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应用科学

基于地理信息系统的鲜果生蔬城市交通网络设计——以邦科市为例

Juthathip Suraraksa ¹ and Kwang Sup Shin ²

1.泰国Chonburi 20131的Burapha大学物流学院，邮箱：juthathip@go.buu.ac.th 2.韩国仁川22012的仁川国立大学物流研究生院，通信：ksshin@inu.ac.kr

接收日期：2019年10月27日；接受日期：2019年11月20日；发布日期：2019年11月22日

摘要：新鲜易腐产品的冷链目的是在预先设定的温度范围控制下能保持产品的质量。为了在适当的时间内达到交货条件，在冷链管理中最关键的操作是产品的运输和分销。由于人口的快速增长和对高质量新鲜食品的需求，发展先进的新鲜产品运输和分销网络变得至关重要，特别是在城市地区。本研究的目的是在曼谷大城市物流地理信息系统（GIS）的生鲜产品运输与配送网络数学模型的基础上，设计不同的场景，提出的方法集成了位置分配和车辆路径问题分析。通过考虑所需配送中心和卡车的数量、总行程时间、总行程距离以及驾驶员之间的公平性，对所有可能场景的性能进行评估和比较。情景分析的结果表明，备选方案的性能可以与当前网络进行比较。此外，管理者可以通过考虑不同的方面，如投资成本、运营成本和可用资源使用平衡，在多个备选方案中做出不同的决策。因此，本研究在考虑到曼谷的实际需求和贸易条件，有助于公共机构设计生鲜产品物流网络。

关键词：城市物流；网络设计；区位配置；车辆路径问题；选址-路径安排问题；地理信息系统

1. 介绍

易腐产品的冷链被定义为供应链操作和过程的整体，以确保温度控制在预定范围内[1]。冷链的核心功能是监测温度，以保持产品的完整性和质量，并保证货物的保质期[1]。然而，易腐产品的运输和相关的物流操作给冷链带来了许多挑战[2]。

具体地说，在运输过程中，一般要求尽可能保证产品的安全。此外，产品应在预定的时间内交付，同时满足预期的食品质量。这些因素使生鲜产品分销网络的设计和规划复杂化[3]。此外，由于消费者意识的增强和政府对食品安全的监管，一些问题一直被视为食品服务行业最重要的问题[4]。

为了应对快速增长的人口和不断增长的对高品质新鲜食品的需求，需要更先进的新鲜食品运输系统，特别是在城市地区[5]。在这种情况下，曼谷的城市群曼谷大都会是一个最具代表性的例子，那里迫切需要一个先进的新鲜食品运输网络。曼谷大都会包括曼谷市和五个周边省份：Pathum Thani省（曼谷以北）、Nonthaburi省（曼谷西北）、Nakhon Pathm省（曼谷以西）、Samut Sakhon（曼谷西南）和Samut Prakan（曼谷以南）。曼谷大都市周围的这些地区已经成为世界上发展最快的大都市之一。截至2019年，估计人口为1620万[6]。

曼谷是泰国的商贸中心，印度支那半岛各地的企业也十分依赖曼谷；然而，由于私人车辆数量众多，交通服务供应不足，交通拥堵是一主要问题。由于山体滑坡，它被列为全国人口最多、交通最拥挤的城市。这一问题对物流配送企业产生了巨大的影响。大量私人车辆和交通服务供给不足导致曼谷市出现拥堵问题[7]。在TomTom交通指数编制的全球指数中，曼谷排名世界倒数第二。在早高峰时段，额外的出行时间增加了约91%，而在晚高峰时段，出行时间增加了118%【8】。根据交通部最近的一项调查，早高峰的平均车速为每小时15公里[9]；但曼谷南部的平均车速最低，为每小时10.1公里。最严重的拥堵道路主要是在Krung Thon Buri和Surasak交叉口之间的Krung Thon Buri路（5.1公里/每小时）[9]。

目前，Talaad Thai批发市场是泰国中部地区一个主要的生鲜食品配送中心。它也是东南亚最大的批发市场。此外，曼谷国内的新鲜水果和蔬菜消费主要由Talaad Thai市场支持[5]。随着城市货运量的增加，考虑到仓库的距离、交货期和内部操作，特别是在生鲜产品的准时交货（JIT）方面，单个配送中心无法有效地处理客户不断增长的需求[10]。因此，新的运输网络设计对于在曼谷使用多个配送中心（DCs）配送新鲜食品是必要的[10,11]。

