吳吉明,胡長(zhǎng)生

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院,福州 350007; 2.福州軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福州350211)

0 引言

目前,城際貨物運(yùn)輸在人們的生產(chǎn)生活中扮演著重要角色,不僅為日常生活提供了極大的便利,同時(shí)也在一定程度上提升了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。其實(shí)配送在物流運(yùn)輸結(jié)構(gòu)上是一個(gè)相對(duì)較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。通常情況下,配送是有一定要求的,例如:時(shí)間限制、環(huán)境限制以及物品現(xiàn)狀核驗(yàn)等,這些都是檢驗(yàn)貨物運(yùn)輸水平的重要因素。當(dāng)人們?cè)卩]寄一件大型貨物時(shí),首先就需要考慮運(yùn)輸?shù)某杀?。在合理的范圍?nèi),通過最優(yōu)的路徑,實(shí)現(xiàn)高效率的城際貨物運(yùn)輸,不僅可以降低對(duì)應(yīng)的成本,還能夠提升自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力[1]。另外,運(yùn)輸貨物的種類也存在一定的差異,一般情況下,普通的貨物按照對(duì)應(yīng)的條件進(jìn)行運(yùn)輸即可,如果運(yùn)輸?shù)奈锲酚协h(huán)境要求,就需要對(duì)運(yùn)送路徑進(jìn)行專業(yè)性的規(guī)劃和制訂了。如生鮮、水果以及肉類等物品是十分容易腐敗的,尤其是在高溫天氣下,所以運(yùn)輸成本會(huì)相對(duì)較高一些,因?yàn)椴粌H要考慮冷鏈成本,還要做好防腐措施。此外,這種城際貨物的運(yùn)輸模式還必須要保證貨物的完整性,一旦出現(xiàn)異常現(xiàn)象,還會(huì)增加對(duì)應(yīng)的貨損成本。因此,對(duì)城際貨物運(yùn)輸路徑進(jìn)行優(yōu)化完善是十分必要的。傳統(tǒng)的優(yōu)化方案考慮的僅僅是如何降低成本、減少損耗,在一定程度上忽略了相關(guān)的懲罰成本,這部分成本主要是由貨物損壞產(chǎn)生的,忽略它會(huì)導(dǎo)致最終的路徑優(yōu)化達(dá)不到預(yù)期的效果[2]。所以,需要利用更為科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞竭x擇運(yùn)輸路徑的優(yōu)化方法,依據(jù)實(shí)際的運(yùn)輸情況,引入對(duì)應(yīng)的配送運(yùn)輸機(jī)制,包括懲罰機(jī)制、優(yōu)化方案、運(yùn)輸時(shí)間調(diào)整等。利用完整、科學(xué)、合理的方法高效地解決運(yùn)輸路徑優(yōu)化所存在的問題,在對(duì)相關(guān)的路徑實(shí)現(xiàn)合理規(guī)劃的同時(shí),保證貨物安全無損,最大程度地避免懲罰成本和貨損成本的出現(xiàn),壓縮相對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸損失[3]。本文對(duì)基于改進(jìn)蟻群算法的城際貨物運(yùn)輸路徑優(yōu)化進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析,以期完善我國(guó)的運(yùn)輸結(jié)構(gòu),提升對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸水平。

1 城際貨物運(yùn)輸路徑優(yōu)化選擇方法

1.1 確定目標(biāo)凸化參數(shù)

在利用蟻群算法優(yōu)化貨物運(yùn)輸方法選擇之前,需要先確定對(duì)應(yīng)的目標(biāo)凸化參數(shù)[4]。首先,對(duì)運(yùn)輸路徑的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了解,再匯總整合對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息,構(gòu)建一個(gè)多核心的路徑選擇函數(shù),將其作為凸化參數(shù)的應(yīng)用目標(biāo)。此時(shí),凸化參數(shù)所代表的目標(biāo)為固定平衡目標(biāo)和一個(gè)實(shí)際的目標(biāo),具體見表1。

表1 凸化參數(shù)多核心目標(biāo)分析表

根據(jù)表1中的情況分析,確定凸化參數(shù)所對(duì)應(yīng)的多核心目標(biāo),然后利用實(shí)際的目標(biāo)進(jìn)行核心極值的優(yōu)化求解,具體如式(1):

