當傳統郵遞區號分區的精細度不堪用,酷澎改用6平方公尺小面積網格來定位。酷澎是如何管理和應用超大量地圖網格數據,來同時做到精準定位,以及有效率的空間資訊儲存、分析、編輯作業?
商品從高度智慧化、自動化的物流中心出發後,物流士如何在最後一哩路上,快速抵達目的地?關鍵是利用酷澎送貨管理系統,高效率分配送貨任務給15,000名以上的物流士,並推薦他們有效率的交通路徑規畫。
要做到這些事,需要合理的送貨區域劃分,以及詳細的地理分析結果來支援。不過,隨著酷澎業務規模飛速成長,他們不得不顛覆原本的送貨管理系統,來因應暴增的送貨需求。
過往酷澎分配送貨任務的模式是,以郵遞區號範圍為單位來劃分物流士送貨區域,一個區域每次只會由一名物流士負責。郵遞區號非常適合用來分配物流任務,一來,這些區域原本就是為了物流而規畫,二來,個別郵遞區號面積相當小,允許細緻的管理。以首爾銅雀區為例,平均一個郵遞區號範圍大約是直徑260公尺的圓,或邊長230公尺的正方形。
然而,2021年,一個郵遞區號範圍的訂單數從每天2位數成長到3位數,超出單一物流士負荷。為了維持一個送貨區域只由一個人負責的任務分配模式,酷澎意圖將一個郵遞區號範圍細分為多個建築群,再以建築群為界,人工劃分出數個送貨區域。
此時,酷澎便需要尋求更細緻的空間基礎單位,來紀錄這些小區域。新的基礎單位必須滿足3個條件。第一,需要容易視覺化,以利管理者劃分任務區域,並有效溝通送貨範圍給物流士。第二,基礎單位需要描述絕對位置,不會因郵遞區號、地址、送貨範圍劃分的變動,而使過往地理分析紀錄失去意義。第三,需要支援管理者在送貨管理系統上彈性更改送貨範圍。
採用地圖網格索引作為空間定位基礎,支援高精準度定位及地理分析數據索引
根據這些條件,他們評估了Google S2跟Uber H3兩套地圖網格索引方法。這兩個索引將地球表面劃分為形狀和面積固定的多邊形網格。前者是正方形網格,後者則是正六角形網格,每個網格都有專屬ID及覆蓋範圍。
酷澎以這些網格作為新的空間基礎單位,可以透過排列組合不同網格來彈性調整送貨範圍,也可以用網格來記錄地理分析執行範圍。網格覆蓋範圍固定的特性,使過往地理分析的紀錄不會因為送貨範圍、郵遞區號、或地址的更動,而失去意義。
後來,酷澎決定採用正六角形網格H3。此形狀特性對於地圖系統設計以及數據管理都至關重要。其一,正六角形的地圖投影誤差較正方形小,也就是說,將地球球面轉換為平面網格時,網格內顯示出的空間扭曲程度較低,因此地理分析和路徑規畫結果更加準確。其二,正六角形較正方形在幾何學上更加緊緻,也就是說,相同對角長(或邊長)的情況下,前者可以用更少網格數來涵蓋同一個面積大小,數據儲存負擔較小。
H3網格有不同層級,第0級將地球面積分為122個網格,第1級則將每個0級網格再分為等面積的小網格,以此類推。使用者可以根據需求選擇分區顆粒度最適合的層級。酷澎採用了第14級網格作為基本空間單位,面積約6.3平方公尺,不只可以找到目標地址,甚至可以精準定位到大樓入口或郵箱位置,一口氣取代地址和經緯度系統。反之,網格層級太高,定位會不夠精準,例如13級網格面積約為44平方公尺,有可能定位到隔壁大樓或對街。
H3網格分為不同層級,上層網格面積較大,由下層網格組成。用網格來記錄空間資訊時,若網格太大,定位精確度會降低,網格太小,則會產生超大量網格數據管理的挑戰。圖片來源/酷澎
優化送貨區域及網格數據管理方法,提升儲存和執行效率
要用1格6.3平方公尺的高顆粒度網格來製作地圖,第一個課題是如何儲存超大量網格數據。
常見空間數據儲存方法是直接以網格ID作為資料庫儲存的主鍵,但是一般RDBMS頂多只能讀寫10億欄資料。要覆蓋韓國面積,需要高達217億個14級H3網格,顯然不可行即使當下利用多個資料庫資料共享的權宜之計,一旦未來拓展服務範圍到多國市場,光是管理這些網格資料庫就會成為難題。
