張曉楠，陳興慧，趙一霖，趙佳歆

（陜西科技大學(xué)機電工程學(xué)院，陜西 西安 710021）

1 引言

“電商扶貧”，作為精準扶貧的新模式，是指運用現(xiàn)代信息技術(shù)服務(wù)于“三農(nóng)”，實現(xiàn)“工業(yè)品下鄉(xiāng)，農(nóng)產(chǎn)品進城，跨境貿(mào)易”，從而助力農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，達到精準扶貧的目的。農(nóng)村物流服務(wù)體系是農(nóng)村電子商務(wù)發(fā)展的基礎(chǔ)，要建立“電商扶貧”的長效機制，提高農(nóng)村電子商務(wù)的自發(fā)展能力，就必須把農(nóng)村物流體系建設(shè)作為一個戰(zhàn)略目標來實施。然而，現(xiàn)有農(nóng)村“縣-鎮(zhèn)-村”三級物流體系建設(shè)大多止步于發(fā)達縣鎮(zhèn)，如何借力已趨于成熟的城市物流網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化農(nóng)村物流配送網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)農(nóng)村三級物流網(wǎng)絡(luò)與城市物流體系的聯(lián)動，是關(guān)鍵。

目前，關(guān)于物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布局的相關(guān)研究大多為城市物流和制造業(yè)服務(wù)［1-2］，關(guān)于農(nóng)村三級物流網(wǎng)絡(luò)布局的定量研究幾乎沒有。（1）在農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)布局方面，國外大多不分農(nóng)村或是城市的物流網(wǎng)絡(luò)布局，如文獻［3］，在我國，農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展受資源、環(huán)境和道路條件等的制約，需要考慮的影響因素很多，如文獻［4］以物流總費用最小化為目標函數(shù)，建立基于現(xiàn)實公路通達性，建立縣域農(nóng)村物流配送中心選址優(yōu)化模型，改進K-means 聚類算法求解；文獻［5］采用AHP 模糊評價法對阜新市農(nóng)產(chǎn)品配送中心選址；文獻［6］利用改進TOPSIS模型對農(nóng)村物流服務(wù)站點選址進行評價；文獻［7］采用連續(xù)離散混合模型對農(nóng)村雙向物流中心選址問題研究。（2）在農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)布局方面，文獻［8］考慮農(nóng)產(chǎn)品的易腐敗特征，建立農(nóng)產(chǎn)品配送中心選址問題模型，提出了嵌入改進表上作業(yè)法的混合遺傳算法；文獻［9］建立易腐物品配送中心的連續(xù)選址模型，給出了嵌入ALA（Alert Location-Allocation Method）的混合遺傳算法。分析可知：農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)布局研究，大多研究單級配送中心布局，深入到農(nóng)村縣-鎮(zhèn)-村的三級網(wǎng)絡(luò)布局的較少。

基于以上，這里嘗試將農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)與已經(jīng)較為成熟的城市配送網(wǎng)絡(luò)對接，考慮農(nóng)產(chǎn)品運輸過程中的易腐性，建立“城市倉儲節(jié)點-農(nóng)村縣級配送中心-村鎮(zhèn)需求點”三級網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化模型；其次，針對問題特性，設(shè)計遺傳算法求解；最后，以脫貧攻堅的主戰(zhàn)場之一的陜西省（有國家級貧困縣56個）為例，基于陜西省各市縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)與各項指標、陜西省物流網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的建設(shè)情況，論證得出了可直接借力的現(xiàn)有配送中心，以及需要新增的配送中心，最終借力成熟的城市配送網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化電商扶貧下農(nóng)村三級物流網(wǎng)絡(luò)。研究成果可為農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)整體布局提供指導(dǎo)，實現(xiàn)農(nóng)村電子商務(wù)的自流通能力，實現(xiàn)城市+農(nóng)村物流聯(lián)動。

