基于分批運輸的農產品最先一公里路徑優化研究

□ 王梅月，武士超

(1.南京農業大學 工學院，江蘇 南京 210031;2.河北工程大學 管商學院，河北 邯鄲 075000)

1 引言

隨著“新基建”的提速和推廣，快遞市場不斷完善，我國農產品物流也隨之發展。在2020年的政府工作報告中，又一次提出健全農村的流通網絡，支持電商和物流業發展。農村物流給農民生活、農業生產及其他農村經濟活動提供運輸、倉儲、加工、配送等基礎服務保障，從而促進農村人口的脫貧致富。但是，相對落后的農村物流基礎設施、農產品供給的季節性強等現實問題，使得農產品的“最先一公里”發展緩慢。

大多數學者所建立的模型是以運輸成本最小、制冷成本最低為基礎，來規劃貨物的運輸路徑。但是，面對種類繁多的農產品，若只是簡單的從運輸距離最短來規劃運輸路徑是不可取的。本文以H市某區為例，對25種農產品從產品收益、客戶偏好、易腐程度、供貨周期以及搬運復雜度等五個指標出發，利用主成分分析法確定權重[1]，再根據得到的農產品各項指標的數據進行計算，得到各農產品的相應運輸批次。使用節約里程法確定農產品最優收購路徑[2-3]，并通過節約里程法進行Java實現，以求得最優的運輸批次和運輸路線。

2 H市某區農產品分批運輸

2.1 H市某區農產品分批運輸種類

對于種類繁多的農產品總體，通過實地走訪取證，本文挑選了25種具有代表性的農產品作為樣本進行研究，從收益、客戶偏好程度、易腐程度、供貨周期以及搬運復雜度等五個指標進行評價，具體評價數據如表1所示。

2.2 H市農產品分批運輸評價指標

采用主成分分析法確定指標權重，可以使所得權重能夠更好的反映各指標之間的信息及其差異[4]。利用SPSS分析數據可得KMO值為0.605，說明檢驗效度可以接受，基本可以進行主成分分析確定權重。

主成分分析法確定權重等于以方差貢獻率為權重，對于某個指標在各個主成分的線性組合中的系數進行加權平均及歸一化處理，主要有以下三個步驟：

表1 農產品的指標數值

Step1：確定不同的主成分線性組合中指標的系數

各系數是由其載荷數除以對應的特征根的開方后得到。結果如表2所示：

表2 不同的主成分線性組合中指標的系數

因此，這兩個主成分的線性組合如下。

F1=0.376X1+0.773X2-0.875X3-0.961X4+0.186X5

(1)

F2=-0.133X1+0.184X2-0.260X3+0.791X4+1.559X5

(2)

Step2：主成分方差的貢獻率

此結果同樣可用EXCEL得出，如表3所示。

表3 各個指標在綜合得分模型中的系數

已知易腐程度(X3)、搬運復雜度(X4)與農產品的運輸批次呈負相關關系，在此為方便對其權重進行歸一化處理，將其系數改為正值，故可得到綜合得分模型：

Y=0.188X1+0.555X2+0.647X3+0.312X4+0.695X5

(3)

Step3：指標權重歸一化處理

對指標系數進行歸一化處理后即可得到各指標的權重，如表4所示：

表4 確定指標權重

2.3 H市某區農產品分批運輸劃分結果

使用主成分分析法確定這5個指標的權重之后，將各個權重與農產品值相乘并且相對應的農產品各個乘積結果求和，即可得到綜合權重，從而得出農產品的運輸批次，具體結果如圖1所示。

圖1 農產品運輸批次

在收購過程中，收購中心將根據不同農產品的不同批次派遣一定數量的車輛進行收購，產銷中心也將根據不同產品的供貨批次進行供貨，已達到提供的農產品新鮮程度最高、質量最好的要求。

3 基于節約里程法的農產品物流路徑優化問題研究

3.1 車輛路徑問題(VRP)

本文研究的農產品物流問題可以近似地看作是VRP問題[5]，在H市某區內有一個收購中心，也就是VRP問題中的centraldepot，在下設的十個鄉鎮中對農產品進行收購，也就相當于VRP問題中的顧客點consumerdepot，收購中心派出有容量限制的車輛對農產品進行收購，收購完成后車輛再回到收購中心。本文是對其中的收購路徑進行優化研究。

本文根據VRP的要求和H市某區農產品收購條件，對農產品收購路徑進行優化。在下一小節中建立農產品收購的VRP模型。

3.2 基于節約里程法的路徑優化

本文研究的是H市某區農產品收購路徑優化，圖2中A1-A10所示的是該區內的所有農產品產銷中心，P為該區的收購中心。現已知該收購中心到各產銷中心的距離(線段上數字)和各產銷中心的供應量(括號內數字)，現有收購中心有載重為4t和2t的運輸車輛，最大運輸里程30km，根據供貨批次對各產銷中心的農產品進行收購。

圖2 H市某區收購中心和產銷中心的分布和相對距離

根據圖2匯總得出表5最短距離表。

表5 最短距離表

通過使用eclipse中java程序語言計算各點到收購中心的最短距離，計算出其節約里程后進行排序，排序結果如表6所示。

表6 節約里程排序

根據節約里程矩陣和車輛的載重量與產銷中心的供貨量，表7中列舉了收購路線的節約里程和載重量，根據表中數據，可知需要一輛2t重和兩輛4t重運輸車輛。

表7 收購路線節約里程及載重表

在路徑優化之前，收購中心對下設的產銷中心進行一對一收購，從而導致行駛里程高達148km，而且車輛利用率較低，幾乎每次收購都達不到車輛載重量的一半，大大增加了收購成本，通過路徑優化之后，總的運輸里程為80km，幾乎縮短了一半，而且車輛利用率也有了顯著的提高。不僅提高收購效率，還節省收購成本。

4 農產品分批運輸與收購路徑優化

在上文中，本文基于主成分分析法計算了農產品分批收購的五項指標的權重，并通過計算各農產品的綜合批次得分，對農產品的運輸批次進行了劃分。

由計算結果可知，豬肉西瓜等產品可進行第一批收購，即每一天收購一次，收購車輛保持不變，仍為載重量2t的車一輛，載重量4t的車兩輛。雞蛋，胡蘿卜等產品可進行第二批收購，即每三天收購一次，在原有一批收購的基礎上，再增加載重量2t的車一輛，載重量4t的車兩輛，各產銷中心供貨量在第一批的基礎上增加，增加供貨量與第一批收購一致。紅薯、豆角等產品可進行第三批收購，即每五天收購一次，在原有第一批和第二批的基礎上，再增加載重量2t的車一輛，載重量4t的車兩輛，各產銷中心供貨量在前兩批的基礎上增加，增加供貨量與前兩批收購一致。

分批收購的目的，首先是保證收購中新需求的基礎上，保證農產品的新鮮程度，做到“隨產隨銷”，減少收購中心的倉儲和保管成本；其次，是為了減少收購中產生的運輸成本，人員成本以及其它的物流成本；最后，分批運輸可以在保證農產品成產周期的基礎上適當提高客戶的滿意度，保證對新鮮農產品的需求，提高對農產品的認可程度。

5 結語

本文從農產品運輸批次的角度出發，通過對運輸批次的劃分，在原有收購范圍和路徑的基礎上，采用節約里程法對農產品的收購路徑進行優化。

在此基礎上，本文確定了一下未來研究的方向：在考慮節約里程的基礎上，以后將把“節能減排，綠色物流”作為未來重點研究的方向，同時，將訂貨提前期也考慮在分批運輸時間范圍內，以增加農產品的快速響應能力。