（管理科学与工程专业论文）城市物流配送系统的lrp模型及其算法研究.pdf

城精鐾流嚣送拳撬驰l r p 搂变及其篝涟研究 摘要 电子商务鳃发最，产生了信息橹递快速鞫襁流反应缓漫熟矛嚣，为了解 决这一矛盾，抽象的l r p 优化问题被引入到城市物流配送系统优化中来。以 往黠l r p 扰佬趣题鹩磺究大多是集中在革嚣标翘蘧上，丽虽大多是停留在撞 象理论的屡次，这样不符合城市物流配送系统韵特征。构建符合城市物流配 送系统特征的多目标l r p ，并研究艇求解方法，是解决城市物流配送系婉优 稼露罨翡必经之蘧。 本文研究了城市物流配送系统的特征，论述了城市物流粥送调度可出l r p 这一抽象盼优化模型羧示。经进一步浆研究，发糯城审物滚醒送系统l r p 察 质上是个多霸据滢台整数蔑巅澜繇。在稳造这个模型静算法鞠霹候，采霜 了两阶段法，把整个问题的求解分成两个阶段，对每个阶段泶用启发式搜索 算法来粲决。荛了髂决算法中道骆傣患鼗据蕊诵入闻逐，构建了数据翁存麓 和调用方法，对其中两点距离的解_ 决作了特剐的说明。文章最后构建了个 模拟的城市物流配送祭统，通过它嶷现了前面创建的模型、算法。 关键词：城市物流：黼送系统；硝阶段启发式算法；l r p 多露标混合搂数娌戈4 模型 城带携流配送系统豹l r p 模型及其算法磷巍 a b s t r a c t t h ei n c o n s i s t e n c yb e t w e e ni n f o r m a t i o nf l o wa n dl o g i s t i c sc a m ei n t ob e i n g w h i l ee - c o m m e r c eh a v i n gd e v e l o p e d i no r d e rt os l o v e dt h i sp r o b l e m ，t h ea b s t r a c t l r ph a db e e ni n t r o d u c e dt oc i t yl o g i s t i c sd i s p a t c hs y s t e m o v e rt h ep a s tf e w d e c a d e s ，s t u d i e si nl r ph a da i m e da ts i n g l eo b j e c t i v ea n d a b s t r a c tl e v e l ，w h i c h c o u l dn o tr e f l e c tc h a r a c t e ro fc i t yl o g i s t i c s b u i l d i n gam u l t i p l eo b j e c t i v e l r p w h i c hr e f l e c tc h a r a c t e ro fc i t yl o g i s t i c sa n ds l o v i n gi t u s eh e u r i s t i ca r em e a n st o s l o v ec i t yl o g i s t i c sd i s p a t c hp r o b l e m s t h ec i t yl o g i s t i c sh a db e e np u tf o r w a r di no r d e rt o a c c o u n tf o rt h et r a n s p o r t d i s p a t c hp r o b l e mi nt h ec i t yz o n e 。t h ec h a r a c t e ro f t h ec i t yl o g i s t i c si n f o r m a t i o n s y s t e mh a d b e e na n a l y z e da tt h eb e g i n n i n g o ft h i sp a p e r ，t h e n ，at r u t ht h a tt h ec i t y l o g i s t i c sd e l i v e r ys y s t e md i s p a t c hp r o b l e mc o u l db ee x p r e s s e dw i t ht h ea b s t r a c t l r pm o d e lh a db e e np o i n t e do u t 。