0引言

我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整的背景下逐漸增加，針對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，人們提出了較高的要求，冷鏈物流在此基礎(chǔ)上得到了發(fā)展。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的運(yùn)輸能力與運(yùn)輸需求之間的矛盾較大。為了增加連鎖超市的經(jīng)營(yíng)利益，在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中需要解決操作不規(guī)范、管理不嚴(yán)等問(wèn)題，精準(zhǔn)化農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的時(shí)效性[1]。通過(guò)上述分析可知，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃方法進(jìn)行分析和研究具有重要意義。

早在19世紀(jì)末期，冷鏈物流就已經(jīng)被國(guó)外學(xué)者Bogataj和Ladiqi提出，在上世紀(jì)中期，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)構(gòu)建了完善的食品運(yùn)輸冷鏈體系。在2019年Wentao Wu研究一套虛擬冷鏈方法可用于大部分水果的運(yùn)輸，Joshi則以草莓為研究對(duì)象，改進(jìn)冷鏈管理運(yùn)輸技術(shù)，延長(zhǎng)草莓的貨架期。我國(guó)主要針對(duì)冷鏈產(chǎn)品運(yùn)輸路徑規(guī)劃進(jìn)行研究，崔葉竹[2]等人在VPR數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上根據(jù)路徑規(guī)劃約束條件建立路徑規(guī)劃模型，采用人工魚(yú)群算法用魚(yú)群模擬過(guò)程表示物流配送過(guò)程，獲取路徑規(guī)劃模型的最優(yōu)解，完成物流路徑規(guī)劃，該方法無(wú)法獲取冷鏈物流路徑的相關(guān)信息，構(gòu)建的路徑規(guī)劃模型精準(zhǔn)度較低，導(dǎo)致方法規(guī)劃路徑長(zhǎng)度較長(zhǎng)。劉建勝[3]等人將物流車(chē)輛的車(chē)長(zhǎng)和載重作為約束條件，將運(yùn)輸成本最低、運(yùn)輸車(chē)輛最少作為優(yōu)化目標(biāo)，建立路徑規(guī)劃模型，結(jié)合粒子群算法和遺傳算法，建立混合遺傳算法對(duì)路徑規(guī)劃模型求解，該方法無(wú)法獲取準(zhǔn)確的路徑信息，導(dǎo)致方法的碳排放量高、總成本大，方法的規(guī)劃效果較差。

為了解決上述方法中存在的問(wèn)題，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃方法。

1模型構(gòu)建

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃方法，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取農(nóng)產(chǎn)品冷鏈運(yùn)輸路徑的相關(guān)信息，根據(jù)獲取的信息構(gòu)建路徑規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)。

1.1目標(biāo)函數(shù)

(1）碳排放量

設(shè)E代表的是物流運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放量，其計(jì)算公式如下：

式中，n代表的是配送點(diǎn)數(shù)量；m為物流運(yùn)輸過(guò)程中的車(chē)輛數(shù)量；ε為碳排放系數(shù)；N為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；γ為發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的摩擦因子；V為發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的排量；PP為運(yùn)輸車(chē)輛對(duì)應(yīng)的功率；η為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的效率參數(shù)；dij為配送點(diǎn)i與配送點(diǎn)j之間存在的距離；qi為針對(duì)農(nóng)產(chǎn)品客戶i的需求量；xijk為決策變量，其表達(dá)式如下：

碳排放量的約束條件為[4]:

1）運(yùn)輸車(chē)輛數(shù)量在配送中心中的約束條件為：

2）起始點(diǎn)與終止點(diǎn)之間運(yùn)輸車(chē)輛的約束條件為：

3）針對(duì)農(nóng)產(chǎn)品需求客戶，運(yùn)輸車(chē)輛的數(shù)量約束條件如下：

(2）配送總成本

1）車(chē)輛租金、司機(jī)勞務(wù)費(fèi)和折舊費(fèi)等都屬于車(chē)輛固定成本，該成本不受運(yùn)輸路程和客戶數(shù)量的影響，設(shè)b1代表的是每完成一次農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸，車(chē)輛產(chǎn)生的固定成本，用C1表示車(chē)輛固定成本，可通過(guò)下式計(jì)算得到：

2）在正常運(yùn)輸過(guò)程中車(chē)輛產(chǎn)生的成本即為運(yùn)輸成本，受運(yùn)輸距離的影響，設(shè)b2代表的是在運(yùn)輸過(guò)程中車(chē)輛產(chǎn)生的運(yùn)費(fèi)，用C2表示車(chē)輛運(yùn)輸成本，其表達(dá)式如下：

