本文是一篇物流论文，本文通过研究国内外固废逆向物流、陆岛交通等相关内容，进行以数学建模的方式，设计海岛固废逆向物流网络，通过定性分析和定量计算的方法，得出海岛固废海运最小总成本，具有合理性。
1绪论
1.1研究背景及意义
“十三五”规划以来，中共中央审议通过了《关于加快推进生态文明建设的意见》、《生态环境监测网络建设方案》、《生态文明体制改革总体方案》等系列有关生态文明建设政策文件，并于2018年通过了《中华人民共和国宪法修正案》，把生态文明理念写进宪法，不断拓展与深化生态文明建设，彰显出党和国家对海洋生态环境保护的重视程度在不断加深。而海洋与海岛生态环境保护不仅是美丽中国建设和生态文明建设的重要部分，还是海洋强国战略部署的重要一环，在此背景下合理有效地规划群岛固废运输网络具有重要意义。
1.1.1研究背景
我国作为一个海洋大国，海洋经济是国家经济社会建设与发展的重要支撑和保障，也是高质量发展的战略要地。新中国成立以来，虽然我国海洋事业逐渐发展壮大，取得了显著成绩，但海洋与海岛生态环境问题也日益凸出，对海洋生态的保护也日渐彰显出其紧迫性和重要性。党的十八大不仅做出了建设海洋强国的重大部署，也明确指出海洋生态环境保护是海洋强国理论的重要前提，是海洋可持续性健康发展的基础保障，我国应坚持海洋强国建设与海洋生态文明建设相互统一[1]。2018年2月，中共中央委员会通过《深化党和国家机构改革方案》，海洋生态环境保护职能被整合到新成立的生态环境部，随着海洋生态环境保护职能的整合，海洋综合性治理成为海洋环境保护的政策目标和决策原则。2019年，习近平总书记提出了树立“海洋命运共同体”的意识理念，指出海洋生态环境恶化与海洋污染仍是全球面临的共同挑战，应坚持保护海洋、人海和谐是海洋命运共同体的内在要求[2]。因此，大力推进海洋生态文明建设，不断增强海洋经济高质量可持续发展动力，成为我国海洋生态环境保护工作的战略目标。
1.2国内外研究现状
目前国内外对群岛固废逆向物流网络研究较少，其研究主要涉及范围有固废逆向物流、陆岛物流网络、群岛固废处理等方面。
1.2.1固废逆向物流研究现状
（1）国外研究现状
Rizvanoglu O等[6]针对高成本的固体废弃物收集和运输过程，提出重新组织固废收集路径时刻表和减少收集频次能有效减少成本，并通过线性规划和利用地理信息系统，为土耳其Šanlurfa制定最佳的固废收集和运输路线。Hao H[7]等以最小化安全和环境风险、最大化社会责任和经济效益为目标，建立多周期、多目标的召回RL网络模型，设计召回风险电动汽车电池（EVB）的逆向物流网络。Seyed E H[8]建立涉及车辆燃料成本、设施建设成本和污染对环境破坏最小化等内容的模糊多目标优化模型，通过定制多目标遗传算法和定制蜂群算法求解，进行城市垃圾回收可持续逆向物流网络设计。Kyungsu P等[9]考虑回收设施选址、配置、最低质量水平和再制造政策等内容，使用含有二次项的混合整数规划，并提出质量约束方法，从而重新设计包括废旧产品被收集并运输到工厂再制造等过程的逆向物流网络。Roudbari E S等[10]考虑回收产品数量、质量等的不确定性，并建立考虑回收产品再利用、翻新、再制造、回收和销售各个过程的两阶段随机混合整数规划模型，利用遗传算法和分支割算法的混合算法求解模型，进行了回收产品逆向物流网络设计。Misni F[11]等基于考虑CO2排放，研究了逆向物流网络的选址-库存-路径问题，通过建立多目标模型和利用和声搜索-模拟退火算法，求得Pareto最优解。Tavallali P A等[12]通过系统动力学建模，分析交叉堆垛、运输调度和路径，设计易逝品的逆向物流网络，以实现易逝品快速有效的交付。Zhitao X等[13]研究了全球性的塑料固废逆向物流网络系统，建立含有二次行数的均值方差模型，从而构建了具有稳健性的塑料固废回收网络。Afra A P等[14]考虑了启动成本和环境因素的多产品生产路径问题，通过整合产品逆向物流与再制造决策过程，建立混合整数规划数学模型，并提出拉格朗日松弛算法(LR)求解模型。Swati S等[15]研究了再制造产品库存系统单位时间总成本最小的最优生产和再制造策略，通过模糊化处理，构建了具有多个生产的再制造产品逆向物流过程中库存模型。