吳雨婷，葉 勇，駱宏敏

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽 合肥 230001)

中國(guó)是農(nóng)產(chǎn)品大國(guó)，隨著社會(huì)進(jìn)步、人民生活水平提升，速凍蔬菜以其無(wú)需復(fù)雜的加工過(guò)程和不亞于新鮮蔬菜的營(yíng)養(yǎng)程度等優(yōu)勢(shì)悄然興起。速凍蔬菜是指從采摘處理到加工處理整個(gè)過(guò)程控制在4～12 h內(nèi)，并確保在30 min以內(nèi)其中心溫度從-1 ℃降到-5 ℃再降到-15 ℃以下，同時(shí)整個(gè)流通環(huán)節(jié)控制在-18 ℃以下的蔬菜。因此，如何合理的安排速凍蔬菜的配送就顯得尤為關(guān)鍵。

禁忌算法可以用來(lái)求解車輛路徑問(wèn)題，但這種算法只是對(duì)由遺傳算法得出的初始解進(jìn)行優(yōu)化；模擬退火算法具有全局搜索、收斂速度快等特點(diǎn)，也可以求解車輛路徑問(wèn)題；但當(dāng)解決帶時(shí)間窗車輛路徑問(wèn)題時(shí)應(yīng)選擇具有求解組合優(yōu)化問(wèn)題良好特性的遺傳算法[1]。蟻群算法屬于仿生算法，是最近幾年迅速發(fā)展的一類算法，具有分布式、啟發(fā)式、魯棒性等特點(diǎn)，快速高效，原理簡(jiǎn)單，相較而言不易陷入局部最優(yōu)解或過(guò)早收斂，搜索能力強(qiáng)，相對(duì)缺點(diǎn)不太突出。將蟻群算法結(jié)合時(shí)間窗建立配送優(yōu)化模型，通過(guò)對(duì)冷鏈物流配送路徑優(yōu)化的研究，構(gòu)建安全有效的冷鏈物流配送系統(tǒng)，對(duì)農(nóng)業(yè)、物流業(yè)以及民生都具有十分重要的意義[2]。

1 安徽某公司速凍蔬菜配送背景介紹

1.1 速凍蔬菜的市場(chǎng)需求

速凍蔬菜不僅可以保留其原料的各種生化形態(tài)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)解凍后的汁液中還含有無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)酸和骨膠等可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[3]。

中國(guó)報(bào)告大廳出版的2017-2022年中國(guó)保鮮速凍蔬菜行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告對(duì)2017年1-10月中國(guó)速凍食品制造出口交貨值統(tǒng)計(jì)表(如表1所示)，直觀地表明了速凍食品的市場(chǎng)空間[4]。

中國(guó)速凍蔬菜的出口市場(chǎng)主要有日本、德國(guó)、韓國(guó)、泰國(guó)等國(guó)家，其中日本是最主要的市場(chǎng)，其次是德國(guó)，兩者之和占出口總量的90%。中國(guó)速凍蔬菜出口的前景仍十分樂(lè)觀[5]。

1.2 安徽某公司現(xiàn)狀

安徽某公司地處某市某縣開(kāi)發(fā)區(qū)，主營(yíng)進(jìn)出口速凍蔬菜及蔬菜粉，海外市場(chǎng)開(kāi)闊；地理位置相對(duì)比較優(yōu)越，距附近兩大機(jī)場(chǎng)只有100 km的路程；公司設(shè)備較為全面，技術(shù)較為先進(jìn)，原料獲取較為便捷。

表1 2017年1-10月中國(guó)速凍食品制造出口交貨值統(tǒng)計(jì)表

在采購(gòu)過(guò)程中，由于各生產(chǎn)基地與工廠有一定距離，所以新鮮蔬菜在進(jìn)行簡(jiǎn)單的保濕處理后就被運(yùn)往工廠，途中各種生化反應(yīng)導(dǎo)致的貨物損耗一直難以避免；在加工過(guò)程中，由于員工都是就近招募的農(nóng)民，學(xué)歷水平低下，工作中難免會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)而不自知，也會(huì)導(dǎo)致貨物出現(xiàn)損耗。而在運(yùn)輸配送過(guò)程中，由于公司的地理位置不夠優(yōu)越，無(wú)論是就近的機(jī)場(chǎng)還是港口，都需要不近的一段距離，而速凍蔬菜的價(jià)格并不比新鮮蔬菜的價(jià)格昂貴多少，所以空運(yùn)是極為不經(jīng)濟(jì)的；水運(yùn)會(huì)因?yàn)榕渌蜁r(shí)間過(guò)長(zhǎng)而增加冷藏集裝箱的使用成本；對(duì)于相對(duì)來(lái)說(shuō)最經(jīng)濟(jì)的陸運(yùn)，由于公司沒(méi)有配備專門的物流人才，貨物的運(yùn)輸路徑往往都是由經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員決定，也會(huì)導(dǎo)致配送時(shí)間、配送路線和配送成本不經(jīng)濟(jì)的情況發(fā)生。

