電商扶貧視角下農(nóng)村三級(jí)物流網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化

張曉楠，陳興慧，趙一霖，趙佳歆

（陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710021）

1 引言

“電商扶貧”，作為精準(zhǔn)扶貧的新模式，是指運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)服務(wù)于“三農(nóng)”，實(shí)現(xiàn)“工業(yè)品下鄉(xiāng)，農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)城，跨境貿(mào)易”，從而助力農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，達(dá)到精準(zhǔn)扶貧的目的。農(nóng)村物流服務(wù)體系是農(nóng)村電子商務(wù)發(fā)展的基礎(chǔ)，要建立“電商扶貧”的長(zhǎng)效機(jī)制，提高農(nóng)村電子商務(wù)的自發(fā)展能力，就必須把農(nóng)村物流體系建設(shè)作為一個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)來實(shí)施。然而，現(xiàn)有農(nóng)村“縣-鎮(zhèn)-村”三級(jí)物流體系建設(shè)大多止步于發(fā)達(dá)縣鎮(zhèn)，如何借力已趨于成熟的城市物流網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化農(nóng)村物流配送網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村三級(jí)物流網(wǎng)絡(luò)與城市物流體系的聯(lián)動(dòng)，是關(guān)鍵。

目前，關(guān)于物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布局的相關(guān)研究大多為城市物流和制造業(yè)服務(wù)［1-2］，關(guān)于農(nóng)村三級(jí)物流網(wǎng)絡(luò)布局的定量研究幾乎沒有。（1）在農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)布局方面，國(guó)外大多不分農(nóng)村或是城市的物流網(wǎng)絡(luò)布局，如文獻(xiàn)［3］，在我國(guó)，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展受資源、環(huán)境和道路條件等的制約，需要考慮的影響因素很多，如文獻(xiàn)［4］以物流總費(fèi)用最小化為目標(biāo)函數(shù)，建立基于現(xiàn)實(shí)公路通達(dá)性，建立縣域農(nóng)村物流配送中心選址優(yōu)化模型，改進(jìn)K-means 聚類算法求解；文獻(xiàn)［5］采用AHP 模糊評(píng)價(jià)法對(duì)阜新市農(nóng)產(chǎn)品配送中心選址；文獻(xiàn)［6］利用改進(jìn)TOPSIS模型對(duì)農(nóng)村物流服務(wù)站點(diǎn)選址進(jìn)行評(píng)價(jià)；文獻(xiàn)［7］采用連續(xù)離散混合模型對(duì)農(nóng)村雙向物流中心選址問題研究。（2）在農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)布局方面，文獻(xiàn)［8］考慮農(nóng)產(chǎn)品的易腐敗特征，建立農(nóng)產(chǎn)品配送中心選址問題模型，提出了嵌入改進(jìn)表上作業(yè)法的混合遺傳算法；文獻(xiàn)［9］建立易腐物品配送中心的連續(xù)選址模型，給出了嵌入ALA（Alert Location-Allocation Method）的混合遺傳算法。分析可知：農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)布局研究，大多研究單級(jí)配送中心布局，深入到農(nóng)村縣-鎮(zhèn)-村的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)布局的較少。

基于以上，這里嘗試將農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)與已經(jīng)較為成熟的城市配送網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，考慮農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸過程中的易腐性，建立“城市倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)-農(nóng)村縣級(jí)配送中心-村鎮(zhèn)需求點(diǎn)”三級(jí)網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化模型；其次，針對(duì)問題特性，設(shè)計(jì)遺傳算法求解；最后，以脫貧攻堅(jiān)的主戰(zhàn)場(chǎng)之一的陜西省（有國(guó)家級(jí)貧困縣56個(gè)）為例，基于陜西省各市縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)與各項(xiàng)指標(biāo)、陜西省物流網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的建設(shè)情況，論證得出了可直接借力的現(xiàn)有配送中心，以及需要新增的配送中心，最終借力成熟的城市配送網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化電商扶貧下農(nóng)村三級(jí)物流網(wǎng)絡(luò)。研究成果可為農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)整體布局提供指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電子商務(wù)的自流通能力，實(shí)現(xiàn)城市+農(nóng)村物流聯(lián)動(dòng)。

2 “倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)-農(nóng)村縣級(jí)配送中心-村鎮(zhèn)需求點(diǎn)”三級(jí)網(wǎng)絡(luò)布局模型的建立