(1)

式中:R表示核心極值;b表示引入能量函數(shù);α表示實(shí)際的合計(jì)固定系數(shù);β表示應(yīng)變極值。

通過式(1)得出對(duì)應(yīng)的目標(biāo)核心極值,此時(shí)的凸化參數(shù)處于極小值的狀態(tài),獲取對(duì)應(yīng)的描述平衡點(diǎn),并將引導(dǎo)函數(shù)置于平衡結(jié)構(gòu)中,在完成選擇優(yōu)化平衡結(jié)構(gòu)后,進(jìn)行零點(diǎn)極值的獲取,即利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對(duì)總收斂函數(shù)作出實(shí)際的應(yīng)用處理,并解決所存在的問題。此外,還需要制訂對(duì)應(yīng)的凸化約束條件,并將其添加在優(yōu)化平衡結(jié)構(gòu)中。接下來,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在平衡結(jié)構(gòu)上設(shè)立一個(gè)神經(jīng)元,并采集神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)對(duì)角元素,將其作為引導(dǎo)點(diǎn),并與每一個(gè)神經(jīng)元相關(guān)聯(lián),形成一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)處理網(wǎng)。將神經(jīng)元分為0和1兩個(gè)基本狀態(tài),并建立對(duì)應(yīng)的狀態(tài)函數(shù)。依據(jù)前述數(shù)值,計(jì)算目標(biāo)凸化參數(shù),具體如式(2):

(2)

式中:M表示目標(biāo)凸化參數(shù);g表示凸化頻率;h表示固定的目標(biāo)系數(shù)。

通過計(jì)算,可以得出實(shí)際的目標(biāo)凸化參數(shù)。將其添加在每一個(gè)神經(jīng)元0和1的基本狀態(tài)之間,形成遞歸式的處理結(jié)構(gòu),此時(shí),可以通過調(diào)節(jié)神經(jīng)元的反饋值來調(diào)節(jié)多核心目標(biāo)對(duì)應(yīng)值,為后續(xù)結(jié)構(gòu)的建立奠定基礎(chǔ)。

1.2 建立平衡選擇矩陣

在確立了目標(biāo)凸化參數(shù)后,需要依據(jù)實(shí)際情況確立對(duì)應(yīng)的平衡選擇矩陣。通常情況下,對(duì)于城際貨物運(yùn)輸路徑的規(guī)劃,首先需要考慮危險(xiǎn)值和平衡量等因素。危險(xiǎn)值一般指在運(yùn)輸?shù)倪^程中可能會(huì)發(fā)生的致使車輛出現(xiàn)爆炸、損壞等的情況,最終對(duì)所運(yùn)輸?shù)呢浳镌斐蓢?yán)重等級(jí)影響的具體數(shù)值[5]。通常危險(xiǎn)值會(huì)被添加在很多模型中,如TR模型、交通事故模型、感知條件模型、變量模型、效應(yīng)模型以及條件概率模型等。在不同的模型中,危險(xiǎn)值所代表的意義不同,但是所體現(xiàn)的核心特征卻是一致的。所以,需要在平衡矩陣中添加危險(xiǎn)值的相關(guān)約束條件,并且將條件分為不同的層級(jí),每一個(gè)層級(jí)分別代表各自的限制區(qū)域,以此來達(dá)到選擇多樣性的目的。最后是計(jì)算矩陣的平衡量數(shù)值?？梢韵壤梦ｋU(xiǎn)約束條件來測(cè)量對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息,然后利用數(shù)據(jù)計(jì)算矩陣的風(fēng)險(xiǎn)率,具體如式(3):

(3)

式中:N表示矩陣的風(fēng)險(xiǎn)率;k表示極端風(fēng)險(xiǎn)比值;σ表示應(yīng)用復(fù)雜程度。

計(jì)算后,可以得出最終的矩陣風(fēng)險(xiǎn)率。然后,在此基礎(chǔ)上建立平衡節(jié)點(diǎn),并計(jì)算對(duì)應(yīng)的平衡控制比值,具體如式(4):

