徐州市农产品冷链物流配送路径优化研究

林 超 张 兵

（徐州工程学院，江苏 徐州 221000）

随着时代不断发展，人民生活水平不断提高，城市居民对生鲜农产品需求量和品质要求也日益提高，冷链物流产业逐渐进入人们视野。冷链物流本质是一条物流链，从农产品产地预冷到冷藏运输、零售冷藏，最后送到消费者手中，这一过程有80%以上的时间在农产品的物流配送上，由此可见，冷藏运输是冷链物流的最重要环节。欧美发达国家由于物流技术发展早，同时对于食品安全问题的重视，其农产品运输保证全程冷藏保鲜，农产品耗损率保持在5%以下。1958年，美国学者Arsdel等人提出冷冻食品的质量最终取决于冷藏运输时间（Time）、流通过程的温度（Temperature）、容许变质度（Tolerance），即“3T”原理，这一原理揭示了冷冻食品的质量与冷藏运输时间及温度之间的密切联系[1]。本文通过研究相关文献，发现徐州市城市农产品的冷链物流运输的发展现状仍存在很多问题， 冷链物流技术发展还不够完善，冷链物流产业设备严重不足，无法实现“从原产地到消费者”的一体化体系。本文旨在研究城市农产品冷链物流的配送及路径优化，通过寻求最优的车辆配送和路径规划方案，缩短冷链物流配送时间，减少农产品路程耗损率，实现真正意义上的“全程冷链”。本文创新点在于：根据城市路径的复杂性，以城市路线网络为研究出发点，充分考虑城市物流配送存在的各种因素，将其转化为运输距离，结合时间成本和距离之间存在的关系，建立最短路径模型，并结合算法对模型进行求解。

一、徐州市农产品冷链物流的特点

生鲜农产品是城市居民日常饮食膳食的重要组成部分，农产品的质量和食品安全也日益成为大众所关注的重大健康问题，而冷链物流往往可以保证生鲜农产品的质量，所以冷链物流发展关乎着农产品市场和前景，冷链物流技术也逐渐成为当今生鲜农产品市场发展的主流研究方向。生鲜农产品具有鲜活性、易腐性等特性，同时，具有季节性、区域性等特点，由此造成冷链物流运输的复杂性，需要对冷链物流设备、技术以及人员有着更高的要求，具体体现在以下方面。

1.冷链物流布局分散

徐州市农产品多集中在乡镇或城市外环地区，而销售地多数集中在城乡地区，由于原产地缺乏资金投入，很难吸引销售商在原产地进行投资，从而出现产销分离情况。大多数农产品的销售流向都是分散的，很难进行集中管理与销售，为此冷链物流布局也是一大难题。同时，生鲜农产品多半具有季节性和区域性的特征，这样要实现真正的全程冷链，需要庞大的冷链物流布局网络来支持。

2.冷链物流成本高

徐州市物流发展较为迅速，但尚未成熟，冷链物流设备价格高昂，很多个体户难以承担，伴随着冷链物流过程的复杂性，运输成本相比于普通物流要高出30%～40%。国内依赖于冷链物流技术发展还需要漫长的研究开发过程，当今学者多数通过研究冷链物流路径优化来减少在农产品运输过程中的损耗，通过这一途径降低冷链物流的运输成本。

二、徐州市农产品冷链物流现状

1.生鲜农产品市场难以满足

国内生鲜农产品供应呈现季节性和区域性趋势，徐州市农产品市场想要打破这一束缚得依托于冷链物流技术的发展，随着国民经济的不断增长，这样的供需市场矛盾日益显著，国内落后的冷链物流体系更加难以城市农产品市场的需求，城市农产品市场的需求缺口导致农产品市场存在不稳定供应和不正当竞争等问题，生鲜农产品价格短时间也无法下降。

2.生鲜农产品运输过程耗损严重

由于国内冷链物流技术发展还不够完善，冷藏设备严重不足，导致国内冷链物流很难实现“全程冷链”，多数是采取“半程冷链”，常温运输过程下的农产品很难保证其最初的品质和质量，农产品耗损严重。徐州冷链物流技术发展尚未成熟，农产品原产地多数没有专门用于贮藏的冷库和保温场所，同时，国内冷藏运输车数量较少，多数农产品商家采取普通货车对农产品进行运输，冷藏运输率仅有10%～20%左右，这样运输过程中所造成的农产品损失很难通过技术方面进行弥补，城市农产品成本居高不下，导致农产品市场难以打开。

