绿色冷链物流路径优化问题研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 绿色冷链物流路径优化问题研究 摘 要：绿色冷链物流是社会经 济发展和人们生活质量提高的重要保障。 在一般的冷链物流路径优化研究中多以 冷链产品的特点、客户满意度和企业的 各项成本建立模型，本文在此基础上综 合考虑了碳排放因素，将运输成本、碳 排放成本，时间窗惩罚成本融入到优化 模型中。在目标函数的求解过程中，通 过引入多样性变异操作，改进 QPSO 算 法，增强群体的多样性，避免算法陷入 早熟。经 Matlab 软件的编码求解，实 验结果表明改进的 QPSO 算法对绿色冷 链物流优化路径的选择与配置具有更好 的稳定性和收敛速度。 中国论文网 /3/view-12845550.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 关键词：绿色冷链物流；路径优 化；变异操作；QPSO 算法 中图分类号：TP242.6 文献标识 码：A 文章编号：1008-4428（2016） 12-26 -02 一、引言 随着人们生活模式的转变，生活 节奏逐步加快，冷链产品的销售比重迅 速增加，这为冷链物流的发展提供了有 力的契机。然而，随着冷链物流的蓬勃 发展，在运输途中产生的燃油消耗及尾 气排放所形成的环境污染问题也突显出 来，绿色物流成为现代物流可持续发展 的必然产物，是物流企业增强国际竞争 力的重要保障。研究者纷纷将碳排放问 题引入到物流运输路径优化问题中，如 王钰青等人将配送车辆的行驶路程、载 重量及 CO2 排放量综合体现在目标函 数中，通过算例证实与传统模型比较广 义 TSP 模型更具可行性和优越性。吕品 在配送中心选址和配送路径优化两个阶 段的模型中分别考虑碳排放问题，经模 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 型的配合使用，解决了物流网络优化中 的多种决策问题。Elhedhli 等人在物流 配送选址问题中引入碳排放成本，通过 凹函数表达运输车辆的碳排放与载重量 之间的关系，验证结果表明引入碳排放 因素使供应链获得更优配置。杨B 等 人建立了基于碳排放的多容量等级配送 中心选址模型，研究表明低碳排放条件 下的企业选址呈更大的集中式结构，并 分析总结了不同碳排放政策对企业物流 配送模式，运营成本及 CO2 排放量的 影响，促使企业将环境生态意识融入到 企业运营管理之中。从目前的研究来看， 在冷链物流运输路径优化问题中考虑碳 排放的文献较少，本文在冷链产品的物 流运输配送问题中，考虑运输成本、时 间惩罚成本的基础上综合考虑了碳排放 成本，并通过 QPSO 算法改进验证模型 对于解决冷链物流配送路径问题的可行 性和有效性，以满足节能减排，打造绿 色物流，发展绿色经济的社会需要。 二、问题描述 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 冷链物流是指生鲜食品在现代化 制冷技术的保障下，为确保食品品质、 减少价值损耗所进行的加工、储藏、运 输、销售等集成化、一体化的物流服务。 优化冷链产品的配送运输路径，降低运 输成本成为物流企业提高经济效益、增 强企业竞争力的关键。 车辆运输路径问题描述为在一定 的约束条件和范围内，将冷链产品通过 储运的方式实现在多个配送中心与供给 客户之间的空间位移，并使包含运输成 本，碳排放成本及时间窗惩罚成本三个 要素在内的目标函数最优化。 假设客户与配送中心的位置信息 已知，供给客户的货物需求量已知；每 位供给客户均能得到配送服务，但仅能 由一台储运车辆完成；储运车辆完成配 送服务后返回原配送中心；每台储运车 辆的载重量一定，配送线路上的总需求 量小于单车的容量。 三、数学建模 （一）碳排放成本 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 碳排放主要来源于储运途中的燃 料消耗，与配送距离及载重量密切相关， 计算公式如下： 1.单位距离的燃料消耗量 U 与承 载量 v 之间的函数关系为 U（v）=a（V0+ v）+b 2.单位距离空载的燃料消耗量表 达为 U0=aV0+b 3.单位距离满载的燃料消耗量表 达为 上述三式联立可得 其中 U 为单位距离的燃料消耗量； V 满载重量；V0 为空载重量；v 为实际 装载量。 