摘要:為解決生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送成本高、在途時(shí)間長等問題，考慮到日趨擁堵的城市道路，本文首先基于實(shí)時(shí)路況信息分析農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送的固定成本、運(yùn)輸成本、制冷成本、貨損成本和懲罰成本等，建立了總成本最小化的配送路徑優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步解決末端靈活配送和降低總配送成本問題，提出在冷鏈配送中合理設(shè)置接駁點(diǎn)，建立了基于實(shí)時(shí)路況和接駁點(diǎn)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送路徑優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。利用蟻群算法對上述模型求解，并進(jìn)行了實(shí)證研究分析。研究表明，基于實(shí)時(shí)路況信息和接駁方式的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送可以有效地降低冷鏈配送成本和提高客戶滿意度。

　　關(guān)鍵詞:車輛路徑優(yōu)化;冷鏈物流;實(shí)時(shí)路況;接駁點(diǎn)

　　引言

　　隨著人們物質(zhì)生活水平的逐漸提高，對多樣化、綠色、營養(yǎng)的果蔬、鮮肉、蛋、奶等生鮮農(nóng)產(chǎn)品的需求也不斷提高。生鮮農(nóng)產(chǎn)品是一類特殊的農(nóng)產(chǎn)品，其易腐敗變質(zhì)的特點(diǎn)對物流過程中的溫度、濕度等環(huán)境因素要求較高，為了將這些天然的農(nóng)產(chǎn)品最大程度地保鮮并送到消費(fèi)者手中，需要在合適的低溫環(huán)境對這些生鮮農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)冷、轉(zhuǎn)運(yùn)、存貯和配送[1]。

　　農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流通常是指使肉(含水產(chǎn))、禽、蛋、奶、水果、蔬菜等生鮮農(nóng)產(chǎn)品從采摘(屠宰或捕撈)后，在農(nóng)產(chǎn)品初加工、貯藏、轉(zhuǎn)運(yùn)、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)均在一個(gè)能保證產(chǎn)品質(zhì)量安全的低溫環(huán)境下的，減少農(nóng)產(chǎn)品過程損耗、防止產(chǎn)品污染的一個(gè)特殊的供應(yīng)鏈系統(tǒng)。近年來，由于居民的消費(fèi)水平和對生鮮農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量(包括商品的新鮮度、安全性、品種等)要求不斷增加[2]，加快發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流特別是冷鏈配送環(huán)節(jié)，將安全、高品質(zhì)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品送到居民的餐桌上，這既能滿足了居民更高的生活需求，同時(shí)也促進(jìn)農(nóng)村和農(nóng)業(yè)發(fā)展、保證農(nóng)民持續(xù)增收。

　　從2003年一直到2017年，中央持續(xù)15年通過“一號(hào)文件”將全國目光都聚焦在“三農(nóng)”問題上，足可見從國家層面上都非常重視包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)流通問題在內(nèi)的各種農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民發(fā)展問題�！吨袊�冷鏈產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》(2016年)顯示，我國冷鏈物流成本比普通物流高出40%-60%，隨著能源價(jià)格的不斷調(diào)整，冷鏈物流的成本呈總體走高的趨勢。

　　由于農(nóng)產(chǎn)品原產(chǎn)地價(jià)格本來已經(jīng)很低、加之產(chǎn)業(yè)鏈條整合度不高、上下游企業(yè)之間競爭大于合作等因素農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)銷商往往從降低物流成本(含冷鏈運(yùn)輸成本和產(chǎn)品損耗成本等)著手。配送是冷鏈物流中一個(gè)極其重要但也容易被“掉鏈”的環(huán)節(jié)，生鮮產(chǎn)品從生產(chǎn)者到最終消費(fèi)者的過程中，有80%以上的時(shí)間消耗在配送運(yùn)輸上面[3]。

　　因此，充分利用現(xiàn)有資源和信息(數(shù)據(jù))，優(yōu)化配送方案，盡量減少生鮮農(nóng)產(chǎn)品配送的在途時(shí)間、降低冷鏈物流配送成本，這對提高生鮮農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力、間接促進(jìn)農(nóng)民增收具有重大意義。文獻(xiàn)回顧及研究方法自1959年美國學(xué)者Dantzig和Ramser首次提出交通運(yùn)輸中的車輛路徑問題(VRP)以后，引起了很多學(xué)者的關(guān)注并做了大量研究�，F(xiàn)實(shí)中，由于顧客對生鮮農(nóng)產(chǎn)品的配送有一定的時(shí)間要求，配送中的VRP就發(fā)展成了帶時(shí)間窗的配送車輛路徑問題(VRPTW)。

