上海领鲜冷链广州地区物流配送路线优化研究

　　摘要：历史潮流的推进，社会也在发展，冷链物流逐渐慢慢兴起。但是冷链产品十分特殊，具有相当高的保存要求，所以对于冷链物流的配送线路规划也有十分高的要求。为了保证冷链产品的品质，需要将各种因素都一一考虑，最后综合起来得出一个较完美的解决方案。广州是一个国际大都市，人口众多，经济发达，对于冷链产品需求大。目前，上海领鲜物流在广州只有一家配送中心，但是想要很好的发展冷链物流，一家配送中心是远远不够的，完全不能满足冷链业务的实际情况。所以，本文将广州现有的配送中心作为一级配送中心，然后在11个区分别选址作为二级配送中心，然后对两者之间进行路线上的研究。最后，通过建立VRP模型，运用蚁群算法和MATLAB求解，得到最优路径和最小成本。建立完善的冷链物流运作体系，对于冷鲜而言将大大增加自身的盈利能力。运用实例求解的结果表明，本文所建模型对冷链物流车辆路径优化及控制成本是可行且有效的，保障了冷链食品在运输过程的新鲜度，降低了物流的运输成本和损耗成本，可为相关企业在决策时提供可参考的理论依据[1]。

　　关键词:冷链物流；蚁群算法；MATLAB

　　1.研究背景

　　随着城镇居民消费理念的改变和人们富裕程度提高的影响，家禽、水产、新鲜果蔬为基础的冷链物流行业发展迅猛。但与在冷链行业起步较早的发达国家相比，中国在冷链食品方面，整体的冷链体系尚显不足，差距非常明显。随着城乡一体化进程加快，人们的健康消费意识正逐步提高，对新鲜食材的需求量与日俱增，从一定程度上刺激了冷链物流的发展。城市化的推进，城市生活节奏的加快，人们对于冷藏产品的需求愈发增加，对于食材的新鲜度越加重视。建立一个完善的冷链物流体系，可以促进冷链行业的发展，在保证食品的新鲜度的同时，对于改善人民的生活水平，提高幸福指数有重要作用。

　　上海领鲜物流在我国冷链物流领域算是佼佼者，拥有先进的设备与高素质人才，提供了高质量的物流服务，获得了人民的广泛认可和赞赏。广州幅员辽阔，资源众多，经济发达，交通便捷，使得广州成为了一个繁荣的大都市。经济的发达，带来了人数的增加，对于冷链产品的需求也越发的庞大。但是上海领鲜物流在广州的发展相对缓慢，因此对于广州的冷链物流路线规划是重中之重。

　　2.研究目的

　　国外冷链物流发展起步早，拥有一整套完整的冷链物流体系。国内与之相比，立马相形见绌。X的水果、蔬菜、冷饮等产品在采摘、运输、储存的过程中的损耗率仅仅只有2%到3%，而日本的果蔬在生产运输过程中也有98%经过了冷链。而我国近年由于城镇化的推进，大量农村人口涌入城市。这不仅造成了城市环境承载力堪忧的问题，而且也造成了城市的农产品需求的大量增加。农产品已经成为人们每日生活的必需之物，因此这些农产品的保鲜问题也日渐暴露。我国每年的果蔬损耗率十分惊人，在生产运输过程中，水果的损耗近1400万吨，蔬菜的损耗近1.6亿吨。这些果蔬的损耗，相当于1亿人一年的口粮。冷链物流的建立，可以大大减少这些损耗，降低经济损失，使得我国将有更多的资源放在环境建设上，让经济与环境两大建设并驾齐驱。所以，冷链物流的建设势在必行。

　　3.研究意义

　　冷链物流的快速发展得益于人们日渐增长的需求，但与此同时冷链物流的发展也促进了需求环境的扩大。冷链物流的快速发展，带动了其他商品的生产与服务。由于医药、电子、轻工等行业对低温物流的需求，所以冷链物流发展的越好，这些行业获得的利益也就越大，也就会有更多的就业岗位出现，对于解决我国的就业问题会有极大的帮助。冷链物流对这些其他产业的促进，不仅可以解决我国的就业问题，而且可以保障我国人民生命安全和身体健康。许多产品在运输和储存过程中会因各种问题而导致新鲜度丧失，营养流失和味道改变是小，对人们的身体健康造成危害是大。因此，建立健全冷链物流，可以最大程度上解决一些就业问题以及保障人民的身体健康。