am u l t i o b j e c t i v em i x e di n t e g e rp r o g r a m m i n g m o d e l ，w h i c h a b s t r a c t e dt h ec i t y l o g i s t i c s d e l i v e r ys y s t e ml r p ，h a d b e e n p r e s e n t e d at w o - p h a s eh e u r i s t i c h a db e e ni n t r o d u c e dt os o l v et h em o d l e t h e w h o l ep r o b l e mh a db e e ns p l i e di n t ot w op h a s e s ，a n dd i f f e r e n t h e u r i s t i cm e t h o d s h a db e e ni n t r o d u c e dt oe a c hp h a s e a m e t h o do ft h ed a t ai n p u ta n do u t p u th a sb e e n i n t r o d u c e di no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo f t h er o u t ei n f o r m a t i o ns t o r a g e 。a tt h e s a r n et i m e ，am e t h o dt oc a l c u l a t et h ed i s t a n c eo fa n yt w os p o t si nt h er a n g e o ft h e l o g i s t i c sd e l i v e r yh a d b e e np r e s e n t e d as i m u l a t e dm o d e lh a db e e nw o r k e do u ta t t h ee n do ft h i sp 8 p e r , k e y w o r d s ：c i t yl o g i s t i c s ，d e l i v e r ys y s t e m ，t w o p h a s e s h e u r i s t i ca l g o r i t h m ， l r p ，m u l t i o b j e c t i v e m i x e d i n t e g e rp r o g r a m m i n g m o d e l 城市物流配送系统的l r p 模型及熊算法研究 弓l 言 1 1 问题的提出 近年米随着城市经济的快速发展，城市问题也日益突埂。城市问题包括 缓多方甏，蘩：骧枣发震定篷阕麓、滚枣懿经济缝擒窝经济发震运嚣、簸枣 的规模大小问题、城市基础设施黼划问题、城市人口增长问题、城市的环境 保护问题、资源开发问题、居民居住空间问题、城市物流系统规划问题等等。 其中与物流寿关的问题包括城市中的交通堵塞、交通事故、运输工具尾气污 染、嗓尝污染等已经袋埯篷磋簸蠢经济茇震、影翡屠嚣正鬻生活翡太弱瑟。 新技术的迅速发展，特别是电子商务的风超云涌，为经济的快速发展提 供了契机。目前我国电子商务得到政府和民众的支持，发展势头强劲。但是， 由于它爨一套全新的技术，同时遥是一群全新盼管理理念，所以其发展过程 中必然存在一望燕瑟。在毫予鬻努“三流”( 德惑滚、穆滤、资金滚) 中， 随着网络基础设施建设的成熟、电子商务网站的蓬勃发展以及有效利用网络 资源观念的普及，信息流的发展已经比较成熟了；而随着锫大银行纷纷开展 网上业务，以及支付嘲关的建立和加密技术的成熟，网上支付已经在许多网 菇上藏为糍实；然露，我国簧统懿秘滚钵系燕嶷计翔经济鼙：凌下建立、发震 起来的，与嗣前的电子商务环境已经无法相容。所以对基于电子商务的城市 物流配送系统优化问题进行研究将具有很大的现实意义。 在城市中，基于电子商务的物流配送业务爨逐渐增加，如果还沿用以前 豹辏浚方法来缝缓繇送，会产生缀多| 、蠡蘧。这麓阏踅麴缝越寒，篷螽嚣下风 点： 服务质量的下降。电子商务的特征是交易量巨大和交易速度极快，而 传统物流既送的特点楚人工调度、反应时间长。信息流与物滚鲍矛盾会鼯致 整个毫予巍务客户藏努翡低效；凌诲客户胃浚在且十移肉竞藏一次交荔，却 要等上一个星期才能收到货物，这样的服务只熊逐渐失掉客户。 物流成本控制阐难。传统的物流配送大多是由人工调度的，在交易量 较小的情况下，可以合理地安排配邀，降低成本。一旦交易爨增加、交翁速 度燕抉，鬣送淫瘦裁念超窭入王懿捷力莲困，会导致大量鹣不舍理调浚静凄 现，物流成本无法控制。 增加城市交通的负担。