Kargo taşımacılığı sektöründe son adım dağıtım planlama ve rota optimizasyonu
Last mile delivery planning and route optimization in cargo transportation
Yazar: SELİN BOSTAN
Danışman: DOÇ. DR. CANER GÜNEY
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Bilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı / Coğrafi Bilgi Teknolojileri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Dağıtım planlaması = Distribution planning ; Kargo taşımacılığı = Cargo transportation ; Rota optimizasyonu = Route optimization ; Taşımacılık = Transportation

Özet:
E-ticaret sektörü, kullanıcılara ve müşterilere web sitelerinden alışveriş yapma imkanı sunmakta ve gelişen teknolojiye paralel olarak akıllı cep telefonlarından ulaşılabilen mobil uygulamalar ile mekandan bağımsız olarak internet bağlantısı olan her yerden alışveriş konforu sağlamaktadır. Oluşan bu büyük sipariş hacminin yönetilmesi ve alıcıya teslim edilmesi için, e-ticaret firmalarının taşımacılık sektörü ile ilişkisi önem kazanmıştır. E-ticarette yaşanan hızlı değişim nedeniyle, tamamen operasyonel olarak yönetilen kargo ve taşımacılık firmalarında da taşıma süreçlerinde dijitalleşmeler yaşanmaya başlamıştır. Dijital dönüşümle beraber bu süreçte; en kısa mesafe ve en kısa sürede teslimat ana hedef olarak belirlenmiş ve geliştirilen uygulamalar ile taşımacılık maliyetleri en aza indirilmeye çalışılmıştır. Müşteri deneyimi odaklı oluşturulmuş olan bu hedefler için en belirleyici taşıma aşaması, ürünün alıcıya ulaştırılması olan son adım dağıtım hizmetidir. Son adım dağıtım aşaması ürünün nihai dağıtım veya varış merkezinden alıcı müşterinin adresine olan teslimatı ifade eder. Bu aşama, teslim adreslerinin coğrafi olarak dağılımı ve fazlalığı nedeniyle diğer aşamalara göre daha fazla araç ve eleman ihityacı barındırdığından maliyetin en yüksek olduğu aşamadır. Varış merkezinden alıcının teslimat konumuna kadar kat edilen mesafenin; maliyet açısından en kısa mesafe olması ve hız olarak en kısa sürede yapılması, aynı zamanda bir sonraki teslimat noktalasına veya kümesine uygun olarak optimize edilmesi gerekir.  
Bu tez çalışmasında, son adım dağıtım aşamasını hedeflere ve konum bazlı farklı operasyon gerekliliklerine göre optimize etmenin yöntemleri açıklanmış; teslimat noktaları kümesinin konumsal olarak belirlenmesi ve buna bağlı rota optimizasyonuna yönelik sistem önerisi yapılmıştır. Varış merkezinden alıcıların teslimat konumlarına dağıtım yapan kuryelerin günlük işlem hacmini belirlemek için coğrafi bilgi sistemleri destekli, dijital harita sağlayıcıları tarafından sunulan harita verisi üzerinde dağıtım alanları oluşturulmuştur. Dağıtım alanları; Web CBS uygulaması üzerinde varış merkezi çalışma alanı katmanına bağlı, kapalı alan şeklinde tanımlanmıştır. Her bir kurye için dağıtım alanı belirlemek günlük rota optimizasyonun hacmini öngörmek ve hacme göre yöntem seçmek açısından önemlidir. 
Rota optimizasyonu için, Web CBS üzerinde dağıtım alanı belli olan kurye çalışma alanı katmanına düşen teslimat adresleri belirlenmiştir. Adres metni olarak yazılı şekilde gelen bu adresler, adresin pars edilerek koordinata dönüştürülmesi işlemi olan geocoding uygulanarak koordinat verisine çevrilmiştir. Böylelikle kapalı alan (polygon) katmanın içinde kalan teslimat adreslerinin koordinatları (nokta) verileri belirlenmiştir. Rotalama için djital harita sağlayıcı tarafından sunulan; yol, cadde, sokak, kapı numarası, trafik verisi, trafik yönü gibi veriler altlık olarak kullanılmıştır. Teslimat noktalarını içeren koordinat veri kümesi için altlık harita verileri kullanılarak rotalama yapılmıştır. Rota optimizasyonu için araç rotalama problemleri çözümlerinden olan, metasezgisel algoritma kullanılmıştır. Kargoda son adım dağıtımı problemi sadece sistemsel bir problem yerine, insana bağlılığı yüksek bir problem olduğundan metasezgisel algoritmalar gerçek dünyaya en yakın sonucu vermektedir. 