　　Chen等[4]和Azi等[5]建立了一個(gè)對配送車輛行駛時(shí)間即易腐食品送達(dá)時(shí)間有硬性要求的冷鏈物流配送VRPTW模型，研究了如果考慮將硬時(shí)間窗放寬至軟時(shí)間窗后，配送總成本會(huì)有何變化，并以一個(gè)鮮肉配送為例用啟發(fā)式算法對配送路徑進(jìn)行了優(yōu)化。認(rèn)識(shí)到啟發(fā)式算法在解決車輛路徑問題的優(yōu)勢，更多的學(xué)者參與到對啟發(fā)式算法的研究，Brito等[6]在近距離開放式帶時(shí)間窗的車輛路徑問題中加入了模糊約束條件并用混合蟻群算法進(jìn)行了求解;Dearmas和Melián[7]在研究動(dòng)態(tài)多目標(biāo)車輛路徑問題時(shí)，使用一種變領(lǐng)域搜索策略的啟發(fā)式算法很好地解決了此類問題;Kücükoglu和�Zztürk[8]利用了基于禁忌搜索和模擬退火算法的混合算法，解決帶有回程和時(shí)間窗的車輛路徑問題。

　　針對生鮮農(nóng)產(chǎn)品易腐性和配送復(fù)雜性，蔡浩原和潘郁[9]構(gòu)建了鮮活農(nóng)產(chǎn)品的變質(zhì)函數(shù)，并依此建立帶有時(shí)間窗的鮮活農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑優(yōu)化模型，通過人工蜂群算法對模型進(jìn)行求解;樊世清等[10]研究有軟時(shí)間窗的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送車輛路徑優(yōu)化問題模型時(shí)，以配送成本最小為目標(biāo)函數(shù)，在成本中考慮了違反時(shí)間窗的懲罰成本。

　　針對冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)點(diǎn)布局、配送中心選址與流量分配問題，張文峰和梁凱豪[11]提出了以冷鏈物流的節(jié)點(diǎn)建設(shè)成本和運(yùn)營成本為目標(biāo)的非線性規(guī)劃優(yōu)化模型并用量子粒子群算法對模型求解;陳淑童等[12]以配送中心建造費(fèi)用、運(yùn)營費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用最小為目標(biāo)并考慮貨損成本情形下構(gòu)建了考慮時(shí)效和貨損的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型并運(yùn)用CPLEX求解，分析了時(shí)效性與貨損性的變化對于冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的影響。

　　潘茜茜和干宏程[13]針對日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，將碳排放轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益，構(gòu)建了一個(gè)考慮碳排放成本的冷鏈物流配送路徑優(yōu)化數(shù)學(xué)模型并采用蟻群算法求解，結(jié)果表明考慮碳排放的冷鏈物流配送路徑總成本降低。隨著社會(huì)環(huán)境和計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展，對于車輛路徑問題的研究也有所側(cè)重，向敏等[14]研究了基于電子商務(wù)環(huán)境下的生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流配送路徑優(yōu)化問題;李昌兵等[15]以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢構(gòu)建了考慮客戶滿意度和配送費(fèi)用的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下多目標(biāo)路徑優(yōu)化模型并利用改進(jìn)后的遺傳算法對模型進(jìn)行仿真。

　　以往對于冷鏈物流配送的車輛路徑優(yōu)化研究主要側(cè)重于靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)下的車輛路徑問題，即在配送中心、配送車輛、交通狀況、貨物需求量及時(shí)間窗確定的情況下，如何安排裝載和規(guī)劃配送路線以達(dá)到滿足時(shí)間窗的前提下配送成本的最優(yōu)化[16]。但在實(shí)際冷鏈配送的管理過程中，冷鏈品的變質(zhì)速度、變質(zhì)率、交通狀況、客戶需求等因素往往呈現(xiàn)出不確定性的變化。