3.冷链物流缺乏专业化、规划化的市场体系

我国冷链物流相较于西方发达国家而言，起步较晚，冷链物流的科学技术还不够先进，尚未建立标准化、规范化的冷链物流市场体系。徐州市冷链物流总体上采取粗放式操作管理，与国际冷链标准仍有很大差距。同时，从业人员缺乏专业性培训，在农产品装运过程中的操作不规范导致冷链物流达不到预计效果和增加农产品耗损率。

三、徐州市农产品冷链物流配送问题及路径优化研究

1.车辆路径问题定义

城市农产品车辆路径问题是优化城市农产品冷链物流配送的有效途径[2]，车辆路径问题也是如今冷链物流发展的主流方向，通过建立路径优化模型，对城市农产品配送路径进行优化，合理规划配送路径，选择最优路径方案，达到缩短配送时间，提高配送效率，降低冷链物流配送成本的效果。城市农产品冷链物流车辆路径问题属于VRP问题的特殊情况，具有运输时间要求高、城市路径复杂、受道路环境影响大等特点。

车辆路径问题，及VRP问题主要是由以下几个因素进行一个或多个的组合。

（1）道路因素。道路是物流运输的基础，是车辆路径问题的核心要素。本文用从始发物流园出发按照一定路线到达另一个下家物流园进行冷链物流的周转及配送。

（2）客户因素。客户点代表运输问题中的配送对象，一般情况下包含以下要素：对产品进行接收以及接收和需求服务的时间段。同时在冷链物流运输配送过程中，需要考虑有些客户的确定性及不确定性需求，保证农产品在城市冷藏运输配送过程中的质量和新鲜度不会受到影响。

（3）中心仓库。每条冷链运输车辆的起点或终点。车辆从中心仓库对辐射范围的客户点进行配送，实现冷链运输的最后一公里。

（4）车辆。冷链配送所需要的特定车辆，也是提高冷链物流效用的重要因素之一。各物流园设置专门的冷链物流配送路径及停放地点，提供给进行冷藏运输的特定车辆，可以很好地提高冷链物流的配送效率。

2.问题描述与假设

本文主要研究城市农产品车辆配送路径问题，针对各个物流园之间路径距离提供农产品周转运输服务，以合理规划冷藏车辆最优路径，缩短配送时间，确保农产品质量为最终目标。结合城市农产品冷链物流配送问题的复杂性，本文提出以下几点基本假设：假设1，冷链物流配送为单车配送路线；假设2，已知各个配送点需求量和地理位置；假设3，客户对于物流配送时间没有限制，忽略因为配送超时所造成的惩罚成本及时间窗成本；假设4，冷链车辆装载量可以满足配送点需求。

结合城市农产品冷链物流实际配送过程，考虑农产品在冷链配送过程中的特殊性，农产品的质量随着时间变化而变化和道路拥堵情况对配送时间以及配送速度的影响，建立车辆路径总成本最优模型，成本最优模型也是VRP问题常见的基本数学模型之一。本文的运输总成本包含运输成本和质量耗损成本。

3.成本最优模型建立

（1）运输成本。冷藏运输是冷链物流中最重要的一环，也是冷链物流占时间比重最重的过程，降低冷藏运输成本是降低冷链物流总成本的主要方向。运输成本主要包括运输车辆成本、运输人员管理成本和运输车辆燃料成本。所以对于冷链物流中运输成本计算公式可以表示为：

（2）质量耗损成本。冷链物流运输对象多为生鲜农产品等易腐品，产品质量受到温度、湿度、时间等因素的影响，所以冷链物流相较于一般物流，多采用冷藏运输，农产品保存在适宜温度下进行运输，可以有效地减少运输过程中的耗损，但这样并不能完全避免运输途中所产生的耗损。本文主要考虑农产品在冷链物流中质量随时间变化所引起的耗损成本，其计算公式可以如下表示：

（3）成本最优模型。综合上述冷链物流配送问题各成本分析，城市农产品冷链物流车辆成本最优模型的目标函数可以表示为：

4.VRP模型转化

在模型分析与建立过程中，考虑配送时间和距离呈正相关，当运输速度一定时，配送路径距离最短同时可以说明配送时间最短。对此，本文将VRP问题中的成本最优模型转化为配送路径距离最优模型，可以更加直观的反映冷链物流对时间这一关键点的敏感性，同时也可以更加方便城市农产品冷链物流车辆配送路径优化方案的选择。