Çalışmada; bir varış merkezi pilot bölge olarak seçilmiştir. Pilot bölgede günlük dağıtım sayılarına bakılarak bir pilot kurye çalışma alanı belirlenmiştir. Saha çalışmalarında, kurye ile dağıtım yapılarak kuryenin dağıtım zamanlaması ve rota tercihleri ile beraber bölgenin fiziki koşulları gözlenmiştir. Bu serbest dağıtım gözleminin ardından, aynı alan için rotalama çalışması yapılmış ve iki veri karşılaştırılmıştır. Rotalamanın kuryeye gösterimi için, kuryenin kullandığı mobil uygulama üzerinde harita tabanlı ekranlar geliştirilmiştir. Kurye bu ekranlardan, dağıtım rotasını ve önceki-sonraki noktayı takip edebilmektedir. Böylelikle bölgeye hakim olmayan kuryelerin de dağıtım yapabildiği görülmüştür. Sonuçlara bakıldığında, dağıtım planlama ile araç kapasite planlamasının yapılabildiği, rotalama çalışması ile mesafe ve teslimat süresinin azaltılabildiği, ayrıca bölgeye hakim olmayan veya işe yeni başlamış kuryelerin oryantasyon süresinin oldukça kısalabildiği görülmüştür. Alıcı müşteri tarafından bakıldığında ise, rotalama yapılmış olan teslimat noktalarının teslim saati yaklaşık olarak tahminlenebildiğinden; alıcıya tahmini teslimat saati aralığı gösterilebilmekte ve kargo canlı olarak takip edilebilmektdir. Değişen ve gelişen müşteri ihtiyaçları için önemli bir ihtiyaca karşılık verilebilmektedir. 
Bu çalışma ile, kargo sektörünün en maliyetli adımı olan son dağıtım aşamasında dijital harita verileri ile CBS destekli bir rota optimizasyonu yöntemi önerilmiş olup, önerilen sistemin ve yöntemin kullanımı sonrasında elde edilen faydalar açıklanmıştır. Önerilen model sadece dağıtım bazlı çalıştığından, ilerleyen çalışmalarda iade kargoların toplanmasını kapsayarak topla-dağıt modeline genişletebilir. Ayrıca teslimat adreslerinde geocoding hataları en aza indirilmeye çalışılarak rotalamanın daha verimli çalışması sağlanabilir.

Abstract:
Technology that has rapidly developed in the 21st century has changed the way people live and conduct their daily activities at the same speed. The amount of time spent online has increased socially as a result of technological developments and has rapidly digitized the service sector. Large and medium-sized companies in the service sector have begun to respond to customer demands through their websites and new-generation mobile applications. One of the areas most affected by this transformation is trade, which has moved from physical areas to digital platforms and customers have started to conduct buy-sell transactions digitally. The e-commerce sector has experienced rapid growth especially in the 2000s with the widespread adoption of the internet, and it continues to grow at the same pace today.