Amin C等[16]研究了废旧车辆的逆向物流路径问题，并提出了启发式设计路线。Yanfang M等[17]考虑了政府与环保公司利益，研究城市垃圾管理的选址-路径问题，通过建立双层多目标模型，利用改进混合NSGA-II求解模型。Xueyue M等[18]研究了新型冠状肺炎爆发与持续影响下，为实现医疗废弃物安全快速处置、成本最小、风险最小、时间最短多个目标，建立了应急逆向物流的选址模型。Vahid A等[19]为解决逆向物流网络中退货和需求不确定的问题，从战略决策和战术决策两阶段出发，进行了涉及逆向物流的分拣中心、仓库、运输计划等的网络设计，以实现规划期内总成本最小。
2相关理论基础
2.1海岛固废概述
我国不断加强海岛生态修护和环保建设，使得海岛生态环境有所改善，但海岛生态环保与建设是一项长期、复杂和艰巨的任务，海岛固废污染问题仍然是全球海洋治理的重要难题。一方面，海岛远离大陆、具有孤立性，这使得海岛生态系统相对封闭，同大陆相比，海岛土地空间资源有限、生态系统成分单一、生态环境稳定性差，如果遭到污染或破外就很难恢复。另一方面，海洋经济发展迅猛，海岛开发建设和资源利用程度加强，与之而来粗犷的开发和不合理的利用，导致海岛生态环境污染问题突出；另外，海岛旅游的兴起增加了海岛人口流量，进而导致海岛固废产量增多，海岛生态环境也因此受到严重威胁。为妥善处理海岛固废，应基于科学处理原则，采用合适的处理方法，做好固废分类，根据不同类型特征固废，以降低固废处理成本和减少固废对海岛生态环境影响。
2.1.1海岛固废分类及特征
（1）海岛固废分类
海岛固废主要是由海岛当地居民日常生活及旅游人口产生的固废废弃物，常见海岛固废一般可分为有机固废、可回收固废、有害固废。海岛有机固废是日常生活产生的垃圾中包含可降解的有机物成分的固体废弃物，主要包括养殖业和种植业产生的残余垃圾、厨余垃圾等，这类固废不仅有机质含量高，而且含有氮磷钾等丰富的矿物元素，如果能科学合理用于农业耕地育肥和生物质能发电，可促进海岛农业经济发展。海岛可回收固废指可再生循环利用的固体废弃物，主要有塑料、废纸、玻璃、金属、纺织物等，该类固废具有量多低值、来源广泛、品类复杂、混合分散的特点，需要完善固废回收指导体系，促进可回收资源有效利用。海岛有害固废是指包含有毒有害物质的固体废弃物，主要有废电池灯管、垃圾袋、泡沫箱子等，该类固废的危害具有潜伏性和长期性，如果在收集储运处理不当，会对人体健康和环境产生重大危害。
2.2逆向物流概述
国家和政府积极推行循环经济理和可持续发展理论，推进逆向物流体系建设，以提高资源利用效率、减少环境污染，由此合理设计逆向物流体系，对于推动产品回收和废弃物回收利用或处理，尤为重要。
2.2.1逆向物流内涵
逆向物流是为了实现资源回收与循环利用，避免环境污染，考虑生态环境与回收成本问题，通过一系列规划设计和管控措施，将原材料或产品等由供应链下方向供应链上方流动的活动过程，从而使得产品或废弃物得到合理处置。逆向物流的对象主要是废弃物、产品或者产品包装物等附加产品，这些对象从消费者端沿供应链上游返回到供应商、生产者或者第三方处理端。逆向物流类型主要包括退货回收物流和废弃物逆向物流，退货回收物流主要是产品不符合消费者预期要求或未满足产品相关标准，消费者发起的退货行为或供应商发起的产品召回行为。废弃物逆向物流是物品失去其原有使用价值后，依据实际相关需求对其进行回收、分类、加工、处理等过程中发生的物流活动。废弃物逆向物流有两大目的，一方面基于资源利用的角度，对仍具有使用价值的废弃物进行加工处理，实现资源回收利用，如塑料瓶、纸箱等废弃物可以被回收加工再利用，发挥资源潜在价值，具有一定经济效益；另一方面基于环境保护的角度，对于没有再使用价值的废弃物回收处理，以减少其对生态环境污染和危害，如电子产品、塑料袋等有害废弃物回收处理可以减少其对大气、土壤和水资源的污染。
因此，群岛固废逆向物流属于废弃物物流活动，该活动主要以群岛生活固废为运输对象，旨在将各海岛固废收集分类后从海岛逆向运输至大陆，进行再加工或终端处理，从而最大程度减少海岛生态环境污染，对海岛生态建设和环境保护具有重大意义。