2 “倉儲節(jié)點-農(nóng)村縣級配送中心-村鎮(zhèn)需求點”三級網(wǎng)絡(luò)布局模型的建立

2.1 問題描述

目前，城市物流配送網(wǎng)絡(luò)相對比較發(fā)達，如何與城市配送網(wǎng)絡(luò)對接構(gòu)建農(nóng)村三級配送網(wǎng)絡(luò)是這里的初衷，基于此，這里考慮已經(jīng)存在建成的城市一級配送中心和末端村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點，研究如何選擇縣級配送中心來實現(xiàn)末端村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點和城市一級配送中心的聯(lián)動，使得物流總成本最低。問題示意圖，如圖1所示。

圖1 農(nóng)村三級物流網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Rural Three-Level Logistics Network

要求每個縣級配送中心只能由一個倉儲節(jié)點負責配送，每個村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點只能由一個縣級配送中心負責配送，確定好縣級配送中心的位置、個數(shù)、及其覆蓋的村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點后，進行科學(xué)合理的優(yōu)化縣級配送中心，并使得總成本最低。由于農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)主要運輸產(chǎn)品為農(nóng)產(chǎn)品，考慮農(nóng)產(chǎn)品的易腐性，將運輸過程中的成本損耗加入至目標函數(shù)中。在滿足一定的約束條件之下，這里需要解決的問題有：（1）縣級配送中心的選址決策，即確定需要設(shè)立或減少的縣級配送中心的數(shù)量以及其對應(yīng)的位置；（2）確定倉儲節(jié)點、縣級配送中心、村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點的服務(wù)關(guān)系。

2.2 “倉儲節(jié)點-縣-鎮(zhèn)”三級網(wǎng)絡(luò)布局模型

2.2.1 參數(shù)變量

I—倉儲節(jié)點數(shù)量；

J—縣級配送中心數(shù)量；

K—鎮(zhèn)快遞服務(wù)點數(shù)量；

Cj—第j個縣級配送中心的建設(shè)成本；

fj—第j個縣級配送中心是否會被選中（Fj=1表示該縣級配送中心被選中）；

a1—農(nóng)產(chǎn)品從倉儲節(jié)點到縣級配送中心的運輸單價；

a2—農(nóng)產(chǎn)品從縣級配送中心到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點的運輸單價；

L1ij—倉儲節(jié)點i到縣級配送中心j的距離；

W1ij—倉儲節(jié)點i到縣級配送中心j的運量；

x1ij—倉儲節(jié)點i是否給縣級配送中心j配送（X1ij=1表示第j個縣級配送中心由第i個倉儲節(jié)點配送）；

θ—農(nóng)產(chǎn)品在運輸過程中單位距離的腐蝕率；

Dj—第j個縣級配送中心的需求量；

L2jk—縣級配送中心j到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點k的距離；

W2jk—縣級配送中心j到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點k的運量；

x2jk—縣級配送中心j是否給鎮(zhèn)快遞服務(wù)點k配送（X2jk=1表示第k個鎮(zhèn)快遞服務(wù)點由第j個縣級配送中心配送）；

Dk—第k個鎮(zhèn)快遞服務(wù)點的需求量；

tij—倉儲節(jié)點到縣級配送中心的運輸時間；

V—運輸車輛的車速；

α—顧客在村鎮(zhèn)快遞點放棄租車而選擇物流配送的比例；

2.2.2 目標函數(shù)的確定

以農(nóng)產(chǎn)品在運輸過程中的損耗成本反應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品的易腐性，S(θ)表示農(nóng)產(chǎn)品從倉儲節(jié)點到縣級配送中心的消耗，此函數(shù)有兩個變量，即運輸距離和時間。建立函數(shù)為S(θ)=其中L表示運輸距離，t表示運輸時間。農(nóng)產(chǎn)品的損耗和運輸距離成正比例關(guān)系，時間和農(nóng)產(chǎn)品的損耗程度呈指數(shù)倍數(shù)關(guān)系。