根据生鲜果蔬配送的发展，运输网络的设计应考虑从批发商到这些配送中心的选址和配送，再从这些配送中心向零售商配送产品。因此，将选址-分配问题（LAP）和车辆路径问题（VRP）相结合的选址-路径安排问题（LRP）模型应用于曼谷鲜果蔬菜网络运输的设计。

本研究的主要贡献可归纳为五个方面。首先，我们分析了目前新鲜水果和蔬菜从现有的配送中心到零售商的分销网络。我们提供了管理上的见解，帮助负责设计分销网络的决策者解决现有网络的主要问题。其次，我们提出了一个两阶段序贯方法的框架，该框架使用地理信息系统（GIS），由非常著名的研究问题、选址-分配问题和带有时间窗长的车辆路径问题（VRPTW）组成。第三，我们通过使用最接近的设施，最小化位置的数量，并根据城市交通的确切位置和实际道路条件最大化覆盖范围，设计了一个系统的方法来设计公共部门的交通网络。第四，我们比较了基于总行程时间、总距离、所需卡车数量、配送中心的数量和驾驶员之间公平性的八种不同方案的性能。比较分析的结果可以帮助决策者设计一个新的配送网络，以支持不断增长的新鲜水果和蔬菜的需求。最后，该网络在满足多个约束条件的前提下，通过减少行驶距离，提高了驾驶员之间的公平性，提高了效率。

这项研究的其余部分安排如下。第2节回顾了相关文献。第三部分介绍了本文的研究背景。在第4节中，我们描述了本研究所采用的研究方法。情景分析和敏感性分析在第5节中介绍和讨论。最后，第6节讨论了结论、局限性和未来的研究方向。

2.文献综述

选址-路径安排问题是物流网络设计中的主要问题之一，对整个供应链具有重要意义[12]。在解决选址-路径安排问题时，应考虑到生鲜产品运输的几个显著特点。这些特征包括产品的保质期限制和易腐性、生产时间长、生产季节性、有条件的运输和储存、产品安全问题以及影响农产品数量和质量的自然条件[4,13]。

一般来说，生鲜链物流通过将与易腐产品相关的物流活动与常见的业务流程相结合来建立客户价值[14,15]。在一项相关的研究中，Xiao、Chen和Chin[3]通过生成一个配送计划来建模和解决易腐食品的冷链配送计划问题，该计划确保以最低的成本满足客户对各种食品和食品质量水平的要求。

此外，Gallo、Riccardo、Giulia和Riccardo[16]设计了丝绸之路“一带一路”食品配送的可持续冷链。采用混合整数线性规划模型，使冷链作业的总能耗最小。案例研究集中在新丝绸之路沿线、欧洲和中国的易腐产品分布。研究结果为冷链的可持续发展提供了有效的路径和运输方式。

同样，Bosona、Nordmark、Gebresenbet和Ljungberg[17]评估了瑞典综合食品配送网络（IFDN）的绩效。应用选址-路径安排问题分析对11家生产商、149家客户和1家配送中心的数据进行了分析。使用地理信息系统工具和选址-分配问题技术。确定并分析了四种粮食分配方案。比较路线数、访问次数、运输距离和总时间。

Bozkaya、Yanik和Balcisoy[18]将选址-路径安排问题模型和混合启发式求解方法相结合，解决了竞争性多设施选址问题。基于地理信息系统的框架用于存储、分析和可视化所有数据，并在地理项目中提出模型解决方案。此外，Bosona、Nordmark、Gebresenbet和Ljungberg[19]考虑了四种不同的情况，以调查瑞典本地生产的食品从生产者到消费者的现有流动情况。此外，还为当地粮食生产者建立了一个协调有效的粮食分配制度。地理信息系统和Route Logix软件（版本，制造商，城市，美国州缩写。如果适用，国家）被用来更深入地了解当地粮食系统一体化的影响。

在另一项相关研究中，Hsiao、Chen、Lu和Chin [20]通过考虑多种实际情况，研究了新鲜水果和蔬菜的最后一英里运送问题。考虑了冷链配送质量问题的最后一英里路线。结果表明，从成本角度考虑，可以保证满足不同客户的各种要求和相应的质量水平。

此外，Hsu和Liu[21]提出了一个多温度联合配电系统的设施规划模型。通过最小化总配送成本，解决了多温度物流技术在终端和车辆路径作业中的优化应用问题。本研究的重点是选择适当的中短期经营策略。分析了各种物流技术的优缺点，为操作人员提供了有价值的参考。