2.1 問題描述

目前，城市物流配送網(wǎng)絡(luò)相對(duì)比較發(fā)達(dá)，如何與城市配送網(wǎng)絡(luò)對(duì)接構(gòu)建農(nóng)村三級(jí)配送網(wǎng)絡(luò)是這里的初衷，基于此，這里考慮已經(jīng)存在建成的城市一級(jí)配送中心和末端村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)，研究如何選擇縣級(jí)配送中心來實(shí)現(xiàn)末端村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)和城市一級(jí)配送中心的聯(lián)動(dòng)，使得物流總成本最低。問題示意圖，如圖1所示。

圖1 農(nóng)村三級(jí)物流網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Rural Three-Level Logistics Network

要求每個(gè)縣級(jí)配送中心只能由一個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)配送，每個(gè)村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)只能由一個(gè)縣級(jí)配送中心負(fù)責(zé)配送，確定好縣級(jí)配送中心的位置、個(gè)數(shù)、及其覆蓋的村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)后，進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化縣級(jí)配送中心，并使得總成本最低。由于農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)主要運(yùn)輸產(chǎn)品為農(nóng)產(chǎn)品，考慮農(nóng)產(chǎn)品的易腐性，將運(yùn)輸過程中的成本損耗加入至目標(biāo)函數(shù)中。在滿足一定的約束條件之下，這里需要解決的問題有：（1）縣級(jí)配送中心的選址決策，即確定需要設(shè)立或減少的縣級(jí)配送中心的數(shù)量以及其對(duì)應(yīng)的位置；（2）確定倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、縣級(jí)配送中心、村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)的服務(wù)關(guān)系。

2.2 “倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)-縣-鎮(zhèn)”三級(jí)網(wǎng)絡(luò)布局模型

2.2.1 參數(shù)變量

I—倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)量；

J—縣級(jí)配送中心數(shù)量；

K—鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)數(shù)量；

Cj—第j個(gè)縣級(jí)配送中心的建設(shè)成本；

fj—第j個(gè)縣級(jí)配送中心是否會(huì)被選中（Fj=1表示該縣級(jí)配送中心被選中）；

a1—農(nóng)產(chǎn)品從倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)到縣級(jí)配送中心的運(yùn)輸單價(jià)；

a2—農(nóng)產(chǎn)品從縣級(jí)配送中心到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)的運(yùn)輸單價(jià)；

L1ij—倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)i到縣級(jí)配送中心j的距離；

W1ij—倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)i到縣級(jí)配送中心j的運(yùn)量；

x1ij—倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)i是否給縣級(jí)配送中心j配送（X1ij=1表示第j個(gè)縣級(jí)配送中心由第i個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)配送）；

θ—農(nóng)產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中單位距離的腐蝕率；

Dj—第j個(gè)縣級(jí)配送中心的需求量；

L2jk—縣級(jí)配送中心j到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)k的距離；

W2jk—縣級(jí)配送中心j到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)k的運(yùn)量；

x2jk—縣級(jí)配送中心j是否給鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)k配送（X2jk=1表示第k個(gè)鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)由第j個(gè)縣級(jí)配送中心配送）；

Dk—第k個(gè)鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)的需求量；

tij—倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)到縣級(jí)配送中心的運(yùn)輸時(shí)間；

V—運(yùn)輸車輛的車速；

α—顧客在村鎮(zhèn)快遞點(diǎn)放棄租車而選擇物流配送的比例；

2.2.2 目標(biāo)函數(shù)的確定

以農(nóng)產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中的損耗成本反應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品的易腐性，S(θ)表示農(nóng)產(chǎn)品從倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)到縣級(jí)配送中心的消耗，此函數(shù)有兩個(gè)變量，即運(yùn)輸距離和時(shí)間。建立函數(shù)為S(θ)=其中L表示運(yùn)輸距離，t表示運(yùn)輸時(shí)間。農(nóng)產(chǎn)品的損耗和運(yùn)輸距離成正比例關(guān)系，時(shí)間和農(nóng)產(chǎn)品的損耗程度呈指數(shù)倍數(shù)關(guān)系。

模型的目標(biāo)函數(shù)是使得總成本最小，目標(biāo)函數(shù)的成本包括縣級(jí)配送中心的固定建設(shè)成本，倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)到縣級(jí)配送中心的運(yùn)輸成本，縣級(jí)配送中心到村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)的運(yùn)輸成本，以及運(yùn)輸途中的損耗成本。

