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考虑门路通行状况的冷链物流配送路径优化

来源：本站 | 宣布日期：2023-03-17

0 引言

冷链物流是指易腐易变质产品在从产品生产、加工、贮藏、运输、销售，最终直至消费的各个环节始终处于切合产品属性要求的温度、湿度情况，以有利于包管产品质量，减少产品损耗，避免污染的特殊供应链系统[1]．冷链物流配送工具主要有农产品、加工食品以及特殊商品，具有易腐性的特点，对冷链物流配送的时效性要求较高．然而，日益严峻的都会门路拥挤问题延迟了配送车辆在途时间，增加了货物在途损失本钱和配送车辆能耗本钱，降低了配送效劳质量．

目前，理论界对冷链物流配送路径计划问题作了一定水平的研究．针对冷链配送中温度监控及货物质量的变革，Kuo等[2]提出了冷链物流中的多温配合配送系统，在包管产品质量和运输宁静的同时提高车辆利用率，降低配送本钱;Ron等[3]提出食品质量退化建模要领，将食品质量水平整合到生产与配送本钱中，运用混淆整数线性计划模型为设计和优化食品供应链提供决策支持;Li等[4]提出运用无线传感器�？楹屯缂嗫乩淞次锪骼讨谢跷镂露�;汪庭满等[5]基于无线射频识别技术和编码技术开发了罗非鱼冷链物流温度监控系统．针对时变条件下的冷链物流配送路径优化，Brito等[6]建立了在途时间、卸货时间及效劳时间窗不精确条件下的冷冻食品配送模型，并运用模糊要领和混淆GRASP-VNS算法优化配送模型;李锋等[7]考虑冷链物流配送历程中车辆行驶速度为时变函数，通过盘算机建模要领建立问题模型，并运用遗传算法求解评价值;石兆等[8]凭据效劳时间窗设计了客户满意度函数，建立时变网络条件下的冷链配送车辆路径优化模型，并接纳最小包络聚类剖析法与混淆遗传算法相结合的两阶段法求解算例．

综上所述，针对冷链物流配送路径优化方面的研究主要集中在配送货物温度监控及质量变革或革新优化模型要领上，虽有少数文献在优化历程中考虑了时变性，但并未建立门路通行状况与冷链配送优化模型间的联系．本文在上述研究基础上，研究考虑门路通行状况下的冷链物流配送路径选择的优化问题，将配送路段距离矩阵转化为通行状况下的运输时间矩阵，以门路通行状况矩阵和运输时间矩阵为基础，结构运输本钱、货损本钱、能耗本钱和处分本钱，建立优化数学模型．接纳遗传算法与2-opt局部搜索算法相结合的混淆遗传算法求解实例，并与文献[7]中优化要领的求解结果进行比较．结果标明，本文算法具有求解优势．

1 问题描述

本文研究的冷链配送优化问题是指由简单配送中心使用多台同类型的冷藏车辆为多位客户配送简单生鲜产品，在配送门路通行状况及通行时间已知条件下优化车辆路径，从而使配送总本钱最少．

基于门路流通度[9]和门路流通模糊综合评价法[10]理论，门路流通状况由实际数据确定，用矩阵S体现，具体有5类评估词[10]:“很是流通”s1、“标准流通”s2、“基本流通”s3、“不甚流通”s4和“不流通”s5．基于美国公路局提出的路段阻抗函数理论，通行时间由路段距离矩阵盘算而来，用矩阵T体现．

本文设定以下建模条件:

(1)配送中心能够满足所有客户需求;

(2)每辆车只进行送货作业，且均由配送中心出发，在效劳结束后返回配送中心;

(3)每位客户有且仅由一辆车效劳;

(4)不考虑车辆外部温度随时间的变革以及装卸历程中的货物损失;

(5)各路段的通行状况互不滋扰;

(6)车辆在途匀速行驶．

2 基于门路通行状况的配送路径优化建模

2.1 符号描述

参数:

K:冷链配送中心能够调配的用于进行冷链运输的车辆总数，k∈{1,2，…，K};

m:冷链配送中心所效劳的客户总数;

N:客户荟萃，N={1,2，…，i，…m};

di:客户i的货物需求量;

Q:配送车辆的装载能力;

c1:配送车辆单位时间内的变换运输本钱;

P:配送的生鲜产品单位价格;

β1:运送历程中生鲜产品单位时间的货损比例;

c2:运送历程中单位时间的能耗本钱;

lt:车辆的卸货效率，即单位时间内的卸货量;

S:关于路段在任意时段的通行状况矩阵;

T:当路段处于某种流通状况时车辆的通行时间矩阵;

ΔT:划分时间段的区间长度，为常量，以分钟为单位;

S(t,(i,j)):配送车辆在t时段通行路段(i,j)时在门路流通状况矩阵中所对应的通行状况，i，∈{0,1,2，…，m};

T(S(t,(i,j)),(i,j)):当路段(i,j)处于通行状况S(t,(i,j))时配送车辆在通行时间矩阵中所对应的门路通行时间，i,j∈{0,1,2，…，m};

sik:车辆k从客户i出发的时刻;

wik:车辆k抵达客户i后未能立即效劳而造成的期待时间;

tik:车辆k抵达客户i的时刻;

