基于蟻群算法的果蔬產(chǎn)品冷鏈物流路徑優(yōu)化研究

　　摘要：果蔬產(chǎn)品保存時(shí)間短、易腐爛變質(zhì)的特點(diǎn)要求制定合理的冷鏈運(yùn)輸路線以最大程度保持新鮮，文章在綜合闡述國(guó)內(nèi)果蔬物流發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，以果蔬冷鏈物流配送路徑優(yōu)化為目標(biāo)，通過(guò)合理假設(shè)，構(gòu)建出車輛配送路徑優(yōu)化模型，并通過(guò)蟻群算法進(jìn)行優(yōu)化求解。最后結(jié)合實(shí)例證明了該優(yōu)化模型的可行性和有效性。

　　關(guān)鍵詞：果蔬農(nóng)產(chǎn)品;冷鏈物流;路徑優(yōu)化;蟻群算法

　　推薦閱讀：《中國(guó)南方果樹(shù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1972年，我國(guó)南方和西部惟一的全國(guó)性技術(shù)類果樹(shù)期刊，直接從生產(chǎn)、科研、教學(xué)人員的自由來(lái)稿中，擇優(yōu)編發(fā)那些根據(jù)實(shí)踐得到的第一手資料撰寫(xiě)的高新技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)原始文獻(xiàn)。

　　0引言

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平提升，人們不再滿足于基本的食品安全，更加追求食品品質(zhì)，強(qiáng)調(diào)要新鮮又要營(yíng)養(yǎng)。由于我國(guó)冷鏈物流設(shè)施不足，發(fā)展速度緩慢，冷鏈運(yùn)輸過(guò)程不能形成“無(wú)斷鏈”操作，環(huán)節(jié)之間信息交流不通暢，導(dǎo)致冷鏈產(chǎn)品運(yùn)輸成本高，產(chǎn)品因操作不當(dāng)而損失嚴(yán)重，無(wú)法滿足市場(chǎng)對(duì)冷鏈產(chǎn)品的實(shí)際需求，供應(yīng)不足，市場(chǎng)未達(dá)到飽和。由于我國(guó)冷鏈物流發(fā)展的緩慢造成了大量果蔬的腐爛損耗，平均有30%的水果和40%-50%的蔬菜在到達(dá)消費(fèi)者之前就已經(jīng)損耗完了，水果和蔬菜的年損失達(dá)數(shù)億噸。另有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)果蔬農(nóng)產(chǎn)品的損失率在從采收到存儲(chǔ)這一系列環(huán)節(jié)后為25%-30%，發(fā)達(dá)國(guó)家的一般保持在5%以下，其中的差距不言而喻。果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮時(shí)間短、易腐性高的特點(diǎn)要求在運(yùn)輸、貯存、配送等環(huán)節(jié)中始終需要依托于低溫配送的冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)，這也導(dǎo)致了冷鏈配送的高物流成本。因此，需要從技術(shù)水平、運(yùn)輸設(shè)施、配送路線等方面人手進(jìn)行研究，解決果蔬產(chǎn)品物流配送問(wèn)題，而冷鏈物流路徑優(yōu)化正是解決這些問(wèn)題的有效方法之一。

　　1果蔬冷鏈物流配送路徑優(yōu)化問(wèn)題模型的描述

　　果蔬農(nóng)產(chǎn)品的冷鏈物流配送不僅要滿足消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品需求量的信息準(zhǔn)確，還要考慮時(shí)間窗的因素，嚴(yán)格遵守在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)送達(dá)，因此以下將主要研究具有時(shí)間窗限制下的果蔬農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送路徑問(wèn)題。

　　設(shè)定冷鏈物流配送路徑優(yōu)化模型是在確定了一個(gè)固定的配送中心，有多輛配送冷藏車從該配送中心準(zhǔn)時(shí)出發(fā)為顧客進(jìn)行派送。其中，每個(gè)顧客的收貨地址和對(duì)果蔬的需求量以及約定的配送時(shí)間都是明確知道的，每輛配送冷藏車的規(guī)模大小、承載能力一致并且已知，最大行駛距離是固定的。配送車輛從配送中心出發(fā)前要制定最優(yōu)路線，運(yùn)輸途中要保證全程控溫，在滿足時(shí)間窗條件約束下實(shí)現(xiàn)配送成本最小。

　　2果蔬冷鏈物流配送路徑優(yōu)化模型構(gòu)建

　　2.1模型一般假設(shè)

　　(1)只有一個(gè)配送中心且地理位置已知，配送中心貨物充足，能夠給所有顧客提供配送;

　　(2)所有客戶點(diǎn)的地理位置和所需產(chǎn)品數(shù)量已知;

　　(3)每個(gè)顧客約定的接受配送的時(shí)間已知;

　　(4)所有運(yùn)送車輛的規(guī)模、載重量相同;

　　(5)所有運(yùn)送車輛勻速行駛，配送完成后返回配送中心;

　　(6)每輛運(yùn)輸車的單次負(fù)載能力可滿足多個(gè)顧客需求，每個(gè)顧客的需求產(chǎn)品不會(huì)重復(fù)運(yùn)送;

　　(7)假設(shè)配送道路暢通，不考慮道路的具體擁堵等狀況;

　　(8)水果和蔬菜農(nóng)產(chǎn)品在交付過(guò)程中處于恒定和適宜的溫度;

　　(9)配送的產(chǎn)品是同一類型的產(chǎn)品，不考慮任何因素僅考慮運(yùn)送過(guò)程;

　　(10)每?jī)蓚€(gè)顧客點(diǎn)之間都是直線距離;

