Двухэтапная модель оптимизации для устойчивой задачи размещения и маршрутизации с ограничениями по вместимости и временным окнам в системе умных почтовых шкафчиков

Почему более умная доставка посылок важна для жизни города

Интернет‑шопинг сделал возможным заказать почти что угодно с доставкой домой, но фургоны, мотоциклы и возникшие пробки несут скрытые издержки: загруженные улицы, загрязнённый воздух и рост цен. В этом исследовании рассматривается, как «умные почтовые шкафчики» — эти самообслуживаемые боксы, где можно забрать посылку в удобное время — можно планировать и маршрутизировать так, чтобы сокращать загрязнение и трафик, одновременно обеспечивая покупателям быструю и надёжную услугу. На основе реальных данных из Тегерана авторы показывают, как математика, карты и продуманные алгоритмы могут сделать доставку последней мили чище, дешевле и справедливее.

От хаоса у дверей к общим пунктам выдачи

Статья исходит из простого наблюдения: последний этап доставки — от локального депо до каждого получателя — является самым дорогим и загрязняющим звеном в электронной коммерции. В большом, перегруженном городе, таком как Тегеран, миллионы ежедневных поездок на автомобилях, фургонах и мотоциклах замедляют движение и ухудшают качество воздуха. Умные почтовые шкафчики предлагают иной сценарий. Вместо множества транспортных средств, останавливающихся у множества дверей, меньшее число машин обслуживает сеть шкафчиков, а получатели проходят короткое расстояние, чтобы забрать посылки. Ранее исследования рассматривали размещение шкафчиков, их конструкцию или удовлетворённость клиентов по отдельности. Эта работа связывает эти направления воедино, спрашивая: где разместить шкафчики, как проложить маршруты к ним и как одновременно сбалансировать затраты, качество обслуживания и воздействие на среду.

Два взаимосвязанных решения: где разместить шкафчики и как перемещаются транспортные средства

Чтобы решить эту задачу, авторы построили двухэтапную модель оптимизации. На первом этапе модель определяет, какие площадки для шкафчиков открыть и какое количество посылок должен обрабатывать каждый, учитывая вместимость шкафчиков, затраты на установку и насколько далеко готовы идти клиенты. На втором этапе модель проектирует маршруты доставки от центрального депо к выбранным шкафчикам, соблюдая ограничения по вместимости транспортных средств, времени в пути и временным окнам обслуживания шкафчиков. Несколько целей объединены: сокращение затрат на строительство и эксплуатацию шкафчиков, минимизация отказов (посылок, требующих доставки до двери), уменьшение пробега и расхода топлива, а также поддержание жёстких сроков обслуживания. Модель преобразует эти конкурирующие цели в единый показатель с помощью регулируемых весов, чтобы менеджеры могли отдавать приоритет экономии, скорости или сокращению выбросов в зависимости от задач.

Тестирование модели в плотном реальном районе

Фреймворк протестирован на подробном случае Тегерана, сосредоточившись на центральном районе, известном высокой загруженностью и плотным спросом. В модель вводятся данные о существующих шкафчиках, клиентах, расстояниях, типах транспортных средств, расходе топлива и временных ограничениях. Результаты показывают, что тщательно подобранные места для шкафчиков в зонах высокого спроса — рядом с оживлёнными жилыми и коммерческими районами — позволяют консолидировать многие посылки в меньшее число маршрутов. По сравнению с менее структурированными схемами доставки оптимизированная сеть сокращает общий пробег, операционные расходы и выбросы углерода, при этом шкафчики остаются достаточно близко для удобного получения посылок. Анализ сценариев, в которых исследователи варьируют допустимые времена и расстояния поездок, а также значимость каждой цели, показывает, насколько сеть чувствительна к политическим решениям — например, к более строгим временным ограничениям или усиленному акценту на экологическом эффекте.

Как более умные алгоритмы масштабируются до крупных городов

Поскольку в крупных городах может быть много шкафчиков, машин и клиентов, найти абсолютное оптимальное решение грубой силой крайне трудно. Поэтому авторы сравнивают точные математические решатели с тремя методами поиска, вдохновлёнными природными процессами, известными как метаэвристические алгоритмы: алгоритм Кештел, генетический алгоритм и метод имитации отжига. Для небольших тестовых задач все методы проверяются по отношению к точным решениям и показали хорошую точность. Для средних и крупных задач, где точные решатели замедляются, алгоритм Кештел стабильно даёт лучшие решения за меньшее время, особенно когда задействованы десятки шкафчиков и транспортных средств. Это свидетельствует о том, что оптимизация сетей шкафчиков в городском масштабе может выполняться достаточно быстро, чтобы быть практически полезной для ежедневного или еженедельного планирования.

Широкие выгоды для городов, бизнеса и людей

Помимо более чистой логистики, исследование указывает на социальные и экономические преимущества. Снижая стоимость и сложность доставки последней мили, сети общих шкафчиков могут помочь небольшим курьерским компаниям и местным магазинам соперничать с доминирующими игроками электронной коммерции, уменьшая монопольную власть и предоставляя потребителям больше вариантов. Стратегическое размещение шкафчиков в недостаточно обслуживаемых районах, возле транспортных узлов и в смешанных по доходам кварталах может распределить эти выгоды более справедливо, вместо того чтобы концентрировать качественное обслуживание только в состоятельных районах. Авторы утверждают, что комбинация умных шкафчиков с электрическим транспортом и возобновляемой энергией может углубить экологические преимущества.

Что это значит для обычных покупателей

Для непрофессионала посыл прост: выбор в пользу получения посылок из ближайшего умного шкафчика, а не настаивание на доставке до двери, может стать вкладом в более чистый и эффективный город. Это исследование показывает, что при продуманном планировании и правильных алгоритмах сети шкафчиков могут существенно сократить трафик доставки, расход топлива и выбросы без потери удобства. По мере роста электронной коммерции и усиления городских заторов такие модели предлагают дорожную карту по переразмыванию доставки последней мили, чтобы она работала лучше для покупателей, малого бизнеса и городской среды в целом.

Цитирование: Ghadirpour, S.M., Chaharsooghi, S.K. & Hajiaghaei-Keshteli, M. A two stage optimization model for sustainable location routing problem with capacity and time window constraints in smart parcel lockers. Sci Rep 16, 11514 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41653-6

Ключевые слова: умные почтовые шкафчики, доставка последней мили, городская логистика, устойчивый транспорт, оптимизация размещения и маршрутов