基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)西北地區(qū)冷鏈物流中心選址模型

夏　晶，　黃　凱

(1.重慶交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶400074)

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基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)西北地區(qū)冷鏈物流中心選址模型

夏晶1，黃凱2

(1.重慶交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶400074)

冷鏈物流中心選址是西北地區(qū)發(fā)展冷鏈物流的關(guān)鍵步驟，冷鏈物流中心選址的研究對物流行業(yè)響應(yīng)國家“新絲綢之路”發(fā)展戰(zhàn)略有重要意義。結(jié)合模糊綜合評價法，建立四級綜合評估體系，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練對西北地區(qū)冷鏈物流中心的備選城市進(jìn)行科學(xué)選址與驗證分析，得到西北地區(qū)冷鏈物流中心的最優(yōu)選址方案，并驗證誤差在允許范圍內(nèi)，為西北地區(qū)發(fā)展冷鏈物流提供科學(xué)的選址方案。

冷鏈物流；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；模糊綜合評價；西北地區(qū)

一、引言

西北部地區(qū)地域廣闊，地理、氣候條件多樣，農(nóng)產(chǎn)品物種豐富。實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略以來，西北地區(qū)通訊、交通運輸、城市基礎(chǔ)設(shè)施、運輸車輛等硬件條件得到明顯改善，為物流業(yè)發(fā)展提供了便利條件。在“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”建設(shè)背景下，西北五省積極探索物流行業(yè)“新大陸”——冷鏈物流的運作發(fā)展。冷鏈物流的發(fā)展為西北干旱缺水地區(qū)運輸新鮮瓜果肉類、進(jìn)一步降低農(nóng)產(chǎn)品損失，以及減少不必要的經(jīng)濟(jì)損耗提供了新的思路和方法，也為西部地區(qū)現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展帶來了希望、機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

國內(nèi)外對冷鏈物流中心選址的許多文獻(xiàn)是考慮成本最低為目標(biāo)函數(shù)，利用啟發(fā)式算法求解。王想想提出基于建設(shè)成本最小化與貨物質(zhì)量損耗最小化構(gòu)建模型，并用遺傳算法解決得到最優(yōu)解[1]。侯淑婕研究了冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)中制造與配送中心選址問題，考慮到離散的網(wǎng)絡(luò)選址模型，分析兩級中心運營成本、建設(shè)成本等，以總成本最小化選址[2]。徐建華利用冷鏈物流中心建設(shè)成本、運輸成本、貨損成本、早到機(jī)會成本與遲到懲罰成本之和作為目標(biāo)函數(shù)，運用粒子群算法、改進(jìn)GA-PSO算法求解[3]。舒旭麗針對生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈，以農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地、預(yù)冷站、配送中心三級選址，不考慮建設(shè)費用，不考慮短途運輸費用，相關(guān)費用最小化，利用遺傳算法求解[4]。鄧麗超構(gòu)建雙層目標(biāo)函數(shù)，考慮兩級配送中心與客戶之間運輸費用，以總成本最小化求解[5]。

以上大部分文獻(xiàn)都是基于冷鏈物流配送中心的成本最優(yōu)而進(jìn)行選址研究，但是選址問題中，需要考慮的不僅僅是運輸、倉儲、加工費用與建設(shè)時投資成本的最優(yōu)，更要綜合優(yōu)選備選址的人文地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、勞動力條件、社會文化環(huán)境，還要考慮到政策導(dǎo)向因素，優(yōu)先考慮國家規(guī)劃中區(qū)域流通節(jié)點城市，發(fā)揮其政策利好[6-7]。再者，西北地區(qū)地形地質(zhì)條件惡劣，宗教人文環(huán)境復(fù)雜，不可定量分析選址費用而片面制定選址方案，需結(jié)合實際情況做出最后選址方案。因此，西北地區(qū)冷鏈物流配送中心選址將是一個多屬性決策問題[8]。本文將采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法，利用選址影響因素，建立冷鏈物流評價指標(biāo)，再對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到最優(yōu)解。

二、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

(一)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Back Propagation)是一種將誤差逆向傳輸?shù)挠?xùn)練過程，它是多層的類似于生物神經(jīng)元的信號傳播過程的學(xué)習(xí)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包含輸入層、中間層、輸出層三級傳播介質(zhì)，輸入層負(fù)責(zé)將外界信息導(dǎo)入，并向前正向傳遞給中間層；由中間層對接收到的信息進(jìn)行識別、處理，并根據(jù)需要實施信息變化；當(dāng)信息完成中間層的傳遞，到達(dá)輸出層神經(jīng)元時，輸出層神經(jīng)元將信息輸出到外界，進(jìn)而完成一次正向傳播學(xué)習(xí)過程。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法訓(xùn)練具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和非線性映射的特點，本質(zhì)是基于梯度下降的一種迭代學(xué)習(xí)算法，即BP網(wǎng)絡(luò)的誤差調(diào)整方向總是沿著誤差下降最快的方向進(jìn)行，隨著誤差逆向傳播修正的反復(fù)進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)對輸入模式響應(yīng)的正確率也不斷上升，使訓(xùn)練結(jié)果準(zhǔn)確，誤差小[9]。本文采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對西北地區(qū)冷鏈物流中心選址進(jìn)行評估。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示。

