□ 何立志，龐 燕

(中南林業(yè)科技大學(xué) 物流與交通學(xué)院，湖南 長沙 410004)

1 引言

在國家脫貧攻堅和鄉(xiāng)村振興政策的號召與扶持下，眾多物流企業(yè)布局農(nóng)村電商，生鮮果蔬產(chǎn)品線上消費需求越發(fā)旺盛。隨著生鮮果蔬產(chǎn)量大幅增加，進一步打通農(nóng)村生鮮果蔬產(chǎn)品“上行”進入城市消費的渠道成為城市消費者和農(nóng)村種植戶的共同愿景。但由于農(nóng)村地區(qū)人口村落相對分散、交通設(shè)施不完善、建設(shè)資金匱乏、小農(nóng)生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)模式依然存在，生鮮果蔬產(chǎn)品有序、及時“上行”進入城市消費還面臨諸多困難。2019年交通運輸部《推進鄉(xiāng)鎮(zhèn)運輸服務(wù)站建設(shè)加快完善農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點體系的意見》指出要大力推進縣、鄉(xiāng)、村三級物流節(jié)點體系建設(shè)，為農(nóng)村物流基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了政策保障。合理構(gòu)建縣、鄉(xiāng)、村多級物流節(jié)點，暢通生鮮果蔬“上行”渠道，提高“上行”效率和品質(zhì)的研究既是對政策的響應(yīng)支持也是農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)實需要。

通過對近年國內(nèi)外研究成果的總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)村多級物流體系建設(shè)方面，武曉釗[1]對基于城鄉(xiāng)對接的農(nóng)村物流服務(wù)進行研究，提出構(gòu)建覆蓋“縣、鄉(xiāng)、村”的三級物流體系，黎紅梅等[2]認為構(gòu)建“縣、鄉(xiāng)、村”三級物流節(jié)點是降本提效的有效措施。梁瀟等[3]對林果冷鏈“最先一公里”建設(shè)情況進行研究，為湖南林果冷鏈發(fā)展建言獻策。汪子明[4]研究了農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要問題，并提出了改進措施。在農(nóng)產(chǎn)品物流節(jié)點布局優(yōu)化方面，竇志武等[5]總結(jié)了物流節(jié)點布局優(yōu)化的模型方法與求解算法。Junnan Hua等[6]建立了海上生鮮果蔬物流節(jié)點配送優(yōu)化模型，利用改進蟻群算法對節(jié)點配送進行優(yōu)化。Liang Kaihao等[7]建立冷鏈物流節(jié)點優(yōu)化模型，并給出算法求解。龐燕等[8]結(jié)合湖南新農(nóng)村建設(shè)實踐，建立了農(nóng)產(chǎn)品物流節(jié)點優(yōu)化模型,求解出物流節(jié)點優(yōu)化方案。Javier Arturo等[9]基于多層次、多產(chǎn)品的運輸需求，對山區(qū)易腐產(chǎn)品物流節(jié)點選址進行研究。李玉明等[10]通過TOPSIS算法求解模型提供了農(nóng)村冷鏈物流節(jié)點布局最優(yōu)方案。但關(guān)于“縣、鄉(xiāng)、村”三級物流節(jié)點的研究更多是在定性研究方面，而多級物流節(jié)點布局多是針對工業(yè)產(chǎn)品[11-12]，農(nóng)村生鮮果蔬多級物流節(jié)點的布局研究并不豐富。本文將在前人研究的基礎(chǔ)上，就農(nóng)村多級生鮮果蔬電商的物流節(jié)點布局優(yōu)化進行研究。

2 問題描述

農(nóng)村發(fā)展果蔬種植，城市消費者在電商平臺購買生鮮果蔬產(chǎn)品，各級節(jié)點要保質(zhì)、高效完成生鮮果蔬運輸任務(wù)，為此建設(shè)生鮮果蔬運輸三級物流節(jié)點。首先，為提高節(jié)點服務(wù)覆蓋率，降低成本，方便種植戶快速郵寄果蔬產(chǎn)品，準備以村級供銷合作社作為一級節(jié)點建設(shè)對象，一級節(jié)點布局優(yōu)化前已知。其次，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)選擇二級備選節(jié)點，負責(zé)匯集鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)或臨近鄉(xiāng)村的果蔬產(chǎn)品，產(chǎn)品匯集到本節(jié)點后向第三級節(jié)點運輸。最后，在縣域內(nèi)尋找經(jīng)濟、交通優(yōu)勢較大的區(qū)域作為三級備選節(jié)點，負責(zé)匯集二級節(jié)點的貨物，并向外部市場運輸。本文主要研究生鮮果蔬產(chǎn)品到達縣級節(jié)點的過程，到達縣級節(jié)點后該過程結(jié)束。

在建設(shè)該三級物流節(jié)點時要考慮各級節(jié)點建設(shè)的數(shù)量和位置，使該多級物流節(jié)點運營總成本最低，以此得到最優(yōu)布局方案。該多級物流節(jié)點布局結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多級物流節(jié)點結(jié)構(gòu)圖

