徐州市農產品冷鏈物流配送路徑優化研究

林 超 張 兵

（徐州工程學院，江蘇 徐州 221000）

隨著時代不斷發展，人民生活水平不斷提高，城市居民對生鮮農產品需求量和品質要求也日益提高，冷鏈物流產業逐漸進入人們視野。冷鏈物流本質是一條物流鏈，從農產品產地預冷到冷藏運輸、零售冷藏，最后送到消費者手中，這一過程有80%以上的時間在農產品的物流配送上，由此可見，冷藏運輸是冷鏈物流的最重要環節。歐美發達國家由于物流技術發展早，同時對于食品安全問題的重視，其農產品運輸保證全程冷藏保鮮，農產品耗損率保持在5%以下。1958年，美國學者Arsdel等人提出冷凍食品的質量最終取決于冷藏運輸時間（Time）、流通過程的溫度（Temperature）、容許變質度（Tolerance），即“3T”原理，這一原理揭示了冷凍食品的質量與冷藏運輸時間及溫度之間的密切聯系[1]。本文通過研究相關文獻，發現徐州市城市農產品的冷鏈物流運輸的發展現狀仍存在很多問題， 冷鏈物流技術發展還不夠完善，冷鏈物流產業設備嚴重不足，無法實現“從原產地到消費者”的一體化體系。本文旨在研究城市農產品冷鏈物流的配送及路徑優化，通過尋求最優的車輛配送和路徑規劃方案，縮短冷鏈物流配送時間，減少農產品路程耗損率，實現真正意義上的“全程冷鏈”。本文創新點在于：根據城市路徑的復雜性，以城市路線網絡為研究出發點，充分考慮城市物流配送存在的各種因素，將其轉化為運輸距離，結合時間成本和距離之間存在的關系，建立最短路徑模型，并結合算法對模型進行求解。

一、徐州市農產品冷鏈物流的特點

生鮮農產品是城市居民日常飲食膳食的重要組成部分，農產品的質量和食品安全也日益成為大眾所關注的重大健康問題，而冷鏈物流往往可以保證生鮮農產品的質量，所以冷鏈物流發展關乎著農產品市場和前景，冷鏈物流技術也逐漸成為當今生鮮農產品市場發展的主流研究方向。生鮮農產品具有鮮活性、易腐性等特性，同時，具有季節性、區域性等特點，由此造成冷鏈物流運輸的復雜性，需要對冷鏈物流設備、技術以及人員有著更高的要求，具體體現在以下方面。

1.冷鏈物流布局分散

徐州市農產品多集中在鄉鎮或城市外環地區，而銷售地多數集中在城鄉地區，由于原產地缺乏資金投入，很難吸引銷售商在原產地進行投資，從而出現產銷分離情況。大多數農產品的銷售流向都是分散的，很難進行集中管理與銷售，為此冷鏈物流布局也是一大難題。同時，生鮮農產品多半具有季節性和區域性的特征，這樣要實現真正的全程冷鏈，需要龐大的冷鏈物流布局網絡來支持。

2.冷鏈物流成本高

徐州市物流發展較為迅速，但尚未成熟，冷鏈物流設備價格高昂，很多個體戶難以承擔，伴隨著冷鏈物流過程的復雜性，運輸成本相比于普通物流要高出30%～40%。國內依賴于冷鏈物流技術發展還需要漫長的研究開發過程，當今學者多數通過研究冷鏈物流路徑優化來減少在農產品運輸過程中的損耗，通過這一途徑降低冷鏈物流的運輸成本。

二、徐州市農產品冷鏈物流現狀

1.生鮮農產品市場難以滿足

國內生鮮農產品供應呈現季節性和區域性趨勢，徐州市農產品市場想要打破這一束縛得依托于冷鏈物流技術的發展，隨著國民經濟的不斷增長，這樣的供需市場矛盾日益顯著，國內落后的冷鏈物流體系更加難以城市農產品市場的需求，城市農產品市場的需求缺口導致農產品市場存在不穩定供應和不正當競爭等問題，生鮮農產品價格短時間也無法下降。

2.生鮮農產品運輸過程耗損嚴重

由于國內冷鏈物流技術發展還不夠完善，冷藏設備嚴重不足，導致國內冷鏈物流很難實現“全程冷鏈”，多數是采取“半程冷鏈”，常溫運輸過程下的農產品很難保證其最初的品質和質量，農產品耗損嚴重。徐州冷鏈物流技術發展尚未成熟，農產品原產地多數沒有專門用于貯藏的冷庫和保溫場所，同時，國內冷藏運輸車數量較少，多數農產品商家采取普通貨車對農產品進行運輸，冷藏運輸率僅有10%～20%左右，這樣運輸過程中所造成的農產品損失很難通過技術方面進行彌補，城市農產品成本居高不下，導致農產品市場難以打開。