(4)

式中:E表示平衡控制比值;N表示矩陣的風(fēng)險(xiǎn)率;z表示節(jié)點(diǎn)適應(yīng)頻率;ε表示優(yōu)化極值。在得出對(duì)應(yīng)的平衡控制比值后,依照原有的處理路徑,將矩陣影響范圍進(jìn)行擴(kuò)大,以此來形成多元化的管控結(jié)構(gòu),完成平衡矩陣的建立。

1.3 構(gòu)建多核心的蟻群選擇算法

在建立了平衡選擇矩陣后,需要構(gòu)建多核心的蟻群選擇算法。一般在城際貨物的運(yùn)輸過程中,最優(yōu)路徑選擇的前提是不具有風(fēng)險(xiǎn)[6]。而大部分的運(yùn)輸者在選擇路徑時(shí)會(huì)忽略這一問題,這也會(huì)對(duì)最終的運(yùn)輸結(jié)果造成嚴(yán)重影響。所以,選擇一條無風(fēng)險(xiǎn)的運(yùn)輸路徑是十分重要的,運(yùn)輸路徑的風(fēng)險(xiǎn)與運(yùn)送物品的體積和價(jià)值有著緊密的聯(lián)系。需對(duì)其進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的分析,見表2。

表2 運(yùn)輸路徑風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比分析表

根據(jù)表2的信息了解到相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)情況后,在合理的風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi),對(duì)傳統(tǒng)的路徑距離計(jì)算方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),以此來求解最短路徑和獲取與其對(duì)應(yīng)的劃定比值。需要注意的是,此時(shí)得出的這兩組數(shù)據(jù)不能作為構(gòu)建多核心蟻群選擇算法的主要依據(jù),但是可以作為參考性的數(shù)據(jù)使用。

將前期獲取的目標(biāo)凸化參數(shù)設(shè)定為k值,利用Dijkstra平臺(tái)將城區(qū)內(nèi)可以使用的運(yùn)輸路徑進(jìn)行匯總處理[7]。把k值作為中心,向外擴(kuò)散多條最優(yōu)化的運(yùn)輸路徑,然后在原有的基礎(chǔ)上計(jì)算出k值的倍數(shù)值,擴(kuò)大運(yùn)輸路徑的覆蓋范圍,建立多個(gè)核心運(yùn)輸點(diǎn),形成多核心的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)。接下來在每一處核心上設(shè)立最短的運(yùn)輸路徑,并建立對(duì)應(yīng)的最短路徑集。隨后,根據(jù)運(yùn)輸物品的屬性、類型、體積等因素,制訂相應(yīng)的運(yùn)輸規(guī)則以及路徑長(zhǎng)度。這樣可以最大程度地消除運(yùn)輸時(shí)的不確定性,并在合理的范圍內(nèi)添加對(duì)應(yīng)的約束條件,在保證穩(wěn)定的情況下,設(shè)計(jì)出最佳路徑。圖1為對(duì)應(yīng)的選擇流程。

圖1 路徑選擇流程圖

根據(jù)圖1進(jìn)行路徑設(shè)計(jì)。然后依據(jù)實(shí)際的路徑情況和多個(gè)核心目標(biāo)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的蟻群選擇算法,具體如式(5)～(7):

(5)

(6)

(7)

式中:A、B、C表示運(yùn)輸路徑的選擇極限值;d表示應(yīng)用優(yōu)化率;f表示置信水平值。通過這些計(jì)算,最終得出對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸路徑的選擇極限值。這個(gè)極限值越大,證明路徑選擇的效果越好;反之,則證明效果較差。

