生鮮冷鏈中的多車艙車輛路徑問題研究現狀與展望

馮艷玲　張楚妮　蘇芷寧　郭滔霏

關 鍵 詞：生鮮產品；多車倉車輛路徑問題；綠色配送；動態不確定環境

中圖分類號：F25224文獻標識碼：A文章編號：2096-7934（2023）05-0080-07

一、引言

新冠肺炎疫情暴發后，各行業供應鏈遭受了不同程度的沖擊，尤其是在果蔬、鮮肉和奶制品等生鮮產品的消費方面，傳統的線下購買流程變得相對繁瑣，為了應對這種情況，生鮮行業主動出擊，采用線上與線下相結合的銷售模式，并憑借強大的供應鏈、物流配送體系等有力地保障了居民的日常生活需求。為了更好地應對疫情的影響，并進一步促進產業的健康發展，生鮮產品車輛路徑問題的研究和應用逐漸成為業界和學術界研究的熱點。

生鮮產品保質期短且與食品特性、儲藏溫度和時間密切相關，這決定其品質易受外界溫度變化的影響。目前我國生鮮產品物流配送中存在成本高昂、效率低下、設施管理不完善等問題，若在運輸過程中未能穩定地控制好溫度，將會導致其新鮮度迅速下降，腐壞的加速會帶來產品浪費和冷鏈成本上升等問題。此外，生鮮產品對溫度的要求因品牌而異，即使是相同品種但不同品牌的產品（例如牛奶），也不能混合存放。基于此，為滿足環境、企業和消費者的需求，國內外學者從多個方面切入探究生鮮產品物流配送問題，其中研究的焦點之一即是多車艙車輛路徑問題。

多車艙車輛路徑問題屬于NP難問題［1］，早在1979年被Christofides等人［2］ 以車輛路徑問題變體的形式提出。總體來說，針對多車艙車輛路徑問題，國外的研究相對較多且涉及領域相對較廣，而國內研究相對較少且研究背景主要集中在油品配送領域［3］。從20世紀80年代起，學者們陸續就該問題展開深入研究。目前已有學者對多車艙車輛路徑問題進行了相關綜述 ［4-5］，但關于生鮮產品的多車艙車輛路徑優化問題還未得到應有的關注。因此文章將針對相關文獻進行整理和分析，首先根據現有文獻系統整理了生鮮產品車輛路徑規劃問題。其次，對生鮮產品多車艙車輛路徑問題進行整理。最后對考慮環境問題的生鮮產品多車艙車輛路徑問題進行綜述。分析當前研究存在的問題和未來可能的研究方向，力求推進生鮮產品多車艙車輛路徑問題在實際應用領域的更好發展。

二、研究現狀

隨著經濟的高速發展，人民生活水平隨之提高，對于購物體驗的要求也越來越高。尤其是受新冠肺炎疫情影響，人們對生鮮產品的品質和需求量均有提高，冷鏈物流已成為現代物流發展的趨勢。然而，在現實情況下，生鮮產品冷鏈配送仍受到多種限制因素的制約，影響生鮮行業規模的進一步擴大和效率的進一步提高。在此背景下，不少學者對生鮮冷鏈物流問題進行研究。吳靜旦［6］ 認為影響生鮮農產品配送的因素有產品品質、冷鏈技術和信息化管理等。趙秀榮和崔佳［7］ 認為對生鮮產品冷鏈配送業務的主要影響因素包括質量安全、配送車輛路徑以及消費者需求的不確定性等。

游佳和王鶯［8］ 研究發現生鮮農產品冷鏈物流配送面臨成本高、效率低、車輛調度難、物流信息系統和職能平臺不完善，以及缺少應急系統等問題。饒培俊［9］ 發現，生鮮產品冷鏈配送面臨的困境主要包括基礎設施薄弱、技術標準較低、專業人才缺乏、管理體系不完善以及市場化程度較低等。

陳見標和陸宇海［10］ 探討了我國生鮮農產品配送的最后一公里問題，發現生鮮配送與客戶收貨之間存在時間錯位、生鮮產品的時效性和費用之間不平衡、難以做到產品追溯、信息不完整且共享機制不健全等問題。

相飛［11］ 指出，通過互聯網技術的應用，可以實現對生鮮產品冷鏈物流的全程追蹤和監控，提高物流效率和產品品質，但客戶需求的不確定性仍是重要的制約因素。由于客戶對生鮮產品的需求是具有一定的不確定性的，如購買量、種類、時間、地點等方面的不確定性，這種不確定性會導致生鮮產品的冷鏈物流難以做到精準預測和規劃，從而增加物流成本，降低物流配送效率。

