曾莎莉

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司重慶運(yùn)輸總公司，重慶 400021）

0 引言

現(xiàn)代物流運(yùn)輸最關(guān)鍵的問題就是從始發(fā)地到終點(diǎn)之間路徑的選擇，運(yùn)輸油耗是現(xiàn)代物流運(yùn)輸?shù)闹饕杀?。在?guī)定的時間內(nèi)選擇路程最短、路況最好的道路作為現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑，以此將現(xiàn)代物流運(yùn)輸成本降到最低，這樣既能滿足客戶在運(yùn)輸時間方面的需求，還能使物流企業(yè)利益最大化。近年來，現(xiàn)代物流運(yùn)輸行業(yè)作為“第三利益源泉”，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動作用逐漸凸顯，物流行業(yè)在市場經(jīng)濟(jì)中的地位也有了明顯提高，如何選出最優(yōu)的物流運(yùn)輸路徑成為現(xiàn)代物流行業(yè)所面臨的重要難題。在最快時間選出現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑，對降低現(xiàn)代物流運(yùn)輸成本、節(jié)省現(xiàn)代物流運(yùn)輸時間、提高現(xiàn)代物流運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量具有重要作用?，F(xiàn)代物流企業(yè)目前所采用的最優(yōu)路徑規(guī)劃方法在實(shí)際應(yīng)用中物流運(yùn)輸時間比較長，尤其是對于井場貨物運(yùn)輸，運(yùn)輸路程比較長，經(jīng)過的運(yùn)輸點(diǎn)比較多，現(xiàn)有的路徑規(guī)劃方法所規(guī)劃的路徑耗時較長，無法滿足井場貨物運(yùn)輸時間需求。為此，本文提出基于改進(jìn)蟻群算法的現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃方法。

1 基于改進(jìn)蟻群算法的現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃方法設(shè)計

1.1 確定現(xiàn)代物流運(yùn)輸路徑?jīng)_突分流點(diǎn)

井場貨物運(yùn)輸過程中從起發(fā)地點(diǎn)到目的地點(diǎn)中間存在多個運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃問題就是對物流節(jié)點(diǎn)合理選擇的問題，物流節(jié)點(diǎn)的物理屬性需要符合實(shí)際情況，也就是井場貨物運(yùn)輸路徑中所有的路徑節(jié)點(diǎn)不能出現(xiàn)沖突。以有向圖規(guī)劃理論作為理論基礎(chǔ)，對井場貨物運(yùn)輸路徑中的物理沖突分流點(diǎn)進(jìn)行確定。按照物流運(yùn)輸路徑交叉口到井場貨物運(yùn)輸起點(diǎn)的距離將物流運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，并建立井場貨物運(yùn)輸有向圖，在建立的有向圖中選取井場物流運(yùn)輸起點(diǎn)到終點(diǎn)的中間節(jié)點(diǎn)作為核心節(jié)點(diǎn)，用節(jié)點(diǎn)

G

表示，其代表井場貨物運(yùn)輸最優(yōu)路徑的中央位置。然后，在節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置物流方向，以此突出井場貨物運(yùn)輸路徑的單向性特征。將每個道路節(jié)點(diǎn)的真實(shí)屬性在有向圖中標(biāo)記，包括道路交叉口坐標(biāo)、交通方向等。最后，在有向圖中井場貨物運(yùn)輸路徑長度需要與各個起始節(jié)點(diǎn)距離長度呈對應(yīng)關(guān)系。在建立的井場貨物運(yùn)輸?shù)挠邢驁D中確定井場貨物運(yùn)輸路徑的沖突點(diǎn)，并將各個沖突點(diǎn)用節(jié)點(diǎn)

H

表示，在規(guī)劃井場貨物運(yùn)輸最優(yōu)路徑時不考慮沖突點(diǎn)作為最優(yōu)路徑節(jié)點(diǎn)，以此確保規(guī)劃的井場貨物運(yùn)輸最優(yōu)路徑中點(diǎn)位均衡，并且沒有路徑節(jié)點(diǎn)沖突。

