地理信息数据，包括钢厂底图信息，道路地理信息；

例如，钢厂物流OD调查数据，包括物料起点位置、运输物料名称、运输量(天/月/年)， 车辆类型、车辆吨位、物料终点位置；

例如，运输车辆统计数据，包括车辆型号、车辆吨位、装卸方式、车辆用途、作业班次；

例如，道路基本情况调查数据，可选地，包括道路名称、路面宽度、车道数、通行车辆 类型；

例如，汽车衡基础信息调研数据，可选地，包括设备名称、称重范围、规格、地点、经纬度、用途；

例如，汽车衡称量表，可选地，包括设备名称、称量日期、称量物资、物料起点位置、开始过磅时间、过磅完毕时间、物料终点位置；

例如，供需点地理坐标数据，包括物料起点位置坐标信息，名称。

需要说明的是，钢厂物质流对标挖潜数据为已建立的钢铁厂物质流对标挖潜数据，例如， 包括其他钢厂的物质流。

路网模型生成模块2，利用所述数据依据与工程设计图纸生成钢厂的路网模型；

具体地，所述路网模型生成模块可以通过钢厂地理信息数据和导入CAD总图数据，建立 钢厂路网模型，该路网模型至少包括以下单元中一种或多种：

用以新增/修改/设置道路净空调整单元；

用以新增/修改/设置车道调整单元；

用以新增/修改/设置道路等级及路段类型调整单元；

用以新增/修改/设置车道纵向坡度调整单元；

用以新增/修改/设置道路通行能力调整单元；

用以新增/修改/设置道路交通费用成本调整单元；

用以新增/修改/设置道路其他路段属性调整单元。

其中，在本实施例中，每一种单元代表可以实现某个小功能，在此不一一赘述。

物质流生成模块3，利用所述数据依据在钢厂地图上生成物流节点流量及物质流OD矩 阵；

具体地，所述物质流生成模块可以通过导入存储的数据依据，直接在钢厂地图上生成物 流节点流量及物质流OD矩阵。

物质流分布模块4，基于所述物质流OD矩阵利用遗传算法、最优路径算法等生成物流链 分担量及物质流总体分布量的空间分布差异图；

其中，通过遗传算法采用概率化的寻优方法，不需要确定的规则就能自动获取和指导优 化的搜索空间，自适应地调整搜索方向。通过最优路径算法大大提高交通运输效率。使用类 似的算法可确保生成的物流链分担量与物质流总体分布量的空间分布差异图，从而准确实现 最优解。

具体地，物质流分配模块至少包括物流节点流量修正单元、OD矩阵修正单元、供需点 连接路网单元、新添加供需点连接到路网单元、新建网络数据集单元、网络数据集加载单元、 OD矩阵分配路网单元、单物质物质流分布查看单元、整个路网物质流分布查看单元中的一 种或多种；

需要说明的是，物流节点流量修正单元，可通过在地图上点击物流节点位置修正流量；

例如，OD矩阵修正单元，可通过修改OD矩阵表修改OD矩阵；

例如，供需点连接路网单元，至少可将供需点连接到路网节点上；

例如，新添加供需点连接到路网单元，至少可以在地图上手动添加供需点，并连接到路 网节点上；

例如，新建网络数据集单元，即形成一种特殊的数据结构，可根据路网信息，以存储运 输系统和设施的重要特性；

例如，网络数据集加载单元，可加载已建立的网络数据集；

例如，OD矩阵分配路网单元，根据可选路径的出行时间或阻抗，将每个OD对之间的运 输量分配例如，到路网上，用于估算路网上的运输量或交通量等；

例如，单物质物质流分布查看单元，至少可在地图上查看某一物质的运输路径和运输量；

例如，整个路网物质流分布查看单元，至少可通过将得到的交通分配结果分布图进行适 当处理，使其能通过线条颜色和宽度等直观显示出各路段运输量分布情况。

物质流分配模块5，基于钢厂物质流实际情况动态调整钢厂特殊物质供需点间空间阻抗 或在地图上拖动修正某一物质运输路径生成最终物流链分担量及物质流总体分布量；

具体地，所述物质流分配模块至少包括网络数据集路网阻强设置单元、单物质运输路径 拖动更改路径单元、单物质物质流分配查看单元与整个路网物质流分配查看单元中的一种或 多种。

