基于两阶段方法的高校智能快递柜选址研究.pdf

年第 卷第 期总第 期物流工程与管理 物流论坛:./.基于两阶段方法的高校智能快递柜选址研究 李颖琦胡盛强(.广东财经大学 工商管理学院广东 广州.广东财经大学 粤港澳大湾区创新竞争力研究院广东 广州)【收稿日期】基金项目:广东省哲学社会科学规划 年度学科共建项目()年佛山市社科规划青年项目()【作者简介】李颖琦()女广东广州人广东财经大学工商管理学院本科生研究方向:物流选址规划胡盛强()男湖南隆回人广东财经大学粤港澳大湾区创新竞争力研究院副教授博士后硕士生导师研究方向:物流与供应链管理 【摘 要】目前高校快递服务的高需求需要高取件效率和低建设成本 由于传统快递模式在高校中运行的局限性因此有必要在高校中推广高效率和低成本的智能快递柜 文中提出结合定性与定量分析的两阶段高校智能快递柜选址方法 在第一阶段采用层次分析法通过比较评价指标重要性程度来确定权重从而初步确定智能快递柜的备选网点第二阶段以步行距离和建设成本最小化为目标利用 整数规划模型选出最佳选址并确定快递柜投放数量 文中以广东某高校为例对两阶段高校智能快递柜选址方法进行了实际应用【关键词】高校智能快递柜层次分析法 整数规划模型【中图分类号】.【文献标识码】【文章编号】()(.)【】.【】引言由于电子商务的快速发展网络购物已逐渐成为人们生活的一部分 校园快递行业发展报告()显示学生是校园快递的主要服务对象以教育部披露的高等教育在校 万人计 亿件包裹平均到每名学生约 件相当于全国人均的.倍快递服务已经成为大学生活的一个组成部分 然而在“双”等购物狂欢节期间经常会出现排长队的现象再加上快递包裹取错、丢失等问题这种现象催生了智能快递柜 智能快递柜可以有效提高包裹收取的效率和包裹存放的安全性快递公司合理布设快递柜能有效解决校园电商物流“最后一公里”投递问题关于高校智能快递柜的选址研究目前仅有少量文献 汤云峰选择使用层次分析法和重心法对高校智能柜布局问题的研究该方法只适用于多个需求点与单一服务点匹配的情况 王小雨等基于改进重心法对快递服务中心进行选址研究其创新点在于使用 软件对选址进行矢量化处理物流工程与管理第 卷但重心法的局限性使选址结果与实际方案存在较大偏差 雷鸿霞等以福建农林大学为例综合使用 法、古林法和集合覆盖模型逐步递进选取最优选址将复杂问题简单化、合理化其侧重于从定量角度选出最优选址 张晶蓉等以最小化建设成本和最大化服务水平为目标将创建一个多目标优化模型用于在放置高校智能快递箱但模型无法保证全局最优 等分析了外国无人值守式 没有得到广泛的应用的原因是它需要大量的投资和客户的广泛使用通过对无人值守式 的模拟得出无人值守式 能够有效降低运输成本、提高投递效率目前设施选址方法有定性和定量方法定性方法主要有加权因素评分法、风险型方法和德尔菲法定量方法主要有重心法、物流作业量法和线性整数规划 比起定性分析定量分析更容易得到正确结果但是一般需要较多数据资料且计算结果比较复杂 层次分析法将定性与定量因素相结合做出的分析相对更加全面 本文综合考虑高校智能快递柜选址的各种影响因素以步行距离最短和建设成本最小为目标串联层次分析法与 整数规划提出一种系统、简洁、实用的两阶段选址方法 研究方法.层次分析法层次分析法的原理就是把系统的复杂问题中的各种因素划分为相互联系的有序层次然后通过 个因素两两比较计算出权重值 其优点在于它是一个开放的决策方法它所要求的层次结构模型可以随着决策问题的复杂程度以及决策人的主观偏好而加以修正和扩充层次分析法的第一步是构建层次结构模型将复杂问题中的各种关键因素划分为不同层次大体分为目标层、决策层和方案层然后对每一层次的各个结构进行两两相互比较并给出 及其倒数的标度值从而构造出判断矩阵标度方法见表 表 判断矩阵元素标度方法标度含义表示两个元素一样重要表示其中一个元素比另一个元素重要一点表示其中一个元素比另一个元素重要表示其中一个元素比另一个元素重要得多表示其中一个元素比另一个元素极端重要/表示两邻判断的中值倒数两个因素 与 的反比较判断值/.第二步层次排序即对判断矩阵求出满足条件的特征根与特征向量然后采用一致性指标、随机一致性指标(通过查表 可得)和一致性比率完成一致性检验表 一致性指标 数值表维数.