在經典車輛路徑問題的眾多延伸中，多車艙車輛路徑問題在最近幾年被廣泛研究。多車艙車輛能夠聯合收集并運輸具有不同特性的貨品，而單車艙運送就需要分別運輸。多車艙車輛使得路徑決策和訂單分配有了更大的靈活性。在當下學術研究與實際應用中，與多車艙相關的車輛路徑規劃問題也被越來越頻繁地提出。其中，多車艙車輛的應用對于生鮮產品冷鏈配送的發展尤為重要。

孫麗君等［5］ 分別從問題結構和研究領域兩個視角，按照不同研究屬性將多車艙車輛路徑問題劃分為許多子問題，并提出當前多車艙車輛路徑問題文獻的研究問題主要來自現實應用且集中在油品配送領域，而相關的模型算法在實際應用中還存在一定的局限性。現有研究對于生鮮產品冷鏈配送、多車艙車輛路徑問題的研究都相對深入，但是將兩者結合起來的研究較少。因此，文章首先概述生鮮產品VRP，再進一步對生鮮產品多車艙車輛路徑問題進行綜述，最后深入介紹考慮環境因素的生鮮產品多車艙車輛路徑問題。

（一）生鮮產品車輛的路徑

楊世堅和陳韜［12］ 歸納得出生鮮產品車輛路徑問題的類型、算法和基本思路，強調實時信息對路徑規劃產生的影響具有時效性，并將隨機VRP分為用戶數量隨機、旅行時間隨機、用戶需求隨機和用戶空間位置隨機四種問題類型，指出現有多車艙車輛路徑問題的研究主要集中在用戶需求隨機的類型。

1需求不確定的生鮮產品車輛路徑問題

生鮮產品的需求不確定性反映了顧客需求的變化特性，為了應對顧客對生鮮產品的配送時間要求、配送數量和種類的不同要求，對于用戶需求隨機的生鮮產品車輛路徑研究十分重要。

馬向國等［13］ 研究冷鏈物流運營中包含隨機需求的車輛路徑問題時，為平衡客戶服務時間需求與客戶重要性，建立了以總成本最小為目標的混合時間窗模型，并采用混合遺傳算法求解。崔巖等［14］ 為解決不確定環境下的生鮮產品車輛路徑問題，建立配送成本最小化的生鮮產品配送路徑的優化模型，采用改進的粒子群算法使問題得到解決。Ma等［15］ 考慮市場需求和時間的隨機性，構建以預期收益最大化為目標的非線性整數規劃模型，設計了一種混合遺傳算法（GA-RA算法）對問題進行求解。

2時變路網下生鮮產品車輛路徑問題

生鮮產品具有易腐特點，對交貨時間和運輸環境溫度敏感。消費者購買生鮮產品的需求往往覆蓋不同溫度需求，配送成本較高。且實際情況中路網狀態的變化往往引起配送車輛行駛時間的變化，影響生鮮時效性，考慮路網中車速的時變特性對配送路線優化決策更具現實意義。

優化物流配送過程對于提高效率和降低成本非常重要。李鋒和魏瑩［16］ ?針對車輛行駛速度隨時間變化的時變性質，以配送成本最小為優化目標，構建數學模型并提出自適應優化算法對路線規劃進行實時動態調整。由于冷鏈運輸車輛對環境溫度敏感，Hu等［17］ 綜合分析了車輛制冷系統燃料的熱損耗隨環境溫度變化的性質，建立了以總成本最低為目標的模型，并提出一種結合了變鄰域搜索和粒子群優化的自適應啟發式算法，采用兩階段分解的方法進行求解。Liu和Fan［18］ ?建立了一種基于實時交通情況的生鮮產品車輛配送模型，并利用遺傳算法實現了初始路徑的設計與優化調整，以實現更加高效的配送，削弱動態流量對客戶滿意度的負面影響。Padilla 等［19］ 利用國際粗糙度指數量化道路平坦度對車輛行車產生的影響，構建以載物損壞度最小和車輛行駛距離最短為目標的模型，通過非支配排序遺傳算法對進行求解。

Zulvia等［20］ ?研究生鮮產品綠色車輛路徑問題，構建綜合考慮產品的新鮮度、交通、運行時間限制、時間窗以及碳排放等因素的模型，并使用多目標梯度演化算法對改模型進行求解。丁艷［21］ 分析了多溫共配車輛路徑優化的干擾因素，建立了以總成本、時間和風險（如：路況）為目標的路徑模型，采用量子比特描述路徑信息并通過蟻群算法進行求解，實現優化并驗證了有效性。