綜上所述，在速凍蔬菜發(fā)展極為迅猛的今天，安徽某公司雖然作為一家主營(yíng)進(jìn)出口速凍蔬菜的公司，實(shí)際上其盈利空間并不高。

2 案例分析

螞蟻在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)留下一種稱為信息素的東西，信息素的濃度決定著螞蟻的運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)其本身具有一定的揮發(fā)作用[6]。利用蟻群算法解決安徽某公司速凍蔬菜配送至華東九大海關(guān)出口國(guó)外路徑優(yōu)化問(wèn)題，可簡(jiǎn)化為利用蟻群算法解決旅行商問(wèn)題。

安徽某公司速凍蔬菜的華東配送目的地有福州、杭州、合肥、南昌、南京、寧波、青島、上海、廈門9個(gè)海關(guān)。使用在線地圖開(kāi)放平臺(tái)坐標(biāo)拾取器功能，確定安徽某公司與華東配送地區(qū)九大海關(guān)實(shí)際地理坐標(biāo)。根據(jù)兩兩城市實(shí)際配送路線，確定安徽某公司與華東配送地區(qū)九大海關(guān)實(shí)際地理距離，如表2所示。根據(jù)安徽某與華東地區(qū)九大海關(guān)實(shí)際地理坐標(biāo)畫(huà)出他們的地理位置，如圖1所示。

安徽某公司向華東地區(qū)九大海關(guān)配送速凍蔬菜在和縣以北、無(wú)須過(guò)江的海關(guān)如合肥、青島為第一批次；須過(guò)江但距和縣地理位置不遠(yuǎn)的海關(guān)如杭州、南昌、南京、寧波、上海為第二批次；距和縣地理位置稍遠(yuǎn)的海關(guān)如福州、廈門為第三批次。

表2 安徽某公司與華東地區(qū)九大海關(guān)實(shí)際地理距離 km

圖1 安徽某公司與九大海關(guān)實(shí)際地理位置 圖2 安徽某公司現(xiàn)在實(shí)施的配送路徑

根據(jù)表2中安徽某公司與華東地區(qū)九大海關(guān)實(shí)際地理距離，得出安徽某公司公司正實(shí)施的速凍蔬菜配送里程數(shù)為：

147.5+698.5+600.6+904.2+257.6+1 088.4+70.2+582.9+522.9+155.9+221.4+378.1=5 628.2(km)

3 基于蟻群算法的速凍蔬菜配送路徑優(yōu)化研究

3.1 優(yōu)化分析

通過(guò)對(duì)安徽某公司與華東地區(qū)九大海關(guān)實(shí)際地理坐標(biāo)進(jìn)行 [(橫坐標(biāo)-24)×100，(縱坐標(biāo)-115)×100] 數(shù)據(jù)處理。為便于后期模擬，按四舍五入對(duì)橫縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行取整，獲得改進(jìn)后的相對(duì)坐標(biāo)如表3所示。改進(jìn)后的安徽某公司與華東地區(qū)九大海關(guān)相對(duì)地理坐標(biāo)在坐標(biāo)系中的相對(duì)位置如圖3所示。

在安徽某公司第一批與第三批銜接過(guò)程中需返回公司造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失的前提下，可以合并第一批次與第三批次；同時(shí)每一批次都需要至少兩位駕駛員，一次完整的配送任務(wù)完成至少需要四位駕駛員；而且并非每批次配送貨物都占滿冷藏集裝箱，三批次貨物每周配送總量大致在20 t左右，一輛裝有20尺柜冷藏集裝箱的貨車足夠滿足需求。故而，將九大海關(guān)配送路線整合成用蟻群算法解決旅行商問(wèn)題的思想。只使用一輛裝有20尺柜冷藏集裝箱的貨車以一個(gè)批次完成配送任務(wù)。鑒于旅行商問(wèn)題的特殊性，暫不考慮中心配送點(diǎn)安徽某公司，先得出旅行商問(wèn)題的最優(yōu)結(jié)果，即9個(gè)海關(guān)的配送順序，再?gòu)闹写_定哪兩個(gè)相鄰海關(guān)與該公司的總距離最短，斷開(kāi)并將其穿插進(jìn)去，即可得到車輛路徑問(wèn)題的最優(yōu)結(jié)果。

表3 改進(jìn)后的安徽某公司與華東地區(qū)九大海關(guān)相對(duì)地理坐標(biāo)

圖3 改進(jìn)后的安徽某公司與九大海關(guān)相對(duì)地理坐標(biāo)

3.2 參數(shù)設(shè)置

(1)螞蟻數(shù)量m。根據(jù)蟻群算法的特性以及大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，蟻群系統(tǒng)算法的性能是否優(yōu)良取決于螞蟻數(shù)量m是否滿足城市規(guī)模與m值相等。