模型的目標函數(shù)是使得總成本最小，目標函數(shù)的成本包括縣級配送中心的固定建設(shè)成本，倉儲節(jié)點到縣級配送中心的運輸成本，縣級配送中心到村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點的運輸成本，以及運輸途中的損耗成本。

（1）縣級配送中心的固定建設(shè)成本：

（2）倉儲節(jié)點到縣級配送中心的運輸成本：

（3）倉儲節(jié)點到縣級配送中心的損耗成本：

（4）縣級配送中心到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點的運輸成本：

（5）縣級配送中心到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點的損耗成本：

2.2.3 模型的建立

式(6)表示目標函數(shù)，式（7）表示每個縣級配送中心只能由一個倉儲節(jié)點負責配送，式（8）表示每個鎮(zhèn)快遞服務(wù)點只能由一個縣級配送中心負責配送，式（9）表示倉儲節(jié)點到縣級配送中心的運輸量等于縣級配送中心的需求量，式（10）表示縣級配送中心到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點的運輸量等于鎮(zhèn)快遞服務(wù)點客戶選擇的配送量，式（11）表示只有選中的縣級配送中心才能服務(wù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)快遞服務(wù)點。

3 遺傳算法設(shè)計

（1）染色體編碼：這里采用實數(shù)編碼模式，形成(n+m)× 3的矩陣，第一列是每個村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點的優(yōu)先級，第二列和第三列是對應(yīng)的縣級配送中心編碼和倉儲服務(wù)節(jié)點編碼。

（2）約束處理：若出現(xiàn)不合格染色體，則采用懲罰值修正不合格染色體。

（3）適應(yīng)度函數(shù)標定：以總成本最小為目標，適應(yīng)度函數(shù)取倒數(shù)。

（4）選擇算子：采用輪盤賭選擇。

（5）交叉算子：采用兩點交叉。

（6）變異算子：隨機選擇基因串中的兩個點，交換這兩點的值，從得到一個新的個體。

（7）終止循環(huán)條件：這里采用的終止循環(huán)條件是達到預(yù)先設(shè)定的迭代次數(shù)。

4 實例求解與分析

4.1 實例背景

選取脫貧攻堅的主戰(zhàn)場之一的陜西?。ㄓ袊壹壺毨Эh56個）為實例進行測試。據(jù)調(diào)研，陜西省現(xiàn)有物流網(wǎng)絡(luò)存在21個城市一級倉儲中心、109個縣級配送中心以及若干個村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點，相關(guān)數(shù)據(jù)，如表1～表3所示。由于村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點數(shù)量過于龐大，文中將其設(shè)為陜西省各鎮(zhèn)坐標位置。全省73 個縣共計1123個鎮(zhèn)，對應(yīng)1123個村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點，需求量通過總?cè)丝?、生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)總值、人均生產(chǎn)總值及農(nóng)林畜牡業(yè)總產(chǎn)值等各項統(tǒng)計指標預(yù)測得來。因需求預(yù)測不是這里重點，此處不做展示。限于篇幅，表2、表3僅展示部分數(shù)據(jù)。整體布局圖，如圖2所示。圖中一種色三角形表示一級倉儲節(jié)點，一種色星形表示二級倉儲節(jié)點，另一種色圓點表示村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點，分布形似陜西省地圖。模型中涉及的其他相關(guān)數(shù)據(jù)，如表4所示。

表1 陜西省21個城市一級配送中心位置Tab.1 21 Urban Distribution Centers（First-Level）

表2 陜西省109個縣級配送中心位置（部分數(shù)據(jù)）Tab.2 109 County Distribution Centers（Second-Level）

表3 陜西省1123個鎮(zhèn)村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點（部分數(shù)據(jù)）Tab.3 1123 Town Distribution Centers（Third-Level）