　　1.国内研究综述

　　国内对于生鲜产品的需求快速增长，市场潜力的进一步开发，使冷链物流行业的发展充满动力和斗志。由于人们消费观念和消费方式的改变，国家、XX开始重视生鲜冷链，出台了一系列的政策来推动生鲜冷链的健康发展。

　　2010年发改委颁布的《农产品冷链物流发展规划》提出到2015年，要建成我国第一批现代化的高效冷链物流配送中心[2]。2015年将是《规划》落地实施的最后一年，下一个五年计划将会出台更多的冷链物流相关政策规划，提供一个更好的冷链发展环境。

　　勿庆刚对我国现在物流行业面临的问题进行了SWOT分析，然后提出了冷链基础设施要进一步加快；袁学国认为全程冷链在短时间内将难以实现，应该大力推进冷链物流技术的创新；胡天石认为我国冷链物流行业的人才匮乏，应该重视对于冷链人才的培养。

　　2.国外研究综述

　　目前，很多欧X家已经率先完成了对于冷链物流体系的整合，都各自拥有了一个适合自身的发展规划，其中尤其以发达国家为主。X根据土地的辽阔与集中性，进行规范的划分并且实行机械式生产。德国设立了诸多标准来加强食品安全和质检。加拿大推广自己研发的冷链体系，把生产基地与冷链物流完美的结合。

　　车辆路径问题（简称VRP问题），在1959年由Dantzig和Ramser提出，它是指一个地区有诸多客户，每个客户都有不同的需求，然后通过当地的配送中心向这些客户进行提供货物。配送中心派出自己的运输车队，制定适合的运输路线，使得客户的要求得到尽可能的满足[3]。此外，在一定的约束条件下，达到诸如路程最短、成本最小、耗时最少的目的。

　　1960年，Clarke和Wright针对配送问题首先提出了启发式节省法，算法简单，运算快[4]。1990年，Willard首次提出了基于禁忌搜索法来求解VRP的模型，给后面其他学者提供了极大的参考意见[5]。

　　领鲜物流一直以“区域物流、食品物流专家”为经营目标。领鲜物流为光明乳业服务了20年，总结出了一套自己的对于冷链物流的运作方法和体系。尤其在现代零售中的冷藏业务和乳制品的保鲜能力方面，具有十分透彻的研究。除此之外，对于如何让客户满意也有自己独到的见解。截止到2007年，领鲜物流已在上海、广州、宁波、苏州、无锡等地设立了诸多冷库和配送中心，逐步向全国各地进发[6]。在每个地区，领鲜物流都始终贯彻“门到门”的服务理念。在这些地方，所有的超市卖场、街边的零售店、便利店，都使用了领鲜物流自身的信息管理系统。WMS、DPS、车辆温控系统这三大系统构成了领鲜物流的信息管理系统。有了这些系统的支持，那些果蔬、乳制品的保鲜程度更上了一个台阶。领鲜物流拥有比较齐全的物流基础设施，培养了一大批具有高素质的专业物流人才，结合自身多年运营的物流经验，使得领鲜的冷链物流行业处于高效运转的状态。这些优势，让领鲜获得了广大消费者以及同行的一致好评，促进了我国冷链物流的发展。

　　1.广州概况

　　广州是广东省的省会，也是全国的经济文化重要之地。同时广州也是一个国际大都市，贸易发达，交通便利，拥有着深厚的历史文化，被国家定义成综合性门户城市。广州的商业是有目共睹的，作为最早的一批改革开放的城市，经济的快速发展，已不可限量。截止2016年，广州下辖11个市辖区，总面积7434平方公里，常住人口为1404.35万人。

　　2.广州冷链物流现状

　　由于城镇化的推进和经济的发展，人们更加需要冷链产品，造成冷链行业发展势头迅猛。而广州又是一个国际大都市，经常召开各种会议，各国齐聚一堂，人口流动量大。人们对身体健康的看中，食品新鲜度的考虑，都大大催发了广州冷链行业的发展。因此，广州对于冷链产品的需求也更大。

　　广州2007年到2016年冷藏货物需求量如图2-1

　　图2-12007年-2016年广州冷藏货物需求量趋势图

　　3.领鲜在广州地区配送中心的分布

　　目前，领鲜物流在广州地区只有一家主要的配送中心，处于黄浦区，其仓库面积7400平方米。由于占地面积较大，配送范围又较广，所以该配送中心以最高标准来约束自己，让自己逐步发展成行业内领先的综合性配送中心。其地理位置如图2-2所示，下图中带有黑色三角型标志的就是领鲜物流在广州地区的配送中心。