　　同時(shí)，由于投入資本、區(qū)域規(guī)劃、城市地價(jià)等因素的影響，冷鏈物流企業(yè)不可能設(shè)置太多的冷鏈配送中心[17]，同時(shí)考慮到城市中心地段地價(jià)較高，一般冷鏈物流企業(yè)會(huì)將冷鏈配送中心設(shè)置在地價(jià)較低的城郊[18]。而接受生鮮農(nóng)產(chǎn)品配送服務(wù)的超市、便利店、飯店、食堂等需求點(diǎn)往往位于交通擁擠的市中心，甚至是狹小的街道弄堂。

　　如果冷鏈配送車輛太大，除了頻繁地卸貨會(huì)增加制冷成本外，對某些道路狹窄的需求點(diǎn)無法提供服務(wù);而冷鏈配送車輛太小，會(huì)大大增加運(yùn)輸成本和人力成本。再加上日益糟糕的城市交通，使得農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流“最后一公里”的城市配送環(huán)節(jié)困難重重。為研究降低農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送成本的路徑，本文首先建立一個(gè)基于簡潔、低成本方式從大數(shù)據(jù)中獲取城市道路擁堵信息并用之于農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送的車輛路徑優(yōu)化模型。

　　為了減少冷鏈配送車輛往返配送中心的次數(shù)，參照一些快遞公司利用大型卡車進(jìn)行接駁補(bǔ)貨的思路[19]，進(jìn)而提出在生鮮農(nóng)產(chǎn)品的冷鏈配送中引入接駁點(diǎn)和配備接駁車輛的方案(冷鏈配送接駁車輛以投入成本和運(yùn)營成本較低的小微型電動(dòng)廂式貨車為主，一般采用相變蓄冷材料制冷①或是泡沫箱保溫方式來保證生鮮農(nóng)產(chǎn)品的低溫狀態(tài))。在基于接駁點(diǎn)情形下進(jìn)一步研究接駁點(diǎn)選擇及冷鏈物流配送路徑優(yōu)化，建立一個(gè)含接駁點(diǎn)的基于交通大數(shù)據(jù)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送路徑優(yōu)化模型。

　　最后通過一個(gè)實(shí)例驗(yàn)證性分析上述兩個(gè)模型的有效性。交通大數(shù)據(jù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中的應(yīng)用大數(shù)據(jù)是一個(gè)較為抽象的概念，目前學(xué)術(shù)界還沒有形成確切和統(tǒng)一的定義。參考已有文獻(xiàn)[20，21]，本文將交通大數(shù)據(jù)定義為是由數(shù)量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電子地圖、道路、車輛、人員、定位、路面監(jiān)測、路網(wǎng)建設(shè)等類型眾多的交通信息(數(shù)據(jù))構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合，是一種基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用模式，通過數(shù)據(jù)的整合共享，交叉復(fù)用，形成的智力資源和知識(shí)服務(wù)能力。

　　交通大數(shù)據(jù)具備Volume、Velocity、Varity和Veracity的4V特點(diǎn)，即海量的數(shù)據(jù)、能高速地處理這些數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)類型多樣、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確真實(shí)。城市交通大數(shù)據(jù)一個(gè)主要應(yīng)用就是將路面采集數(shù)據(jù)、城市交通參與車輛的GPS數(shù)據(jù)與電子地圖定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行多元融合和加工，生產(chǎn)出高準(zhǔn)確率和高覆蓋率的實(shí)時(shí)路況信息。

　　對時(shí)效性要求較高的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送可利用配送管理信息系統(tǒng)，通過交通大數(shù)據(jù)平臺(tái)獲取道路、實(shí)時(shí)路況等信息來管理和指揮在途車輛進(jìn)行配送，同時(shí)客戶也可通過此平臺(tái)對車輛和貨物進(jìn)行查詢并反饋信息。車輛將路況、位置等信息反饋配送管理信息系統(tǒng)[22]。而此時(shí)，客戶、車輛甚至配送方的數(shù)據(jù)和信息也將通過冷鏈配送管理信息系統(tǒng)和交通大數(shù)據(jù)平臺(tái)被公共數(shù)據(jù)云收集。

　　1、問題描述

　　農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心給分布于城區(qū)內(nèi)的多個(gè)需求點(diǎn)(超市、飯店、食堂、小區(qū)便利店等)冷藏配送鮮活農(nóng)產(chǎn)品的問題。鮮活農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心擁有M輛專用冷藏配送車為市區(qū)N個(gè)需求點(diǎn)提供生鮮農(nóng)產(chǎn)品配送服務(wù)，每輛冷藏配送車從配送中心出發(fā)，經(jīng)過各需求點(diǎn)后返回配送中心。

