摘 要

物流行业的发展随着经济的发展而发展，设施选址以及配送路径占了物流成本中相当大的一部分。以往的研究主要是针对设施选址和配送路径进行单独优化，容易出现局部最优的情况，现在供应链管理的主要研究方向是集成分析以及混合优化，集合研究选址-路径问题。

由于以前对经济高速发展的要求导致忽视了对环境的保护，现在全球温室效应加剧，低碳经济已是全球关注的焦点，而作为碳排放的主要来源之一的物流行业，应当向低碳化发展，所以考虑碳排放的选址-路径问题模型研究是一个不容忽视的实际问题。

本文先对已有的物流选址-路径问题研究文献进行了详细的阅读参考，并分别对选址问题和路径问题进行总结和分析，在此基础上融入了低碳化的新趋势，构建了物流活动总成本与碳排放量最小的双目标模型。

所做工作主要有以下几点：

1. 对当前考虑碳排放问题和选址-路径相关问题的研究进展进行了阅读分析，并阐述了当前考虑碳排放问题和选址-配送问题的研究现状，以此为基础提出了构建考虑碳排放的选址-路径问题模型的重要意义。
2. 碳排放估算。通过阅读引用国内外车辆研究文献，引入了排放系数这一概念对二氧化碳的排放量进行了定量分析，对碳排放估算有一定的指导意义。
3. 混合优化低碳化选址-路径问题。先分别分析选址问题与路径问题，再混合分析选址-路径问题，并将碳排放因素加入模型中，建立以物流活动总成本最小以及碳排放最小的双目标模型，并通过引入的排放系数设计合理的遗传算法对模型求解。
4. 对实例进行模型求解。将实际问题代入到构建的理论模型中，得到理论可行解，为实际决策提供理论支持，以验证模型的有效性。

关键词：低碳化；选址-路径；遗传算法；混合优化

Abstract

The development of the logistics industry has developed with the development of the economy, and the location of facilities and distribution routes account for a considerable part of the logistics costs.In the past, the research mainly focused on the optimization of facility location and distribution path, and it is prone to local optimal situation.Now the main research direction of supply chain management is integrated analysis and hybrid optimization, and the research site selection-path problem.

Because the previous requirements for rapid economic development have neglected the protection of the environment, the global warming effect is now intensifying, and the low-carbon economy has become the focus of global attention.Therefore, considering the site selection of the carbon emission-path problem model is a practical problem that cannot be ignored.

This paper firstly reviews the existing research on logistics site selection-path problem literature, and summarizes and analyzes the location problem and path problem respectively.On this basis, it integrates the new trend of low carbonization and builds logistics.A dual-target model with the lowest total cost of activities and carbon emissions.

The main work done is as follows:

1. Read and analyze the current research progress on carbon emission issues and site-path-related issues, and explain the current research status of carbon emission issues and site-distribution issues, based on which the construction considerations are proposed.The importance of the carbon site selection-path problem model.
2. Carbon emission estimates.By reading the domestic and foreign vehicle research literature, the concept of emission coefficient is introduced to quantitatively analyze the carbon dioxide emissions, which has certain guiding significance for carbon emission estimation.
3. Hybrid optimization of low carbonization site selection-path problem.First analyze the location problem and the path problem separately,and add the carbon emission factor into the model to establish a dual-objective model with the lowest total cost of logistics activities and the minimum carbon emission, and adopt the emission factor.A well-designed genetic algorithm solves the model.
4. Solve the model for the instance.Substitute the actual problem into the theoretical model of the construction, obtain the theoretical feasible solution, and provide theoretical support for the actual decision to verify the validity of the model.

Key Words：low-carbon；location-routing；genetic algorithm；Combinatorial Optimization

