基于物联网的食品冷链物流配送路径优化研究外文翻译资料

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基于物联网的食品冷链物流配送路径优化研究

摘要:随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对生活质量越来越重视，对产品质量，特别是冷链产品的质量提出了更高的要求。冷链配送作为冷链产品质量的保证，受到了企业的关注。本文在物联网技术的基础上，在传统的路径优化模型上加入冷藏成本和货物损失成本，建立了冷链物流的路径优化模型。实验结果表明，在物联网环境下，冷藏车辆的实时路径优化方法是有效的。该方法对实现冷链物流配送成本的精细控制和提高配送服务效率具有现实意义。

1.介绍

随着我国物流业的快速发展和国民经济水平的不断提高，作为物流业的一个重要分支的冷链物流业越来越受到人们的关注。相关数据显示，在中国冷链物流配送过程中，水果损失25%、蔬菜损失30%、肉类和水产品损失分别为12%和15%，居世界第一。其损失可满足2亿人的基本需求，造成每年1亿元的经济损失^[1]。这迫使制冷和保鲜技术不断改进，以满足人们的需求，从而推动了冷链物流的发展。因此，国家近年来也在冷链物流方面提供了政策支持和财政支持。商务部为冷链联合配送和节能制冷机的企业提供政策支持。在现有的关于配送中车辆路径问题的研究中，对冷链物流中特种车辆路径问题的研究相对较少。本文利用物联网中的多源质量信息，研究了冷链物流配送的实时车辆路径优化问题。

2.冷链物流配送在物联网中的应用模式

物联网中心拥有大量的多源信息，如交通信息、天气信息、路段信息、地理信息等。利用这些信息，它建立在物联网冷链物流配送车辆路线优化服务平台上(其架构图如图1所示)。新鲜食物收到后进行处理，温度、湿度、氧气等含量满足保持食物新鲜的条件，即食物总是保持在一个可控的温度环境中，这样食物就可以保持新鲜^[3]。冷链货物的质量只能在冷藏或冷冻的环境中得到保证，这意味着必须严格控制采购、加工、配送、销售等一系列物流过程，以保持货物的质量，减少货物损失。通过模仿、交叉等方式，使不同种群的相关解不断进化，找出最优值，从而找出最优个体。其中，编码和设置初始群体遗传操作是主要内容。

图1基于物联网的冷链物流配送车辆路径选择优化框架

图1中的底层资源层包括各种服务器、网络等硬件设备，以及冷链物流系统之外的各种分布式应用资源，如运输、天气等系统。通过虚拟化技术，存储虚拟化、网络虚拟化和服务虚拟化形成了一个巨大的资源池。因此，配送中心应该是一个现代化的流通设施。它应该是当前阶段电子商务平台上分销活动的物质技术基础，不仅可以减少商品的流通环节和交易时间，更重要的是，产生规模经济^[4]。用户可以随时随地通过网络访问应用服务层，访问冷链物流配送车辆的动态路径优化服务，接入服务平台可以是Web服务界面、浏览器、桌面应用程序、移动终端等。其次，初始种群的随机生成在优化路径时可以随机生成多个初始种群。然后，适应度函数的确定。该函数可以评估单个解的优缺点，并确定下一代种群的概率。因此，冷链物流必须及时稳定运行，所有物流环节必须紧密相连，协调高效，不仅可以节省物流时间，还可以防止外界热风入侵货物，影响质量。

基于物联网的冷链物流配送车路径优化服务平台，可以有效地解决冷链物流配送车实时路径优化中对实时信息的需求。初始化算法中的所有参数；其次，对总体中的所有粒子进行评估，评估过程是基于预先设置的适应度函数。根据不同的情况，配送的相关方面有一定的限制，一般包括：满足客户对商品种类和数量的要求；在客户预设的时间范围内提供服务；考虑到冷链物流配送商品的性质、数量等实际要求，选择合适数量的冷藏配送车辆和规划一条合适的运输路线，以实现高效配送^[5]。利用云计算，可以在有效的时间内快速计算出有效的实时优化路径，从而提高物流服务效率，使冷链物流的配送成本实现精细化管理。