（1）VRP最短距离模型。本文通过对VRP问题中的成本因素进行研究分析，首先建立成本最优模型，考虑城市道路环境的复杂性与特殊性，将道路拥堵情况所造成的时间成本增加转化为运输路径距离变化，建立VRP最短距离模型，将冷链物流运输过程中的拥堵路段和拥堵时间考虑其中，得到模型目标函数变化为：

（2）VRP模型转化。在模型分析与建立过程中，考虑配送时间和距离呈正相关，当运输速度一定时，配送路径距离最短同时可以说明配送时间最短。对此，本文将VRP问题中的成本最优模型转化为配送路径距离最优模型，可以更加直观的反映冷链物流对时间这一关键点的敏感性，同时也可以更加方便城市农产品冷链物流车辆配送路径优化方案的选择。

四、徐州市农产品冷链物流VRP模型求解

1.Floyd求解任意两道路连接点间最短距离

Floyd 算法又称插点法，是用于寻找给定的加权图中多点之间最短路径的算法。其既可以用作无向图中最短路径的求解，也可以用作有向图。城市道路交通道路多数分为单行道和双行道，可以灵活运用Floyd算法，对冷链物流配送路径进行计算优化，最终挑选出最优路径方案。

上述迭代方程中，k表示迭代次数，当k=n时，wn即为各顶点之间最短路径长度。

（1） VRP最优路径模型对比分析。通过Floyd算法对城市农产品冷链物流车辆配送路径优化模型的求解，对于优化前后的车辆配送路径选择方案进行实例对比分析，发现优化后的路径方案在行驶时间、配送效率稳定性上都有着明显变化，对于城市农产品冷链物流发展提供更多方向，通过降低车辆路程行驶时间，可以节约物流企业成本，为冷链物流企业带来更多效益与利润。

（2）模型实例求解——以徐州市冷链物流为例。徐州冷链物流主要采取集中式物流园模式，故本文主要研究徐州市大型物流园之间的冷链物流VRP问题及路径优化，徐州市各大型物流园的布局，而对于分散的小型冷链物流企业不予考虑。

2.配送路径优化前后对比

通过徐州市大型物流园的分布，可以根据地图对两两物流节点之间的路径进行选择。由于城市道路的复杂性，本文将配送过程中可能遇见的道路情况（交通红绿灯、道路拥挤情况等）进行赋值权重。本文通过对路径优化模型算法求解，得出徐州市各物流园优化后的最短路径距离数据如表1所示。

表1 徐州市各物流园路径优化后的最短路径距离 （单位：千米）

根据Floyd算法对徐州市各物流园之间的路径进行计算，得出徐州市物流园之间最短路径，通过优化前后路径距离对比，可以选择最优路径来缩短路径距离，从而减少运输成本，提高冷链物流配送效率，最大程度的降低农产品在冷链运输中的耗损，使得企业获得更多的利润。

根据徐州市冷链物流的配送模式，很难实现从产地直接到客户的配送方式，所以本文研究将方向放在各物流园之间的配送路径优化问题，通过物流园的辐射范围影响来进行具体的客户冷链农产品配送，根据客户需求，选取最优的配送方案。

五、结语

本文首先对我国城市农产品冷链物流发展现状及存在问题进行概述，从城市交通运输的复杂性和冷链物流运输对象的特殊性出发，分析冷链物流在城市配送过程中的影响因素，最终选择从车辆配送问题及路径优化入手，建立VRP路径距离最优模型，并运用Floyd算法进行模型求解，通过实例对比分析，选择城市农产品冷链物流最优路径方案进行产品配送，降低企业成本的同时，促进冷链物流技术进一步发展，推进我国冷链全程化、一体化进程。我国冷链物流水平还处于较低水平，随着社会经济的不断发展进步，对于冷链物流企业来说，既是机遇也是挑战。为适应城市农产品市场需求，冷链物流企业可以积极推进城乡结合冷库建设，实现从原产地开始到消费者的完整的全程冷链流程。构建标准化、专业化的冷链物流市场体系，突破生鲜农产品季节性和区域性的束缚，形成全季节、全区域的农产品销售模式，推进我国冷链物流技术和市场的进一步发展。