　　優(yōu)化的目標(biāo)是依據(jù)現(xiàn)有資源和客戶需求情況，通過獲取實(shí)時(shí)道路擁堵信息，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，采用合適的算法，快速尋找一個(gè)配送策略:從鮮活農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心出發(fā)安排冷藏配送車輛的發(fā)車次序、裝車規(guī)模、發(fā)車時(shí)間和行駛路徑(線)，使得車輛由配送中心出發(fā)后直至完成對客戶(需求點(diǎn))的服務(wù)這一過程中所有發(fā)生的運(yùn)輸配送成本、貨損成本、制冷能耗成本、懲罰成本以及固定成本等總物流成本最小。

　　2、模型(問題)假設(shè)

　　(1)道路擁堵狀況保持相對穩(wěn)定，即從做出配送決策到配送車經(jīng)過該路段時(shí)道路擁堵狀況不變;(2)配送中心的冷藏配送車數(shù)量固定，每輛車載重量有限，每個(gè)客戶的總需求量不超單車最大裝載量(此假設(shè)便于模型求解，在實(shí)際情況中若某個(gè)客戶總需求量大于單車最大裝載量，可將此客戶拆分成兩個(gè)或兩個(gè)以上客戶對待);(3)每個(gè)客戶都保證得到服務(wù)且所需生鮮農(nóng)產(chǎn)品只能由一輛冷藏車配送;(4)每條配送路徑上的總長度不大于配送車輛的續(xù)航里程(即配送車輛中途無需加油);

　　(5)配送中心生鮮農(nóng)產(chǎn)品充足，且客戶的需求量、地理位置、時(shí)間窗約束已知;(6)生鮮農(nóng)產(chǎn)品需在指定時(shí)間窗送達(dá)，超過時(shí)間范圍需支付懲罰金;(7)冷藏配送車裝車從配送中心出發(fā)后，配送途中沒有臨時(shí)指派的配送任務(wù)，完成配送后車輛需返回配送中心。

　　結(jié)論及建議

　　針對生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流成本過高直接影響市場競爭力、間接影響農(nóng)民增收的問題，本文研究了交通大數(shù)據(jù)背景下的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送路徑優(yōu)化問題，在考慮時(shí)間窗、配送車輛、客戶需求等約束條件下，通過交通大數(shù)據(jù)獲取城市道路實(shí)時(shí)擁堵情況，以農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送過程中的車輛固定成本、運(yùn)輸成本、制冷成本、貨損成本和懲罰成本等總成本最小化為目標(biāo)構(gòu)建了基于實(shí)時(shí)路況的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送路徑優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。

　　并使用蟻群算法設(shè)計(jì)了模型1的求解方法，此算法中每只螞蟻在問題空間的多點(diǎn)獨(dú)自并行對最優(yōu)解進(jìn)行搜索，具有很強(qiáng)的魯棒性和全局搜索能力，且通過改進(jìn)螞蟻狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率的計(jì)算規(guī)則，加強(qiáng)了蟻群系統(tǒng)的正反饋能力，引導(dǎo)整個(gè)系統(tǒng)向最優(yōu)解方向加速進(jìn)化。為進(jìn)一步提高配送效率和末端配送的靈活性，在模型1基礎(chǔ)上提出在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送過程中適當(dāng)設(shè)置接駁點(diǎn)、配置接駁保溫小貨車的冷鏈接駁配送方式，進(jìn)一步對模型1進(jìn)行改進(jìn)和完善建立了基于實(shí)時(shí)路況和接駁點(diǎn)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送路徑優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。

　　利用聚類分析將所有需求點(diǎn)依據(jù)需求點(diǎn)之間的距離和各需求點(diǎn)需求量作為權(quán)重進(jìn)行分類，將每一類的種子點(diǎn)(中心點(diǎn))作為接駁點(diǎn)的備選點(diǎn)。將這個(gè)接駁點(diǎn)以及經(jīng)此接駁點(diǎn)配送的下一層需求點(diǎn)整合當(dāng)作一個(gè)虛擬的客戶需求點(diǎn)，然后使用模型1的求解方法搜索最優(yōu)配送策略。通過一個(gè)鮮奶冷鏈配送的案例分別對模型1進(jìn)行實(shí)證分析。