目 录

摘要 II

Abstract III

第1章 绪论 1

1.1 选题背景与研究意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外研究现状分析 2

1.3 研究内容、方法及技术路线 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 研究方法 3

1.3.3 技术路线图 4

1.4 本章小结 4

第2章 相关研究理论综述 5

2.1 低碳经济下的物流 5

2.1.1 低碳物流的概念 5

2.1.2 低碳物流的特征 5

2.1.3 碳排放的估算 6

2.2 选址-路径问题概述 6

2.2.1 配送中心选址问题 6

2.2.2 车辆配送路径问题 7

2.2.3 混合优化问题 9

2.3 遗传算法简介及其特点 11

2.4 本章小结 11

第3章 考虑碳排放的选址-路径模型 12

3.1 问题描述与假设条件 12

3.1.1 问题描述 12

3.1.2 假设条件 12

3.2 模型构建 12

3.2.1 参数及符号说明 12

3.2.2 模型系数的说明 13

3.2.3 选址-路径问题的经济模型 14

3.2.4 选址-路径问题的考虑碳排放模型 16

3.2.5 考虑碳排放的选址路径模型 18

3.3 本章小结 18

第4章 考虑碳排放的选址-路径模型在实际中的应用 19

4.1 算例背景介绍 19

4.2 算例建立 19

4.2.1 客户信息 19

4.2.2 供应商配送中心及区域分发中心信息 20

4.3 遗传算法求解 21

4.3.1 遗传算法求解流程 21

4.3.2 参数设置 22

4.4 运算结果 22

4.4.1 不考虑碳排放下的优化结果 22

4.4.2 考虑碳排放下的优化结果 23

4.4.3 两种情况对比 24

4.5 本章小结 24

第5章 总结与展望 25

5.1 总结 25

5.2 展望 25

参考文献 26

致谢 28

第1章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.1.1 研究背景

从2006年开始中国已是全世界上最大的碳排放国。到2009年它成为世界上最大的能源消费国。然而到了2018年，中国的二氧化碳排放量达到100亿吨，占世界总量的27.2％。运输业作为碳排放大户，需要降低能源消耗，减少对外能源依靠。

全球经济发展加上全球人口的扩大使传统能源燃烧越来越多，导致气候变暖愈发严重，其所引发的各种如海平面上升的问题，已经使人类的生存发展受到了严重的影响。为了使人类受到的影响减少，节能减排已刻不容缓。《京都议定书》和《巴黎协定》等环境保护条约，规定了缔约国各自节能减排所需达到的目标。作为缔约国之一的中国承诺碳排放量将在未来十年减少六成。作为碳减排全球领先的欧盟和美国等已经开始销售碳排放量。中国在碳交易地区范围试点后也开启了碳排放交易体系。作为碳排放的重要来源之一，运输行业将在未来进一步纳入车辆的碳排放。因而物流企业考虑降低物流活动中的碳排放不仅体现了企业的社会责任，同时也能使企业的运营成本降低。

1.1.2 研究意义

物流网络的两个关键是选址和路径问题。选址问题是使用科学的方法决定设施的位置和数量，路径问题是使用科学的方法优化配送的路线。为了避免选址和路径问题分别单独优化所引起的局部优化，一般采用混合优化的方法。将碳排放量在特殊市场中作为商品交易在低碳经济的大背景下已是必然趋势。从以上可以看出来，研究考虑碳排放选址-路径问题具有重要意义。

1. 理论意义
2. 集合优化选址问题与路径问题。选址问题是使用科学的方法决定设施的位置和数量，路径问题是使用科学的方法优化配送路线。单独对设施选址进行优化可能会出现假定的选址最优，而在对每个客户的配送时，都需要车辆进行运输，也就是路径不合理。对选址-路径的混合优化可以避免出现单方面优化的局部最优，更符合当前复杂的实际物流系统特征。
3. 在物流活动中引入考虑碳排放的问题。在模型中加入了碳排放变量，对碳排放计量方法进行研究，选择了合适的碳排放计量方法，还研究了低碳经济下的选址-路径的混合优化问题，为绿色物流理论添砖加瓦。
4. 实际意义

本文研究的考虑碳排放址-路径问题符合当前世界低碳经济的环境。单独的设施选址或车辆配送问题，已经有了许多可以解决这些问题的数学模型。从这些单独研究的研究结果可以看到，忽视了选址与路径问题的整体性导致在实际问题中选址和客户的配送成本是不科学的。在实际中一旦确定了设施位置后是很难改变的，有着相当大的经济成本和漫长的时间成本，所以选址一定要考虑到长时间的与客户之间的发展。选址-路径问题能同时考虑到设施选址与路径选择两方面的问题，使两方面都十分符合实际情况，所以选址-路径问题的实际意义也是非常大的。

1.2 国内外研究现状分析

物流网络中两个重要的节点是设施选址和车辆路径问题，他们可以用有机结合的方法实现混合优化。物流学者们研究了大量的设施选址和车辆路径问题，选址-路径混合优化问题已经越来越受到关注，并已经获得了可观的成果。随着低碳经济越来越被重视，选址-路径混合优化问题迎来了新的研究方向。

