考慮城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的物流配送優(yōu)化方法

周瑞華

（1.深圳市凱立德科技股份有限公司，廣東 深圳 518042）

考慮城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的物流配送優(yōu)化方法

周瑞華1

（1.深圳市凱立德科技股份有限公司，廣東 深圳 518042）

隨著城市路網(wǎng)的建設(shè)與擴(kuò)張，城市物流配送體系的構(gòu)建變得更為復(fù)雜。對(duì)城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響下的物流配送路線選擇進(jìn)行了研究，為物流企業(yè)在配送路線的選擇與優(yōu)化方面提供分析思路。實(shí)驗(yàn)證明，該方法在優(yōu)化線路里程方面頗有效果。

路網(wǎng)結(jié)構(gòu)；物流配送；蟻群算法

在城市物流配送中，城市道路網(wǎng)絡(luò)是物流配送所依附的重要載體。伴隨著我國(guó)城市道路網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)張與升級(jí)，物流配送網(wǎng)絡(luò)變得更加復(fù)雜，如何選擇切實(shí)有效的配送路線以降低物流配送成本成為物流活動(dòng)中的首要問題。

傳統(tǒng)的物流配送排單多是根據(jù)資深排單員的經(jīng)驗(yàn)或者是地圖上各配送點(diǎn)間的直線距離進(jìn)行的[1]，未能考慮道路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、路左還是路右等實(shí)際情況，這樣的排單會(huì)給配送車輛在配送訂單時(shí)帶來諸多不便，造成多走回頭路、繞遠(yuǎn)等情況。文章對(duì)城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的物流配送路線選擇方法進(jìn)行了優(yōu)化，為物流企業(yè)在配送路線選擇與優(yōu)化方面提供分析思路。

1 城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)是由一定數(shù)量的城市道路按照一定方式組合而成的具有一定形態(tài)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從縱向來看，對(duì)城市道路進(jìn)行等級(jí)配置，就形成了城市道路網(wǎng)絡(luò)的等級(jí)結(jié)構(gòu)；從橫向來看，對(duì)城市道路進(jìn)行排列組合，并通過適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行銜接，就形成了城市道路網(wǎng)絡(luò)的布局結(jié)構(gòu)。因此，城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)是一個(gè)綜合性的概念，包括路網(wǎng)等級(jí)結(jié)構(gòu)和路網(wǎng)布局結(jié)構(gòu)，本文主要從城市路網(wǎng)布局結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分析。

城市路網(wǎng)布局結(jié)構(gòu)是城市的交通網(wǎng)絡(luò)骨架，其形態(tài)主要有：方格式路網(wǎng)、環(huán)形放射式路網(wǎng)、自由式路網(wǎng)和混合式路網(wǎng)4種[2]。為了有效地描述城市路網(wǎng)布局，采用路網(wǎng)布局指標(biāo)通過定量的方式來反映城市路網(wǎng)的布局結(jié)構(gòu)。該指標(biāo)體系中包含多個(gè)指標(biāo)，其中對(duì)物流配送路徑選擇產(chǎn)生影響的指標(biāo)有反映2點(diǎn)間實(shí)際距離大小的非直線系數(shù)指標(biāo)和反映路網(wǎng)平均行程距離的可達(dá)性指標(biāo)。

1）非直線系數(shù)指標(biāo)。非直線系數(shù)指標(biāo)是路網(wǎng)布局的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，用來反映路網(wǎng)中2點(diǎn)之間的交通便捷程度[3]。非直線系數(shù)指標(biāo)計(jì)算式如下：

式中，η為2點(diǎn)直接的非直線系數(shù)；F為2點(diǎn)之間的實(shí)際最短距離；為2點(diǎn)間的直線距離。

2）路網(wǎng)可達(dá)性指標(biāo)。路網(wǎng)可達(dá)性是指在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)某一點(diǎn)出發(fā)抵達(dá)任一目的地的行程距離、行程時(shí)間或費(fèi)用的大小[4]。常用車輛的平均行程時(shí)間或距離表示路網(wǎng)的可達(dá)性，本文采用路網(wǎng)的平均行程距離來表示，假設(shè)路網(wǎng)的平均出行距離為D，其矩陣表達(dá)式為：

路網(wǎng)中某一節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性，即某一點(diǎn)開始至其他各點(diǎn)的平均出行距離Di表示為：

式中，n為區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目為矩陣D第i行元素之和。

路網(wǎng)可達(dá)性的值越大，代表路網(wǎng)的平均行駛距離越大，即路網(wǎng)中交通越不方便；反之，交通越便捷。

2 城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響下的物流配送

2.1 建立模型

本文研究單配送中心無時(shí)間窗配送路線問題，具體描述如下：物流配送由1個(gè)配送中心、N個(gè)配送點(diǎn)組成，配送點(diǎn)不提出時(shí)間限制。送貨的車輛從配送中心出發(fā)，依次給每一個(gè)配送點(diǎn)送貨，完成最后一個(gè)配送點(diǎn)的配送任務(wù)后返回配送中心，目標(biāo)是使得總配送里程最小。為了構(gòu)造數(shù)學(xué)模型方便，將配送中心編號(hào)為0，各配送點(diǎn)編號(hào)為1，2，…，x，則該問題的數(shù)學(xué)模型如下：