圖1　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的求解過程主要有6個模塊：原始數(shù)據(jù)的輸入，數(shù)據(jù)歸一化，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，將原始數(shù)據(jù)仿真的結(jié)果與已知樣本進(jìn)行比對，對新數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真。

(二)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選址評價模型原理

收集西北地區(qū)物流中心備選址的各個影響因素，將其作為輸入層的輸入信息，經(jīng)過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法訓(xùn)練，輸出備選址最終的評價結(jié)果。簡要過程如圖2所示。

三、基于模糊綜合評價分析的西北地區(qū)冷鏈物流中心選址體系

(一)西北地區(qū)冷鏈物流中心備選址數(shù)據(jù)收集

西北地區(qū)土地廣袤，但自然條件惡劣，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)差，居民消費水平低，故大型冷鏈物流中心寥寥可數(shù)且不具有規(guī)模效應(yīng)。本文不考慮西北地區(qū)原有冷鏈物流中心對選址的影響，對西北五省(陜西省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)、青海省、新疆維吾爾自治區(qū))涵蓋地域的多種因素進(jìn)行分類調(diào)查，根據(jù)不同因素的歸類，將影響選址的多種因素分成多層指標(biāo)體系。依據(jù)建立的西北地區(qū)冷鏈物流中心選址評價指標(biāo)模型，邀請專家對指標(biāo)體系中的影響因素打分，形成冷鏈物流中心選址評價矩陣，將評價矩陣與權(quán)重矩陣相乘，得到選址評價指標(biāo)，并對其歸一化。

圖2　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實訓(xùn)過程

調(diào)研過程采用查閱各省年鑒、調(diào)查問卷、單位訪談等方法，一般選取政府管轄物流中心單位，而非冷鏈物流相關(guān)行業(yè)單位，保證調(diào)研數(shù)據(jù)不受業(yè)內(nèi)人員主觀意識影響。西北地區(qū)各省份選址涉及城市較多，根據(jù)國家規(guī)劃，西安、蘭州、西寧、銀川、烏魯木齊五市被納入全國流通節(jié)點城市，咸陽、榆林、天水、酒泉、海西、海東、石嘴山、喀什、伊犁、博爾塔拉、巴音郭楞、日喀則成為區(qū)域級流通節(jié)點城市。選址數(shù)據(jù)收集主要基于17個流通節(jié)點城市的人文地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、勞動力條件、社會文化環(huán)境、政策導(dǎo)向等因素對比數(shù)據(jù)，選取這17組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，與模糊評價指標(biāo)體系結(jié)合，充分學(xué)習(xí)訓(xùn)練后，根據(jù)數(shù)據(jù)綜合比較，選出適宜大型冷鏈物流中心建設(shè)的地址。

(二)西北地區(qū)冷鏈物流中心評估模型建立

在調(diào)研結(jié)束的基礎(chǔ)上整理歸納得到數(shù)據(jù)，考慮城市規(guī)劃建設(shè)相關(guān)部門的建議，得到西北地區(qū)冷鏈物流中心選址評估模型，即模糊綜合評價指標(biāo)因素集U，見表1。

表1　西北地區(qū)冷鏈物流中心選址評估模型

表2　西北地區(qū)冷鏈物流中心選址評估綜合評價結(jié)果

四、基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)西北地區(qū)冷鏈物流中心選址應(yīng)用

(一)西北地區(qū)冷鏈物流中心選址模型設(shè)計

(二)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練

在MATLAB 2015aV_8.5環(huán)境下運行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法程序，實際運行482次得到最優(yōu)結(jié)果，用時0.01秒。訓(xùn)練結(jié)果與專家評價結(jié)果基本相同。

訓(xùn)練次數(shù)為460次時網(wǎng)絡(luò)誤差誤差平方和是0.00099985，符合誤差允許0.001。

圖3　MATLAB仿真結(jié)果

圖4　仿真誤差對比

(三)西北地區(qū)冷鏈物流中心選址應(yīng)用

基于文中備選17市的評價結(jié)果，由于物流中心規(guī)模制約其運營輻射能力與服務(wù)區(qū)域，根據(jù)實際情況提出選址方案集P=(P1，P2，P3，P4，P5)，P1=(西安，天水，酒泉，石嘴山，巴音郭楞)，P2=(蘭州，西安，烏魯木齊，咸陽，榆林)，P3=(西寧，銀川，烏魯木齊，咸陽，日喀則)，P4=(天水，喀什，伊犁，海東，日喀則)，P5=(海西，喀什，銀川，咸陽，伊犁)，將五種方案數(shù)據(jù)輸入已被驗證的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中進(jìn)行訓(xùn)練，得到結(jié)果：Y=(0.5239,0.8219，0.2938,0.3829,0.6390)。