1. 国内研究现状

刘虹等研究了多目标越库选址路径优化问题，在带时间窗且需越库的情况下达到降低成本、提高客户满意度和提高配送效率三个目标^[1]。赵燕伟等研究了考虑碳排放的选址-路径问题，通过超启发式算法求最优解^[2]。梁喜等研究了两级闭环物流网络选址-路径优化问题，设计了考虑客户聚类结果的两级物流设施选址-路径问题求解算法^[3]。王舜等研究了低碳化选址-路径问题，提出了一种基于蚁群选择机制的超启发算法用于模型求解^[4]。陈贵景等研究了带有时间窗的多目标选址-路径问题，提出一个带有半时间窗的多目标非线性选址-路径模型^[5]。王能民等从系统的角度出发，以集成的方法对绿色供应链的环境管理进行了研究^[6]。黄凯明等研究了三层级的选址-路径问题，设计了两段分别基于量子进化算法与遗传算法的智能算法，并且提出了设施分配策略来提高算法效率^[7]。曾庆成等研究了配送中心选址与车辆路径一体优化模型与算法，设计了基于遗传算法与粒子群算法的求解方法^[8]。贺协腾研究了选址-路径问题和启发式求解算法^[9]。丁原祖研究了车辆可重复利用的物流配送中心选址与路径问题^[10]。汤雅连研究了结合全局搜索能力优秀的遗传算法来客服求解速度慢的蚁群算法，构建了混沌蚁群优化算法来优化配送中心选址与车辆路径问题^[11]。唐金环等研究了考虑碳配额差值的选址-路径-库存集成问题优化模型与算法^[12]。王伟研究了低碳物流运输网络，并对底层货流进行了配置，基于遗传算法构建了层次优化模型^[13]。林殿盛等研究了在需求不确定情况下的使用随机规划理论的随机约束选址模型，并对不确定性需求的置信水平和标准差进行灵敏度分析^[14]。冷龙龙等研究了使用量子进化策略的超启发式算法解决同时取送货的低碳选址-路径问题且无需任何解的修复，保证了简单易行快速^[15]。戴卓研究了经典的三层物流网络的选址-路径问题，并设计了基于贪婪随机自适应搜索算法和里程节约算法的混合启发式算法求解^[16]。

1. 国外研究现状

Okan Dukkanci等研究了利用启发式算法的考虑车辆排放量和带时间窗的选址-路径问题，并且使用了整数规划与迭代局部搜索算法^[17]。Mozhde Bagheri Hosseini等研究了废旧产品回收网络设计中具有选择容量的选址路径问题，给出了两种混合整数线性规划公式和基于迭代局部搜索的启发式算法^[18]。Younes Rahmani等研究了具有取货和发货的两级多产品选址-路径问题，运用了公式法和启发式算法求解^[19]。Sattrawut Ponboon等研究了具有时间窗的选址-路径问题，评估了成本结构和参数影响^[20]。

1.3 研究内容、方法及技术路线

1.3.1 研究内容

本文以温室效应为背景，研究在经济成本合理的前提下选址-路径问题中减少碳排放的问题，围绕三层级低碳物流网络选址-配送问题进行研究。分析了低碳经济背景下物流配送的新方向，说明了考虑碳排放的选址-路径问题需要解决的必然性。本文研究内容如下：

1. 碳排放系数研究。依据车辆行驶中碳排放的影响因素，采用燃油消耗计算法和行驶距离计算法两种方法，计算出行驶过程中碳排放系数，并对比两种方法，在其中选取合适的方法。
2. 选址-路径问题研究。单独研究分析设施选址问题和车辆路径问题，再将两者混合优化，以求解决单独优化所导致的局部最优，先行构建只考虑经济成本的选址-路径模型。
3. 考虑碳排放的选址-路径问题模型研究。将考虑碳排放条件加入到先行构建的选址-路径问题中，再选取合适的决策变量，建立考虑碳排放的选址-路径问题模型。
4. 求解模型。集合考虑设施选址与路径选择问题之间的关系，先已知固定的配送中心位置，再同时确定区域分发中心的位置和优化路径选择。

1.3.2 研究方法

1. 釆用文献研究法，利用学校图书馆以及知网等平台查找阅读国内外等与论文相关的文献，充分理解了学者们的成果，对本文的研究理解地更加深刻。
2. 采用数学建模法将现实中的问题转化为抽象的数学问题，通过建模的方法能更加的贴合问题的本质。
3. 采用遗传算法，在对动物集群行为观察的基础上，在每一代中，选择适应度符合要求的个体，并借助遗传算子进行交叉变异，产生出新的种群，也就是解集。
4. 采用Matlab软件。编程求解配送实例，验证构建的模型和设计的算法的合理性与有效性。

1.3.3 技术路线图

本文的技术路线图如图1.1所示：

图1.1 技术路线图