表4 其他數(shù)據(jù)Tab.4 Other Data

圖2 現(xiàn)有“倉儲節(jié)點-縣級配送中心-村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點”物流網(wǎng)絡(luò)布局Fig.2 Current Three-Level Distribution Nodes Layout

4.2 求解結(jié)果

采用Matlab 2016a編程，操作系統(tǒng)為Windows 10，電腦內(nèi)存為8G，CPU為Intel i7-6700，主頻3.40GHz。通過反復(fù)試驗，參數(shù)設(shè)置為：交叉概率為0.85，變異概率為0.2，災(zāi)變概率為0.1，初始種群大小為500，迭代次數(shù)為5000。

通過求解，目標成本為1.04×108元，總目標函數(shù)適應(yīng)度曲線，如圖3所示?？梢钥闯?，在迭代到大約為3000次的時候，總目標函數(shù)適應(yīng)度曲線趨于平穩(wěn)，說明該算法有效。

圖3 收斂曲線圖Fig.3 Convergence Curve

求解結(jié)果顯示：對現(xiàn)有的109個縣級配送中心而言，有80個配送中心被選中，而有29個配送中心未被選中，說明，在現(xiàn)有的109個配送中心中，可直接利用的配送中心有80個，不可利用的配送中心有29個。被選中/未被選中的配送中心節(jié)點，如圖4所示。紅色標記表示被選中，未標記表示未被選中，其中，詳細的未被選中的縣級配送中心，如表5所示。

表5 未被選中的縣級配送中心Tab.5 Detail Unselected County Distribution Centers Nodes

圖4 被選中/未被選中的縣級配送中心節(jié)點Fig.4 Selected/Unselected County Level Distribution Center Nodes

詳細的“倉儲節(jié)點-縣級配送中心”和“縣級配送中心-村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點”的輻射情況，如表6、表7所示。

表6 倉儲節(jié)點-縣級配送中心的輻射情況Tab.6 Service Relationship of Urban County Distribution Centers

表7 縣級配送中心-村鎮(zhèn)快遞點的輻射（部分展示）Tab.7 Service Relationship of County Town Distribution Centers

4.3 縣級配送中心未來布局

為進一步展示未來縣級配送中心的新增情況，隨機生成20個縣級配送中心備選點驗證。結(jié)果顯示，未來可在西安周至縣和鄠邑區(qū)，咸陽市彬州市，寶雞市渭濱區(qū)和麟游縣，延安市寶塔區(qū)、延長縣、黃陵縣和宜川縣，榆林市榆陽區(qū)和定邊縣，安康市旬陽縣，商洛市商南縣，渭南市臨渭區(qū)，漢中市城固縣增設(shè)縣級配送中心。具體，如表8所示。

表8 未來縣級配送中心新增方案Tab.8 Future Newly Increased County Distribution Centers

5 結(jié)論

“電商扶貧”，作為精準扶貧的新模式，要建立“電商扶貧”的長效機制，就必須把農(nóng)村物流體系建設(shè)作為一個戰(zhàn)略目標來實施。這里以陜西省為例，研究電商扶貧視角下城市+農(nóng)村三級物流聯(lián)動網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化問題。首先，考慮農(nóng)產(chǎn)品運輸過程中的易腐性，建立“倉儲節(jié)點-縣-鎮(zhèn)”三級網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化模型；其次，針對問題特性，設(shè)計遺傳算法求解模型；最后，以陜西省實際三級物流網(wǎng)絡(luò)為對象，基于陜西省各市縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)與各項指標、陜西省農(nóng)村三級物流網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的建設(shè)情況，論證了陜西省現(xiàn)有的109個縣級配送中心的有效性，給出80個可直接利用的現(xiàn)有縣級配送中心和未來縣級配送中心新增方案。研究成果可為農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)整體布局提供指導(dǎo)，實現(xiàn)農(nóng)村電子商務(wù)的自流通能力。