　　图2-2领鲜物流广州地区配送图

　   除了黄埔区的配送中心之外，领鲜在广州各个市区都分别建立了配送中心，只是这些配送中心规模相对较小，设备不如黄埔区的配送中心齐全。在广州地区，领鲜有1个一级配送中心，有14个二级配送中心。分布点如表2-1所标：

　　表2-1配送中心分布表

　　基于此，领鲜物流现有的配送路线如表2-2所示

　　表2-2原有配送路线

　　4.领鲜在广州各个市的配送需求

　　因为广州地处优势，经济发达，许多外资企业纷纷进入广州进行投资。有许多外国的知名企业，进入广州后对国内的冷链行业造成了冲击，一定程度上阻碍了我国冷链行业的发展。基于此，我国出台了一系列政策，重点关注冷链行业的发展环境。规范市场，购置基础设施，让广州的冷链物流在良好的环境中快速发展。广州人对于冷链食品的热爱，给领鲜出了配送方面的难题，如今远远不能满足配送需求现状。

　　2016年广州各市的配送需求量如下表

　　表2-12016年广州各市的配送需求量

　　数据来源：广州省统计年鉴（http://www.gdstats.gov.cn/tjzl/tjkw/gdtjnj/）

　　虽然领鲜致力于把这个配送中心发展成业内翘楚，为其配备了大量的先进设备，但是广州地区广阔，现有的配送中心的规划不合理，存在了很多问题，主要是以下2个问题：

　　1.配送时间不稳定

　　广州地区广阔，人员分散，无法精确的知道每个顾客之间的距离。单单依靠黄浦区唯一一家配送中心是来不及完成配送要求的。如果在规定时间内无法完成配送，将会面临一系列问题。除此之外，运输路径也不确定。在运输过程中也许会遇到各种突发情况，例如自然灾害、交通堵塞、天气恶劣等，都会对运输造成难以计算的损失。一旦遇到这些突发情况，冷链产品很容易在途中发生问题，造成成本的浪费。

　　2.配送方式不完善

　　冷链产品不同于其他产品，它的保存要求较高，环境较复杂。在运输过程中，一般是不能与其他产品混合放在一起，不然容易导致冷链产品的品质受损。

　　而且，在配送时需要考虑每个顾客订购的产品来制定相应的配送计划。根据货物的不同，车辆和路线的选择也会相应不同。众多的客户一般情况下都是小批量购买，除非一些大企业才会进行大量采购。针对这种情况，依靠一家配送中心很难满足配送要求。零散的客户、小批量的货物，需要灵活多变的配送路线和能及时作出反应的配送中心。

　　领鲜在广州黄埔区、花都区、增城区、白云台区、从化区、荔湾区、番禹区、南沙区各有1个二级配送中心，在天河区、海珠区、越秀区各有2个二级配送中心。广州各区二级配送中心经纬度如表3-1所示：

　　表3-1广州各区二级配送中心经纬度表

　　具体14个二级配送中心如图3-1至图3-4所示（地图比例尺1厘米：10公里）

　　图3-1二级配送中心图1

　　图3-2二级配送中心图2

　　图3-3二级配送中心图3

　　图3-4二级配送中心图4

　　本方案将广东居民（城镇居民与农村居民）家庭平均每人年购买主要商品数量中需要冷藏的商品作为广州11个区平均每人年冷藏货物需求量，通过查询广东统计年鉴，本方案将2007至2016年广东居民每人年购买主要商品数量分别乘11个区常住人口数量，得到11个区2007至2016年的冷藏货物需求量；再求11个区冷藏货物需求量的平均数；将平均数分别除以365，即得广州11个区每天的冷藏商品需求量；最后根据领鲜物流所占的市场份额，计算出11个区的配送中心的日配送量。为简化运算，本章选取2016年广州11个区常住人口数量。

　　表3-22007年到2016年广东居民每人年购买主要商品数量

　　

　　数据来源：广州省统计年鉴（http://www.gdstats.gov.cn/tjzl/tjkw/gdtjnj/）

　　表3-3广州11个区常住人口数

　　