物流酉己送调度的不合理，会使物流配送的行车 路线变长，导致在运警辆增加，从掰绘本已拥挤的城市交通擞重负担。 要鼹决班豹淘麓，应当捷簸帝蘩滚琵送灞度满是嚣下秘标： 准时送货。就鼹耍客户选择货物送达他们指定地点的时间，要按照每 个客户的时间要求安排物流配送。 总成本最低。 撼帝辫藏鬻遴幂端的l 船横墼嚣蕊算澹酐寇 蕊行车路径聚缀。 灸了簿决赣枣麓濂懿送豹璃鼹，袋爨孳；久是楚运赣籍线安瓣蠲怒 表示慧泼本最懿，蘩孛燕一顼怒事羲在配送巾，0 装货戆 成本，第二项怒运输成本； 目标函数( 3 ) 表示行车路径最短； 约束条件( 1 ) 表示针对每个到货士呶点仅由一辆车送货： 终束条 串 2 ) 表示每辆车装载豹焚烧不超出车辆装载麓力； 约束条件( 3 ) 保证了路线的连续憔； 约束条件( 4 ) 表示每一辆车最多只能由一个配邀中心使用； 约束条件( 5 ) 保证了德一个开放的配送中心都要肖车辆开出； 终索条传 6 ) 缳涯车辆苓会歇未开毅戆配送孛豁开塞； 约束条件( 7 ) 保证任何两个配送中心之间不会耨连； 约束条件( 8 ) 保证任何两个配送中心不会在同一个行车路线上： 约束条件( 9 ) 提供了鼷标( 1 ) 中，的数学表达式； 约夷条转( 1 0 ) 缲证行海蛰线对阗熬颓痔犍。 以上的模勰是作者参考了j p e r l l 2 4 3 1 ”】、r a j e s hs r i v a s t a v a ，w c b e n t o n 1 2 2 等学者建立的单目标( 总成本最低) l r p 的数学模烈的基础上加入了时间限 制的因素而建立起来的。 披上嚣弱窭豹鼗学摸羹溪强看墨，滚枣魏滚琵送羝统熬l r p 实嚣上是一 个多目标的混合整数规划阀题。我们依掇瞄标的重要性，设置优笼蹰子：p ) p 2 ) p 3 。 根据设置的优先因予黧新构建城市物流配送系统l r p 的数学模型为： 嚣耘函数： m i n l q ( & 一+ d l + 、十p 2 c 盎+ 胁幽+ 约束条件： m i n ( t j e t a ) ，o + d r = 0 其中j j ，2 ，一n m a x ( t j 一三嚣) ，妫一g + = 0 英孛，= j ，2 ， 挎 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) o 一一如 一 西 毋 社 c 问。m + 鲫跏 。州 d 。 城常物流配送系缆的l r p 模型及蒜箅法研究 kn + m 孙m 1 其中，= j ，2 ， k = l 扣：1 箕孛k = - i ，2 ，k ( 4 ) c 5 ) s ) + 吖a m 硒一琢= o 其中女= j ，? “懂；p 2 一2 叫m ( 7 ) i f f i t j = l k 硅w 勘l 甄一菇o 卢lk = i n 产i k = l 其中k = i ，2 ”懂 冀牮i = n + l ，n + 2 一静掰 ( 8 ) 多) x , j k z 螫0 其印i = n + 1 ，n + 2 - ，n + m ；2 | r2 ，x t 1 0 ) - l s i k 嚣年磊璺2萁串i ，j = n + i ，麓2 ，谶年麓 n + nnh 枷 锄十石螗 - 1 其中女= ，2 制 # = 帮 p = l毫v = n + t nn + mnnw 刀= 【琢一( 肠如一十鼢籼t + 渤咖) 】 j = to = n + l p if i j _ 】 强国一嚣) o箕孛f ，j = l ，二，蔼k = l ，2 - * - 懂 ( 1 ) ( 1 2 ) ( 1 3 ) f 1 4 ) 3 ，2 解决城市物流配送系统l r p 的启发式算法 城枣糖滤嚣送系统懿l r p 是v r p 窝l a 辑个强n p 蕊( 霉旗定性多颁 式难麓) 瓣越1 2 1 1 3 3 1 蕊爨会，宅是嚣法蕊簧统蘸运筹学酶奏法解决熬。铡鲡， 在一个物流系统中，谢3 个潜在的中心点，8 个分布的客户点，3 条行率路 线，如果用整数规划米解决，要涉殿的变量会选剿3 3 3 个口剐。葡以上的例子 中赘耪滚糙送系统戆规模是枣褥在疆实孛不霹驻存在嚣，隧麓援模懿增嬲， 诗算量运速堰大，形成缀合瀑烽。程实际薅决这类趣题霹，只戆采取扁发 式算法。 解决l r p 的启发戚算法目前还糕探索阶段，据作者查阅的国内外相燕赞 。