3群岛固废逆向物流运输网络模型构建..................................30
3.1群岛固废逆向物流运输网络设计分析.........................30
3.1.1群岛固废逆向物流运输网络设计原则.........................30
3.1.2群岛固废逆向物流运输网络结构组成.............................31
4群岛固废逆向物流运输网络模型算法设计.................................40
4.1算法简介..................................40
4.2外层遗传算法设计..............................41
5算例分析........................................46
5.1基本数据........................................46
5.2计算结果.....................................47
5算例分析
5.1基本数据
由于文中研究内容较为全面，现有文献中没有以群岛固废为背景的运输网络研究，因此没有合适的算例能直接进行测试，文中选取部分关联性较高的几篇文献作为参考，随机生成群岛坐标和固废产量。首先，参考文献[41]、[42]、[43]中关于岛屿坐标或地理位置的选取和设置，并结合文献[20]中关于生产垃圾设施坐标方法，本文在[300,300]的矩形区域内随机生成12个群岛坐标数据；坐标如表5.1。其次，参考文献[5]、[67]~[71]、[77]中关于海岛固废产量特征的研究，确定各岛屿的固废日均产量数据如表5.2所示。再次，参考文献[76]关于垃圾水运分析中运输船舶类型、吨级等数据，给出相关船舶信息，在中转储运网络中，ZW型船载重吨设置为300吨级，ZO型船设置为600吨级；直运网络中ZD型船设置为300吨级，各类型船舶具体信息如表5.3所示。最后，中转站单位建设成本、单位固废的中转存储及处理成本、单位固废船舶存储及处理成本、单位固废的卫星岛存储成本的相关数据如表5.4所示。设置该混合网络的规划期为20年。
6总结与展望
6.1总结
随着人们对海岛的加剧开发与利用，海岛面临着环境污染和生态破外等凸出问题，尤其是海岛旅游业的加速发展，使得海岛固废污染变得更加严峻。近些年来，为响应国家对海岛生态环保的政策，协调海岛生态环保和海岛经济发展，越来越多的海岛开始固废外运计划，为此，研究群岛固废逆向物流网络对于减少固废外运总成本具有重要的指导意义。本文通过研究，得出以下结论。
（1）本文通过研究国内外海岛固废处理情况，对海岛固废进行分类，并针对不同类型海岛固废提出相应的处理方法。综合分析后得出，海岛大部分固废应外运至大陆处理。目前大多数海岛采取将固废外运至大陆处理的方式，但很少有对海岛固废运输网络进行整体设计，导致高昂的运输成本。本文通过研究国内外固废逆向物流、陆岛交通等相关内容，进行以数学建模的方式，设计海岛固废逆向物流网络，通过定性分析和定量计算的方法，得出海岛固废海运最小总成本，具有合理性。
（2）本文通过对直达式物流网络和轴辐式物流网络的分析，提出中转储运和直运两种海岛固废运输模式，由此设计出海岛固废逆向物流混合网络，并建立由中转储运模型和直运模型组成的混合网络模型。本文较为广泛的考虑了海岛固废逆向物流运输网络的不同成本项目，即中转储运网络的航行成本、中转存储及处理成本、中转站建设成本、船舶购置经营成本，与直运网络的航行成本、船舶存储及处理成本、船舶购置经营成本。同时也较为全面的对航线及周期设置、船舶配置、海岛所属网络类型划分、中转岛选址等内容进行整体规划，从而为现实海岛固废外运中可能涉及的规划内容提供参考。
（3）根据根据本章构建的模型，设计了遗传算法和模拟退火算法，以遗传算法为外层框架，进行了运输网络种类划分、中转岛选址、航线设置等，然后以模拟退火算法为内层框架，进行中转储运网络和直运网络的航线周期设置，运用MATLAB软件，对算例进行求解，最后求得岛屿所属运输网络类型划分、航线周期、航线设置的最佳组合，得到最小总成本，并验证模型与算法的合理性与有效性。
参考文献（略）