摘 要

我国冷链物流随着社会对于冷链商品的需求的增长不断发展起来，但是冷链商品具有易腐蚀，时效性强的特点，对于冷链商品的运输传统物流是无法满足的，因此要想整个冷链市场迅速发展，就要率先发展冷链物流，建立完善的物流体系，这是市场需求逆推导致的，也是当下我国冷链物流发展的主要形式。

为了提供更为优质的冷链服务，冷链物流服务提供企业在发展冷链设备的同时，十分重视车辆路径的优化，只有及时配送才会提高客户的满意度，提升企业自身的服务质量。然而在车辆配送的过程中，经常会遇到不可预知的突发情况，这时冷链物流服务提供企业就应该及时对此作出反应，进行配送路径的再规划，在满足客户需求的条件下达到总成本最小。

本文为了达到上述的优化目标，首先对冷链物流特点进行分析，对基本的VRP模型进行学习和设计，充分考虑冷链物流过程中所发生的各项成本，包括车辆固定成本，车辆运输成本，装卸成本和货损成本四大部分，建立合适的配送车辆路径优化模型，利用蚁群算法，模拟蚂蚁觅食的过程，根据蚁群算法的规则合理设计各项参数，保证在迭代过程中不会过早收敛，同时能够在有限的迭代次数中寻求满意解，在突发情况前对配送路径进行规划，在突发情况后对配送路径进行再规划，通过两阶段的求解方式进行模型求解，并通过实例进行验证与分析。

本文所研究的随机环境下冷链配送车辆路径优化问题，能够提高冷链物流服务提供企业的服务质量，对其配送环节路径的规划与再规划提供一定的理论依据。

关键词：冷链物流；车辆路径问题；随机环境；蚁群算法；两阶段

ABSTRACT

China's cold-chain logistics has developed along with the growth of society's demand for cold-chain goods. However, cold-chain goods have the characteristics of erodibility and strong timeliness. The traditional logistics of cold-chain goods cannot be met, so we must consider the whole With the rapid development of the cold chain market, it is necessary to take the lead in the development of cold chain logistics and establish a sound logistics system. This is a result of market demand reversal, and it is also the main form of cold chain logistics development in China today.

In order to provide better cold chain services, cold chain logistics service providers are paying close attention to the optimization of vehicle routes while developing cold chain equipment. Only timely delivery will increase customer satisfaction and enhance the company's own service quality. However, in the process of vehicle distribution, unpredictable and unexpected situations often occur. At this time, the cold chain logistics service provider should respond to this in a timely manner, carry out re-planning of distribution routes, and meet the requirements of customers. The total cost is minimal.

In order to achieve the above optimization objectives, this article first analyzes the characteristics of cold-chain logistics, learns and designs the basic VRP model, and fully considers the various costs incurred during the cold-chain logistics process, including fixed vehicle costs and vehicle transportation costs. The four major parts of loading and unloading costs and cargo damage costs are to establish an appropriate distribution vehicle path optimization model, use ant colony algorithm to simulate the process of ant foraging, and rationally design the parameters according to the rules of the ant colony algorithm so as to ensure that the iteration process does not Early convergence, while being able to seek satisfactory solutions in a limited number of iterations, planning distribution paths before emergencies, re-planning distribution paths after emergencies, solving models through two-stage solution, and passing Examples for verification and analysis.

In this paper, the problem of cold-chain distribution vehicle routing under random environment can improve the service quality of cold-chain logistics service providers, and provide a theoretical basis for the planning and re-planning of distribution links.

Keywords: cold chain logistics; vehicle routing problem; stochastic environment; ant colony algorithm; two-phase

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究的目的及意义 2

1.3 国内外研究现状 2

1.4 我国冷链物流存在的问题 3

第2章 相关概念综述 5

2.1 冷链物流概述 5

2.1.1 冷链物流的特点 5

2.1.2 冷链物流服务原则 6

2.2 车辆路径问题（VRP）的基本理论 8

2.2.1 VRP问题的分类 8

2.2.2 基本VRP问题建模 9

2.2.3 VRP问题的求解方法 11

第3章 随机环境下冷链配送车辆路径问题模型的建立与优化 13

3.1 问题描述 13

3.2 问题分析 15

3.2.1 路径再规划分析 15

3.2.2 成本分析 17

3.3 问题的假设条件和参数说明 19

3.3.1 假设条件 19

3.3.2 参数说明 20

3.4 模型建立 20

第4章 模型求解思路及实例分析 22

4.1 模型求解的基本思路 22

4.2 蚁群算法设计 23

4.2.1 蚁群算法的基本原理 23

4.2.2 蚁群算法的相关概念 24

4.2.3 蚁群算法求解步骤 25

4.2.4 算法设计 26

4.3 模型的实例应用 28

4.3.1 实例概述 28

4.3.2 实例求解 29

第5章 总结与分析 33

5.1 研究结论与展望 33

5.2 经济性分析与环保性分析 34

参考文献 35

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着经济社会的快速发展，人们生活水平的不断提高，人们对于物质生活的需求不断增大，快节奏的生活方式使得越来越多的人开始倾向于购买熟食或是快速冷冻食品，这种生活方式的转变使得我国生鲜电商市场快速发展起来。据资料显示，2017年年底，我国生鲜电商市场规模达到1650亿元，然而这一市场在快速发展的同时，也伴随着诸多衍生问题，如食品安全问题，配送不及时问题等，这也引起了人们对于冷链物流的关注力度。