此外，Mejjaouli和Babiceanu[2]提出了两种决策模型：停止运输和/或将货物重新路由到更靠近的位置。使用临时虚拟机（VMs）在网络云中进行与每一批或一系列装运相关的决策。虚拟机根据对实际运输条件和装运产品位置的评估，根据要求和初始路线以及终端市场地理位置，做出运营决策。使用物流数据（满载、装运点、终点市场、距离、运输美元/英里、收获期、每周需求）的优化模型的结果显示显著节省。所提出的系统可用于多种产品类型和多个地点。

在另一项研究中，徐和陈[5]提出了一个模型来分析考虑运输成本、运输需求和可接受运费的联合配送系统。这项研究的结果表明，运输商通过供需互动来确定多温食品的出发时间，并优先考虑中等温度范围的食品，因为运送这些食品能产生更多的利润。

塞拉和马里亚诺夫[22]调查了公共部门的选址问题。大多数公共设施选址模型被发现使用P中值问题的方法和/或覆盖问题（位置集覆盖问题，LSCP，或最大覆盖位置问题（MCLP））来确定配方的基础。结果表明，p-中值问题和覆盖问题可以作为定位模型发展的基准。

此外，Wang，Tao和Shi[23]利用选址-路径安排问题模型提出了冷链物流的最低总成本。设计了一种具有启发式规则的混合遗传算法，在利益和环境约束下求解该模型。建议制定碳税政策，分析碳税对总成本和碳排放的影响。

同样，Fazayeli、Eydi和Kamalabadi[24]集成了多模式路由和位置路由问题，以供全球企业考虑。这个问题包含两个维度：一个多模式网络是将产品从生产商转移到仓库，一个位置路由网络是将产品从仓库运送到客户。针对该问题，提出了一种混合整数模糊数学模型。结果表明，时间窗和模糊需求增加了总体成本和时间，增加了问题的难度。通过比较算法值和求解时间，表明了该算法的性能。 Ma，Wu和Dai[25]提出了在交付易腐产品时结合订单选择和时间相关的VRPTW。本研究旨在确定交货顺序、服务顺序及开始交货任务的时间，以最大化利润最大化。

Solak、Scherrer和Ghoniem[26]提出了一种新的位置路由问题，即非营利食品配送网络在日常运营中的停站和停站问题（SDRP）。考虑到服务区域和合作机构的旅行，卡车将食物运送到多个地点。应用集成混合整数模型求解一组配送站点，并确定代理站点和路径调度。此外，本文还提出了Bender实现和基于逻辑的Benders分解启发式算法来修正时间限制。

Musolino、Polimeni和vietta[27]提出了基于网络基本图（NFD）的车辆路径问题求解过程。将提出的计算可靠行程时间的路段行程时间函数用于求解车辆路径问题，得到货车的最优路径。结果表明，最优路径有助于避免城市地区严重拥挤的链路和部分网络。

最后，Musolino、Rindone、Polimeni和Vietta[28]根据补充库存需求场景，为城市配送中心（UDC）规划集成了位置和车辆路径问题，以实现可持续发展目标。本研究旨在协助意大利南部城市物流规划，评估物流经营者的成本效益。此外，拟议的方法可用于在有关公共和私人需要的可持续性方面取得平衡。

综上所述，从表1所示的文献综述中，可以得出以下结论：之前的几项研究已经探讨了解决生鲜食品物流网络设计问题的几种解决方案。在以往的研究中，区位-路径安排问题和车辆路径问题是应用最广泛的方法。其中大多数侧重于将成本最小化作为可持续性的经济层面，特别是在私营部门。然而，以往只有少数研究工作考虑到社会和环境层面。此外，之前的一些研究也考虑到了始发地和目的地之间的确切位置和实际运输路线。以往的研究大多将最优解的结果与位置数、行程距离、行程时间和路线数进行比较。因此，要找到关注公共部门并考虑到司机之间公平性的研究并非易事。同样，没有多少研究比较不同的方法，旨在尽量减少设施和最大限度地覆盖方法应用于新鲜水果和蔬菜运输。可以发现，以往的研究大多分别考虑了LAP、VRP、VRPTW等相关模型。在本研究中，我们提出了整合LAP和VRPTW的研究架构。此外，在本研究中，我们还比较了由各种方法组成的不同场景，例如最近的设施、最少的设施数量和最大化覆盖。考虑到从有限数量的集散控制系统到所有交货点的卡车容量有限，采用VRPTW对所有方案的性能进行评估。通过与所需集散控制系统和卡车的数量、行驶时间和距离以及驾驶员之间的公平性等量化指标的比较，可以为城市运输网络提供更好的新鲜水果和蔬菜配送方案。

表1。文献综述：位置-分配问题（LAP）；车辆路径问题（VRP）；位置路由问题（LRP）；带时间窗的车辆路由问题（VRPTW）。

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