(2)信息啟發(fā)式因子α。根據(jù)蟻群算法的特性以及大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，蟻群系統(tǒng)算法的性能是否優(yōu)良取決于信息啟發(fā)式因子α是否滿足α∈[1,1.5]。

(3)期望值啟發(fā)式因子β。根據(jù)蟻群算法的特性以及大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，蟻群系統(tǒng)算法的性能是否優(yōu)良取決于期望值啟發(fā)式因子β是否滿足β∈[0,3]。

(4)全局信息素?fù)]發(fā)參數(shù)ρ。根據(jù)蟻群算法的特性以及大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，蟻群系統(tǒng)算法的性能是否優(yōu)良取決于全局信息素?fù)]發(fā)參數(shù)ρ是否滿足ρ∈[0.1,0.5]。

(5)局部信息素?fù)]發(fā)參數(shù)ζ。根據(jù)蟻群算法的特性以及大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，蟻群系統(tǒng)算法的性能是否優(yōu)良取決于局部信息素?fù)]發(fā)參數(shù)ζ是否滿足ζ∈[0.1,0.3]。

(6)狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式中的q0。根據(jù)蟻群算法的特性以及大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，蟻群系統(tǒng)算法的性能是否優(yōu)良取決于狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式中的q0是否滿足q0∈[0.6,0.9][7]。

綜上可知，可對(duì)該模型中有關(guān)參數(shù)進(jìn)行確定，當(dāng)城市節(jié)點(diǎn)數(shù)目為9時(shí)，螞蟻數(shù)量為9，信息啟發(fā)式因子定為1.25，期望值啟發(fā)式因子定為1.5，全局信息素?fù)]發(fā)參數(shù)定為0.3，局部信息素?fù)]發(fā)參數(shù)定為0.2，狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式中的q0定為0.75。

3.3 模型求解

3.3.1 編寫代碼并運(yùn)行

圖4 基于蟻群算法的冷鏈物流配送路徑優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)蟻群算法數(shù)學(xué)模型及算法流程編寫代碼，同時(shí)將城市節(jié)點(diǎn)數(shù)目N=9、螞蟻數(shù)量M=9、最大循環(huán)次數(shù)NcMax=200、信息啟發(fā)式因子alpha=1.25、期望值啟發(fā)式因子beta=1.5、全局信息素?fù)]發(fā)參數(shù)rou=0.3、局部信息素?fù)]發(fā)參數(shù)alpha1=0.2、狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式中的q0=0.75帶入。設(shè)定安徽某公司速凍蔬菜華東配送地區(qū)九大海關(guān)編號(hào)如下：0代表福州，1代表杭州，2代表合肥，3代表南昌，4代表南京，5代表寧波，6代表青島，7代表上海，8代表廈門。

安徽某公司速凍蔬菜華東配送地區(qū)九大海關(guān)坐標(biāo)如下：

double C[N][2]={

{201,441},{627,514},{778,221},{467,87},{803,380},

{587,654},{1 206,531},{694,679},{46,307}

}；

運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

3.3.2 優(yōu)化結(jié)果

圖5 改進(jìn)后的速凍蔬菜配送路徑1 圖6 改進(jìn)后的速凍蔬菜配送路徑2

優(yōu)化后的總配送路線長(zhǎng)度為：

70.2+559.3+709.8+221.4+155.9+641.7+257.6+630.7+435.8+147.5=3 829.9(km)

根據(jù)上文，安徽某公司正實(shí)施的速凍蔬菜配送總里程數(shù)為5 628.2 km，改進(jìn)后的基于蟻群算法的冷鏈物流配送路徑優(yōu)化研究模型得出的配送總里程數(shù)為3 829.9 km，是原數(shù)值的0.68倍，足夠投入實(shí)施、完成優(yōu)化。此外，改進(jìn)后的基于蟻群算法的冷鏈物流配送路徑優(yōu)化研究模型完成一次完整的配送任務(wù)只需要兩位駕駛員，很大程度上節(jié)省了人力物力財(cái)力，而并沒(méi)有阻礙公司正常運(yùn)營(yíng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

利用蟻群算法建立了安徽某公司速凍蔬菜在華東地區(qū)的配送路線優(yōu)化模型，通過(guò)優(yōu)化將配送里程節(jié)省了32%，配送人員減少了一半，可以很好地為公司節(jié)約相關(guān)的人力、物力、財(cái)力成本。蟻群算法在眾多領(lǐng)域中已展現(xiàn)出它獨(dú)特的魅力與力量，作為新興仿生進(jìn)化算法中一種相對(duì)簡(jiǎn)單的新原理，蟻群算法的發(fā)展空間相當(dāng)可觀。但同時(shí)，冷鏈物流行業(yè)的發(fā)展空間也不容小覷，行業(yè)的具體實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)設(shè)備和技術(shù)的投入、行業(yè)理念的推廣、管理與資金的回收等，都是可以研究的方向。