1.4 設(shè)計(jì)深度選擇定義模型

在完成多核心的蟻群選擇算法的構(gòu)建后,需要設(shè)計(jì)具有深度意義的選擇定義模型。傳統(tǒng)的城際貨物運(yùn)輸路徑優(yōu)化選擇模型通常是同時(shí)將事故率和風(fēng)險(xiǎn)率置于模型中,并利用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的雙控制比值進(jìn)行分析定義。但是近年來,互聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)以及人們生活水平的提高,導(dǎo)致城際貨物運(yùn)輸?shù)臄?shù)量逐漸增加,所以,相應(yīng)的運(yùn)輸壓力也在增加。在建立模型時(shí),需要考慮貨物的體積、長(zhǎng)度、類型以及運(yùn)輸環(huán)境,另外,還需要對(duì)運(yùn)輸?shù)臅r(shí)段進(jìn)行設(shè)計(jì)[8],保證在貨物運(yùn)輸?shù)倪^程中可以暢通無阻,不存在因?yàn)榈缆沸藿ā⒐收系纫蛩卦斐傻倪\(yùn)輸受阻,在確定這些因素之后,設(shè)計(jì)選擇定義模型。首先,要明確選擇的深度定義條件。一般情況下,定義條件即為約束限制條件,可以依據(jù)實(shí)際情況,適當(dāng)調(diào)整條件中的細(xì)節(jié),將其添加在模型中。完成后計(jì)算模型的選擇應(yīng)變系數(shù),具體如式(8):

(8)

式中:V表示應(yīng)變系數(shù);γ表示慣性應(yīng)變固定值;s表示深度優(yōu)化選擇比值。通過計(jì)算可以得出最終滿足模型定義的應(yīng)變系數(shù),在這個(gè)數(shù)值范圍內(nèi)進(jìn)行最優(yōu)路徑的選擇。

1.5 臨界預(yù)設(shè)法實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)化的選擇

在完成深度選擇定義模型的設(shè)計(jì)后,要利用臨界預(yù)設(shè)法來實(shí)現(xiàn)最終的路徑優(yōu)化選擇。首先,要在深度選擇定義模型中建立臨界處理結(jié)構(gòu)?？梢詫⒔Y(jié)構(gòu)分為多個(gè)層級(jí),最底層為基礎(chǔ)性的處理結(jié)構(gòu),一般被應(yīng)用于簡(jiǎn)單且短小的路徑的選擇分析中。這一層級(jí)在處理路徑選擇問題上的效果相對(duì)較好,且速度很快,具有一定的穩(wěn)定性。中層級(jí)為中級(jí)路徑的處理結(jié)構(gòu),一般用于對(duì)中長(zhǎng)路徑的選擇分析。經(jīng)研究可知,這部分的應(yīng)用頻率是最廣的,可以占到整個(gè)區(qū)域路徑的69%。而頂層結(jié)構(gòu)則是處理一些相對(duì)復(fù)雜且易發(fā)生事故的長(zhǎng)路段。完成臨界結(jié)構(gòu)的設(shè)立后,利用預(yù)設(shè)法實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)化方法的選擇設(shè)計(jì)。利用模型獲取預(yù)設(shè)感應(yīng)慣性比,將這個(gè)比值作為標(biāo)準(zhǔn),如果實(shí)際的選擇應(yīng)變系數(shù)在這個(gè)數(shù)值的范圍內(nèi),則表明路徑選擇效果較好,反之,如果超出這個(gè)數(shù)值范圍,則表明路徑的選擇效果有待考證。完成分析后,計(jì)算對(duì)應(yīng)的選擇置信曲線比率,具體如式(9):

(9)

式中:F表示選擇置信曲線比率;x表示應(yīng)用優(yōu)化指數(shù);y表示實(shí)際的臨界預(yù)設(shè)率;κ表示選擇對(duì)比函數(shù)。通過計(jì)算,最終可以得出選擇置信曲線比率。至此,利用臨界預(yù)設(shè)法最終實(shí)現(xiàn)了城際貨物運(yùn)輸路徑優(yōu)化方法的選擇設(shè)計(jì)。

2 方法測(cè)試

2.1 測(cè)試準(zhǔn)備

本次主要是對(duì)基于改進(jìn)蟻群算法的城際貨物運(yùn)輸路徑優(yōu)化選擇方法進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試以對(duì)比的形式進(jìn)行,共分為2組,一組為傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變選擇方法,將其設(shè)定為傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變選擇測(cè)試組;另一組為本文所設(shè)計(jì)的選擇方法,將其設(shè)定為改進(jìn)蟻群選擇測(cè)試組。選取A市作為本次測(cè)試的區(qū)域,并將A市的所有路徑進(jìn)行整合,整理成相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息,傳輸至對(duì)應(yīng)的處理平臺(tái)中。將加油站作為本次測(cè)試的核心處理節(jié)點(diǎn)。設(shè)定對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù),具體見表3。