需要说明的是，网络数据集路网阻强设置单元，适于至少可在地图上点选设置路网阻断 点来限制某一物质的运输限制；单物质运输路径拖动更改路径单元，适于至少可在地图上拖 动某一物质的运输路径来更改其运输路径；单物质物质流分配查看单元，适于至少可在地图 上查看某一物质的新的运输路径和运输量；整个路网物质流分配查看单元，适于至少可通过 将得到的新的交通分配结果分布图进行适当处理，使其能通过线条颜色和宽度等直观显示出 各路段运输量分布情况。

物质流评价模块6，用于构建物质流系统评价指标，基于所述物质流分配模块形成的结 果与对标挖潜数据中其他钢厂物质流指标对比，根据所述物质流系统评价指标生成钢厂道路 交通规划的优化建议和对策。

具体地，所述物质流评价模块至少包括路网结构合理性分析单元、道路设计合理性分析 单元、交叉口/出入口通过能力分析单元、汽车衡布局优化单元、特殊物资专用通道建议单元、 纵向坡度建议分析单元、运输周转量对标单元中的一种或多种；这些单元主要是基于数据库 模块中已建立的钢铁厂物质流对标挖潜数据库，结合物质流数据特征，借鉴国内外钢铁行业 的物质流分析结果构建物质流系统评价指标，通过物流系统绩效评价方法分析给出各分析模 块建议。

请参阅图2，为本申请提供的一种基于GIS的钢厂道路交通物质流分析系统的一实施例 的结构示意图，可结合图1结构示意图实现对钢厂道路系统及物流动线进行优化、提出物流 系统优化及规划方向，以实现系统成本降低、效率提升的作用，详述如下：

一、现状调研，将收集数据导入数据库模块(存储模块)

进行现场调研，收集、整理、存储、生成钢厂基本属性信息、物质流生成量的数据依据 等数据形成数据仓库。

二、建立钢厂路网模型

将数据库模块中已有的工程图纸按需导入路网模型生成模块生成钢厂路网，并通过设置 道路等级、净空、通行能力、道路长度等钢厂道路属性来识别钢厂不同道路的运行特征和交 通适应性。

三、生成物质流OD矩阵

利用数据库模块中物质流生成量数据依据提取出钢厂物流OD表，OD表至少应包含物料 运输起点ID编号、终点ID编号和运输量的数据，每种物料在表格中单独占用一行。再将OD 表转换为OD矩阵。通过OD矩阵表和供需点地理位置数据在钢厂地图上生成物流节点流量 及物质流OD图。

四、物质流分布模块

通过在钢厂地图上生成的物流节点流量及物质流OD图，根据实际情况修正OD矩阵和 流量。同时将供需点连接到钢厂路网上并新建网络数据集，在网络数据集中根据道路属性生 成基于道路属性的交通成本模型。根据可选路径的出行时间或成本模型阻抗及模型算法，将 每个OD对之间的运输量分配到路网上。

五、动态调整物质流分布

通过物质流分布模块的单物质物质流分布查看功能，查看初步物质流分布情况。同时依 据特殊物质的特殊运输路径要求在地图上拖动其运输路径来更改其运输路径、依据实际情况 在地图上点选设置路网阻断点来限制物质的运输路径等方式动态调整物质流分布。形成最终 的物质流分布量。同时通过将得到的物质流分配结果分布图进行适当处理，使其能通过线条 颜色和宽度等直观显示出各路段运输量分布情况，并得出定量分析报告。

六、通过对标等方式，提出钢厂道路规划指导建议

通过各路段运输量分布情况图和最终的物质流分布量，评价现状路网物质流运行质量， 与数据库模块中已建立的钢铁厂物质流对标。从(1)道路路网结构是否合理，是否需要新增 道路通道，(2)道路设计能否满足车辆的要求，(3)交叉口位置、管理形式等是否合理，(4) 出入口位置、管理形式等是否合理，(5)是否需要设置专用通道，(6)转弯半径、纵向坡度 等能否满足要求等方面考虑改善方案，通过比选提出推荐的意见，并形成最终报告。