（1）縣級(jí)配送中心的固定建設(shè)成本：

（2）倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)到縣級(jí)配送中心的運(yùn)輸成本：

（3）倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)到縣級(jí)配送中心的損耗成本：

（4）縣級(jí)配送中心到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)的運(yùn)輸成本：

（5）縣級(jí)配送中心到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)的損耗成本：

2.2.3 模型的建立

式(6)表示目標(biāo)函數(shù)，式（7）表示每個(gè)縣級(jí)配送中心只能由一個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)配送，式（8）表示每個(gè)鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)只能由一個(gè)縣級(jí)配送中心負(fù)責(zé)配送，式（9）表示倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)到縣級(jí)配送中心的運(yùn)輸量等于縣級(jí)配送中心的需求量，式（10）表示縣級(jí)配送中心到鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)的運(yùn)輸量等于鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)客戶選擇的配送量，式（11）表示只有選中的縣級(jí)配送中心才能服務(wù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)。

3 遺傳算法設(shè)計(jì)

（1）染色體編碼：這里采用實(shí)數(shù)編碼模式，形成(n+m)× 3的矩陣，第一列是每個(gè)村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)，第二列和第三列是對(duì)應(yīng)的縣級(jí)配送中心編碼和倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)節(jié)點(diǎn)編碼。

（2）約束處理：若出現(xiàn)不合格染色體，則采用懲罰值修正不合格染色體。

（3）適應(yīng)度函數(shù)標(biāo)定：以總成本最小為目標(biāo)，適應(yīng)度函數(shù)取倒數(shù)。

（4）選擇算子：采用輪盤賭選擇。

（5）交叉算子：采用兩點(diǎn)交叉。

（6）變異算子：隨機(jī)選擇基因串中的兩個(gè)點(diǎn)，交換這兩點(diǎn)的值，從得到一個(gè)新的個(gè)體。

（7）終止循環(huán)條件：這里采用的終止循環(huán)條件是達(dá)到預(yù)先設(shè)定的迭代次數(shù)。

4 實(shí)例求解與分析

4.1 實(shí)例背景

選取脫貧攻堅(jiān)的主戰(zhàn)場(chǎng)之一的陜西?。ㄓ袊?guó)家級(jí)貧困縣56個(gè)）為實(shí)例進(jìn)行測(cè)試。據(jù)調(diào)研，陜西省現(xiàn)有物流網(wǎng)絡(luò)存在21個(gè)城市一級(jí)倉(cāng)儲(chǔ)中心、109個(gè)縣級(jí)配送中心以及若干個(gè)村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)，相關(guān)數(shù)據(jù)，如表1～表3所示。由于村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)數(shù)量過于龐大，文中將其設(shè)為陜西省各鎮(zhèn)坐標(biāo)位置。全省73 個(gè)縣共計(jì)1123個(gè)鎮(zhèn)，對(duì)應(yīng)1123個(gè)村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)，需求量通過總?cè)丝?、生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)總值、人均生產(chǎn)總值及農(nóng)林畜牡業(yè)總產(chǎn)值等各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)預(yù)測(cè)得來。因需求預(yù)測(cè)不是這里重點(diǎn)，此處不做展示。限于篇幅，表2、表3僅展示部分?jǐn)?shù)據(jù)。整體布局圖，如圖2所示。圖中一種色三角形表示一級(jí)倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，一種色星形表示二級(jí)倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，另一種色圓點(diǎn)表示村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)，分布形似陜西省地圖。模型中涉及的其他相關(guān)數(shù)據(jù)，如表4所示。

表1 陜西省21個(gè)城市一級(jí)配送中心位置Tab.1 21 Urban Distribution Centers（First-Level）

表2 陜西省109個(gè)縣級(jí)配送中心位置（部分?jǐn)?shù)據(jù)）Tab.2 109 County Distribution Centers（Second-Level）

表3 陜西省1123個(gè)鎮(zhèn)村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)（部分?jǐn)?shù)據(jù)）Tab.3 1123 Town Distribution Centers（Third-Level）

表4 其他數(shù)據(jù)Tab.4 Other Data

圖2 現(xiàn)有“倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)-縣級(jí)配送中心-村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)”物流網(wǎng)絡(luò)布局Fig.2 Current Three-Level Distribution Nodes Layout