酷澎做法是,以送貨區域為儲存主鍵,每筆區域數據中包含構成送貨區域的小網格ID。為了進一步增加儲存和讀寫效率,他們還利用H3網格層級轉換函數,將區域內可以組成上層網格的14級網格轉換為上層網格ID。例如,一個送貨區域可能由9個14級網格組成,其中7個剛好可以構成一個13級網格。與其紀錄9筆14級網格ID,他們會用1個13級網格和2個14級網格來記錄,ID筆數較少。
這個儲存方法同樣能以14級網格的顆粒度來紀錄送貨區域,不過所需欄位數少了許多,讀寫更有效率,未來拓展服務範圍時,也不會面臨欄位數暴增問題。
H3本身內建轉換經緯度到網格ID的函數,透過串接簡單的外部地圖API,也能將地址轉換為對應網格。不用專業GIS系統或地理數據庫模組,酷澎管理者就可以輕易將地址或經緯度轉換為網格ID,來查詢特定地點所屬送貨區域。這個特性,使過往以郵遞區號範圍、地址和經緯度來記錄物流數據的系統,能輕易與新的網格空間索引並用。
進一步轉化送貨區域儲存格式,以加速更複雜的分析情境
後來,酷澎發現剛開始的送貨區域儲存模式仍有其限制。
雖然構成送貨區域的14級網格可以用前述的網格層級轉換函式來減少儲存ID筆數,但一個區域仍會包含許多筆網格ID。當酷澎需要綜合許多區域來進行大規模或複雜地理分析時,需要處理的網格資料筆數仍非常龐大,以至於降低運算效率。
應對方法是,將外送區域改用多邊形格式來儲存,而非大大小小的網格。具體來說,當管理者在送貨管理系統手繪了一個外送區域,系統會先儲存這個手繪多邊形,再將其轉換為由14級H3網格組成的網格組合,接著,將此網格組合儲存為一個以最外緣網格為邊界的多邊形,酷澎稱之為「六角形化多邊形」。之後,送貨管理系統就可以依照使用者需求顯示手繪或六角形化多邊形。
外送區域內許多個網格ID合併為一個六角形化多邊形,進行複雜運算時便不再需要處理超多筆ID網格,能一定程度減少系統負擔。同時,這種多邊形保持了原本網格組合重要特性。舉例來說,依然能用14級網格的顆粒度定義邊界,在地圖上也能無縫跟其他區域邊界咬合。若需要查詢多邊形內部的空間資訊,把大多邊形轉換回H3小網格亦相當容易。
管理者手繪出的區域為多邊形,送貨管理系統會將這個多邊形轉換為14層級的H3網格組合。若有一組14層級網格好可以組成上層網格,則會用此上層網格ID來取代,減少儲存資料大小。圖片來源/酷澎
成果:允許彈性任務分區調整、拓展服務區域及快速疏通送貨延遲
送貨管理系統轉用14級H3網格作為最小空間單位,為強化他們快物流能力帶來許多好處。第一,管理者不再受限於郵遞區號範圍,可以輕易用送貨管理系統的圖像化界面分析當天訂單狀況,劃分最適當送貨區域範圍,來指派送貨任務給物流士。
第二,酷澎執行各式地理分析時,也能以6.3平方公尺的顆粒度,精準定位出外送區域內容易交通延遲的具體位置。不只如此,由於每一個網格都代表專屬的絕對位置,就算未來郵遞區號範圍、地址,或遞送區域範圍有更動,這些地理分析紀錄仍具有參考價值。
第三,任務指派和地理分析優化後,他們提供物流士的建議交通路徑也更加準確,進一步降低了送貨所需時間,使他們訂單暴增後,仍能守住24小時內到貨的承諾。
最後一個好處,在酷澎進軍多國市場時開始體現。相較於過往使用韓國郵遞區號的送貨管理系統,以覆蓋全球的H3網格作為基本空間單位,加上他們優化地理數據讀寫的種種措施,使他們於不同市場時,仍能使用同一套送貨管理系統為基礎,發展他們最具標誌性的快物流服務。
酷澎送貨管理系統的送貨區域編輯界面。管理者可以手動將郵遞區號範圍細分為不同送貨區域,系統會將手繪多邊形轉換為14級H3六角形網格組合後,再將多邊形邊界轉化為以最外圍網格圈起來的六角形化多邊形。圖片來源/酷澎
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