1.2 現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑問題描述

井場貨物運(yùn)輸路徑規(guī)劃不僅要考慮到路徑交叉路口物理屬性，還要考慮到井場貨物運(yùn)輸?shù)缆烽L度、運(yùn)輸時間、運(yùn)輸路徑路況等運(yùn)輸邏輯屬性。兩個相鄰的路徑節(jié)點(diǎn)連接形成有向圖節(jié)點(diǎn)路線，將相鄰路徑節(jié)點(diǎn)的距離、道路交通情況、道路運(yùn)輸時間等節(jié)點(diǎn)屬性值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以此確定井場貨物運(yùn)輸路線權(quán)值，按照權(quán)值大小將相鄰節(jié)點(diǎn)連接路線進(jìn)行排序，以此將上文建立的井場貨物運(yùn)輸有向圖轉(zhuǎn)化為帶權(quán)有向圖，其用公式（1）表示：

式（1）中，

A

表示井場貨物運(yùn)輸路徑帶權(quán)有向圖，

W

表示井場貨物運(yùn)輸路徑中所包含的路徑節(jié)點(diǎn)集合，[

B

]表示井場貨物運(yùn)輸路徑中所包含的連接兩個路徑節(jié)點(diǎn)的邊的集合。假設(shè)井場貨物運(yùn)輸路徑中所包含的路徑節(jié)點(diǎn)集合中的起始節(jié)點(diǎn)為

q

，井場貨物運(yùn)輸路徑中所包含的路徑節(jié)點(diǎn)集合中的終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)為

p

，則現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃問題可以描述為在貨物運(yùn)輸路徑帶權(quán)有向圖

A

中，選擇出從起始節(jié)點(diǎn)

q

到終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)

p

的一條權(quán)值最小的路徑，且該路徑中不包含沖突點(diǎn)

H

。

1.3 基于改進(jìn)蟻群算法的現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃

井場貨物運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃的問題與蟻群覓食行為相似，因此現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃中常采用蟻群算法，通過蟻群之間信息傳遞來規(guī)劃現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑。但是，蟻群算法所規(guī)劃的路徑在實(shí)際應(yīng)用中常出現(xiàn)道路不通暢的情況，此次對蟻群算法進(jìn)行改進(jìn)，利用改進(jìn)蟻群算法規(guī)劃現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑。

將井場貨物運(yùn)輸起點(diǎn)

q

作為蟻群尋找食物起點(diǎn)，即螞蟻巢穴，將井場貨物運(yùn)輸終點(diǎn)

p

作為螞蟻所尋找食物地點(diǎn)，蟻群在尋找事物過程中根據(jù)自身條件和外部條件的變化隨時更換路線，假設(shè)螞蟻共有

n

只，每只螞蟻尋找食物的路徑用公式（2）表示：

式（2）中，

h

表示螞蟻尋找食物路徑，

n

表示螞蟻的數(shù)量，

s

表示螞蟻從螞蟻巢穴到節(jié)點(diǎn)

i

之間的距離，

s

表示螞蟻從節(jié)點(diǎn)

i

到食物之間的距離。利用公式（2）表示螞蟻尋找食物的路徑。將運(yùn)輸時間、運(yùn)輸成本及路暢程度作為約束條件，從眾多螞蟻覓食路徑中選取運(yùn)輸時間最短、成本最低、路暢最好的路徑作為最優(yōu)路徑，其中運(yùn)輸時間約束條件用公式（3）表示：

式（3）中，

t

(

j

)表示螞蟻覓食時間因子，

t

表示螞蟻覓食路徑所需時間，

t

表示螞蟻覓食過程中允許的最長時間上限。該約束條件中，螞蟻覓食路徑所需時間

t

不能超過螞蟻覓食過程中允許的最長時間上限

t

。運(yùn)輸成本約束條件用公式（4）表示：

式（4）中，

l

(

j

)表示螞蟻覓食所消耗體力因子，即經(jīng)常貨物運(yùn)輸成本因子；

f

表示螞蟻覓食路徑所需要消耗的體能，即井場貨物運(yùn)輸所需要的運(yùn)輸成本；

f

表示螞蟻覓食過程中允許的最大消耗體能，即井場貨物運(yùn)輸最大預(yù)估運(yùn)輸成本。該約束條件中，螞蟻覓食路徑所需要消耗的體能不能超過螞蟻覓食過程中允許的最大消耗體能。路暢約束條件用公式（5）表示：