4.2 求解結(jié)果

采用Matlab 2016a編程，操作系統(tǒng)為Windows 10，電腦內(nèi)存為8G，CPU為Intel i7-6700，主頻3.40GHz。通過反復(fù)試驗(yàn)，參數(shù)設(shè)置為：交叉概率為0.85，變異概率為0.2，災(zāi)變概率為0.1，初始種群大小為500，迭代次數(shù)為5000。

通過求解，目標(biāo)成本為1.04×108元，總目標(biāo)函數(shù)適應(yīng)度曲線，如圖3所示?？梢钥闯?，在迭代到大約為3000次的時(shí)候，總目標(biāo)函數(shù)適應(yīng)度曲線趨于平穩(wěn)，說明該算法有效。

圖3 收斂曲線圖Fig.3 Convergence Curve

求解結(jié)果顯示：對(duì)現(xiàn)有的109個(gè)縣級(jí)配送中心而言，有80個(gè)配送中心被選中，而有29個(gè)配送中心未被選中，說明，在現(xiàn)有的109個(gè)配送中心中，可直接利用的配送中心有80個(gè)，不可利用的配送中心有29個(gè)。被選中/未被選中的配送中心節(jié)點(diǎn)，如圖4所示。紅色標(biāo)記表示被選中，未標(biāo)記表示未被選中，其中，詳細(xì)的未被選中的縣級(jí)配送中心，如表5所示。

表5 未被選中的縣級(jí)配送中心Tab.5 Detail Unselected County Distribution Centers Nodes

圖4 被選中/未被選中的縣級(jí)配送中心節(jié)點(diǎn)Fig.4 Selected/Unselected County Level Distribution Center Nodes

詳細(xì)的“倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)-縣級(jí)配送中心”和“縣級(jí)配送中心-村鎮(zhèn)快遞服務(wù)點(diǎn)”的輻射情況，如表6、表7所示。

表6 倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)-縣級(jí)配送中心的輻射情況Tab.6 Service Relationship of Urban County Distribution Centers

表7 縣級(jí)配送中心-村鎮(zhèn)快遞點(diǎn)的輻射（部分展示）Tab.7 Service Relationship of County Town Distribution Centers

4.3 縣級(jí)配送中心未來布局

為進(jìn)一步展示未來縣級(jí)配送中心的新增情況，隨機(jī)生成20個(gè)縣級(jí)配送中心備選點(diǎn)驗(yàn)證。結(jié)果顯示，未來可在西安周至縣和鄠邑區(qū)，咸陽市彬州市，寶雞市渭濱區(qū)和麟游縣，延安市寶塔區(qū)、延長(zhǎng)縣、黃陵縣和宜川縣，榆林市榆陽區(qū)和定邊縣，安康市旬陽縣，商洛市商南縣，渭南市臨渭區(qū)，漢中市城固縣增設(shè)縣級(jí)配送中心。具體，如表8所示。

表8 未來縣級(jí)配送中心新增方案Tab.8 Future Newly Increased County Distribution Centers

5 結(jié)論

“電商扶貧”，作為精準(zhǔn)扶貧的新模式，要建立“電商扶貧”的長(zhǎng)效機(jī)制，就必須把農(nóng)村物流體系建設(shè)作為一個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)來實(shí)施。這里以陜西省為例，研究電商扶貧視角下城市+農(nóng)村三級(jí)物流聯(lián)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化問題。首先，考慮農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸過程中的易腐性，建立“倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)-縣-鎮(zhèn)”三級(jí)網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化模型；其次，針對(duì)問題特性，設(shè)計(jì)遺傳算法求解模型；最后，以陜西省實(shí)際三級(jí)物流網(wǎng)絡(luò)為對(duì)象，基于陜西省各市縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)與各項(xiàng)指標(biāo)、陜西省農(nóng)村三級(jí)物流網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的建設(shè)情況，論證了陜西省現(xiàn)有的109個(gè)縣級(jí)配送中心的有效性，給出80個(gè)可直接利用的現(xiàn)有縣級(jí)配送中心和未來縣級(jí)配送中心新增方案。研究成果可為農(nóng)村物流網(wǎng)絡(luò)整體布局提供指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電子商務(wù)的自流通能力。