　　数据来源：广州省统计年鉴（http://www.gdstats.gov.cn/tjzl/tjkw/gdtjnj/）

　　由表3-2和表3-3可求得2007年到2016年广州11个区年需求量，如表3-4所示

　　表3-42007年到2016年广州11个区年需求量

　

　　由表3-4可得广州11个区平均每年需求量，如表3-5所示

　　表3-5广州11个区平均年需求量

　　由表3-5除以365，可得广州11个区日需求量，如表3-6所示

　　表3-6广州11个区日需求量

　　截止2017年第三方冷链物流销售额已达4500亿元，上海领鲜物流2016年冷链物流销售收入约13.5亿元。由此可求得领鲜物流冷链市场份额约为3‰。进而计算14个二级配送中心日配送量，如表3-7所示

　　表3-7广州11个区日配送量   单位：吨

　　由此各二级配送中心日配送量可得，如表3-8所示

　　表3-8二级配送中心日配送量

　　1.问题描述

　　本方案研究的领鲜冷藏运输车辆路径规划问题具体描述如下：存在一个配送中心，有辆车可进行冷藏货物配送，个配送点，已知每个配送点的位置及需求量等信息，每个配送点只允许一辆车经过，若干辆车从配送中心出发，完成对所有客户点的配送任务后返回配送中心，所走路线不能重复，且要求该车所访问配送点的需求量之和不能超过车辆的负载能力，车辆的行驶距离在最大限度之内，同时保持货损成本低于最大可接受费用，求解最优配送路径，使车辆配送综合成本最小化[6]。

　　2.数学建模

　　a、模型表述

　　本方案设计模型如下：设一个配送中心，有辆车进行冷链配送，个客户点，用表示第个客户点的需求量；用表示客户点与客户点之间的距离；用表示单辆冷链运输车辆的额定载重量；用表示冷链运输车的最大行驶里程；用表示运输车的最大可接受货损成本；用表示每辆车的出车成本，用表示车辆行驶的单位成本；用表示随着车辆行驶里程增加而产生货损的相关货损比率；用表示货物运价。将配送中心编号为1，配送服务点编号为2，3，⋯，n，定义变量、为：

　　b、模型假设

　　在车辆进行配送服务的过程中，需要满足以下假设条件：

　　（1）每个客户点有且仅有一辆车通过。

　　（2）所有车辆完成配送任务后要返回至配送中心。

　　（3）配送中心和客户的位置以及客户之间的距离已知。

　　（4）每个客户的需求量已知。

　　（5）运输车辆的最大载重量，最大行驶距离，最大可接受货损成本和平均速度均已知。

　　（6）运输车辆不允许超载，不允许超过车辆被允许的最大行驶路程，不允许超过最大可接受货损成本。

　　c、目标函数

　　本方案所建模型将冷链配送车辆的运输综合成本最小化作为目标函数[7]。运输综合成本包括：车辆出车成本、车辆行驶成本、运输过程中产生的货损成本。具体的目标函数如下：

　　，（4-3）

　　满足约束条件如下：

　　i=1,2,…，n（4-4）

　　j=0,1,…,n（4-5）

　　i=0,1,…,n（4-6）

　　（4-7）

　　k=1,2,…,m（4-8）

　　k=1,2,…,m（4-9）

　　k=1,2,…,m（4-10）

　　d、模型求解

　　式（4-3）表示将冷藏车辆的综合运输成本最小化设为目标函数，即寻求车辆出车成本、车辆行驶成本、运输过程中产生的货损成本三项之和最小化的配送线路方案。式（4-4）、（4-5）、（4-6）保证每个任务点只允许一辆车通过；式（4-7）保证每辆车都是从配送中心出发，完成各自任务后返回配送中心；式（4-8）保证每辆车的载重不能超过车辆的额定载重量；式（4-9）保证每辆车的行驶路程不能超过其最大行驶距离；式（4-10）保证车辆行驶中货损成本不超过最大可接受限额。

　　1.蚁群算法求解简介

　　生物学专家表示，蚂蚁在喂养过程中，可以通过其独特的分泌物-信息素，个体之间的蚂蚁通过信息素来引导自己的运动方向。蚂蚁可以找到从洞穴到食物源的最短路径。在没有任何明显的提示下，可以在环境变化后找到最新的最短路径。蚁群算法是基于蚁群社区集体觅食行为的一种基于人口的模拟演化算法，属于随机搜索算法[8]。

