基于時空數據模型的農產品冷鏈物流效用測度研究

張亞娟

（東北農業大學，黑龍江哈爾濱 150030）

基于時空數據模型的農產品冷鏈物流效用測度研究

張亞娟

（東北農業大學，黑龍江哈爾濱 150030）

農產品價值具有鮮明的時空分異特征，冷鏈物流實現了農產品供給的延時和異地。時空數據模型能夠描述某一同時具有時間特征和空間特征對象的信息，能夠跟蹤并再現某一對象的時空變化信息。從農產品價值的時空分異特征視角出發，使用時空數據模型理論與方法，建立冷鏈物流下農產品價值的時空數據模型和時空數據庫，繪制農產品價值的時空分布規律，測度農產品冷鏈物流效用，實現農產品冷鏈物流效用的可度量和可視化，在此基礎上構建效用函數，從而對農產品冷鏈物流效用加以優化。

冷鏈物流；時空分異；效用測度

冷鏈物流對于我國農產品的穩定供給和質量安全具有重要意義。《中國冷鏈物流發展報告》（2011）顯示，歐美發達國家冷鏈流通率達95%以上，而我國僅達到5%。我國冷凍產品損壞率達20%～30%。尤其是在農產品流通過程中，由于冷鏈問題造成每年約1 200萬噸水果、1.3億噸蔬菜的浪費，損失高達1 000億元。我國現已對發展農產品冷鏈物流給予高度重視，2013與2014年中央一號文件連續提出“健全覆蓋農產品收集、加工、運輸、銷售各環節的冷鏈物流體系”。

2010年以來，冷鏈物流在農產品流通中的應用比例有所增加，但與人們日益增長的消費需求和國家大幅提升的資金投入相比，仍嚴重滯后。究其原因，除了我國冷鏈物流基礎設施薄弱、標準缺失、監管缺位等客觀因素外，農產品冷鏈物流的成本高、收益不確定以及較高風險等因素也嚴重影響農產品生產和經營單位使用冷鏈物流的意愿，導致目前冷鏈物流使用率和使用效率較低。冷鏈物流能夠解決跨時間、跨區域的農產品流通，一方面使得農產品跨時存儲擇機銷售成為可能；另一方面降低農產品跨區域流通中的損耗，最終實現農產品的時空價值。本文從農產品價值的時空分異特征出發，應用時空數據模型理論，探索農產品冷鏈物流效用的測度問題，為農產冷鏈物流效用的可視化追蹤提供工具，從而優化冷鏈物流效用，增強農產品生產和經營單位對冷鏈物流的使用意愿。

一、農產品冷鏈物流的現狀及研究成果

國外對冷鏈物流的研究起步于歐美和日本，Albert Barrier和J.A.Ruddich（1984）先后提出冷鏈的概念。國外學者對冷鏈物流的研究主要集中在冷鏈技術環節，通過相關參數的獲得，尋求優化冷鏈物流的方法，少量外國文獻是關于冷鏈物流的案例分析。Zaur（1970）、Abad（2009）等與Cruz（2007）等從穩定性、制冷等技術角度研究冷鏈物流；LAbada和Vijay Aggarwa（2005）、Joshia（2010）、Shabani（2011）等從決策、配送、評價、供應鏈等開展對冷鏈物流管理優化的相關研究。

國內關于農產品冷鏈物流的研究主要集中在農產品冷鏈物流的內涵與技術、基于冷鏈物流的食品安全問題、冷鏈物流系統中的配送問題（包括路徑、定位、中斷、調度等）以及冷鏈物流系統的管理與運作優化等方面。郭磊等運用Petri網理論對冷鏈配送流程進行優化[1]；陳紹慧等將時間和空間這兩個反映蔬菜冷鏈物流狀況的本質性指標作為模式建立的依據和目標，以期建立現代蔬菜冷鏈物流的時空運行模式[2]；蘭洪杰、李龍飛引入食品冷鏈物流系統協同理論[3]；張智勇等把Multi-Agent原理運用到冷鏈物流的系統協調運作中，試圖提高農產品冷鏈物流的時效性和安全性[4]。現有研究主要存在以下問題：（1）在研究對象與角度上，關于農產品的冷鏈物流缺乏對農產品本身特征的分析，尤其是未關注其價值的時空分異特征及冷鏈物流對這一價值的實現和提升。大部分關于農產品冷鏈物流的研究缺乏針對性和辨識性，沒有將農產品這一特殊主體及其對冷鏈物流的要求深入研究，雖偶有成果提到農產品的時空價值，但研究深度不夠，缺少系統性，因此從農產品價值分異特征的角度研究冷鏈物流的優化與協調仍需深入。（2）相關研究大多集中在網絡優化、路徑優化、成本優化與模式優化等方面，而忽略了效用測度與優化。