（二）生鮮產品多車艙車輛的路徑

針對商店配送的多車艙布局的車輛路徑問題，Chajakis和Guignard［22］ 構建整數規劃模型，并提出一種拉格朗日近似方法來解決只有儲物箱、儲物箱和隔板并存的兩類多艙室問題，最后通過小規模實驗確定該方法可以節約的派車數量。Derigs等［23］ 建立整數規劃模型，并設計一套MCVRP求解器，分別針對固定和可變車輛艙室的兩種情況進行求解。在Derigs等的工作基礎上，Pirkwieser等［24］ 重點研究了車廂裝載問題，以提高車廂的裝載率，并提出使用可變鄰域搜索算法和分支定界方法來求解該問題。

Kurnia等［25］ 提出旅行商問題（TSP）可以使用VRP進行建模，并針對蔬菜運輸問題設計改進的遺傳算法。Hübner和Ostermeier［26］ 為解決考慮裝載和卸載成本的MCVRP問題，采用大鄰域搜索算法，并通過實驗表明總成本可進一步降低。

唐珍和王淑云［27］ 通過對比兩類多溫共配的冷鏈運輸模式，研究了多溫共配在冷鏈物流中的運行模式，實現了共配兩種不同溫度需求的貨物，從而降低了配送總成本。胡衛等［28］ 使用一種特殊的編碼方式和遺傳算子來實現更好的結果，基于此設計的遺傳算法能夠有效解決不同溫度需求下的產品共同配送問題。針對同時取送貨的車輛路徑優化問題（VRPDSP），這種冷凍區隔車多溫共配模式與傳統的模式相比，能夠將總成本降低約46%。陶榮［29］ 綜合考慮多種成本因素，構建了多溫共配的優化模型，利用C++語言進行程序設計并實現對路徑的優化，并采用蟻群算法針對此模型提供求解思路。陳久梅等［30］ 以最小化配送成本為目標，建立了生鮮產品多車艙車輛路徑優化模型，采用粒子群算法進行求解，并證明了此算法的穩定性和良好的收斂性。牛燕青［31］ 構建了一個考慮軟時間窗的冷鏈物流配送模型， 在隨機環境下利用改進粒子群算法得到最優路徑規劃， 并通過算例證明了模型和算法的有效性。耿菲［32］ 通過設計兩種多車艙車輛路徑模型對冷鏈物流進行了優化，使車輛的固定成本、行駛成本、能源成本和貨損成本最小化，運用改進的遺傳算法對問題進行求解，并用算例驗證模型和算法的有效性。

（三）考慮環境因素的生鮮多車艙車輛路徑問題

國家統計局最新數據顯示：截至2021年末我國民用汽車保有量30151萬輛，以每年69%的幅度增長。據國家統計局發布的《中國統計年鑒-2022》統計，我國民用載貨汽車保有量達到3258萬輛，占民用汽車總量的1107%。交通運輸、倉儲和郵政業能源消耗總量已由2010年的271億噸標準煤增至2020年的413億噸標準煤，占我國能源消費總量的比例由751%提升至828%，交通運輸業仍有很大的綠色化空間。

為積極響應國家對綠色物流、低碳發展的號召，面對物流業迅速發展的現實情況，學者們越來越關注綠色車輛問題。李英等［33］ 將綠色車輛路徑問題分為兩類：傳統車輛以污染最低為目標，以及新能源汽車以運營成本最小為目標。Rabbani等［34］ 考慮車輛的污染排放，最大限度地減少負載、速度等車輛運行成本，選擇兩種元啟發式算法（遺傳算法和模擬退火算法）以及混合元啟發式算法來解決所提出的問題，并將結果進行比較。Chen等［35］ 基于某家冷鏈配送公司的多車艙車輛路徑問題建立了數學模型，最小化車輛運行成本和燃油消耗成本，并設計了一種自適應的大鄰域搜索算法解決問題。徐詩雯［36］ 基于Chen等人的研究，考慮到減少碳排放，將燃油車輛替換為電動汽車，以總成本最低為目標設計了運用于冷鏈物流的多車艙電動汽車路徑規劃模型，采用混合蟻群算法求解，最后驗證了電動車配送模式環保高效、節約成本。Chen等［37］ 考慮了碳排放對環境的影響，提出生鮮電商中出現的帶時間窗的多車艙車輛路徑問題。以出行成本、固定成本、制冷成本和碳排放成本的總和最小值為優化目標，提出一種變鄰域搜索算法進行求解。