3.基于物联网的配车路线优化模型

3.1冷链物流中车辆配送路线问题的说明

根据图1构建了冷链物流配送的车辆路径优化结构。该优化模型的最终目标是优化车辆的总行驶时间和分配成本。物流配送中心是货物储存、包装、配送和配送的场所。配送中心中存储的商品类型不受限制，可以是单一类型，也可以是多种类型。在时间、代价等一定参数下，求出相对于最优解的可行解，因此参数设置对算法的计算具有重要影响。每个客户的总需求不得超过车辆的最大装载能力；每个交付和运输路径的总长度不得超过车辆在一次交付时的最大行驶距离。它是冷链物流货物配送^[6]所需的一种工具。一般来说，在选择交付车辆时，车辆的类型、车辆的额定负荷、车辆的体积、车辆的最大行驶距离、配备车辆的设备等，这些因素通常被考虑在内。在交货过程中，车厢内的温度和湿度必须在一定的范围内，否则会影响客户对产品的满意度。运输车辆的承载能力要求其能够承受所运输货物的最大承载能力，且最长行驶距离为运输车辆交付货物的最长行驶距离。在冷链物流中，冷藏车在冷链配送中至关重要。在正常情况下，运输车辆在配送完成后应按要求返回配送中心。

3.2冷链物流配送的车辆路径优化模型

根据物流信息的完整性和变异性，将车辆路径问题(VRP)分为静态车辆路径问题和动态车辆路径问题。静态VRP是指物流配送所需的信息事先已知且不可改变，而动态VRP是指物流配送所需的信息事先不完全知道，或者在配送过程中不断更新。冷藏车辆路线优化模型的分析包括配送时间和成本的分析。在该框架中，通过统一的接口访问交通信息云，获取车辆位置的交通信息，进行分配时间分析。配送的综合成本分析包括固定成本、运输成本、货物损坏成本、能源成本和罚款成本^[7]的分析。

3.2.1分布时间分析

通过从云中心的实时交通信息中获取车辆正在行驶的路段的实时交通信息，计算出分布时间。平均车速Vi、车道宽度LRi和车辆所在路段允许通过的车辆吨位。在分配过程中，需求可能会随时间而产生动态变化。后者是指客户与交货方事先约定的到货时间。一般都有上下限，在一定程度上反映了交付的服务质量。它可以是一个特定的人，也可以是每个大型购物中心、超市、便利店等。客户的位置，以及客户的需求和交付时间的要求，都影响着配送中心对配送计划的制定。只有当车道宽度LRi大于车辆宽度L，且过往车辆的吨位QRi大于车辆的总吨位Q时，才能选择路径i。因此，车辆完成该分布的总行驶时间T如公式(1)^[8]所示。

(1)

3.2.2分销综合成本的分析

运输车辆的固定成本C₁包括司机的工资和和超级货物的车辆磨损成本，C₁=f为不变。这类问题很复杂。它同时包括三个因素：需求的动态变化、时间窗约束和时间依赖性。这三个因素相互影响。它越接近现实，就越难解决。例如，客户对交货时间的需求，客户对商品的类型和数量的需求，客户的位置，客户的需求，客户服务的车辆数量，以及一些交通路线上的交通流量和对运载车辆的数量的要求等。车辆的运输成本C₂包括车辆的油耗、维修和保养成本，与车辆的行驶里程成正比，如公式(2)所示。

(2)

c_ij为冷藏车在(v_i，v _j)段的运输成本，c_{i j}=c_ji，其中x_{i j}用0，1表示，x_{i j}=1表示冷藏车已通过(v_i，v _j)段，否则x_{i j}=0。

冷藏的损失成本包括三种情况：第一是运输时间和卸货时间的长短而造成的货物损失；第二是离散时变模型，适用于系统中变量为离散时间分布函数的情况。一般用差分方程描述；第三是将前两者相结合，即连续离散时变混合模型，根据实际情况，将前两种方法相结合。运输网络由配送中心与客户之间、客户与客户之间的连接组成。一些交通网络，特别是道路运输网络，会限制运输线路运输车辆的重量，这也会影响到配送中心对配送方案的制定的因素。车辆以匀速v运行；每个客户的需求和位置都是已知的，只有一辆车能完成配送需求，服务所有客户，由于路况原因，冷库受损。冷库的损坏成本用C₃，如公式(3)所示。