考慮到路網(wǎng)布局對(duì)配送路徑選擇的影響，將與2點(diǎn)間距離有關(guān)的非直線系數(shù)加入模型中，改進(jìn)可得到考慮路網(wǎng)布局的配送路線選擇模型。

2.2 模型計(jì)算

本文采用蟻群算法來對(duì)物流配送路線選擇問題進(jìn)行優(yōu)化求解。計(jì)算流程如下：

1）生成m個(gè)螞蟻，每個(gè)螞蟻對(duì)應(yīng)的禁忌表設(shè)為空，并建立禁忌表指針。設(shè)定初始時(shí)刻t=0，初始迭代次數(shù)cycle=0。建立最短路徑向量α及最短路徑長(zhǎng)度變量α為空設(shè)為一個(gè)很大的正數(shù)。將每一個(gè)螞蟻隨機(jī)放在要訪問的n個(gè)配送點(diǎn)上。

2）每一只螞蟻所處的配送點(diǎn)序號(hào)寫入該螞蟻禁忌表指針?biāo)傅母駜?nèi)，表明螞蟻從該配送點(diǎn)出發(fā)，此時(shí)禁忌表指針移向禁忌表的下一格。

3）每一個(gè)螞蟻按照路網(wǎng)中2點(diǎn)間可達(dá)性指標(biāo)大小選出下一步要到達(dá)的配送點(diǎn)，并移動(dòng)至該配送點(diǎn)。將該配送點(diǎn)的序號(hào)寫入該螞蟻禁忌表指針?biāo)赶虻母駜?nèi)，指針再移向下一格。重復(fù)執(zhí)行該步驟，直到螞蟻遍歷所有的配送點(diǎn)。

4）把各螞蟻?zhàn)詈笤L問的配送點(diǎn)記錄下來，計(jì)算各螞蟻所走過的路徑總長(zhǎng)度Sk，并找出其中的最小值S，若把最小值對(duì)應(yīng)的路徑寫入α中。

5）若cycle小于規(guī)定的迭代次數(shù)，各螞蟻的禁忌表指針指向第一格，將上一輪最后遍歷的配送點(diǎn)序號(hào)寫入該螞蟻禁忌表指針?biāo)赶虻母駜?nèi)，指針移向下一格，轉(zhuǎn)到步驟3）。若cycle等于規(guī)定迭代次數(shù)時(shí)結(jié)束該步驟。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用上述方法對(duì)武漢市某藥品配送公司的20個(gè)配送訂單進(jìn)行了優(yōu)化，并與人工排單結(jié)果進(jìn)行比較。如表1所示，優(yōu)化后物流配送路線較人工排單優(yōu)化最大達(dá)18．77%，最小為6．08%，平均優(yōu)化配送里程12．69%，優(yōu)化效果明顯。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 語

傳統(tǒng)的人工排單方式在物流配送中已難以滿足物流企業(yè)高效、低成本的需求。文章利用蟻群算法結(jié)合城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)物流配送路線選擇進(jìn)行優(yōu)化，可以在很大程度上降低物流成本，提高物流企業(yè)的生產(chǎn)管理水平。

[1] 高曉亮,伊俊敏,甘衛(wèi)華．倉(cāng)儲(chǔ)與配送管理[M]．北京:清華大學(xué)出版社,2006

[2] 鐘石泉．物流配送車輛路徑優(yōu)化方法研究[D]．天津:天津理工大學(xué),2007

[3] 錢雪娟．城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)方法探討[J]．交通科技與經(jīng)濟(jì),2006,9(2):88-90

[4] 曾松,楊佩坤．城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性評(píng)價(jià)[J]．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001,6(4):668-670

[5] 孫洪茹．城市物流配送體系及其路線優(yōu)化的研究[D]．青島:山東科技大學(xué),2005

[6] 吳靜．改進(jìn)的智能算法及其在物流運(yùn)輸優(yōu)化中的應(yīng)用[D]．天津:天津理工大學(xué),2008

[7] 郎茂樣．基于遺傳算法的物流配送路徑優(yōu)化問題研究[J]．中國(guó)公路學(xué)報(bào)．2002,15(3):76-79

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B

1672-4623（2014）03-0054-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.03.017

周瑞華，工程師，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)、GIS、GPS導(dǎo)航技術(shù)及應(yīng)用。

2014-03-12。

項(xiàng)目來源：深圳市2013年度基礎(chǔ)研究資助項(xiàng)目（JCYJ20130401145907839）。