3.冷鏈物流缺乏專業化、規劃化的市場體系

我國冷鏈物流相較于西方發達國家而言，起步較晚，冷鏈物流的科學技術還不夠先進，尚未建立標準化、規范化的冷鏈物流市場體系。徐州市冷鏈物流總體上采取粗放式操作管理，與國際冷鏈標準仍有很大差距。同時，從業人員缺乏專業性培訓，在農產品裝運過程中的操作不規范導致冷鏈物流達不到預計效果和增加農產品耗損率。

三、徐州市農產品冷鏈物流配送問題及路徑優化研究

1.車輛路徑問題定義

城市農產品車輛路徑問題是優化城市農產品冷鏈物流配送的有效途徑[2]，車輛路徑問題也是如今冷鏈物流發展的主流方向，通過建立路徑優化模型，對城市農產品配送路徑進行優化，合理規劃配送路徑，選擇最優路徑方案，達到縮短配送時間，提高配送效率，降低冷鏈物流配送成本的效果。城市農產品冷鏈物流車輛路徑問題屬于VRP問題的特殊情況，具有運輸時間要求高、城市路徑復雜、受道路環境影響大等特點。

車輛路徑問題，及VRP問題主要是由以下幾個因素進行一個或多個的組合。

（1）道路因素。道路是物流運輸的基礎，是車輛路徑問題的核心要素。本文用從始發物流園出發按照一定路線到達另一個下家物流園進行冷鏈物流的周轉及配送。

（2）客戶因素。客戶點代表運輸問題中的配送對象，一般情況下包含以下要素：對產品進行接收以及接收和需求服務的時間段。同時在冷鏈物流運輸配送過程中，需要考慮有些客戶的確定性及不確定性需求，保證農產品在城市冷藏運輸配送過程中的質量和新鮮度不會受到影響。

（3）中心倉庫。每條冷鏈運輸車輛的起點或終點。車輛從中心倉庫對輻射范圍的客戶點進行配送，實現冷鏈運輸的最后一公里。

（4）車輛。冷鏈配送所需要的特定車輛，也是提高冷鏈物流效用的重要因素之一。各物流園設置專門的冷鏈物流配送路徑及停放地點，提供給進行冷藏運輸的特定車輛，可以很好地提高冷鏈物流的配送效率。

2.問題描述與假設

本文主要研究城市農產品車輛配送路徑問題，針對各個物流園之間路徑距離提供農產品周轉運輸服務，以合理規劃冷藏車輛最優路徑，縮短配送時間，確保農產品質量為最終目標。結合城市農產品冷鏈物流配送問題的復雜性，本文提出以下幾點基本假設：假設1，冷鏈物流配送為單車配送路線；假設2，已知各個配送點需求量和地理位置；假設3，客戶對于物流配送時間沒有限制，忽略因為配送超時所造成的懲罰成本及時間窗成本；假設4，冷鏈車輛裝載量可以滿足配送點需求。

結合城市農產品冷鏈物流實際配送過程，考慮農產品在冷鏈配送過程中的特殊性，農產品的質量隨著時間變化而變化和道路擁堵情況對配送時間以及配送速度的影響，建立車輛路徑總成本最優模型，成本最優模型也是VRP問題常見的基本數學模型之一。本文的運輸總成本包含運輸成本和質量耗損成本。

3.成本最優模型建立

（1）運輸成本。冷藏運輸是冷鏈物流中最重要的一環，也是冷鏈物流占時間比重最重的過程，降低冷藏運輸成本是降低冷鏈物流總成本的主要方向。運輸成本主要包括運輸車輛成本、運輸人員管理成本和運輸車輛燃料成本。所以對于冷鏈物流中運輸成本計算公式可以表示為：

（2）質量耗損成本。冷鏈物流運輸對象多為生鮮農產品等易腐品，產品質量受到溫度、濕度、時間等因素的影響，所以冷鏈物流相較于一般物流，多采用冷藏運輸，農產品保存在適宜溫度下進行運輸，可以有效地減少運輸過程中的耗損，但這樣并不能完全避免運輸途中所產生的耗損。本文主要考慮農產品在冷鏈物流中質量隨時間變化所引起的耗損成本，其計算公式可以如下表示：

（3）成本最優模型。綜合上述冷鏈物流配送問題各成本分析，城市農產品冷鏈物流車輛成本最優模型的目標函數可以表示為：

4.VRP模型轉化

在模型分析與建立過程中，考慮配送時間和距離呈正相關，當運輸速度一定時，配送路徑距離最短同時可以說明配送時間最短。對此，本文將VRP問題中的成本最優模型轉化為配送路徑距離最優模型，可以更加直觀的反映冷鏈物流對時間這一關鍵點的敏感性，同時也可以更加方便城市農產品冷鏈物流車輛配送路徑優化方案的選擇。