在配送运输过程中，配送节点 i，j 之间碳排放成本为 L（vij）=l0C0U（vij）dij （1） 其中 l0 表示 CO2 的排放系数； C0 表示单位碳排放成本；vij 表示配送 节点 i，j 之间的载重量；U（vij）表示 单位距离燃料消耗量；dij 表示配送节 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 点 i，j 之间的距离。 （二）时间窗惩罚成本 基于冷链产品易腐蚀且生命周期 较短的特点，配送服务无论提前或延迟， 都会对冷链产品产生一定的影响，其中 因配送服务提前产生的机会成本损失为 f1（I1-T1） ，因配送服务延迟产生的惩 罚成本为 f2（Ti-Ji） 。 在冷链产品配送过程中产生的时 间窗惩罚成本表示为 （三）数学模型 假设某冷链物流企业有 m 个配送 中心，共计 h 辆载重量为 p 的储运车辆， 向 n 个需求量为 q 的门店提供冷链产品 的配送服务，客户编码为 1，2，3n，配送中心编码为 n+1，n+2n+m 。 综合考虑运输成本、时间窗惩罚 成本及碳排放成本的绿色冷链物流路径 规划模型如下： 1.目标函数 其中 K1 为车辆的单位运输成本， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 K2 为冷链产品的价格，Y 为客户的总 需求量， 为平均货损率。 2.约束条件 （1）储运车辆配送服务限定在 时间窗范围内 IiTiJi j1，2，n （2）一个门店仅由一辆储运车 辆提供配送服务 其中当客户 j 由第 k 辆车配送时， zjk=1，否则 zjk=0 （3）一条配送路线上客户的总 需求量不超过储运车辆的最大载重量 qj 为客户 j 的需求量，pk 表示第 k 辆车的最大承载量。 四、基于 QPSO 算法的冷链物流 运输路径优化 量子粒子群算法（QPSO）从量 子力学理论出发，建立 势阱模型，使 得受到束缚的粒子能够以一定的概率密 度分布出现在搜索空间中的任何一点从 而达到全局搜索。但 QPSO 算法在进化 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 过程中群体的多样性逐渐降低，差异性 减少，致使算法容易陷入早熟。 （一）QPSO 算法 在有 n 个粒子的 M 维目标搜索 空间中，粒子经第 t 次迭代后的位置向 量表示为 Xti， Xti=（Xti1 ， Xti2， Xtim） ，粒子个体最好位置为 Pti，Pti=（Pti1， Pti2，Ptim） ，以最 小优化问题 minF（X）为例，Pti 表示 为 一般的，参数 从 1.0 线性递减 到 0.5 的效果较好。 （二）多样性变异策略 针对 QPSO 算法在进化过程中群 体的多样性逐渐降低的特点，将多样性 变异操作与 QPSO 算法结合起来，提高 QPSO 算法的全局搜索能力。 多样性测量公式表示为： 其中 N（0，1） ，当 10dlow 时，dt 满足 dtdlow。 在多样性变异操作的参与下，随 着粒子的全局最优位置的迁移，|ptj-ptij| -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 变大的同时 ctj 获得更新，使群体的多 样性得到提高，避免陷入早熟。 （三）QPSO 算法设计 QPSO 算法实现流程如下： 步骤 1：初始参数设定：种群规 模为 N，迭代次数 T，对粒子进行编码； 步骤 2：置粒子初始位为 X0i， 个体最好位置 P0i=X0i； 步骤 3：利用公式（7）计算粒子 平均最好位置； 步骤 4：利用公式（3）计算 Xti 的适应值，利用公式（4）计算更新粒 子的当前最好位置； 步骤 5：当粒子的适应值优于 Ptg 时，则更新 Ptg； 步骤 6：利用公式（8）检测群体 的多样性，若 dtdlow，则利用公式 （9）进行变异，更新 ptg 并计算其适应 值； 步骤 7：利用公式（6）置换粒子 位置 Xt+1i； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 步骤 8：转步骤 3 继续迭代，至 迭代次数 T 结束。 五、仿真实验结果与分析 假设某冷链物流企业由 2 个配送 中心向该地区的 16 个门店提供冷链产 品的储运服务，配送中心及门店的编码 与位置信息如表 1、表 2 及表 3 所示： 使用 Matlab7.0 软件分别对 QPSO 算法及改进 QPSO 算法进行计算 机仿真实验，结果表明两种算法均具有 可行性，所得储运车辆的运输配送路线 图如下： 六、结论 在经济全球化发展的今天，消费 者不仅关心冷链产品的质量与安全，