3）農(nóng)產(chǎn)品貨損成本通常由兩部分構(gòu)成，一部分為車(chē)內(nèi)溫度由于開(kāi)啟車(chē)門(mén)裝卸貨物產(chǎn)生變化導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品腐敗產(chǎn)生的成本，另一部分為由于時(shí)間積累在運(yùn)輸過(guò)程中導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品變質(zhì)、腐敗產(chǎn)生的成本，用C3表示貨損成本，其計(jì)算公式如下：

式中，p代表的是農(nóng)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的單位價(jià)值；yik為決策變量；a1、a2分別代表的是運(yùn)輸和裝卸貨物過(guò)程中產(chǎn)生的貨損系數(shù)；Qm為完成農(nóng)產(chǎn)品配送訂單時(shí)車(chē)上剩余農(nóng)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的質(zhì)量；tsi為服務(wù)農(nóng)產(chǎn)品配送點(diǎn)i的時(shí)間；t0k為在配送中心中車(chē)輛k的出發(fā)時(shí)間；tik為到達(dá)配送點(diǎn)i時(shí)車(chē)輛所用的時(shí)間。

4）設(shè)Qk1代表的是在運(yùn)輸過(guò)程中車(chē)輛k產(chǎn)生的熱負(fù)荷；Qk2代表的是由于對(duì)流，在裝卸農(nóng)產(chǎn)品過(guò)程中車(chē)輛k產(chǎn)生的熱負(fù)荷，通過(guò)下式計(jì)算能源消耗成本C4:

式中，b3為制冷成本；tk為完成農(nóng)產(chǎn)品配送后，車(chē)輛k行駛到配送中心所用的時(shí)間。

5）通過(guò)下式描述懲罰成本函數(shù)G(ti):

式中，Y為無(wú)限大正數(shù)；[ei,li]為配送點(diǎn)要求的時(shí)間窗；g1為在時(shí)間窗[ei,li]中配送時(shí)間對(duì)應(yīng)的懲罰因子；[ei',li']為配送點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大容忍時(shí)間窗；g2為在時(shí)間窗[ei',li']中配送時(shí)間對(duì)應(yīng)的懲罰因子。

在上式的基礎(chǔ)上計(jì)算懲罰成本C5:

結(jié)合上述公式，獲得車(chē)輛的配送總成本C:

(3）客戶滿意度

在時(shí)間窗[5]的基礎(chǔ)上，配送商對(duì)應(yīng)的服務(wù)水平可通過(guò)客戶滿意度進(jìn)行衡量，客戶滿意度函數(shù)的表達(dá)式如下：

1.2權(quán)重系數(shù)

針對(duì)上述目標(biāo)函數(shù)，基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃方法通過(guò)模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行去標(biāo)量化處理，結(jié)合模糊層次分析方法[6]根據(jù)去標(biāo)量化處理結(jié)果對(duì)目標(biāo)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

設(shè)l1=max E-min E代表的是碳排放量對(duì)應(yīng)的伸縮指標(biāo)，其對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)p1可通過(guò)下式進(jìn)行描述：

根據(jù)式（14）獲得碳排放量目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)權(quán)重系數(shù)w1。

設(shè)l2=max C-min C代表的是配送總成本對(duì)應(yīng)的伸縮指標(biāo)，其對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)如下：

在上式的基礎(chǔ)上獲得配送總成本目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)w2。

設(shè)p3代表的是客戶滿意度對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)，其表達(dá)式如下：

在上式計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，獲得客戶滿意度目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)w3。

1.3路徑規(guī)劃模型

結(jié)合上述過(guò)程，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃模型minz，其表達(dá)式如式（17）。

2模型求解

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃方法采用蟻群算法[7][8]對(duì)路徑規(guī)劃模型進(jìn)行求解，完成農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃，具體步驟如下：

(1）對(duì)信息素增量迭代次數(shù)Nco=0、初始信息素量和最大迭代次數(shù)max Nco進(jìn)行初始化處理；

(2）在N個(gè)農(nóng)產(chǎn)品需求點(diǎn)中放置M只螞蟻；

（3）設(shè)置迭代次數(shù)Nco=Nco+1;

(4）通過(guò)式（18）對(duì)螞蟻的轉(zhuǎn)移概率Pkij(T)進(jìn)行計(jì)算：

式中，為需求點(diǎn)數(shù)量；ηij(T)為啟發(fā)函數(shù)；α、β均代表的是權(quán)重系數(shù)；allowk={1,2,…,N}代表的是螞蟻k在尋優(yōu)過(guò)程中沒(méi)有訪問(wèn)的需求點(diǎn)構(gòu)成的集合；