目前國內外對于農產品冷鏈物流的績效評價已有研究，而關于效用測度和優化還不夠深入，尤其是實際操作背景下的測度與優化。效用在冷鏈物流各主體間收益分配與契約設計方面具有指導意義。針對農產品的特殊性與其對冷鏈物流的要求，基于農產品價值的時空分異特征，研究農產品冷鏈物流的效用測度、效用函數建立，是本研究的主要內容。

二、農產品價值的時空分異特征分析

農產品價值由其所處時間與所處區位（空間）共同決定，具有時空分布的特征。農產品價值的時空分布又可稱為農產品價值的時空分異，其中，“分異”一詞來源于地理學中的“地域分異”概念，是指地理環境整體及其組成要素在某個確定方向上保持特征的相對一致性，而在另一確定方向表現出差異性，因而發生更替的規律[5]。把農產品價值等同于某種“地理要素”，就可對“農產品價值的空間分異”進行定義：由于微觀層面上存在眾多影響農產品價值的因素（如生產成本、氣候、需求、供給能力等），某一時點農產品價值空間布局就會相應影響此時點農產品價值在不同方向上形成的某種規律的變化和差異，即農產品價值的空間分異。“農產品價值的時間分異”，是指在某一特定區位的農產品價值隨著所處時間點不同所形成的某種規律的變化與差異。因此，農產品價值的時空分異特征可定義為：農產品價值根據所處區位與所處時間的不同所表現出來的分布形態及其變化趨勢。

三、基于農產品價值時空分異特征的冷鏈物流效用界定與影響因素

（一）農產品冷鏈物流效用界定

由于農產品價值具有鮮明的時空分異特征，冷鏈物流實現農產品供給的延時和異地，并最大可能地保證農產品的新鮮程度，還可能帶來穩定農產品物價和解決短缺供給的社會價值，但與此同時產生較一般物流高的流通成本。因此對冷鏈物流效用的界定，由兩方面決定：一方面是冷鏈物流實現農產品延時和異地的“保值”與“增值”的貢獻；另一方面是冷鏈物流產生的成本，即農產品冷鏈物流效用要考慮冷鏈物流對農產品價值的貢獻和冷鏈物流在該貢獻中產生的成本。

（二）農產品冷鏈物流效用的影響因素

1.農產品冷鏈物流的貢獻衡量。對于農產品冷鏈物流的貢獻衡量從農產品價值的時空分異出發，將農產品價值從某一時空點到目前時空所在點的變化差額作為衡量對象，不僅包括價格變化，還包括農產品自身品質（如新鮮程度等）。所以，農產品價值數據，即農產品冷鏈物流的貢獻衡量數據具有自然屬性和社會屬性，自然屬性包括新鮮程度等；社會屬性包括價格信息、成本信息等。

2.農產品冷鏈物流的成本影響因素。冷鏈物流過程中最大的成本為儲存與運輸成本。由于冷鏈物流的特殊性，該成本主要受農產品特性、運輸特性和市場需求等因素影響。

（1）農產品特性。農產品的不同種類對冷鏈物流中儲存與運輸條件的要求不同，所產生的成本不同；農產品的裝載性能，即是否包裝、以何種形式包裝并加以儲存與運輸；農產品的風險，即農產品在儲藏與運輸過程中若不能保證按照設備要求和時間要求在低溫條件下送達目的地使其變質，從而增加成本。

（2）儲藏與運輸特性。采取何種儲藏方式、何種運輸方式，使農產品冷鏈物流產生的成本不同：出發地到目的地間的距離，是否采用最短路徑決定了成本與收益；農產品冷鏈物流中的儲存量與運輸量影響單位農產品的物流成本；農產品在冷鏈物流中的時間長短不僅影響農產品品質，還會影響該成本；冷鏈物流的儲存和運輸過程中各種費用項目也影響整個農產品冷鏈物流的成本，如燃油費、過路費、人工費等。

（3）市場需求。冷鏈物流市場的總供給與總需求狀況、不同運輸方式與同種運輸方式的競爭、人們對農產品冷鏈物流的支付意愿等均影響農產品冷鏈物流的成本。所以，農產品冷鏈物流成本數據為某一具體農產品在某一特定冷鏈物流條件下（包括儲存與運輸方式、裝載性能、溫度要求、運輸容量等）所產生的總成本或單位成本，既包括約束條件數據，還包括冷鏈物流成本數據。

