考慮碳排放的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈車輛路徑問(wèn)題研究

王思靜

摘要：這篇文章是在傳統(tǒng)車輛路徑問(wèn)題的研究基礎(chǔ)上，引入農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送的背景。考慮冷鏈運(yùn)輸企業(yè)實(shí)際配送中會(huì)遇見(jiàn)的問(wèn)題，并將其量化，構(gòu)建一個(gè)符合農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流實(shí)際的車輛路徑問(wèn)題模型，并采用遺傳算法進(jìn)行求解，最后使用Matlab軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得出最優(yōu)路徑選擇結(jié)果。將碳排放納入成本考慮，也就是將環(huán)境保護(hù)考慮在內(nèi)，從社會(huì)責(zé)任的角度去規(guī)劃其配送路徑。

Abstract： This article is based on the study of traditional vehicle routing problems and the introduction of agricultural products cold chain distribution background. Considering the problems encountered in the actual distribution of cold chain transportation enterprises， we will quantify and construct a model of vehicle routing in line with the actual cold chain logistics of agricultural products， and use genetic algorithm to solve them. Finally， we use Matlab software to carry out simulation experiments and gain the excellent path selection result. The introduction of carbon emissions into the cost considerations， that is， taking environmental protection into account， from the perspective of social responsibility to plan its distribution path.

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品冷鏈；車輛路徑問(wèn)題；碳排放；遺傳算法

Key words： cold chain of agricultural products；vehicle routing problem；carbon emission；genetic algorithm

中圖分類號(hào)：F323.7；TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）06-0109-03

0 引言

自Dantzig 提出車輛路徑問(wèn)題后，學(xué)者們對(duì)于不同類型的車輛路徑問(wèn)題提出了許多不同的數(shù)學(xué)模型，并獲得了許多解決問(wèn)題最優(yōu)解或次優(yōu)解的算法。Spliet等研究了由時(shí)間窗主導(dǎo)路徑選擇的車輛路徑問(wèn)題，要求客戶點(diǎn)的時(shí)間窗要在需求確定之前確定，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型[1]。Miranda等考慮了現(xiàn)實(shí)配送過(guò)程中的不確定性，假設(shè)客戶之間的行駛時(shí)間是模糊[2]。Amorim和Almada-Lobo提出了一種新穎的多目標(biāo)模型，將運(yùn)輸成本的最小化與交付產(chǎn)品的新鮮度狀態(tài)的最大化相結(jié)合[3]。Saharidis引入了一個(gè)被稱為環(huán)境外部性評(píng)分（EES）的新的排放因子，作為影響車輛燃料消耗的運(yùn)輸因素的量度[4]。國(guó)內(nèi)雖然對(duì)于車輛路徑問(wèn)題的研究起步較晚，但是取得了不少的成果。李珍萍等研究了多時(shí)間窗車輛路徑問(wèn)題，考慮了車容量、多個(gè)硬時(shí)間窗限制等約束條件，建立了整數(shù)線性規(guī)劃模型[5]。張曉楠等針對(duì)同時(shí)具有模糊需求和模糊旅行時(shí)間，引入變動(dòng)成本的概念，建立變動(dòng)補(bǔ)償?shù)臋C(jī)會(huì)約束預(yù)優(yōu)化模型[6]。李進(jìn)、傅培華研究了低碳環(huán)境下由第三方提供運(yùn)輸服務(wù)的車輛路徑問(wèn)題[7]。國(guó)內(nèi)對(duì)于常規(guī)車輛路徑問(wèn)題的研究已經(jīng)取得初步進(jìn)展，但是考慮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈的車輛路徑問(wèn)題研究還處于起步階段。因此，本文研究了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈背景下的物流配送規(guī)劃，考慮在多種條件限制下，車輛如何選擇最優(yōu)路徑，以保證配送中車輛運(yùn)輸距離最短、運(yùn)輸成本最小，并結(jié)合綠色物流的要求，減少碳排放量。

1 建模

1.1 問(wèn)題描述

本文中所定義的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送的模型為一個(gè)冷鏈配送中心配送多個(gè)顧客，以配備有冷凍冷藏設(shè)備的貨車為運(yùn)輸工具，配送單一類型農(nóng)產(chǎn)品，每一顧客的位置與需求量皆為已知，并且顧客有送達(dá)時(shí)間的約束。

首先要定義一個(gè)完全對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)圖，G=（V，A）。其中V={v0，v1，…，vn}為點(diǎn)的集合；A={（vi，vj）：vi，vj∈V，i≠j}為路徑的集合。V0代表農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送中心點(diǎn)，vi（i=1，2，…，n）代表所服務(wù)的第n位顧客，顧客i的需求量為qi。配送中心的運(yùn)輸路線以l表示，共有K輛運(yùn)送車輛，所以l=1，2，…，K。