蹴 躲 幺 曼 确 硝 城市钧流配送系统的l r p 模型及其算法研究 鹋来看，黠毛装碧戆舅法磷袋多是嶷孛露孽嚣搽 鞘l s 经鬻零盎穰琵蔫靛墩瓣避骥 f i g 1 8 p r o g r a mo f c a l c u l a t i n gd i s t a n c eo f a r b i t r a r yt w os p o t 谣壤鬟 制劐 c l o s e d 袭 一幕象著善莩 城市物流配送系统的l r p 模型及其算法研究 上图中的p o i n t 表结构如表4 表4 ：两点距离求解过程p o in t 表 t a b l e4 p o i n tt a b l eo fc a l c u l a t i n gd i s t a n c eo f a r b i t r a r yt w os p o t 指针端点编号扩展来源 l e n g 值 3 0 5 3 2 5 01 2 5 o 其中第一项是始点，以后的各项都是路段的端点，在这里我们设定第一 项的编号为0 ，其余各点的编号来源于各个端点的编号。指针列所有各行只 有一行有值“一”，其余各行均为空。 c l o s e d 表的结构如下表 表5 ：两点距离求解过程c i o s e d 表 t a b l e5 c l o s e dt a b l eo f c a l c u l a t i n gd i s t a n c eo f a r b i t r a r yt w os p o t 10 li i l l 该表中存的是p o i n t 表中扩展过的点。 图1 8 中的扩展过程是这样定义的，把与要扩展的点有直接路段连接的 路段端点列出来，把这些点与c l o s e d 表中各项比较，如果c l o s e d 表中有相 同的点，则此扩展点弃用；如果c l o s e d 表中没有此点，就把它放在p o i n t 表 的顶端。p o i n t 表中该项的扩展来源列存入扩展点，l e n 值等于对应的扩展点 的l e n 值加上两点之间路段的长度。 3 4 城市物流配送系统的l r p 模型及菇算法研究 4 模拟实例 为了展示本文提出的城市物流配送系统调度l r p 程序的辣法如何用于系 统中，我们模投一个城露豹滤配邀系统。在这个系绞中，我们蓥走建立运个 系统的酝送区域建圈，在图中标国配送中心的缀蓬，两露愁建理位置信惫存 入数据库相应的表中。然后我们构划车辆的情况，比如每辆车从属于哪个配 送中心、每辆车的限制装载量等。在这些假设究成后，就要规划这个系统的 解决方法。解决方法建立完毕，就骚依据建立懿流程来动手缀嚣l 接心代鹳。 4 1 模拟城市物流配送系统的基本假设 我们构划这个模拟城市物流配送系统的主羧目的是实现本文中提出的算 法漉程，隧时怼整个城赘梅濂配送系统鲍解决方嶷进行薅要瓣展示。 孰以上的建立系统豹嚣的来蕾，我稍豹系统应当本着鬻篷全面、内容篙 单的原则来构建。覆蘸全面指的是构建的系统嚣符合l r p 的特征，这样才能 实现本文建立的算法流程：内容简单的意思是指本文的主旨不是系统集成， 丽是l r p 的模型、算法磅究，赝以没毒必要设诗复杂的系统来考察系统的方 方蓄面，这样就减少了对l r p 算法鹃关注，蔼黉捷系统尽豢简革，懿集中精 力于重点问题。 对于配送范围的规划，采用图1 4 的例子，加上配送中心的位置，如图1 9 。 盈1 9 模拟城市物漉配送藏嗣盈 f i g 1 9 r a n g eo f t h e s i m u l a t e dc i t yi o g i s t c ss y s t e m 城市物流配送系统的l r p 模型及其算法研究 在这个范围内有两个配送中心i ( “a 路7 号”) 和i i ( “d 路1 2 号”) 。 我们假设这个范围内的每一点上都可能成为客户点，这与实际的情况是相符 的。 图2 0 道路虚拟分段圈 t a b l e 2 0 s p l i tm e t h o do f r o u t e s 图2 0 显示了道路虚拟分段后的情况。 下面就要对图中的地理情况进行进一步的表达，即设定系统范围内的实 际地理称谓与虚拟地址编号的对应。我们依据图2 0 的分段方法建立了这个 系统这种对应如下表所示： 塑要塑塑里堂垂魑塑! 些蔓型垦基整堕里塞 袭s ：a 路实际地壤称谭稻斑皴编每躯对应美系 t a m e 6 ，m a p p i n g o f t h ea c t u a | s p o ta n dt h es e r i a l 1 u m b e ro f r o u t e a 实际地瑷称谓 虚拟编号 a 路1 号0 l o a 路2 母0 l 一1 4 0 a 路3 号0 1 7 7 0 a 路4 号0 1 1 0 0 0 a 路5 号0 l 1 3 4 0 a 路6 号0 1 1 6 7 0 a 路7 号0 1 2 0 7 0 a 路8 母0 1 - 2 9 9 0 a 路9 碍0 1 3 0 7 0 a 路1 0 号0 i - 4 ：1 4 0 a 路1 1 号0 1 - 4 8 7 0 a 舞1 2 母0 1 