冷链商品需求的不断增加使得许多企业正式进入生鲜冷链领域，在2017年年度中国冷链物流50强企业评选中，上海郑明现代物流有限公司、河南鲜易供应链有限公司、漯河双汇物流投资有限公司、海航冷链控股股份有限公司和顺丰速运有限公司位列前五名，这说明我国冷链物流呈现出发展势头稳定，物流需求增长平稳，需求结构持续优化，市场规模持续扩展的良好势头。但也说明我国的企业仍处于遍地开花的局面，整个行业仍未出现行业寡头，对于冷链物流标准化与评估的实施造成较大的麻烦。

生鲜冷链物流领域是一个当下渗透率极低，市场预期规模却高达千亿元的潜力市场，因此各大企业在生鲜商品需求的倒逼之下，建立了大量的冷链物流基础设施。2017年第三季度结束时，据中物联冷链委和链库统计分析，2017年全国冷库总容量预计达到4775万吨，折合11937万立方米，同比增长13.7%；据中物联冷链委和CCLC车辆认证平台统计分析，2017年全国冷藏车总量预计达到13.4万量，全年增加1.9万辆。基础设施设备的逐渐完善，为冷链物流的未来发展奠定了良好基础^[1][2]。

冷链物流与传统物流相比，由于其商品的特殊属性与客户的特殊需求，全程需要在低温恒温的环境下进行加工与配送，且在配送运输环节，一定要做到即时配送，因此冷链物流会有更高的标准和要求。但是在实际的配送运输环节中，即使做好了路径优化，突发事件也是难以避免的问题，如交通拥堵导致商品不能按时送达客户手中，商品由于时间的积累属性有所改变，变质甚至于腐坏，或是破坏了客户的后续规划，间接导致客户的经济损失，影响企业形象，因此需要在事先做好随机环境的应对措施，这就对相关物流企业提出了更高的要求。

1.2 研究的目的及意义

与传统运输相似，冷链运输是冷链物流的重要组成部分，产品从生产者到消费者的过程中大约有80%以上的时间消耗在冷链运输上^[3]；与传统运输方式不同的是，冷链物流由于其涉及的产品具有易腐特性，时间的增加会导致产品价值的不断降低，配送的准时与否直接关系到配送的成本与效益问题。

因此，合理的安排运输车辆路线，优化配送路径以克服在配送过程中随机环境造成的影响，缩短冷链配送时间，减少冷链商品的过程损失值，对企业的发展有一定的现实意义，有利于冷链物流行业的整体发展。

本文在查阅大量资料的基础上，分析冷链物流配送特点与发展现状，考虑在冷链物流配送中影响最大的几个因素，在此基础上，构建随机环境下的冷链配送车辆路径模型，利用神经网络算法在MATLAB软件中进行算法设计，结合应用实例，优化该模型并求解，为现实生活中随即环境下冷链物流车辆路径优化提供可行方案。

1.3 国内外研究现状

关于车辆路径问题（VRP）的研究最早起源于国外，由著名学者Dantzig于1959年首次提出，从这时候开始，车辆路径问题的研究与求解得到了快速的发展，到近几年已经有大量的研究内容问世，研究方向主要包括冷链配送过程中的影响因素和算法两大方向。

在冷链配送影响因素方面，Ghannadpour等人认为虽然配送的对象是不确定的，但是若在事先做好优先级与客户请求的综合分析，还是可以快速解决多目标动态车辆调度问题的；Eglese等人在前人的研究基础上，总结了随机环境影响下的车辆路径优化问题，并对其进行评估；Bekta等人从实际问题出发，认为油耗与行驶时间能够直观反映车辆配送的成本与效益，因此提出了基于这两个相关目标的双目标的PRP问题。

在算法研究方面，刘欣萌冷链物流中时间的及时性是最关键的问题，其中的时间是指服务时间窗，同时车辆的载运量也是这一问题的重要影响因素，在这一理念之下，运用多智能体进化算法对其建模并求解；Reisabadi同样重点考虑时间窗问题，但是在他的研究过程中发现，硬时间窗并不符合实际情况，软时间窗才能更好符合，因此他在软时间窗之下运用两种启发式算法对该问题建模并求解。林俊楷认为不同商品具有不同的属性，为了达到收益最高，必须确定合适的商品配送顺序，利用遗传算法对VRP问题进行建模并求解。