整数规划模型问题描述:在高校中有 个取件需求点和 个智能快递柜备选点现在目标是使所有的取件需求点都能被覆盖且要求备选点到需求点的步行距离最小化 第一步建立优化选址模型需要从 个快递柜备选点中选取 个最优选址第二步建立投放数量模型确定每个最优选址的智能快递柜投放数量基本假设:各个快递备选点的最大服务半径相同取件需求点的位置和需求量是固定不变的步行距离为快递柜备选点到取件需求点之间的最短实际距离符号参数、集合等设定见表 表 符号说明符号表达含义快递柜备选点的集合取件需求点的集合从需求点 到快递柜 的距离一个快递柜最大存储量优化选址 所需求的快递柜数量取件需求点 的需求量.优化选址模型 在 处建立快递柜 否则 需求点 由快递柜 提供服务 否则目标函数:由于 远远大于目标函数可以优先使智能快递柜数量最小 如果可行解的快递备选点数量相同那么以快递柜备选点到取件需求点步行距离之和最短为最优解.投放数量模型目标函数:该模型以快递柜数量最小和步行距离最短为目标函数根据需求量乘以 来确定需求点 是否需要优化选址 来提供服务如果需要则快递柜数量要满足各个需求点 的总量且为了覆盖所有的取件需求点是所有需求点的总和 两阶段方法选址的实例研究.研究对象概况广东某高校有两个快递服务中心分别设置在校内和校外校外快递服务中心所存储包裹数量远远超过校内快递服务中心大多数学生在校外快递服务中心完成取件 然而由于快递公司的数量和种类存在差异学生在校内服务中心领第 期李颖琦等:基于两阶段方法的高校智能快递柜选址研究取包裹后还需步行到校外服务中心完成整个领取任务 整个取件流程很繁杂步行路程远耗费时间多 由于新冠病毒的袭来学校实行半封闭式管理制度这给学生领取物品带来了诸多不便 为了提高学生取件效率和改变原有取件流程现根据广东某高校的实际情况对智能快递柜选址研究提出有效建议.基于层次分析法的选址分析.评价指标体系的构建根据实地调研结果分析以高效智能快递柜选址为目标层周边区域可用面积()、日常人流量()、建设成本()和取件需求量()个主要影响因素为准则层 本文构建的高校智能快递柜评价指标体系如表 所示表 高校智能快递柜选址评价指标体系目标层()准则层()方案层()高校智能快递柜选址周边区域可用面积 日常人流量 建设成本 取件需求量 方案 方案 方案 方案 方案 方案 方案.构建判断矩阵及一致性检验利用层次分析法计算 个因素的权重即重要性程度根据专业人员对实际情况的评估在影响因素的比较中进行两次赋值和打分并将打分结果转化为判断矩阵 如表 所示表 目标层与准则层的判断矩阵 /对于此矩阵对各列归一化得:.行求和得:.归一化得:.用原始矩阵 乘以 得 (.)最大特征根 计算可得 .查表可得 .经过计算得到该判断矩阵的 值为.通过一致性检验可认为该判断矩阵的权重值合理见表 表 各评价指标权重权重周边区域可用面积日常人流量建设成本取件需求量.备选点确定选取广东某高校的西门、第一食堂、第二食堂、第三食堂、教学区、图书馆、风雨球场 个地点为研究对象分别记为方案、具体位置见图 所示图 候选点的位置 根据校园实际调研及快递柜市场分析对上述备选点收集数据并评估相关指标包括建筑成本包括占地成本和购置成本其计算公式:总建设成本 快递柜单位面积占地成本 每套快递柜占地成本 能放下高为 的快递件数 单位容量购置成本见表 表 选址区域各候选点的指标数据备选点周边区域可用面积()日常人流量(人/)快递柜建设成本(万元)取件需求量(万件/天).大.较大.适中.适中.适中.适中.大.大.大.大.较大.小.较小.较小 使用 软件分析数据计算出准则层与方案层判断矩阵的权重值各种方案的重要性程度比较见表、表、表、表 物流工程与管理第 卷表 准则层 与方案层的判断矩阵 /.一致性检验.一致性检验通过表 准则层 与方案层的判断矩阵 /.一致性检验.一致性检验通过表 准则层 与方案层的判断矩阵 /.一致性检验.一致性检验通过表 准则层 与方案层的判断矩阵 /.一致性检验 一致性检验通过 上述所有判断矩阵的一致性比率小于.通过一致性检验各矩阵的特征向量代表了各候选方案相对于准则层的重要程度 根据各判断矩阵所计算的各因素权重结果得出层次总排序表见表 由层次总排序表可知各候选点的综合评定值排序依次为、方案、评定值太低不予以考虑最终确定教学区、西门、第一食堂、第二食堂、第三食堂共 个方案为备选点表 各方案相对于目标层的权重 .