　　当使用蚁群算法来解决该方案的车辆路径问题时，m只蚂蚁在初始时间被放置在配送中心。每个蚂蚁可以根据约束找到可以去的所有城市，并根据状态转移概率公式选择下一个城市，通过指定的迭代次数，获得最优的车辆运输路线，使综合运输成本最低。

　　2.算法流程

　　借助MATLAB编程，采用蚁群算法求解本方案建立的考虑货损因素的车辆路径模型。

　　本方案针对冷藏车辆在运输过程中因运距增加导致时间累积而造成的货物损坏成本提出优化建议。首先，以综合运输成本最低为前提，建立优化模型，保证货损成本控制在可接受范围。其次，简要介绍求解本方案VRP问题的蚁群算法及其采用MATLAB软件编程时的求解步骤，对本方案建立的模型作详细阐述[9]。

　　3.计算求解

　　本方案第一部分已选出14个二级配送中心，详见图2-2，领鲜物流广州黄埔区作为一级配送中心（经纬度：113.624213，23.285361）。现对其进行编号，一级配送中心编号为0，各区二级配送中心编号从1至14。

　　根据相关学者的研究，最优的蚁群算法参数组合设置为，，，，。上述取值可使算法的性能相对稳定,搜索的全局性和收敛速度也较好。相关模型与算法涉及的参数取值见表4-1，一级配送与各二级配送中心的信息详见表4-2。

　　表4-1模型与算法参数设置

　　表4-2一级配送中心与各二级配送中心相关信息

　　根据本方案，使用MATLAB程序（见附录）对蚁群算法进行编程，搜寻最优的车辆路径。其中，MATLAB代码中蚁群算法各参数数值设置为：。

　　运行次，在迭代第84次时取得最优解，最小综合运输成本为5249.6元。对应的5条配送路线如表所示，最优路径图如图所示

　　表4-5优化前和优化后对比分析

　　通过领鲜物流公司信息和运算结果得出，原有单次配送所需的运营成本为6144.9元。现在将求解后的配送路线方案与当前的作比较，可以明显得出优化后的配送路线所需成本将减少895.3元，进而降低对于领鲜物流所需要花费的物流服务费用。除此之外，配送路线也减少了2条。因此，本文所建的模型能降低物流公司的物流成本，具有一定的可行性。

　　伴随着人们生活质量的改善，越来越注重健康的生活状态。人们对新鲜食品的需求越来越来，因此冷链物流应运而生。目前，国内的生鲜食品，在冷链物流方面还属于萌芽状态，有许多地方需要去完善。但是，在人们健康消费理念的影响下，冷链行业的市场潜力巨大。近些年，XX也出台了一系列的扶持政策，推动冷链行业的发展，从而让人们在餐桌上可以享受到健康绿色的生活。然而，我国冷链物流发展的过程中也暴露出一系列问题，例如物流成本过高、基础设施不完善、市场制度缺失、产品标准化程度低等。

　　本文着眼于领鲜物流广州地区冷链物流末端线路规划，针对冷链货物的特殊性、时效性，车辆在进行线路选择时考虑的距离、时间、成本、摆放顺序等问题进行解决。首先，针对领鲜物流目前在广州地区遇到的冷链物流现状，在广州11个区确定一级配送中心和二级配送中心，并计算一级配送中心的配送量；其次，以成本和时间为优化目标，建立VRP数学模型，用蚁群算法和MATLAB软件求解；然后，对设计方案进行评价，证明其科学性[10]。

　　虽然本文在一定程度上又花了冷链物流的运输路径。但是由于受到时间、空间和理论水平的限制，本文的研究尚存在很多不足，仍需加以研究并改进[11]。例如：

　　（1）本文没有深入的考虑冷链物流的市场化程度。冷链市场一旦缺乏行业的规范，就会引发恶性竞争，影响行业的发展。

　　（2）本文未考虑人们对于冷链物流的意识高低。如果人们的冷链物流意识薄弱，对于冷链物流将不会产生很强的认同感，对于冷链的发展就会产生阻碍。

　　针对目前我国冷链物流发展所遇到的问题，以下提出两点未来冷链物流的发展方向：

　　（1）冷链物流的整合。以配送中心为核心，使得冷藏供应链的上下游相结合，形成一个整体，使得互相之间沟通流畅，保持高效的运作。

　　（2）人民冷链意识的提高。人们现在对于食品健康的重视，对于冷链物流行业无形中会起到约束作用。与此同时，也会加快完善冷链行业的规章制度。

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