基于EW-AP算法的中小型城市同城物流智能化研究

2022-06-23 10:58戴雨慧张英张艳雪许成章徐升泽余建国

机电工程技术 2022年5期

戴雨慧，张英，张艳雪，许成章，徐升泽，余建国

（江西理工大学机电工程学院，江西赣州 341000）

0 引言

随着市场竞争的加剧，在当下市场经济逐步发展的情况下，物流行业已经成为中国现代化制造企业发展核心竞争力的不可替代的一部分。目前全国许多大型城市的同城物流已经发展了一定的规模，然而，由于城市之间物流企业的经营理念和方式的不同，同一城市物流所暴露出的问题日益加重，尤其是在很多中小型城市所产生的问题已经影响到了该城市同城物流行业的发展。

近年来，有许多学者针对同城物流的发展和配送问题进行了大量的研究分析，例如何梦军[1]通过对AP 聚类算法进行变异赋权解决同城B2C 包裹和O2O 包裹联合配送问题。王继祥[2]提出智慧化物流的建设首先要实现单元化、数字化、网络化。逯丹丹[3]提出同城物流配送中存在的一些凸显问题，严重制约了其发展脚步。郑刚[4]通过研究发展中小型城市邮政企业的优势，提出了一系列措施加速中小邮政企业的发展。有关配送路径优化，学者们基于配送时间最短为目标提出了各种类型的算法，例如带时间窗的“最后一公里”非线性数学模型求解此类NP-hard 问题[5]，蚁群算法[6]在寻找最优路径方面有较高的速度，模拟退火方法[7]求解大规模组合优化问题，以及基于优化初始聚类中心的K-means 聚类算法[8]等都可以解决不同的路径优化配送问题。但是需要结合以下中小型城市现存的问题进行分析，并结合城市发展，进行城市配送模式选择[9-12]，并验证其有效性与其合理性。

（1）同城物流企业竞争严重。许多投资者希望在物流业获得更大的市场份额和占据市场经济中的绝对优势，为此某些地区的同城物流配送企业调整快递单价，互相攻击，使我国物流企业定价机制变得混乱，影响整个同城物流企业的健康发展。

（2）信息化建设较为滞后。目前许多中小型城市同城物流配送企业的信息化水平低，无法达到供应商以及客户掌握货品的实时运输信息的具体要求。有关企业关于物流库存流水、控制以及订单的完成情况，离物流公司所需的信息技术水平要求还有较大差距。

（3）同城配送流程不完善。中小型城市同城物流发展水平低，对于物流配送没有具体的规章流程，运营较为分散，布局不合理，同一线路上重复配送严重，回程空载导致一部分车负载率较低，运输成本居高不下。

（4）同城配送企业的服务质量低。同城物流配送人员的服务理念和职业素养等方面有所欠缺，用户对其服务感到不满产生许多投诉。例如由于同城配送人员的不规范操作导致的违禁品配送和许多物品的损坏等系列事件的发生对整个物流行业的声誉造成了极大的影响。本文将引用改进后的吸引子传播聚类算法和路径优化算法对中小型城市同城物流目前存在的一些问题提供一套完整的解决办法，并以此来建设中小型城市智能物流体系。

1 IE分析

1.1 同城物流市场分析

物流行业的快速发展及企业或个体对多样化物流服务需求的增加，使得越来越多的企业或个体用户将物流需求外包给第三方平台。目前，中国的同城物流市场的主要订单是来自大型企业的物品托运，个人物品在同城配送方面占据较小份额。中国同城物流市场规模从2016年至2020 年增加了4 355 亿元，这期间的年复合增长率达到11.5%。

图1 同城物流市场曲线

1.2 物流智能化分析

中小型城市同城物流市场未完全开发，与理想中的现代化物流配送系统有很大差距，但其仍有智能基础化建设配置，例如场地布局、业务管理、订单处理等功能具备基础的体系结构，容易将其发展成为一套完善的城市物流配送体系，并且可以增加更多智能化设施将其提升为高水平现代智能物流系统，从而实现物流智能化。

1.3 企业配送流程及质量分析

企业的配送流程设计是为了更有序更快速的将包裹在短时间内以较少的资源配送到顾客手中。以最短配送时间为目标，构建非线性数学规划模型，采用三阶段性启发式算法，即“聚类-合并-路径”三阶段算法[5]求解模型。在订单配送流程方面，利用EW-AP 算法对订单配送区域进行划分，再结合各配送点之间的联系进行分类，把在同一区域或邻近区域的订单进行合并，最后规划配送最短路径，有效缩短订单完成时间，降低配送等待时间。