(5）根據(jù)上述過(guò)程獲取最大轉(zhuǎn)移概率的需求點(diǎn)，并將螞蟻轉(zhuǎn)移到該點(diǎn)，將其記錄在禁忌表tabuk中；

(6）當(dāng)k

(7）通過(guò)下述公式更新信息素：

式中，描述的是經(jīng)過(guò)ij路徑的螞蟻增加的信息素；代表的是在ij路徑上螞蟻k釋放的信息素濃度；ρ是信息素?fù)]發(fā)系數(shù)；

(8）當(dāng)?shù)螖?shù)Nco小于最大迭代次數(shù)max Nco時(shí)，對(duì)禁忌表進(jìn)行清空操作，否則停止迭代，輸出路徑規(guī)劃模型的最優(yōu)解，完成農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑的規(guī)劃。

3實(shí)驗(yàn)與分析

為驗(yàn)證基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃方法的整體有效性，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃方法進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試所用的冷藏車(chē)數(shù)據(jù)如表1所示。

在圖1所示的環(huán)境中，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃方法、基于人工魚(yú)群算法的港口物流配送路徑規(guī)劃研究方法和應(yīng)用混合遺傳算法的多集貨中心多車(chē)型整車(chē)路徑規(guī)劃研究方法規(guī)劃配送路徑，規(guī)劃結(jié)果如圖2所示。

分析圖2可知，與基于人工魚(yú)群算法的港口物流配送路徑規(guī)劃研究方法和應(yīng)用混合遺傳算法的多集貨中心多車(chē)型整車(chē)路徑規(guī)劃研究方法的路徑規(guī)劃結(jié)果相比，所提方法規(guī)劃的路徑最短。基于人工魚(yú)群算法的港口物流配送路徑規(guī)劃研究方法規(guī)劃的路徑長(zhǎng)度大于所提方法，小于應(yīng)用混合遺傳算法的多集貨中心多車(chē)型整車(chē)路徑規(guī)劃研究方法。通過(guò)上述分析可知，在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃測(cè)試中，所提方法可獲取最短路徑，因?yàn)樗岱椒ú捎梦锫?lián)網(wǎng)技術(shù)獲取了農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)送路徑信息，根據(jù)獲取的信息構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃模型，利用該模型獲得最短路徑。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證方法的有效性，將碳排放量和總成本作為指標(biāo)，測(cè)試所提方法、基于人工魚(yú)群算法的港口物流配送路徑規(guī)劃研究方法和應(yīng)用混合遺傳算法的多集貨中心多車(chē)型整車(chē)路徑規(guī)劃研究方法的規(guī)劃效果，碳排放量和總成本越小，表明方法的規(guī)劃效果越好。

分析圖3可知，在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃測(cè)試過(guò)程中，隨著車(chē)輛行駛路程的增加，所提方法、基于人工魚(yú)群算法的港口物流配送路徑規(guī)劃研究方法和應(yīng)用混合遺傳算法的多集貨中心多車(chē)型整車(chē)路徑規(guī)劃研究方法的碳排放量和總成本均有所增加，但所提方法獲得的碳排放量和總成本均低于基于人工魚(yú)群算法的港口物流配送路徑規(guī)劃研究方法和應(yīng)用混合遺傳算法的多集貨中心多車(chē)型整車(chē)路徑規(guī)劃研究方法獲得的碳排放量和總成本。碳排放量和總成本越低表明路徑規(guī)劃效果越好，所提方法在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃過(guò)程中，將碳排放量最小和總成本最小作為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃模型，提高了路徑規(guī)劃效果。

4結(jié)束語(yǔ)

人們對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品的需求隨著物質(zhì)生活水平的提高而不斷提高。物流運(yùn)輸過(guò)程中濕度和溫度等環(huán)境因素都會(huì)對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響，屬于特殊農(nóng)產(chǎn)品。為了讓消費(fèi)者買(mǎi)到新鮮的農(nóng)產(chǎn)品，發(fā)展了冷鏈物流產(chǎn)業(yè)，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅可以增加農(nóng)民收入，而且可以滿足消費(fèi)者需求。目前農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃方法存在規(guī)劃路徑長(zhǎng)、碳排放量高和總成本高的問(wèn)題，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流路徑規(guī)劃方法，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流規(guī)劃模型，并采用蟻群算法對(duì)模型求解，完成路徑規(guī)劃，不僅縮短了物流路徑長(zhǎng)度，而且降低了碳排放量和總成本，具有良好的規(guī)劃效果。