1.4 我国冷链物流存在的问题

我国冷链物流近年来随着冷链技术的不断发展与成熟，相关政策的出台与支持，众多企业的涉猎而快速发展，极大地推动和充实着我国冷链物流市场，但是和西方发达国家相比较，还是有许多的不足。

(1)冷链运输率较低

从数据上来看，我国的三类初级农产品的冷链运输率都很低，果蔬为22%，肉类为34%，水产品也仅为42%，远低于西方发达国家100%流通率，这是由观念上的落后以及过分对短期效益的追求所造成的。

(2)“伪冷链”依然存在

“伪冷链”指的是在冷链物流过程中，不使用正规的冷藏设备，而是采用价格相对低廉的保温设备进行贮藏和运输，这种“伪冷链”不能达到冷链物流所需要的标准，因此是一种不合规的行为。

冷链物流最直观的特点是成本高，无论是提供冷链物流的企业还是使用冷链物流运输的企业，都会因为选择冷链运输而在物流成本上不得不加大投入，因此许多企业为了节约成本，提高效益，采用传统物流或是“伪冷链”进行冷链商品的运输，对品质下降的商品不闻不问，这种行为不仅会阻碍行业的健康发展，，而且往往会引发大范围的食品安全问题。

(3)软硬件设施设备相对落后

虽然我国的冷链技术在不断发展，但和西方发达国家的设施设备还有一定的差距，再加上由于冷链物流成本高这一特点，许多企业在建设冷链物流系统的过程中往往不会选择最先进的设施设备，如我国现用的大多数冷藏车缺少成套的设备，这会导致冷链商品大量腐坏，其腐坏率远远高于西方发达国家及地区。

(4)配套法律法规不够健全

我国的冷链物流还处于探索阶段，仅仅是小范围地制定了规则，而且各地的规则都不尽相同，缺乏统一权威的法律法规支撑，如冷链物流企业所要承担的业务范围描述不详尽，物流节点的交接原则与标准，不同商品的存放环境规定等，正是缺少一系列的标准，在冷链物流过程中断链现象时有发生，因此需要相关部门积极向发达国家借鉴学习，结合我国自身的发展情形，制定相应的法律法规。

(5)断链现象严重

冷链物流的断链是在冷链过程中，由于加工、贮藏、运输、分销、零售过程中由于协调不到位而导致冷链行为停滞的现象，不但会影响冷链的效率，而且会由于空档的出现引发商品的质量与品质问题。如我国果蔬、肉类、水产品三类初级农产品在冷链过程中断链比例高达67%、50%和42%，远高于西方发达国家5%，造成商品的严重损耗。在冷链过程中，断链现象如图1-1所示。

图1-1 冷链物流断链现象

第2章 相关概念综述

2.1 冷链物流概述

冷链物流是传统物流的一种特殊形式，主要通过技术与设备等手段，使得物流商品从生产加工到配送销售，再到消费者手中始终保持在一个较低的温度区间，从而保证商品的安全及质量。冷链主要是由冷链加工，冷冻贮藏，冷藏运输及配送，冷藏销售四个方面构成，其采用的技术包括冷藏冷冻技术，信息与通信技术和物流设施设备技术。冷链物流所服务的对象主要分为初级农产品，加工类食品和特殊类产品三大类。

2.1.1 冷链物流的特点

冷链物流是为了满足人们对商品品质的需求，随着制冷技术的不断成熟而发展起来的，在商品的生产加工、运输配送、销售过程中与传统物流有较大的区别，如冷链物流存在严格的时间窗限制、温度限制与商品质量限制。为了满足冷链物流中的限制要求，就要建设完善的冷链物流系统，协调各个关键环节，优化运输及资源配置。因此，冷链物流具备传统物流所没有的特点，主要有以下几点：

(1)时效性

冷链物流商品都具备对温度敏感的特点，大多数冷链商品只有较短的保质期，客户会对配送时间有一定的要求，如果超过这个时间节点，商品的品质会迅速下降，部分腐烂变质，这样的商品很难销售出去，冷链物流提供方需要提供相应的赔偿，有时甚至会出现客户拒收的情况，这时冷链物流提供方就要承担全部后果。因此对于冷链物流企业来讲，温度限制与时间限制要求其注重商品的时效性，而商品的时效性是在冷链物流各个环节的高度协调配合，物流服务质量的保证之下得以实现的。

(2)高货损

冷链商品多为易腐商品，在整个物流过程中，若是温度控制不当，货物交接不及时，时间没有有效控制等，都会引起冷链商品的品质下降，这也就决定了其具有高货损的特点。

(3)信息技术要求高

冷链物流的重要目标是及时配送，每一个客户的需求都能满足，每一辆配送车辆的实时信息都能得以监控，同时能做到在突发情况下迅速做出反应，因此需要有配套的信息监控与调度系统，这就要求冷链物流企业在提升自身服务水平的过程中，注重企业硬件实力发展，提高企业竞争力。

(4)温度要求高

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