在本实施例中，通过分析钢厂道路交通情况与物质流分布量，评价现状的钢厂路网运行 质量，同时，与其他钢厂的物质流对标挖潜数据比对，能对钢厂道路系统及物流动线进行优 化、提出物流系统优化及规划方向提供建议，可大幅度降低系统运行成本，提高工作效率； 也能够为建立精细化生产管理提供重要依据；另外，本申请从物质流的全新视角出发，研究 钢铁企业全厂物质流动规律，不仅能够服务于新建绿地钢厂的总图前期规划，也能够服务于 钢铁老厂的系统优化。

请参阅图3，为本申请提供的一种基于GIS的钢厂道路交通物质流分析方法流程图，包 括：

步骤S1，利用钢厂属性信息生成关于钢厂物质流分布量的数据依据以及存储钢厂物质流 对标挖潜数据；

其中，所述数据依据包括钢厂基础地理信息数据、钢厂物流OD调查数据、运输车辆统计 数据、道路基本情况调查数据、汽车衡基础信息调研数据、汽车衡称量表和供需点地理坐标 数据。

步骤S2，利用所述数据依据与工程设计图纸生成钢厂的路网模型；

步骤S3，利用所述数据依据在钢厂地图上生成物流节点流量及物质流OD矩阵；

其中，需要说明的是步骤S2与步骤S3之间无执行先后顺序，步骤S2与步骤S3根据步 骤S1可同时执行；

步骤S4，基于所述物质流OD矩阵利用遗传算法与最优路径算法生成物流链分担量及物 质流总体分布量的空间分布差异图；

步骤S5，基于钢厂物质流实际情况动态调整钢厂特殊物质供需点间空间阻抗或在地图上 拖动修正某一物质运输路径生成最终物流链分担量及物质流总体分布量；

步骤S6，构建物质流系统评价指标，基于所述物质流分配模块形成的结果与对标挖潜数 据中其他钢厂物质流指标对比，根据所述物质流系统评价指标生成钢厂道路交通规划的优化 建议和对策。

其中，还需要说明的是，基于GIS的钢厂道路交通物质流分析方法与基于GIS的钢厂道 路交通物质流分析系统为一一对应的关系，在此，基于GIS的钢厂道路交通物质流分析方法 所涉及的技术细节与技术效果均相同，在此不一一赘述，请参照上述基于GIS的钢厂道路交 通物质流分析系统。

下面参考图4，其示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备(例如终端设备或服务器 700的结构示意图。本公开实施例中的终端设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电 脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车 载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。 图4示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示，电子设备700可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)701，其 可以根据存储在只读存储器(ROM)702中的程序或者从存储装置708加载到随机访问存储器 (RAM)703中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM703中，还存储有电子设备700操 作所需的各种程序和数据。处理装置701、ROM702以及RAM703通过总线704彼此相连。输入 /输出(I/O)接口705也连接至总线704。

通常，以下装置可以连接至I/O接口705：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置706；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、 振动器等的输出装置707；包括例如磁带、硬盘等的存储装置708；以及通信装置709。通信 装置709可以允许电子设备700与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图4示出 了具有各种装置的电子设备700，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。 可以替代地实施或具备更多或更少的装置。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程 序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计 算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中， 该计算机程序可以通过通信装置709从网络上被下载和安装，或者从存储装置708被安装， 或者从ROM702被安装。在该计算机程序被处理装置701执行时，执行本公开实施例的方法中 限定的上述功能。

需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可 读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于—— 电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机 可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计 算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM 或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述 的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介 质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计 算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算 机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信 号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何 计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装 置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适 当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入 该电子设备中。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备 执行时，使得该电子设备：执行上述步骤S1到步骤S6的方法。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代 码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括 常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在 用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户 计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计 算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)— 连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网 连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的方法和计算机程序产品的可能 实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、 程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定 的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也 可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行 地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/ 或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操 作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

综上所述，本申请从物质流的全新视角出发，研究钢铁企业全厂物质流动规律，不仅能 够服务于新建绿地钢厂的总图前期规划，也能够服务于钢铁老厂的系统优化，通过对钢厂道 路系统及物流动线进行优化、提出物流系统优化及规划方向，降低了系统运行成本和提升了 系统运行效率。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。