　　研究發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送方案優(yōu)化中引入城市道路實(shí)時(shí)擁堵信息后得到配送方案比原方案配送總成本減少了3.94%，違反時(shí)間窗懲罰成本減少了38.90%。雖然冷鏈配送成本降低不明顯，但違反時(shí)間窗懲罰成本的大幅降低意味配送準(zhǔn)時(shí)率顯著提高，即有效地提高了客戶滿意度。另一方面，由于車輛固定成本最高，占總成本30.96%且配送車裝載率和單輛配送路徑長度均有較大富余度，而不滿足配送服務(wù)時(shí)間窗的懲罰成本居高不下的原因是各需求點(diǎn)對鮮奶的配送時(shí)間要求都集中在早上9:00以前。

　　故可以從配送活動(dòng)參與的兩個(gè)相關(guān)利益方(鮮奶公司配送中心和城區(qū)各需點(diǎn))進(jìn)行適當(dāng)溝通與調(diào)整可獲取更優(yōu)的配送方案:一是配送中心，可考慮調(diào)整冷鏈配送車的發(fā)車時(shí)間，如本例中將第3輛冷藏配送車提前20分鐘發(fā)車可直接將懲罰成本從57.83降到37.83;二是通過與客戶溝通調(diào)整部分客戶需求時(shí)間，可有效提高冷藏車的利用率、減少固定成本。進(jìn)一步研究表明，在考慮實(shí)時(shí)路況的同時(shí)，在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中配置接駁保溫小貨車采用接駁的冷鏈配送模式，本文案例得出的最優(yōu)配送方案雖然增加了4臺(tái)保溫小貨車，但減少了1臺(tái)配送冷鏈貨車，由于冷鏈貨車購置成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保溫小貨車，所以固定成本反而降低了11.11%。

　　在不增加固定投資的前提下，采用接駁方式的冷鏈配送模式使得冷鏈配送總成本降低了25.4%，違反時(shí)間窗懲罰成本降低了39.7%，有效地降低了配送成本的同時(shí)還提高了顧客滿意度。基于接駁點(diǎn)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送模式的提出，不僅充實(shí)了冷鏈物流配送理論，還為農(nóng)產(chǎn)品在上行過程中冷鏈物流配送的路徑優(yōu)化提供了可以借鑒的解決方案。由于此模式不需要對配送系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施另行改造和增加投資，所以更容易推廣實(shí)施。

　　采用農(nóng)產(chǎn)品冷鏈接駁配送模式，只需配置若干臺(tái)成本低廉的具有保溫車廂的(電動(dòng))小貨車(由于相應(yīng)減少了配送冷鏈貨車配置數(shù)量，事實(shí)上沒有增加額外投資)，在冷鏈物流配送管理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上充分利用交通大數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)生成最優(yōu)配送方案，能有效降低農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流成本、減少能源消耗。

　　直接的，冷鏈物流企業(yè)能夠取得更大的利潤;間接上，能增加生鮮農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力、促進(jìn)農(nóng)民增收。除此之外，由于配送末端使用體積更小的接駁小貨車，將使得生鮮農(nóng)產(chǎn)品配送更為靈活、可以克服狹小的街道弄堂，服務(wù)覆蓋范圍更為廣泛。在大數(shù)據(jù)環(huán)境中對冷鏈物流配送路徑進(jìn)行優(yōu)化較為復(fù)雜，本文僅對實(shí)時(shí)路況和靜態(tài)接駁點(diǎn)的冷鏈配送路徑的優(yōu)化進(jìn)行研究。未來的研究還可以關(guān)注配送過程中的路況變化、客戶的動(dòng)態(tài)需求(需求量和時(shí)間窗均變化)，有些配送點(diǎn)由于道路狹窄必需強(qiáng)制由接駁車配送，優(yōu)化算法和人工調(diào)度經(jīng)驗(yàn)如何結(jié)合等問題。

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　　農(nóng)業(yè)方向刊物推薦：《廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)》是由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)主辦，由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院主管的我省唯一的農(nóng)業(yè)綜合性技術(shù)類期刊，2008年入選全國中文核心期刊。近年來不斷深化、推進(jìn)期刊體制改革創(chuàng)新，辦刊成績卓著，辦刊水平不斷提高，發(fā)展迅速，取得豐碩成果。