[ETi,LTi]:客户i的最佳效劳时间窗;

[Ei,Li]:客户i所能接受的效劳时间窗;

E0:配送中心最早提供配送效劳时间;

λ:车辆在时间区间[LT,L]抵达效劳客户所造成的单位时间时机损失本钱;

γ:车辆在时间区间[LT,L]抵达效劳客户所造成的单位时间处分本钱;

M:违反可接受效劳时间时足够大的处分常数;

s0k:车辆k从配送中心出发的时刻;

决策变量:

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2.2 目标函数与约束条件

2.2.1 目标函数

本文界定的冷链物流配送总本钱包括运输本钱、货损本钱、能耗本钱及处分本钱四部分．

(1)运输本钱

只考虑运输可酿本钱，表达式如下:

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(2)货损本钱

只考虑由于运输情况不满足运输要求或货物已经变质等原因造成的在途货损，体现为

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(3)能耗本钱

能耗本钱与在途时间等因素有关，其表达式为

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(4)处分本钱

由于生鲜产品有其特定的销售时段，因而各客户均划定了各自的效劳时间窗，划分由客户最佳效劳时间窗[ETi,LTi]和客户所能接受的效劳时间窗[Ei,Li]组成．处分本钱函数表达式如下:

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2.2.2 约束条件

目标函数:

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约束条件:

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式(5)体现最小化总配送本钱;式(6)体现每辆车所装载的货物量不可凌驾车辆装载能力;式(7)体现所使用的车辆数不可凌驾最大可挪用车辆数;式(8)体现每位客户只能由一辆车效劳;式(9)体现效劳时间窗约束;式(10)体现期待时间的盘算公式;式(11)体现在同一配送任务序列中相邻客户间车辆抵达时刻的递推关系式;式(12)体现在同一任务序列中相邻客户间车辆出发时刻的递推关系式;式(13)划分了车辆k效劳完客户j后前往客户i的出发时刻所处的时间段，式中:体现取车辆由客户i出发时刻中以小时为单位的数值，体现取车辆出发时刻中以分钟为单位的数值，如车辆k由客户i出发时刻 .

3 混淆遗传算法设计

3.1 编码

染色体编码接纳实数编码形式，如图1所示．其中:非0实数体现客户点，即ikt体现车辆k效劳的第t个客户，实数0体现“隔板”．该染色体解码可得:车辆k效劳配送路线

图1 染色体编码

Fig.1 Chromosome coding

3.2 适应值函数

以Fn=1/fn作为适应值函数，当各染色体的目标函数值fn差别较小时，各染色体的选择概率相差不大，因此降低了优良染色体进入下一代的概率．为制止该种情况，本文依据选择压力理论[11]，接纳作为适应值函数，从而增大各染色体间目标函数值的差别．式中，α为大于1的常数．

3.3 遗传算子

运用轮盘赌的要领进行选择操作，其染色体的选择概率为

交叉操作接纳双点交叉，在区间[1,col]内生成两随机数(col为染色体长度)，也即交叉基因位，两数值间的基因(包括两基因位上的基因)加入交叉操作．以染色体1:1-4-0-2-6-3-0-5-0-0-0和染色体2:2-3-1-0-5-0-4-6-0-0-0交叉为例，在区间[1,11]内生成随机数4和8，即生成交叉基因位4和8，如图2(a)所示．

图2 染色体交叉示意图

Fig.2 Chromosome cross schematic diagram

当交叉爆发的染色体中泛起重复非零基因时，在交叉部分确定重复基因的基因对，并凭据基因对替换非交叉部分的重复非零基因．在替换历程中，首先选择基因对中不重复非零基因，其次选择基因对中零基因，制止选择重复非零基因．经交叉，染色体1:1-4-0-0-5-0-4-6-0-0-0中泛起重复基因4，染色体2:2-3-1-2-6-3-0-5-0-0-0中泛起重复基因2和3，如图2(b)所示．

在交叉部分，4对应0、2对应0、3对应0，得基因对0-2-3-4;选择2替换4得，染色体1:1-2-0-0-5-0-4-6-0-0-0,4替换2、0替换3，得染色体2:4-0-1-2-6-3-0-5-0-0-0，如图2(c)所示．

当染色体不保存重复非零基因或者保存重复非零基因经修复时，检查染色体是否缺失非零基因，若缺失则在非交叉部分随机选择0基因位并替换为缺失基因;经修复后染色体1中缺少基因3，此处选择第一个0基因并替换，得染色体1:1-2-3-0-5-0-4-6-0-0-0，如图2(d)所示．

在交叉操作完成后，判断生成的染色体是否满足客户效劳时间窗、车辆装载能力或车辆总数限制．

对交叉爆发的染色体接纳2-opt算法进行局部优化操作，以提高遗传算法的局部搜索能力．图3为2-opt算法的操作示意图，以染色体1-3-2-4-6-5-1为例，随机选取边1-3和5-6，将这两条边翻开并交叉连接1-6、3-5，得1-6-4-2-3-5-1;运用2-opt算法后需判断新染色体是否满足客户效劳时间窗约束、车辆装载能力约束以及车辆数约束．