　　(11)配送途中，顧客不會(huì)增添其它產(chǎn)品，也不會(huì)退換貨。

　　3.2蟻群算法的實(shí)現(xiàn)步驟

　　(1)參數(shù)初始化，操作開(kāi)始時(shí)另一個(gè)時(shí)間t=O，Nc=0;

　　(2)構(gòu)造一個(gè)禁忌表，并記錄螞蟻找到的第一個(gè)客戶點(diǎn)的編號(hào)和路線;

　　(3)設(shè)置循環(huán)次數(shù)，令循環(huán)次數(shù)加1;

　　(4)根據(jù)公式(6)來(lái)計(jì)算螞蟻轉(zhuǎn)移的概率，并記錄選擇的下一個(gè)客戶點(diǎn)的編號(hào);

　　(5)修改禁忌表，將螞蟻選擇的客戶點(diǎn)插入螞蟻個(gè)體的禁忌表;

　　(6)如果此時(shí)搜索的螞蟻不是最后一只，即k

　　(7)歸納螞蟻所尋找的既有路線，找出最短路線并計(jì)算出最小費(fèi)用c1(min)，然后根據(jù)式(7)、式(8)進(jìn)行信息素濃度的更新，并清空禁忌表記錄跳轉(zhuǎn)步驟(3)繼續(xù)迭代;

　　(8)此時(shí)如果滿足條件則循環(huán)結(jié)束，輸出結(jié)果，記錄并計(jì)算更新過(guò)后已知最短路線的費(fèi)用C2(min)，即最佳路線。

　　3.3實(shí)證分析

　　以南京某家大型綜合超市同城配送路線為例，在VC環(huán)境中計(jì)算、驗(yàn)證蟻群算法的可行性。該超市有10輛運(yùn)輸冷藏車，最大負(fù)載量為3t，每輛車所需固定成本C1=200元/輛，冷藏車行駛速度v=40km/h，運(yùn)送成本c=2元/千米，果蔬單價(jià)p=5元/千克，運(yùn)輸途中單位時(shí)間損耗率w1=1%，裝卸單位時(shí)間損耗率w2=1.5%，運(yùn)送途中單位時(shí)間內(nèi)制冷劑能耗量w3=1.2元/小時(shí)，裝卸單位時(shí)間內(nèi)的能耗量w4=1.5元/小時(shí)，裝卸時(shí)間為10分鐘，一共有9個(gè)客戶點(diǎn)，每個(gè)客戶的需求量和送貨時(shí)間，各客戶點(diǎn)之間的距離分別見(jiàn)表1、表2。

　　公司在使用蟻群算法優(yōu)化配送路徑前其路線如圖l所示。

　　路線一：0-5-2-3-9-1-0

　　S1=16+8+8+8+6+19=65km

　　q1=0.6+0.8+0.3+0.9+1=3.6t

　　路線二：0-7-8-6-4-0

　　S2=13+16+12+13+6=60km

　　q2=0.9+0.4+0.8+1.2=3.3t

　　由兩條路線各需要兩輛車運(yùn)送，此時(shí)總成本：

　　C=200×4+2×(65+60)+5000×[(125/40)×1%+(10/60)×9×1.5%]+(3.6+3.3)×[(125/40)×1.2+(10/60)×9×1.5]=1360.15π

　　運(yùn)用蟻群算法對(duì)路線進(jìn)行重新規(guī)劃，對(duì)配送路線進(jìn)行優(yōu)化尋找最優(yōu)路線，其中a=l，β=5，p=0.5，螞蟻m=20，Ncmax=100，使用MATLAB軟件編程進(jìn)行求解，結(jié)果由表3所示：

　　從計(jì)算結(jié)果看，使用蟻群算法后的最小成本為1191.3元，比之前節(jié)省了168.85元，還減少了1輛車，只需要3輛冷藏車，此時(shí)的最優(yōu)路線為：路線一：0-3-2-5-0;路線二：0-6-8-4-0;路線三：0-9-1-7-0，如圖2所不。

　　可看到，蟻群算法通過(guò)數(shù)次的迭代循環(huán)，從眾多路徑中找出最優(yōu)解，算法穩(wěn)定，可有效地處理冷鏈物流配送路徑優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)成本優(yōu)化方面是有效、可行的。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　果蔬產(chǎn)品保存時(shí)間短，容易腐爛變質(zhì)，在運(yùn)送途中十分依賴溫度和時(shí)間。因此，制定合理的冷鏈運(yùn)輸路線可以最大程度的保持產(chǎn)品的新鮮。優(yōu)化冷鏈物流車輛配送路徑不僅能夠縮短產(chǎn)品在途時(shí)間，保持果蔬新鮮，還能降低供應(yīng)商的總成本，提高客戶滿意度。本文對(duì)車輛配送的成本進(jìn)行了深入分析，總成本由車輛固定成本、運(yùn)輸成本、貨損成本以及能耗成本4部分組成。其中貨損成本和能耗成本分為兩個(gè)方面考慮：運(yùn)輸途中和卸貨時(shí)刻。本文通過(guò)蟻群算法來(lái)解帶有時(shí)間窗約束的多目標(biāo)果蔬農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流車輛路徑優(yōu)化問(wèn)題，通過(guò)具體的實(shí)現(xiàn)步驟得到全局最優(yōu)解，有效解決了冷鏈物流車輛配送路徑優(yōu)化問(wèn)題。但研究基于一些條件較為苛刻的假設(shè)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還需要視運(yùn)用環(huán)境進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化。