一致性检验.一致性检验通过.基于 整数规划确定选址.信息数据统计根据层次分析法的计算结果可得高校智能快递柜备选点为、校园内取件需求点有学生宿舍园区竹园、紫园、杏园、桃园、李园(分别用宿舍、所表示)图书馆教学楼 以智能快递柜在校园辐射半径为例正常成人一般步行速度为./网点最大辐射半径在 到 之间保证学生在 分钟内完成取件故将 设置为 规划模型中设施点的最大服务半径 假设一组智能机柜的存储容量为 件备选点与需求点之间的距离如表 所示表 快递柜备选点至取件需求点的距离(米)宿舍 宿舍 宿舍 宿舍 宿舍 图书馆教学楼 根据网络调查问卷得知各取件需求点的快递日需求量见表 表 各取件需求点的快递日需求量需求点宿舍 宿舍 宿舍 宿舍 宿舍 图书馆 教学楼需求量.运用优化选址模型求解运用层次分析法得到备选点后接下来运用 整数规划模型来优化选址找出覆盖所有取件需求点的最优选址并计算出取件全过程的最短距离 根据表 快递柜备选点至取件需求点的距离以 为快递柜最大服务半径整理出不同备选点可覆盖取件需求点信息得出表 表 备选网点可覆盖取件需求点信息方案可覆盖的取件需求点宿舍、宿舍、教学区宿舍、宿舍、教学区宿舍、宿舍、宿舍、教学楼宿舍、宿舍、宿舍、宿舍、教学楼宿舍、宿舍、宿舍、宿舍、图书馆、教学楼 将备选网点可覆盖取件需求点表格数据转换成 整数规划模型中 的数据即如果该备选网点 可为取件需求点 提供服务那么 否则为运用 整数规划中优化选址模型可以得出最优选址具体如下:()()()()()()第 期李颖琦等:基于两阶段方法的高校智能快递柜选址研究 是用来求解线性规划模型的软件通过编写内置的 整数模型语言和算法可以快速求解大规模最优化问题 使用 软件求解结果、的值为 其他 取值为 即确定第三食堂和教学区为最优选址.运用投放数量模型求解运用优化选址模型求解得到最优选址后设最优选址的快递柜数量分别为、根据表 中宿舍楼 到教学楼、宿舍 到第三饭堂、图书馆到第三食堂的距离均大于 米无法为取件需求点提供服务故赋值、为 将表 中需求量数据代入投放数量模型中可得最优选址的最佳快递柜投放数量具体如下:经过 运算计算结果为、等于 其余为.结果分析在广东某高校内设定快递柜最大辐射距离为 的情况下只需要在第三食堂和教学区安装数量为 组和 组的智能快递柜就能满足该校区内所有的快递取件需求各需求点到快递柜的最短距离和为 两阶段方法最终选址方案见表 表 选址最终方案智能快递柜选址方案快递柜数量(组)满足取件需求点 第三食堂竹园、紫园 教学区杏园、桃园、李园、教学楼、图书馆 结语为了有效提高高校快递服务的便利性解决传统快递造成的包裹丢失、虚报、排队严重等问题本文采用了定量与定性相结合的两阶段法特点如下第一阶段采用层次分析的方法确定权重比较多个评价指标之间的重要性程度来确定指标权重根据评价指标对快递柜候选点进行初步选址 此方法适用于大面积、节点多、评价指标复杂的选址问题第二阶段采用 整数规划模型对备选点进行优化选址并确定各个最优选址的快递柜投放数量 此方法需要收集大量数据进行定量分析从而得到最优结果本文以广东某高校进行实例计算将层次分析法运用于快递柜选址时需要注意指标之间相互关系尽量采取专家集体判断法 本文所构建的 整数规划模型不能求解不同规格快递柜同时建设时的最少建设成本今后将在本文基础上对建设成本进一步优化参考文献 中国教育后勤协会.校园快递行业发展报告()/.:/././.汤云峰.基于重心法和层次分析法的高校快递智能柜选址布局问题研究.山东科学():.王小雨石相宜王菁杨联安.基于改进重心法的校园快递服务中心选址研究.地理空间信息():.雷鸿霞范雯雯刘娜翠.高校智能快递柜选址研究及应用.物流技术():.张晶蓉曾小红王振肖曹沙沙.基于多目标优化的高校智能快递柜网点布局研究.物流科技():.():.乔金友朱胜杰王春瑞.设施选址方法研究.物流技术():.徐辉陈光辉张杰胡盛强.管理运筹学(第三版).上海:同济大学出版社:.丁猛.大学校园智能快递柜选址研究.深圳:深圳大学.李梦琦耿秀丽.基于两阶段方法的垃圾中转站选址研究.软件导刊():.