1.4 同城物流企业定位分析

按照物流企业的所接收的货物类型和物流业务特点，将物流企业分为综合性物流企业与功能性物流企业。综合性物流企业能够完成多种物流服务业务，根据客户个性化需求定制物流资源整合的运作方案；功能性物流企业以某一项物流功能为主，具有成本优势，业务流程各节点衔接有效，服务水平高。中小型城市同城物流的发展需要审时度势，结合城市实际情况和地势交通等特点，根据完善优化的网点布局，建立规模趋于成熟的面向城市用户的综合性物流。针对于各企业发展期间带来的市场竞争问题，将利益协调提高同城物流服务商同平台下利润和发展空间，在保证主体利益的前提下设计收益分享契约，协商各主体利益，实现同城物流服务商同平台下的帕累托优化。

2 解决方案

2.1 构建同城物流网

从单一性物流做起，选择合适的服务领域，建立相对独立的运作体系，构建由配送中心构成的中小型城市物流配送网。设置两个级别的配送中心对投递环节进行高度整合、重新排布、改造运作流程。

根据同城物流已有的物流配送节点，在其没有覆盖的地区增加服务网点，满足业务发展的需要，每个网点需要承担该区域的物流业务汇集和配送，配送信息需同步在信息管理系统中，方便协调和调度。

在物流网二级配送中心引入物流环的概念。增加大量社区后要调整现有配送路段，进行分区分片连接，从而形成物流环路。

科学规划作业模式，实现即时配送和定频配送的共同运作。下图为信息管理平台的运行方式，由企业建立订单需求信息发布在信息管理系统传达给一级配送中心，通过配送中心识别订单在使用聚类算法后所属的片区后传递给相应的二级配送中心，通过该片区进行的最优路径运算规划合理的配送路线后将信息传输到信息管理平台中对物流过程进行监测。

图2 信息管理平台

2.2 基于算法的配送区域划分

EW-AP 算法是将熵权引入吸引子传播算法中的一种基于熵权的吸引子传播聚类算法，引入EW-AP 算法利用熵权对样本指标进行赋值，得到新的相似度计算方法：

式中：Wd为第d个指标熵权；m为指标的总数。

EW-AP算法步骤如下：

Input：最大迭代数T，相似度矩阵S，a(i,k)=0，λ= 0.5。

Output：聚类数目，类代表点。

Step1：通过上面的式子计算各个指标的熵权。

Step2：建立相似矩阵S，初始化A矩阵a(i,k)=0、R矩阵r(i,k)=0。

Step3：根据式子，更新A矩阵和R矩阵。

Step4：按照式子获得相应的代表点，对

P（k）=mina（k,k）+r（k,k）＞0 于点k，若则认为点k是一个聚类中心。

Step5：如果算法达到最大迭代次数或类代表点均不再发生变化，则算法结束；否则返回Step3[5]。

2.3 配送区域划分演示

配送区域划分是所需配送区域划分为多个不同的片区为顾客和商户提供服务。在中小型城市进行配送需考虑到城市中原有的网点分布情况和新建设的网点位置，根据其分散程度和附近的物流需求量来划分不同的片区即配送单元。所以需要充分考虑到网点、顾客点与商户点之间的距离和包裹的密集度等问题。利用聚类算法可以很好地兼顾这些问题同时也能科学合理地帮助中小型城市划分配送片区。输入各网点、顾客点与商户点的位置计算所有点的熵权，根据所得熵权进行相似度矩阵计算选出类代表点作为聚类中心，根据所有选出的代表点划分城市区域，以此来提高配送效率。

以G 市为例，对该市所有的中小型城市的配送区域进行重新划分，需要重新确定所有网点的中心位置坐标，如区域中的所有顾客的位置坐标，以及所有商户的位置坐标。对配送网点内的相对距离之和取最小值。该值能为聚类结果提供参考数据，同时也可以验证使用聚类算法得到的结果是否为优解以及变异赋权后的聚类算法能否有效地解决同城物流划分区域问题。

配送网点区域的配送总量不得超过配送网点的最大容量。以红点代表网点，蓝点代表客户，黑点代表商户，线表示归属关系。使用聚类算法后的区域划分前后示意图如图3所示。