(3)

可靠性的基本指标包括可靠性、故障率、修理率、平均寿命等。可靠性是可靠性的数学度量，是一种量化形式，是一种概率值。可靠性是时间的分布函数，一般表示为R(t)。如果规定的时间限制为t，则可靠性可表示为^[9]：

其中，0 R(t) 1。 (4)

一般的冷链物流配送系统将设有一个或多个配送中心。只有一个冷链物流配送中心被称为单个配送中心，而该配送系统使用的配送中心数量仅为一个。如果配送系统使用多个配送中心，则称为多个配送中心。因为在现实生活中，直接拒绝服务客户的数量仍然相对较少。如果你想提高送货服务到达时间的可靠性，可以通过增加双方商定的违约金来实现。冷藏车的能源成本主要是制冷剂的消耗成本。制冷剂消耗量与车厢的传热系数、车厢内温度、车厢内外的表面积、车厢外温度有关。制冷剂消耗量的计算公式见等式(5)。

G a b S t (5)

其中G为制冷剂消耗量，a为常数，b为传热系数，S为车辆内外的平均表面积，以及t是车辆内外的温差。理想解，即寻找最接近理想点的解，可以看作是一种基于距离函数的目标搜索方法。由于理想点通常是不存在的，所以必须做出妥协。折衷的方法是最小化距离函数。配送中心分配的车辆数量大于1，分配车装载的货物重量大于车辆载重，车辆运行时处于满载状态，但不能超过规定的满载百分比。然后运行中车辆的冷却成本用G₄，如等式(6)所示。

(6)

其中r₁是制冷剂的价格，t_ij是从客户i到客户j的时间,x_ij是一个值为0,1的变量。

在车辆路径问题的发展过程中，结合实际的配送情况，会出现一些客户要求服务时间的情况，即在车辆路径问题中出现了服务时间窗口的约束。该模型旨在最小化物流系统的总成本，包括运输成本、制冷成本和因超过客户需求时间而造成的惩罚成本。冷链物流配送产品在配送过程中一直需要低温制冷，从而产生制冷成本。制冷费用包括运输制冷费用和装卸制冷费用。当车门打开时，外部的空气直接与冷藏车内的空气对流，导致冷热交替。因此，要计算打开车门的制冷成本，只需要计算车门的热交换所消耗的制冷剂成本，其表示为C₅，如等式(7)所示。

(7)

在有时间窗的车辆路径问题中，根据实际情况，如果在车辆分配过程中出现一些突发情况，车辆可能无法在规定的时间内交货。严格按照时间要求的话，客户满意度会较高，但经销商需要付出很大的代价，配送成本会大大增加。在冷冻和冷藏产品的配送过程中，温度等许多不可控的因素会导致产品的损坏，从而导致货物的损坏成本。货物损坏成本主要由以下两种情况引起：一种是累计交货时间导致产品损坏；另一种情况是装卸货物和打开冷藏门导致产品损坏，从而导致货物损坏成本。配送中心在收到每个销售点的订单后，需要尽快制定最优的配送计划，以满足有效时限内所有客户点的需求。如果货物在其他时间段内交付给客户，将会给客户带来不必要的麻烦。如果在未约定的时间内交货，将间接导致顾客满意度下降。如果货物不能按时到达，将会对物流配送企业处以一定的罚款。那么，由于在时间窗内未将产品交付到客户点而造成的惩罚成本用C₆表示，如等式(8)^[10]所示。

(8)

其中，₁和₂分别表示冷藏车辆在时间窗前后卸货所造成的损失成本。s_j是车辆到达客户j的时间，以及t_j是车辆等待客户j的时间。

从不同的客户价值层面来看，受益者是不同的。首先，从企业层面来看，客户价值是指客户购买企业的某些商品或服务给企业带来的经济利益和社会利益，是客户的行为给企业带来的价值。客户在同一路线上所要求的货物只能由同一辆车运送。用于配送的运输车辆为具有制冷功能的同一车辆。配送过程处于恒定低温状态，待配送商品类型单一，制冷温度要求一致。如果送货车辆延误，客户拒绝接受服务，将会造成货物损坏、运输等重大损失，客户对服务的满意度为零。其数学意义在于该问题在规

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