3 模型構(gòu)建

3.1 符號說明

3.1.1 參數(shù)說明

3.1.2 決策變量

3.2 基本假設(shè)

模型的建立滿足以下假設(shè)：

①各級節(jié)點的生鮮果蔬產(chǎn)品運輸需求必須得到滿足且只能由一個上級節(jié)點來滿足；②各節(jié)點熟悉當(dāng)?shù)剡\輸路線，產(chǎn)品運輸路線均為最優(yōu)；③生鮮果蔬產(chǎn)品運輸儲存過程中保持適宜溫度，且溫度保持不變；④運輸過程中不接受貨物跨級運輸。

3.3 成本分析

①建設(shè)成本。由于建設(shè)成本在運營前期占有較大份額，因此一次性將建設(shè)成本計算到模型運營成本當(dāng)中顯然會影響最終節(jié)點的布局優(yōu)化。我們通過資金回收公式確定平攤系數(shù)：

(1)

將建設(shè)成本平攤到規(guī)劃使用年限當(dāng)中。

根據(jù)參數(shù)設(shè)置和平攤系數(shù)可知每年需要投資的建設(shè)成本為

(2)

由于第一級物流節(jié)點以農(nóng)村供銷合作社作為載體進行建設(shè)，因此第一級物流節(jié)點無需投入實際建設(shè)費用，但是運營費用仍然存在，且與產(chǎn)品流通量相關(guān)。我們令

(3)

為第一級物流節(jié)點的建設(shè)運營費用。

②運輸成本。運輸成本的計算主要取決于單位質(zhì)量產(chǎn)品節(jié)點間的運輸費用和產(chǎn)品的運輸質(zhì)量，因此成本為

(4)

③儲存成本。產(chǎn)品的儲存成本包括兩個部分，一個是倉庫的固定運營成本，即不管產(chǎn)品是否存儲，倉庫也要支付的費用，另一個就是隨產(chǎn)品儲存活動發(fā)生而產(chǎn)生的可變成本，該成本由儲存產(chǎn)品的多少來決定。其中，產(chǎn)品的固定儲存成本可表示為

(5)

(6)

根據(jù)鮑姆爾-沃爾夫方法，θ與物流節(jié)點的規(guī)模有關(guān)，取值范圍為θ∈(0,1)，一般情況下取值θ=0.5。

④損耗成本。受各個物流環(huán)節(jié)時間和溫度等因素的影響，冷藏或冷凍食品到達消費者手中時最終品質(zhì)會產(chǎn)生變化。為分析產(chǎn)品的損耗成本，這里我們引進生鮮產(chǎn)品損耗函數(shù)[13]：

(7)

其中,H0為產(chǎn)品初始質(zhì)量，H(t)為產(chǎn)品經(jīng)過t時間后剩余質(zhì)量，?指在一定的溫度下生鮮產(chǎn)品的損耗系數(shù)，我們?nèi)≈禐?.05。這里我們根據(jù)研究對象和模型對公式進行完善：令產(chǎn)品的初始質(zhì)量為從第一級節(jié)點運出的量，則產(chǎn)品損失的量為

(8)

根據(jù)公式(8)可知產(chǎn)品損失的費用為

(9)

最終該模型為

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

上式中，式(10)表示的是目標(biāo)函數(shù)，要求目標(biāo)達到總成本最低；式(11)表示被選中的物流節(jié)點數(shù)量不能超過該級擬規(guī)劃建設(shè)的物流節(jié)點數(shù)量；式(12)表示除第一級物流節(jié)點外，各級物流節(jié)點的貨物量由下一級物流節(jié)點運送的量決定；式(13)表示每個物流節(jié)點只能向一個上級節(jié)點發(fā)貨；式(14)表示被選中的物流節(jié)點才可以發(fā)貨且必須發(fā)貨；式(15)表示物流節(jié)點建設(shè)后必須接收貨物；式(16)表示下級物流節(jié)點向上級節(jié)點運輸?shù)呢浳锪坎坏贸^該上級節(jié)點的每年貨物最大儲存能力；式(17)表示從第二級物流節(jié)點開始每一級物流節(jié)點的總收貨量等于該級物流節(jié)點需要運輸?shù)呢浳锪?；?18)表示第一級物流節(jié)點需要運輸?shù)呢浳锪看笥?。

4 算法設(shè)計

4.1 染色體編碼方案

圖2 染色體編碼圖

4.2 初始群體確定

初始種群在完成染色體編碼以后通過設(shè)定種群規(guī)模參數(shù)SIZEPOP隨機產(chǎn)生，并根據(jù)該問題存在的容量上限對各節(jié)點間的運輸量進行約束產(chǎn)生可行解。

4.3 適應(yīng)度函數(shù)設(shè)計

傳統(tǒng)遺傳算法中，適應(yīng)度函數(shù)值越大，算法結(jié)果越接近最優(yōu)值，因此本文定義模型目標(biāo)函數(shù)的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)。