（1）VRP最短距離模型。本文通過對VRP問題中的成本因素進行研究分析，首先建立成本最優模型，考慮城市道路環境的復雜性與特殊性，將道路擁堵情況所造成的時間成本增加轉化為運輸路徑距離變化，建立VRP最短距離模型，將冷鏈物流運輸過程中的擁堵路段和擁堵時間考慮其中，得到模型目標函數變化為：

（2）VRP模型轉化。在模型分析與建立過程中，考慮配送時間和距離呈正相關，當運輸速度一定時，配送路徑距離最短同時可以說明配送時間最短。對此，本文將VRP問題中的成本最優模型轉化為配送路徑距離最優模型，可以更加直觀的反映冷鏈物流對時間這一關鍵點的敏感性，同時也可以更加方便城市農產品冷鏈物流車輛配送路徑優化方案的選擇。

四、徐州市農產品冷鏈物流VRP模型求解

1.Floyd求解任意兩道路連接點間最短距離

Floyd 算法又稱插點法，是用于尋找給定的加權圖中多點之間最短路徑的算法。其既可以用作無向圖中最短路徑的求解，也可以用作有向圖。城市道路交通道路多數分為單行道和雙行道，可以靈活運用Floyd算法，對冷鏈物流配送路徑進行計算優化，最終挑選出最優路徑方案。

上述迭代方程中，k表示迭代次數，當k=n時，wn即為各頂點之間最短路徑長度。

（1） VRP最優路徑模型對比分析。通過Floyd算法對城市農產品冷鏈物流車輛配送路徑優化模型的求解，對于優化前后的車輛配送路徑選擇方案進行實例對比分析，發現優化后的路徑方案在行駛時間、配送效率穩定性上都有著明顯變化，對于城市農產品冷鏈物流發展提供更多方向，通過降低車輛路程行駛時間，可以節約物流企業成本，為冷鏈物流企業帶來更多效益與利潤。

（2）模型實例求解——以徐州市冷鏈物流為例。徐州冷鏈物流主要采取集中式物流園模式，故本文主要研究徐州市大型物流園之間的冷鏈物流VRP問題及路徑優化，徐州市各大型物流園的布局，而對于分散的小型冷鏈物流企業不予考慮。

2.配送路徑優化前后對比

通過徐州市大型物流園的分布，可以根據地圖對兩兩物流節點之間的路徑進行選擇。由于城市道路的復雜性，本文將配送過程中可能遇見的道路情況（交通紅綠燈、道路擁擠情況等）進行賦值權重。本文通過對路徑優化模型算法求解，得出徐州市各物流園優化后的最短路徑距離數據如表1所示。

表1 徐州市各物流園路徑優化后的最短路徑距離 （單位：千米）

根據Floyd算法對徐州市各物流園之間的路徑進行計算，得出徐州市物流園之間最短路徑，通過優化前后路徑距離對比，可以選擇最優路徑來縮短路徑距離，從而減少運輸成本，提高冷鏈物流配送效率，最大程度的降低農產品在冷鏈運輸中的耗損，使得企業獲得更多的利潤。

根據徐州市冷鏈物流的配送模式，很難實現從產地直接到客戶的配送方式，所以本文研究將方向放在各物流園之間的配送路徑優化問題，通過物流園的輻射范圍影響來進行具體的客戶冷鏈農產品配送，根據客戶需求，選取最優的配送方案。

五、結語

本文首先對我國城市農產品冷鏈物流發展現狀及存在問題進行概述，從城市交通運輸的復雜性和冷鏈物流運輸對象的特殊性出發，分析冷鏈物流在城市配送過程中的影響因素，最終選擇從車輛配送問題及路徑優化入手，建立VRP路徑距離最優模型，并運用Floyd算法進行模型求解，通過實例對比分析，選擇城市農產品冷鏈物流最優路徑方案進行產品配送，降低企業成本的同時，促進冷鏈物流技術進一步發展，推進我國冷鏈全程化、一體化進程。我國冷鏈物流水平還處于較低水平，隨著社會經濟的不斷發展進步，對于冷鏈物流企業來說，既是機遇也是挑戰。為適應城市農產品市場需求，冷鏈物流企業可以積極推進城鄉結合冷庫建設，實現從原產地開始到消費者的完整的全程冷鏈流程。構建標準化、專業化的冷鏈物流市場體系，突破生鮮農產品季節性和區域性的束縛，形成全季節、全區域的農產品銷售模式，推進我國冷鏈物流技術和市場的進一步發展。