式（5）中，

r

(

j

)表示螞蟻覓食路徑路暢因子；

r

表示螞蟻覓食路徑實(shí)際路暢程度，即井場貨物運(yùn)輸實(shí)際路暢程度；

r

表示螞蟻覓食過程中路暢最低容忍度，即井場貨物運(yùn)輸所能允許的最差路暢程度。按照以上3 個約束條件對每個螞蟻覓食路徑進(jìn)行約束，選擇出符合上述3 個約束條件的路徑，在符合條件的路徑中對每個路徑的時間、成本、路暢3 個指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行確定，然后按照權(quán)重從大到小的順序?qū)β窂竭M(jìn)行排序，以權(quán)重最大的路徑作為螞蟻覓食最優(yōu)路徑，以此結(jié)束改進(jìn)蟻群算法運(yùn)算。將計算到的路徑在上文建立的井場貨物運(yùn)輸有向圖中進(jìn)行標(biāo)識，作為井場貨物運(yùn)輸最優(yōu)路徑，以此完成基于改進(jìn)蟻群算法的現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃。

2 實(shí)驗論證分析

實(shí)驗以某井場貨物作為實(shí)驗對象，將井場貨物從井場分別運(yùn)輸?shù)紸、B、C、D、E、F、G、H 8 個地點(diǎn)，利用此次設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法對該井場貨物運(yùn)輸最優(yōu)路徑進(jìn)行規(guī)劃。建立了8 個井場貨物運(yùn)輸有向圖，節(jié)點(diǎn)數(shù)量分別為11 個、14 個、16 個、15 個、18 個、19個、18 個、21 個，沖突節(jié)點(diǎn)數(shù)量分別為3 個、2 個、6個、4 個、3 個、1 個、2 個、4 個，利用公式（2）對每個井場貨物運(yùn)輸路徑進(jìn)行確定，再利用約束條件對路徑進(jìn)行約束，根據(jù)實(shí)際情況確定每個路徑的權(quán)值，最終選擇了最優(yōu)路徑，具體情況如表1 所示。

表1 井場貨物運(yùn)輸最優(yōu)路徑

按照規(guī)劃的物流運(yùn)輸路徑對井場貨物進(jìn)行運(yùn)輸，對兩種方法規(guī)劃路徑的實(shí)際運(yùn)輸時間進(jìn)行記錄，將其作為實(shí)驗數(shù)據(jù)，對兩種方法的可靠性和有效性進(jìn)行評價，實(shí)驗結(jié)果如表2 所示。

表2 兩種方法應(yīng)用下物流運(yùn)輸時間對比

從表2 的數(shù)據(jù)中可以看出，車輛按照此次設(shè)計方法規(guī)劃的物流運(yùn)輸路徑所花費(fèi)的運(yùn)輸時間比較短，可以在規(guī)定時間內(nèi)將貨物運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)，最快的貨物運(yùn)輸時間提前了43 min；車輛按照傳統(tǒng)方法規(guī)劃的物流運(yùn)輸路徑所花費(fèi)的運(yùn)輸時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于設(shè)計方法，并且沒有在規(guī)定時間內(nèi)將貨物運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)，超時的最長時間為117 min。這是因為本文提出的基于改進(jìn)蟻群算法的現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃方法在考慮到路徑問題的同時還考慮了物流運(yùn)輸路況問題，因此實(shí)驗證明了此次設(shè)計方法能夠準(zhǔn)確規(guī)劃出現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑，相較于傳統(tǒng)方法，基于改進(jìn)蟻群算法的現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃方法的可靠性和有效性更好。

3 結(jié)語

此次利用改進(jìn)蟻群算法設(shè)計了一種新的現(xiàn)代物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑規(guī)劃方法，對井場運(yùn)輸時間、成本及路況進(jìn)行約束，尋找出路徑最短、路況最好、成本最低的路徑作為物流運(yùn)輸最優(yōu)路徑，有助于降低現(xiàn)代物流運(yùn)輸成本，縮短井場貨物運(yùn)輸時間，實(shí)現(xiàn)在規(guī)定時間內(nèi)將貨物運(yùn)輸?shù)揭?guī)定地點(diǎn)。由于個人水平有限，本文提出的規(guī)劃方法尚未在現(xiàn)代物流運(yùn)輸路徑規(guī)劃中進(jìn)行大量實(shí)踐應(yīng)用，對于改進(jìn)的蟻群算法可能存在不足之處，今后仍會在該方面進(jìn)行深入研究，為現(xiàn)代物流運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展提供可靠的理論支撐。