圖5　訓(xùn)練結(jié)果與目標(biāo)值擬合

由上述結(jié)果可得，西北地區(qū)冷鏈物流選址地點建議采取方案P2，為西北地區(qū)新絲綢之路物流行業(yè)發(fā)展中的冷鏈物流中心選址問題提供了參考性意見。

(四)西北地區(qū)冷鏈物流中心選址結(jié)果驗證

將最優(yōu)方案P2=(蘭州，西安，烏魯木齊，咸陽，榆林)中五個備選城市的基礎(chǔ)調(diào)研數(shù)據(jù)與專家打分結(jié)果輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，驗證上文訓(xùn)練結(jié)果是否準(zhǔn)確合理。

圖6　誤差與試驗次數(shù)相關(guān)

圖7　驗證過程仿真誤差對比

經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練驗證，圖5～7是訓(xùn)練仿真的相關(guān)圖示，訓(xùn)練結(jié)果與目標(biāo)值擬合較好，無明顯誤差，且誤差平方和為0.000998，符合誤差允許范圍，選址結(jié)果與實際相符合。

五、結(jié)語

本文采用模糊綜合分析法，建立了四級綜合評估體系，該體系中包含5個一級綜合指標(biāo)和38個子類指標(biāo)，較為全面地涵蓋了西北地區(qū)冷鏈物流中心選址的影響因素[11]。考慮到西北地區(qū)的地域特殊性，引入社會文化條件一級指標(biāo)，將宗教信仰影響因素納入指標(biāo)體系。根據(jù)實地調(diào)研結(jié)果，并結(jié)合專家評估意見，搜集備選城市的資料數(shù)據(jù)，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，將專家評估結(jié)果作為目標(biāo)輸出值，驗證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的有效性[12-13]。在提出的五個選址方案中，運用已經(jīng)驗證的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到最優(yōu)結(jié)果，對其驗證，誤差符合要求。

[1]王想想.冷鏈物流配送中心選址問題研究[D].大連:遼寧師范大學(xué),2014.

[2]侯淑婕.帶時間窗的冷鏈物流選址配送問題研究[D].上海:上海大學(xué),2015.

[3]徐建華.基于GA-PSO算法的生鮮農(nóng)產(chǎn)品選址—路徑問題優(yōu)化研究[J]. 物流工程與管理,2016(2):51-53,55.

[4]舒旭麗.基于遺傳算法的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題研究[J].物流技術(shù),2014 (21):347-350.

[5]鄧麗超.冷鏈配送中心選址優(yōu)化研究[D].長沙:中南大學(xué),2012.

[6]林懿.我國冷鏈物流發(fā)展現(xiàn)狀與對策研究[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2016(3):17-18.

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[8]王紅梅.我國生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流發(fā)展問題研究[J].農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì),2016(2):132-133.

[9]俞林.基于BP模糊評價的冷鏈物流中心選址問題研究[J].物流技術(shù),2013(10):95-98.

[10]劉桓.基于遺傳算法的冷鏈物流路徑選擇研究[J].物流技術(shù),2013(10):116-119.

[11]王芳.食品冷鏈物流企業(yè)績效評價物元模型研究[J].物流技術(shù),2012(11):294-296.

[12]游力,劉廣海,謝如鶴,等.冷鏈物流標(biāo)準(zhǔn)化績效分析[J]. 物流工程與管理,2016(7): 12-14.

[13]程麗林,范志強,張長峰,等.我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建的思考[J].物流工程與管理,2016(7):8-11.

(責(zé)任編輯：李曉梅)

Location Model of Cold Chain Logistics Center in Northwest China Based on BP Neural Network

XIA Jing1， HUANG Kai2

(1.School of Economy and Management, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 2.School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

Cold chain logistics center location is a key step in the development of cold chain logistics in northwest region. The research of cold chain logistics center location is of great significance to the development of logistics industry in response to the national “new silk road” policy. Combined with fuzzy comprehensive evaluation method, the four level comprehensive evaluation system was set up. And the BP neural network training was used to analyze the scientific location and verification of the alternative cities of the cold chain logistics center in northwest China. To obtain the optimal location of the cold chain logistics center in the northwest region, and to verify the error within the allowable range, a scientific site selection is provided for the development of cold chain logistics in the northwest region.

cold chain logistics;BP neural network; fuzzy comprehensive evaluation; northwest China

20016-07-12

國家社會科學(xué)基金重點項目“中巴伊土國際通道多邊戰(zhàn)略價值及風(fēng)險評估研究”(16AGJ007)

夏晶(1993—)，女，甘肅金昌人，重慶交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院碩士研究生，研究方向：物流工程。

F252;F224

A

1674-0297(2016)05-0045-06