本文考慮由農(nóng)產(chǎn)品的易腐性所造成的貨物新鮮度降低懲罰成本、車輛制動(dòng)燃油消耗與制冷燃油消耗的油耗成本。還出于“節(jié)能減排、綠色物流”的考慮，將碳排放成本考慮其中，為提高客戶服務(wù)滿意度設(shè)置了時(shí)間窗的懲罰成本，以及傳統(tǒng)的車輛固定使用成本。以物流企業(yè)的運(yùn)輸總成本最小為目標(biāo)，并在滿足顧客需求量與時(shí)間窗的限制下，建構(gòu)配送車輛路徑問(wèn)題的模型，以求得最佳的配送路線決策。

1.2 問(wèn)題假設(shè)

首先對(duì)需要建模的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流車輛路徑問(wèn)題做一些必要的假設(shè)：車輛以配送中心為起點(diǎn)和終點(diǎn)，對(duì)多個(gè)顧客點(diǎn)送貨，其中每個(gè)客戶需求的貨物都是單一類型的生鮮農(nóng)產(chǎn)品，車輛都是配有冷凍、冷藏設(shè)備的貨車。每個(gè)客戶需求的貨物及數(shù)量、送貨的時(shí)間地點(diǎn)、每輛車的額定載重量都是一定的。

1.3 參數(shù)設(shè)定endprint

1.4 模型建立

除了一般車輛路徑問(wèn)題模型中考慮到的成本，本文還出于綠色物流的考慮，增加一個(gè)碳排放成本。與常規(guī)物流相比，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送過(guò)程中由于制冷會(huì)消耗較多油耗，產(chǎn)生更多碳排放。在計(jì)算碳排放量時(shí)，其等于燃油消耗量與二氧化碳排放系數(shù)之積。燃油消耗率主要與車輛行駛速度、車輛載重量相關(guān)，燃油消耗率計(jì)算如下：

其中，除了f、d和v，其他參數(shù)均是與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)，為常量，取值與配送車輛發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)有關(guān)。設(shè)定車輛在配送過(guò)程在水平公路上以v0保持勻速運(yùn)動(dòng)，則燃油消耗率只與載重量有關(guān)，而車輛加速度τ、道路坡度θ均為0。

本文將冷鏈物流配送中的運(yùn)輸成本和制冷成本統(tǒng)一成車輛運(yùn)輸過(guò)程中的燃油消耗來(lái)計(jì)算，方法就是根據(jù)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的工程油耗來(lái)計(jì)算一段路程中的總?cè)加拖牧吭俪艘杂蛢r(jià)就是燃油消耗成本。

2 實(shí)驗(yàn)分析

本文的算法采用遺傳算法，并用matlab編程求解。本文實(shí)驗(yàn)分析部分選擇20個(gè)顧客點(diǎn)作為配送點(diǎn)進(jìn)行算法求解并分析，并獲取每個(gè)顧客點(diǎn)的地理位置、需求量、服務(wù)時(shí)間和時(shí)間窗等信息。本文中設(shè)定車輛的行駛速度恒定為40公里每小時(shí)，生鮮農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格為每噸6000元，所選冷藏車的每百公里油耗為20升，車輛最大載重為10噸，柴油價(jià)格為每升5.23元，時(shí)間窗違背懲罰系數(shù)為0.0003，生鮮農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度系數(shù)為0.002，碳排放轉(zhuǎn)化系數(shù)為1，碳排放懲罰系數(shù)為1，按照系數(shù)設(shè)置代入模型進(jìn)行求解。

本文遺傳算法求解部分使用Matlab編程求解，迭代500次后的最優(yōu)路徑選擇如圖1所示，圖1為路徑選擇圖。

總的運(yùn)輸成本為4656.67元。則在最后的路徑選擇中，第一輛車服務(wù)第20、4、19、3、14、6共6個(gè)顧客點(diǎn)，總需求正好為最大車載量10噸；第二輛車服務(wù)第1、16、11、7、5、2、8共7個(gè)顧客點(diǎn)，總需求量為9.3噸；第三輛車服務(wù)第10、13、12、9、17、18、15共7個(gè)顧客點(diǎn)，總需求量為8.5噸。

3 總結(jié)與展望

本文研究的是農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的車輛路徑問(wèn)題，是在一般車輛路徑問(wèn)題的基礎(chǔ)上以農(nóng)產(chǎn)品冷鏈為背景，出于對(duì)企業(yè)社會(huì)責(zé)任的考慮，在配送過(guò)程中考慮客戶服務(wù)滿意度和環(huán)境保護(hù)。本文中新鮮度懲罰成本和碳排放成本將會(huì)對(duì)路徑選擇產(chǎn)生影響，這也就是說(shuō)在實(shí)際配送過(guò)程中企業(yè)不僅僅考慮的是其經(jīng)濟(jì)效益，還要將客戶的服務(wù)滿意度和環(huán)境保護(hù)考慮在內(nèi)，從社會(huì)責(zé)任的角度去規(guī)劃其配送路徑。隨著全球生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，這也是物流企業(yè)在其運(yùn)輸配送過(guò)程中必須要正視的一種發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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[7]李進(jìn)，傅培華，李修琳，張江華，朱道立.低碳環(huán)境下的車輛路徑問(wèn)題及禁忌搜索算法研究[J].中國(guó)管理科學(xué)，2015，23（10）：98-106.endprint