The e-commerce sector provides users and customers with the opportunity to shop online through websites and, in parallel with the developing technology, through mobile applications that can be accessed from smart phones, allowing them to shop comfortably from anywhere with an internet connection. This allows customers to create orders independently of time through websites and mobile applications. In order to manage and deliver this large volume of orders to buyers, the relationship between e-commerce companies and the transportation sector has become important. As a result of the rapid change in e-commerce, digitalization has also begun in the transportation processes of logistics and transportation companies that are completely operationally managed. The transportation process refers to the process of delivering an order or cargo from the sender to the recipient. With the digital transformation, the main goal in this process has been determined as delivering in the shortest distance and shortest time, and efforts have been made to reduce transportation costs with developed applications. The last mile delivery, which is the delivery of the product from the final distribution or arrival center to the customer's address, is the most decisive stage in achieving these customer experience-focused goals. This stage represents the highest cost stage due to the geographical distribution and excess of delivery addresses and the need for more vehicles and personnel. The distance covered from the arrival center to the delivery location of the buyer must be the shortest distance in terms of cost and the shortest time in terms of speed, and must also be optimized according to the next delivery point or cluster.
In this thesis, methods for optimizing the last mile delivery stage according to goals and location-based different operational requirements are explained, and a system proposal for location-based cluster identification and route optimization is made. Distribution areas are created on map data provided by digital map providers using geographic information systems to determine the daily volume of operations for couriers distributing from the arrival center to the delivery locations of buyers. Distribution areas are defined as polygons, based on the arrival center working area layer on the WebCBS application. It is important to determine the distribution area for each courier in order to predict the volume of daily route optimization and select the method accordingly.
In the context of route optimization, a set of delivery addresses has been identified that fall within a defined delivery area for a courier working on the WebGIS platform. These addresses, which are written as text, have been geocoded by parsing the addresses and converting them into a set of coordinates. This allows the coordinates (points) of the delivery addresses within a closed area or "polygon" layer to be determined. Digital map provider-provided data such as roads, streets, sidewalks, door numbers, traffic data, and traffic direction are used as a base for routing. Routing is performed using base map data for the coordinate data set containing the delivery points. A metaheuristic algorithm, which is a type of solution for vehicle routing problems, has been used for route optimization. Metaheuristic algorithms are solutions that constantly search for the closest approximation to the true solution for large and complex problems. The final step of package distribution in cargo is not just a systemic problem, but a problem with high dependence on humans, so metaheuristic algorithms provide the closest results to the real world.
In this study, a distribution center was selected as a pilot area. Based on the daily distribution numbers in the pilot area, a pilot courier work area was determined. In order to find the closest approximation to the real world, field studies were first conducted. In these field studies, the courier carried out distributions, and the distribution timing and route preferences of the courier were observed along with the physical conditions of the area. After this free distribution observation, routing was performed for the same area, and the two sets of data were compared. As a result of the comparison, it was found that the total delivery time was shortened by 33 percent and the total distance was reduced by 52 percent when routing was used for distribution compared to free distribution. When the rate of adherence to the route by the courier was examined, it was found that the courier strayed from the route during deliveries in the afternoon and the reason was investigated along with the field study. Here, the fact that the courier was not sure if he would make deliveries in the afternoon and the number of cargoes that might arrive in the second half of the day emerged as the two main reasons. In this case, instead of a single-tour, single-route method, the courier was able to manually initiate a two-tour, two-route method for deliveries in the afternoon. When these results were examined for the second half of the day, results very close to those of the first half of the day were obtained. Map-based screens were developed on the mobile application used by the courier to show the routing to the courier. The courier can use these screens to follow the distribution route and the previous and next points. As a result, it was seen that couriers who were not familiar with the area could also make deliveries. When the results are examined, it is seen that delivery planning and vehicle capacity planning can be carried out, distance and delivery time can be reduced with routing, and the orientation time of couriers who are not familiar with the area or have just started the job can be significantly shortened. When viewed from the perspective of the receiving customer, it is seen that the delivery reliability of the system has increased and the delivery time window has narrowed, and the satisfaction level of the customers has increased. As a result of the study, it can be concluded that routing significantly contributes to the efficiency and reliability of the distribution process.
This study proposes a route optimization method using a digital map data and GIS for the last mile delivery step, which is the most costly step in the cargo industry, and explains the benefits obtained after using the proposed system and method. The proposed model only works based on distribution, so in future studies it can be expanded to a pick-up-deliver model by also collecting return packages. In addition, by trying to minimize geocoding errors at delivery addresses, the routing can be made more efficient.