四、農產品冷鏈物流效用的時空數據模型構建

時空數據模型能夠描述某一同時具有時間特征和空間特征對象的信息，對研究冷鏈物流下的農產品價值具有極大適用性和先進性，其構建包括三部分：一是時空數據模型，建立合適的時間與空間聯合的數據結構和組織，具體包括時空語義描述、形式化表達和物理存儲與檢索效率機制；二是時空分析和推理，探尋空間要素隨時間變化的內在規律以及在時間、空間和時空上所呈現的內在規則，用于挖掘關聯發現和時空推理；三是時空數據的可視化研究，著重探討不同時間數據的顯示、制圖和符號化等問題[5]。相應地，農產品冷鏈物流效用時空數據模型的構建包括以下方面。

（一）農產品冷鏈物流效用的時空數據模型分析與選擇

冷鏈物流下農產品價值隨著時間與空間變化隨時更新，且農產品種類繁多，影響冷鏈物流下農產品價值的因素復雜，存儲與管理與日俱增的海量信息成為一個挑戰。首先對不同時空數據模型的優缺點與實用性加以分析和選擇。根據農產品冷鏈物流的特點和面向對象時空數據模型表達與控制復雜實體的優越性，結合基于事件的時空數據模型，利用其具有表達農產品在冷鏈物流中流動事件的能力，構建事件驅動的面向對象冷鏈物流下農產品價值時空數據模型[6]。

（二）事件驅動的面向對象冷鏈物流下農產品價值時空數據模型建立

根據冷鏈物流中農產品價值數據對象的特點，采用事件描述思想和面向對象分析相結合的方法，分析冷鏈物流中生鮮農產品價值的組成對象及其關系，構建面向對象的冷鏈物流中農產品價值時空數據模型，給出時空數據的組織和存儲方式。農產品價值數據具有自然屬性和社會屬性。自然屬性包括新鮮程度等；社會屬性包括價格信息、成本信息等，如圖1所示。

從農產品冷鏈物流業務特征的角度看，在對冷鏈物流下農產品價值信息的追蹤中主要包括價值增值追蹤、成本信息追蹤和新鮮品質信息追蹤三方面，這三類信息均具有時空分異特征，如表1、表2與表3所示。

圖1 農產品價值數據信息

（三）農產品冷鏈物流效用的數據表達

由于農產品價值在不同時間點和不同空間區位下存在差異性，對于每一個農產品，其價值表達需要由所處時間點與所處區位（空間）共同決定，稱反映農產品價值屬性的數據為農產品價值的時空數據。時間點、空間區位和價值屬性是農產品固有的三個基本特征，是反映農產品狀態及其演變過程的重要構件。如前文所述，農產品冷鏈物流效用要考慮冷鏈物流對農產品價值的貢獻和冷鏈物流在該貢獻中產生的成本，所以農產品冷鏈物流的效用與初始時間T0、初始區位S0、當前或預銷時間T、當前或預銷區位S、農產品的初始價格P0（由初始時間T0和初始區位S0決定）、當前價格（或預銷地價格）Pt（由當前或者預銷所處的時間點T與所處區位S決定）、使用冷鏈物流產生的成本Ct（與在途時間T-T0、冷鏈物流要求等相關）、新鮮程度Ft（由在途時間T-T0、冷鏈物流技術水平與條件等決定）等相關，通過對農產品冷鏈物流效用影響因素的分析，確定農產品冷鏈物流效用的表達要素和維度，如式（1）所示：

公式（1）反映了農產品冷鏈物流效用以農產品價值為載體，除了冷鏈物流本身屬性相關的成本參數、功能參數和不同農產品自身的特點，隨著時間點與空間區位的雙移動而不斷變化，針對不同農產品的自然屬性和社會屬性，冷鏈物流的效用函數表現出不同的齊次性、凹凸性。在有針對性地確定后，得到基于時間點與空間區位的冷鏈物流效用大量數據點，進而對大量時空數據加以組織與存儲，為繪制冷鏈物流效用函數圖形奠定基礎。

表1 價值增值追蹤中的時空特性分析

表2 成本信息追蹤中的時空特性分析

表3 農產品新鮮程度信息追蹤中的時空特性分析

（四）冷鏈物流中農產品價值的時空數據組織與存儲

冷鏈物流下農產品價值隨時空變化產生的海量信息給存儲和分析帶來挑戰，一方面是如何對農產品價值的時空數據加以存儲與管理，另一方面是在此基礎上，如何對農產品價值的時空數據基于其數據結構進行高層次分析，進而探求時變規律，成為亟需解決的關鍵問題。