三、現有研究中較少涉及的問題

當前學術界對生鮮冷鏈 VRP 的研究涉及的類型較為豐富，相應的研究框架也相對完備。但仍存在一些鮮有涉及的方面，值得繼續深入研究和完善。

（1）生鮮產品多車艙配送中，多種特性產品不能混裝的特質以及相應隔室的增加、隔室容量的限制造成了研究的差異性及困難性，很多研究都還沒有考慮到多車艙車輛獨有的特點，如改艙、換艙等。同時現有算法還不能實時處理各種隨機發生的信息，響應速度有待提高，對如何運用并行算法還有待進一步探討。

（2）傳統的車輛路徑問題中忽略了對環境的保護，很少有考慮碳排放等環境因素的多車艙車輛路徑規劃研究。如何將減少燃料消耗、減少碳排放等因素納入到路徑規劃中，是需要在研究中繼續推進的內容。同時，為滿足現代物流動態不確定環境下配送的需求，更加智能高效的實時動態路徑優化方法也是值得深入研究的方向。

（3）隨著網絡信息系統、硬件設施和物流服務的發展，生鮮產品的配送需求數量和質量都逐步增加。多個品類生鮮產品的冷鏈物流配送為適應經濟社會的發展趨勢，對MCVRP方面的研究亟需補充。除了多車艙車輛的應用，庫存管理、人事安排、選址、設備更新和高新技術應用等既是必須考慮的現實因素，也是重要研究的課題。然而如何將這些研究課題與生鮮產品的配送相結合以增加其實用性，是當下亟待解決的問題。

四、總結與展望

多車艙車輛的運用以及路線設計在實際的運輸流程中，尤其是生鮮產品的冷鏈運輸與配送上具有廣闊的應用前景。但目前學術界對生鮮產品多車艙車輛的路徑規劃問題方面的研究還遠遠不夠。本文通過總結梳理現有相關文獻的研究問題和研究方法，從確定性因素和不確定性因素兩個方面入手，另外考慮到環境保護的綠色物流問題，為后續研究提供參考。基于生鮮產品多艙車輛路徑問題的研究現狀，未來的研究方向可以概括為以下四點。

（1）擴展多車艙車輛路徑問題考慮的因素范圍。目前研究所考慮的因素有很多種，但大部分研究主要集中在某一因素上，在其他方面還存在一些研究空白，比如，將車輛路徑問題中常見的因素引入多車艙車輛路徑研究中，以及考慮多車艙車輛獨有的特點，如改艙、換艙等因素。

（2）考慮動態因素的多車艙車輛路徑設計。目前，關于動態MCVRP的實際應用研究較少，如新需求的動態生成、需求的隨機性等。雖然現有算法無法滿足實際應用中對車輛實時調度的需求，但如今物聯網技術的高速發展已經能夠即時掌握客戶信息、車輛信息、載貨信息等數據的變化，有能力處理隨機動態因素，對實時動態配送調度的需求進一步增強。

（3）考慮環境因素的多車艙車輛路徑規劃問題。考慮環境因素的多車艙車輛路徑規劃研究近兩年受到關注，但文獻量相對較少。如今能源危機和環保問題受到人類重視，而多車艙車輛作為物流行業的交通工具，尤其在生鮮產品冷鏈運輸中作用突出，相關考慮環境因素的路徑規劃問題亟待研究。

（4）多車艙車輛路徑規劃與高新技術和硬件設施的結合。為提升分析決策和自動化操作的能力，如何運用區塊鏈技術、智能軟硬件系統、物聯網、大數據分析等技術手段，進行精細化、動態化、可視化的路徑規劃與管理，仍有待深入研發。

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Research Status and Prospect of Fresh Product Cold

Chain in Multi-Compartment Vehicle Routing Problem

FENG Yan-ling1， ZHANG Chu-ni1， SU Zhi-ning1， GUO Tao-fei2

（1School of Modern Post， Beijing University of Posts and Telecommunications， Beijing 100876;

2School of Cyberspace Security， Beijing University of Posts and Telecommunications， Beijing 100876）

Abstract：The Multi-compartment vehicle routing problem （MCVRP） is a significant issue in the domain of fresh products distribution and cold chain logistics Particularly in the context of recurring epidemics， the MCVRP exhibits extensive applications and promising development prospects in fresh product distribution In this paper， relevant studies of domestic and foreign scholars in recent years on vehicle routing optimization of fresh products are systematically summarized The problem is reviewed separately in terms of fresh products VRP， fresh products MCVRP and fresh products MCVRP considering environmental factors Additionally， this paper identifies current research gaps and presents future research prospects， with the goal of advancing the practical applications of the multi-compartment vehicle routing problem in the fresh products domain

Keywords： fresh products; multi-compartment vehicle routing problem;green distribution;dynamic uncertain environment