表3 測(cè)試指標(biāo)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表

根據(jù)表3的指標(biāo)參數(shù),對(duì)相關(guān)的測(cè)試設(shè)備進(jìn)行設(shè)定。在確保測(cè)試環(huán)境穩(wěn)定,不存在影響最終測(cè)試結(jié)果的因素后開始測(cè)試。

2.2 測(cè)試過程

對(duì)2種選擇方法同時(shí)進(jìn)行測(cè)試。首先,選取A市的一個(gè)標(biāo)志性建筑作為運(yùn)輸配送的中心,然后設(shè)定送達(dá)目的地,保證貨物在3 h內(nèi)可以送達(dá)。在送達(dá)時(shí)需要保證供應(yīng)的數(shù)量,并且要求運(yùn)送貨物必須具備一定的完整性,否則將會(huì)給予運(yùn)輸人員一定的懲罰。對(duì)運(yùn)輸過程中的情況進(jìn)行調(diào)研,并將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息添加至選擇定義模型中,然后對(duì)本次所要運(yùn)輸?shù)穆窂竭M(jìn)行規(guī)劃。在規(guī)劃過程中,需要計(jì)算服務(wù)時(shí)間窗的具體系數(shù),如式(10):

(10)

式中:G表示服務(wù)時(shí)間窗的具體系數(shù);ω表示限制條件;τ表示誤差運(yùn)輸值;R表示固定的服務(wù)差值。通過計(jì)算,最終可以得出實(shí)際服務(wù)時(shí)間窗的具體系數(shù)。完成后,利用這個(gè)數(shù)值繼續(xù)計(jì)算最終的路徑耗時(shí),具體如式(11):

Q=G+2

(11)

式中:Q表示路徑耗時(shí);G表示服務(wù)時(shí)間窗的具體系數(shù);表示路徑實(shí)際長(zhǎng)度。

2.3 測(cè)試結(jié)果

通過測(cè)試和計(jì)算,最終可以得出2組實(shí)際的路徑耗時(shí)數(shù)據(jù),進(jìn)行對(duì)比分析,如圖2所示。

圖2 運(yùn)輸路徑選擇耗時(shí)情況示意圖

通過圖2中的數(shù)據(jù)對(duì)比,可以得出結(jié)論:在相同的條件下,改進(jìn)蟻群選擇測(cè)試組得出路徑的耗時(shí)比傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變選擇測(cè)試組的要短,這說明改進(jìn)蟻群選擇測(cè)試組的路徑選擇較為全面、準(zhǔn)確。

城際貨物運(yùn)輸路徑的長(zhǎng)度與經(jīng)濟(jì)成本有直接的關(guān)系,為進(jìn)一步驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)方法的性能,測(cè)試2組規(guī)劃的路徑的長(zhǎng)度,得到結(jié)果見表4。

表4 運(yùn)輸路徑長(zhǎng)度結(jié)果對(duì)比

通過表4的數(shù)據(jù)分析可知,在運(yùn)輸門店數(shù)量相同的情況下,改進(jìn)蟻群選擇測(cè)試組的路徑規(guī)劃長(zhǎng)度遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變選擇測(cè)試組,能夠較好地節(jié)約運(yùn)輸成本。

3 結(jié)語

通過改進(jìn)蟻群算法來優(yōu)化完善運(yùn)輸路徑的選擇方法,可以使整個(gè)選擇結(jié)果變得更加精準(zhǔn),同時(shí)也增強(qiáng)了此種方法的靈活性,使用者可以依據(jù)實(shí)際情況,靈活變更運(yùn)輸路徑,有效地控制相對(duì)應(yīng)的變動(dòng)成本,同時(shí)增強(qiáng)實(shí)際的調(diào)度能動(dòng)性,更好地完成運(yùn)輸路徑的優(yōu)化選擇。