針對冷鏈物流中農產品價值數據的特點，以時間（當前時間）、位置（當前位置或預期銷售位置）、農產品價值為要素，描述某一時刻農產品在某一特定位置的損耗情況、價格狀況、耗費成本等狀態，并利用時空數據模型理論，繪制冷鏈物流農產品價值信息圖，即以時間、空間、農產品價值為三個維度，收集不同數據下的點加以繪制，形成三維空間中的曲線，一方面通過繪制找到規律，另一方面便于查詢。如圖2所示，其中P是農產品銷售價格的時空分布規律，C是冷鏈物流成本的時空分布規律，P2是農產品出產價格的時空分布規律。

事件驅動的面向對象冷鏈物流下農產品價值時空數據模型的建立，可有效支持冷鏈物流下農產品價值隨時間變化的時空查詢和時空分析，為冷鏈物流下農產品價值的歷史回溯、過程模擬與趨勢預測提供解決方案。

圖2 某一蔬菜在冷鏈物流下可能的價值信息規律圖

五、農產品冷鏈物流效用的測度與優化思路

（一）構建農產品冷鏈物流效用函數

農產品冷鏈物流效用的時空數據通過一定的時態GIS手段，顯示其在一定時間段的規律或某一特定時間點的空間分布規律。農產品冷鏈物流效用分為時間效用UT和空間效用US兩部分。根據圖形規律，結合效用函數理論，具體研究每一部分效用的決定變量，構建農產品冷鏈物流的效用函數。可能的效用函數形式如式2所示。

（二）農產品冷鏈物流效用優化

在建立農產品冷鏈物流效用函數的基礎上，分別以局部效用最大和全局效用最大為目標，通過遺傳算法和優化算法對模型進行計算，尋找效用優化的農產品冷鏈物流決策選擇方法，以實現農產品冷鏈物流效用的優化。

六、結語

本文提出從農產品價值的時空分異特征與冷鏈物流對這種特征價值的實現出發，引入時空數據模型理論，探索衡量和優化農產品冷鏈物流效用的方法。以往對農產品冷鏈物流效用的測度、衡量、追蹤難以實現，對合作收益更不確定，使得冷鏈物流各主體間的持續合作缺乏支持。本研究為農產品冷鏈物流效用的跟蹤提供可視化工具，為農產品冷鏈物流效用的測度與優化提供思路，為冷鏈物流的實踐與決策選擇提供理論指導，從而使冷鏈物流合作各方對收益進行預測，避免了信息恐慌導致的合作意愿喪失現象，有益于指導未來我國農產品冷鏈物流體系的構建。

本研究不足之處在于：僅提出以農產品時空價值為載體的冷鏈物流效用測度的方法與基本思路，而對具體函數的構建與優化未加以探討。同時，在冷鏈物流的實踐中，其效用與參與冷鏈物流的農產品屬性、冷鏈物流的技術特性等密切相關，農產品屬性如何以時間、空間為參數變量建立函數，尤其是收益部分和成本部分，依賴何種模型進行繪制，使得效用函數的形式更加具體，有待進一步探索。盡可能將不同農產品對冷鏈物流的要求等納入考慮因素，將使模型更具現實意義。

［1］郭磊,蘭洪杰.基于Petri網的冷鏈配送流程仿真優化研究[J].物流科技,2010(2).

［2］陳紹慧,張鵬,魯曉翔,等.蔬菜冷鏈物流時空運行模式的研究[J].安徽農業科學,2012(14).

［3］蘭洪杰.食品冷鏈物流系統協同對象與過程研究[J].中國流通經濟,2009(2).

［4］張智勇,劉承,楊磊.基于MAS的冷鏈物流系統協調機制研究[J].食品工業科技,2010(5).

［5］高勇,林星,劉瑜,等.基于對象關系數據庫的時空數據模型研究[J].地理與地理信息科學,2006(3).

［6］陳新保.基于對象、事件和過程的時空數據模型及其時變分析模型的研究[D].長沙:中南大學,2011.

F259.2

A

1672-3805(2014)01-0020-05

2013-11-15

黑龍江省哲學社科項目“基于‘農超對接’的黑龍江省生鮮農產品流通體系創新研究”（13C005）；黑龍江省科技攻關項目“黑龍江省農產品冷鏈物流效用優化及協調策略研究”（GZ13D105）；黑龍江省教育廳人文社科項目“基于農超對接的黑龍江省農產品流通模式創新研究”（1253b001）

張亞娟（1982-），女，東北農業大學經濟管理學院講師，博士，研究方向為農產品渠道與流通。