5 3 1 0 a 路1 3 号0 1 6 0 0 0 a 路1 4 号0 2 0 a 路l s 母0 2 1 0 0 a 路1 6 号0 2 3 8 0 a 路1 7 母0 2 - 6 7 0 a 路1 8 号0 2 - 7 9 0 a 路1 9 母0 2 1 0 2 0 a 路2 0 号0 2 1 3 4 0 a 路2 l 号0 2 - 1 5 0 0 a 路2 2 号0 3 - 0 a 路2 3 号0 3 5 7 0 a 路2 4 母0 3 - 1 0 5 0 a 黪2 s 号0 3 - 1 3 6 0 a 路2 6 号0 3 1 5 7 0 a 路2 7 号0 3 - 1 8 0 0 城市物流配送系统的l r p 模型及藏算法研究 亵7 。b 路实际地理称谓和虚拟编母的对应关系 t a b l e 。7 ，m a p p i n go f * h e 妇崩s p o ta n d 盘es e f i a ! n u m b e ro f r o u t en |实际撼褒称镶纛攘编号 l 1b 路1 母 l o 一1 0 ib 路2 号 1 0 一2 9 0 蠢爨3 号1 0 - 5 9 0 b 路4 号1 0 8 9 0 b 路5 母1 0 1 2 3 0 lb 蹙6 弩 1 0 一】琵0 b 路? 号1 0 2 0 0 0 b 路8 号1 0 - 2 2 9 0 b 黪9 号 1 0 2 6 0 0 8 路1 0 号 l l 一8 0 b 路1 1 号 1 1 3 8 0 11 3 路1 2 号 t 1 - 6 9 0 2 8 鼹1 3 警1 1 - 1 0 b 路1 4 号 1 2 - 0 b 路1 5 号1 2 - 4 5 0 lb 臻l 号 1 2 - 8 2 0 lb 路1 7 号 1 2 一i 2 5 0 lb 路1 8 号 1 2 - 1 6 6 0 l暑黯掬号 1 2 - 1 8 8 0 l8 路2 0 号 1 2 - 2 1 0 0 城市物流配送系统的l r p 模型及其算法研究 表8 ：c 路实际地理称谓和虚拟编号的对应关系 t a b l e 8 m a p p i n go f t h ea c t u a ls p o ta n dt h es e r i a ln u m b e ro fr o u t ec 实际地理称谓虚拟编号 c 路1 号0 4 - 8 0 c 路2 号0 4 3 6 0 c 路3 号0 4 - 6 6 0 c 路4 号0 4 8 9 0 c 路5 号0 4 - 1 2 0 0 c 路6 号0 4 - 1 5 6 0 c 路7 号0 4 1 8 9 0 c 路8 号0 4 - 2 3 0 0 c 路9 号 0 5 0 c 路l o 号 0 5 2 0 0 c 路1 1 号 0 5 5 9 0 c 路1 2 号0 5 8 8 0 c 路1 3 号0 5 - 1 1 4 0 c 路1 4 号 0 5 - 1 6 8 0 c 路1 5 号 0 5 1 8 0 c 路1 6 号 0 6 2 0 c 路1 7 号0 6 4 5 0 c 路1 8 号 0 6 - 7 7 0 c 路1 9 号 0 6 9 8 0 c 路2 0 号0 6 1 2 8 0 c 路2 l 号0 6 - 1 4 5 0 c 路2 2 号 0 6 - 1 7 6 0 c 路2 3 号0 6 2 0 0 0 3 9 塑史塑堕墼耋墨堡墼! 堕堡型墨基篓婆塑塞 衮9 ：d 路实际地理称谓和虚拟编号的对应关系 t n b i c 9 。m a p p i n g o r t h e a c t u a ls p o t a n d t h es e r i a l n u m b e r o f r o u t e d 。 实际逸璞稼谓纛羧编号 d 路1 蟹0 7 2 0 d 路2 号0 7 - 3 8 0 d 路3 号0 7 - 7 9 0 d 路4 母0 7 1 2 0 0 d 路5 粤0 7 - 1 9 0 0 d 路6 母0 8 - 0 d 路7 母0 8 3 8 0 d 路8 母0 8 - 7 8 0 引珞9 号0 8 一1 2 6 0 d 路1 0 号0 8 1 8 8 0 d 路1 1 母0 8 - 1 8 8 0 d 路1 2 号0 8 2 0 0 0 l d 路1 3 萼0 8 专2 0 0 f d 路1 4 母0 9 2 1 0 d 路1 9 母0 9 - 7 8 0 d 路1 6 母霉一1 2 0 0 表1 0 ：各个路段的情况 t a b l e , t 0 s i t u a t i o no f e v n r yr o u l e 。 l 路段编号潞段长度始煮壤号终赢编号 0 16 5 0 0l l