4.4 算法流程

①初始化參數(shù)：種群規(guī)模、最大迭代次數(shù)max-k、交叉概率、變異概率等；

②通過對節(jié)點容量進行判斷，構(gòu)造初始種群，并初始化迭代次數(shù)k=0，根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計算初始種群的適應(yīng)度值；

③根據(jù)輪盤賭法從初始種群中選出部分個體(子代1)進行交叉變異操作；

④從子代1中隨機選取兩個個體，設(shè)定交叉片段長度N。隨機選取交叉位置，對兩個個體進行片段交叉。然后通過映射原則對交叉后的兩個個體進行修復(fù)，確保染色體信息正確。最后對修復(fù)后的兩個個體進行容量約束的判斷，滿足則保留個體，形成子代2，不滿足則重復(fù)此操作；

⑤對子代2中的所有個體進行變異操作，即選中一個個體，對選中的個體中的第二層和第三層染色體部分片段進行逆轉(zhuǎn)操作。對逆轉(zhuǎn)操作后的個體進行容量約束的判斷，滿足則保留，形成子代3，不滿足則重復(fù)此操作；

⑥計算子代3中所有個體的適應(yīng)度函數(shù)值，并與父代個體進行整合，形成下一次迭代的父代種群。迭代次數(shù)k=k+1；

⑦判斷迭代次數(shù)是否大于max-k，是則進行下一步，否則轉(zhuǎn)至步驟4；

⑧輸出結(jié)果。

算法流程圖如圖3所示。

圖3 算法流程圖

5 算例分析

算例中，物流節(jié)點建設(shè)層級分為三層，即N=3；其中一級物流節(jié)點按照全面覆蓋的原則，設(shè)為74個，該縣城下轄18個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)，其中街道5個，鄉(xiāng)鎮(zhèn)13個，按照經(jīng)濟、交通以及基礎(chǔ)設(shè)施等區(qū)位優(yōu)勢劃分，二級鄉(xiāng)鎮(zhèn)備選物流節(jié)點為13個，三級縣域備選物流節(jié)點5個。該多級物流節(jié)點系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃年限為5年。擬建設(shè)的節(jié)點數(shù)量Gn(n>1)在程序運行中每次迭代時隨機生成，但不超過備選節(jié)點數(shù)量，其他數(shù)據(jù)隨機生成。

根據(jù)各個地點的編號以及坐標(biāo)的確定，該縣域多級備選物流節(jié)點分布如圖4所示。

圖4 多級備選物流節(jié)點分布圖

在模型求解中，程序每次迭代1000次，并反復(fù)運行10次求解程序，運行結(jié)果如表1所示。

表1 算法運行結(jié)果統(tǒng)計表

由表1可以看出，最優(yōu)解為第十次求解的結(jié)果。觀察第十次算法收斂迭代圖(圖5)，當(dāng)?shù)螖?shù)超過600次時，成本的波動已基本趨平，因此可以認為迭代次數(shù)的設(shè)置在合理范圍內(nèi)，迭代結(jié)果具有參考意義。

圖5 算法收斂迭代圖

按照實際問題要求，我們求得的最低成本為3951535.25元，其中二級備選節(jié)點中選擇第1、3、4、5、6、8、10、12、13個節(jié)點作為建設(shè)節(jié)點，一級備選節(jié)點選擇第2、3個節(jié)點作為建設(shè)節(jié)點，與此結(jié)果對應(yīng)的各節(jié)點間的運輸對接情況如表2所示，優(yōu)化后的多級物流節(jié)點布局如圖6所示。

表2 各節(jié)點生鮮果蔬產(chǎn)品運輸對接情況

圖6 優(yōu)化后的多級物流節(jié)點布局圖

6 結(jié)論

本文根據(jù)農(nóng)村地區(qū)物流節(jié)點布局現(xiàn)狀，將多級物流節(jié)點建設(shè)運用到農(nóng)村生鮮果蔬產(chǎn)品“上行”至城市消費的過程中，發(fā)揮出了多級物流節(jié)點運輸?shù)母咝院头?wù)范圍的廣泛覆蓋性。建立了“自下而上”運輸?shù)纳r果蔬產(chǎn)品物流模型，并運用遺傳算法進行求解，對于廣大農(nóng)村地區(qū)生鮮農(nóng)產(chǎn)品“上行”物流節(jié)點布局具有一定的指導(dǎo)價值和參考意義。但是本文在建模過程中，并沒有考慮該多級物流節(jié)點體系在生鮮果蔬產(chǎn)品運輸返程過程中向農(nóng)村運輸貨物的問題。因此，如何對農(nóng)村地區(qū)生鮮果蔬電商多級物流節(jié)點雙向運輸物流運營成本與收益作出綜合評估，使該類型物流節(jié)點布局既能提高社會效益又能提高經(jīng)濟效益，是接下來的主要研究方向。