垃圾分類(lèi)處理與清運(yùn)方案

#垃圾分類(lèi)處理與清運(yùn)方案摘要本論文就生活中的垃圾分類(lèi)處理與清運(yùn)予以研究。我們將題目的二個(gè)大問(wèn)題,拆分為三個(gè)問(wèn)題。問(wèn)題一：確定廚余垃圾處理中心的個(gè)數(shù)與位置，我們采用位置集合覆蓋模型進(jìn)行建模，再利用整數(shù)規(guī)劃建立清運(yùn)的總費(fèi)用最小模型，通過(guò)編程得出最優(yōu)解。問(wèn)題二：在問(wèn)題一確定垃圾處理中心基礎(chǔ)上求解垃圾清運(yùn)路線(xiàn)問(wèn)題，本問(wèn)題利用圖論的知識(shí)，忽略掉問(wèn)題一當(dāng)中的一個(gè)小型廚余中心，利用每個(gè)廚余中心每天大概處理相同的噸數(shù)，即權(quán)衡的思維，從而得出拖車(chē)的垃圾清運(yùn)路線(xiàn)。問(wèn)題三：考慮充分運(yùn)用人力物力，充分發(fā)揮運(yùn)輸車(chē)的效益，降低總運(yùn)費(fèi)，只考慮運(yùn)程最短、運(yùn)費(fèi)最少的問(wèn)題，忽略區(qū)域內(nèi)的街道、環(huán)境等因素，得到垃圾站設(shè)置點(diǎn)的數(shù)據(jù)模型。關(guān)鍵詞：集合覆蓋；整數(shù)規(guī)劃；平均任務(wù)法；數(shù)據(jù)模型問(wèn)題重述在垃圾分類(lèi)收集與處理中，不同類(lèi)的垃圾有不同的處理方式，簡(jiǎn)述如下：1）櫥余垃圾可以使用脫水干燥處理裝置，處理后的干物質(zhì)運(yùn)送飼料加工廠(chǎng)做原料。不同處理規(guī)模的設(shè)備成本和運(yùn)行成本（分大型和小型）。2）可回收垃圾將收集后分類(lèi)再利用。3）有害垃圾，運(yùn)送到固廢處理中心集中處理。4）其他不可回收垃圾將運(yùn)送到填埋場(chǎng)或焚燒場(chǎng)處理。所有垃圾將從小區(qū)運(yùn)送到附近的轉(zhuǎn)運(yùn)站，再運(yùn)送到少數(shù)幾個(gè)垃圾處理中心顯然，1）和2）兩項(xiàng)中，經(jīng)過(guò)處理，回收和利用，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而3）和4）只有消耗處理費(fèi)用，不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。廚余設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)類(lèi)別處理能力投資額運(yùn)仃成本產(chǎn)物價(jià)格大型廚余設(shè)備200噸/日4500萬(wàn)元150元/噸1000-1500元/噸小型廚余設(shè)備200-300公斤/日28萬(wàn)元200元/噸1000-1500元/噸四類(lèi)垃圾比例類(lèi)別廚余垃圾可回收垃圾有害垃圾其他不可回收垃圾比例4213可回收垃圾的相關(guān)數(shù)據(jù)類(lèi)別所占比類(lèi)回收價(jià)格紙類(lèi)55%1元/公斤塑料35%2.5元/公斤玻璃6%0.5元/公斤金屬4%2.5元/公斤拖車(chē)：只拖十噸的大型廂，只用于從轉(zhuǎn)運(yùn)站到垃圾中心，每次只拖一個(gè)大型廂，平均每公里耗油25L—30L柴油/每公里。柴油單價(jià)：7.30元/升［1］。收集車(chē)輛：只負(fù)責(zé)從小區(qū)的垃圾站到轉(zhuǎn)運(yùn)站運(yùn)輸，60輛2.5噸汽車(chē)，每車(chē)耗油20L—35L70#汽油/百公里。司機(jī)月薪平均3500元。本項(xiàng)研究課題旨在為深圳市的垃圾分類(lèi)化進(jìn)程作出貢獻(xiàn)。為此請(qǐng)你們運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法對(duì)深圳市南山區(qū)的分類(lèi)化垃圾的實(shí)現(xiàn)做一些研究，具體的研究目標(biāo)是：1）假定現(xiàn)有垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站規(guī)模與位置不變條件下，給出大、小型設(shè)備（櫥余垃圾）的分布設(shè)計(jì)，同時(shí)在目前的運(yùn)輸裝備條件下給出清運(yùn)路線(xiàn)的具體方案。以期達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果。2）假設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)站允許重新設(shè)計(jì)，請(qǐng)為問(wèn)題1）的目標(biāo)重新設(shè)計(jì)。二、模型假設(shè)及符號(hào)說(shuō)明一、模型假設(shè)忽略各種隨機(jī)因素引起的車(chē)輛堵車(chē)、臨時(shí)停頓，即一路順暢；假設(shè)車(chē)輛行駛過(guò)程中，車(chē)速恒定；全區(qū)居民每天產(chǎn)生的生活垃圾總量不變；居民每天產(chǎn)生的生活垃圾都被清運(yùn)走；中轉(zhuǎn)站中的垃圾每天都能被運(yùn)往處理中心；廚余垃圾處理中心的選址只考慮最小花費(fèi)，不考慮環(huán)境、政治等因素的限制；垃圾在轉(zhuǎn)運(yùn)站時(shí)進(jìn)行分類(lèi)且可回收垃圾當(dāng)天能處理完畢，即產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益；二、符號(hào)說(shuō)明符號(hào)說(shuō)明M={l,2,...,m}m座垃圾站組成的集合Wk將第k座垃圾站啟用為中轉(zhuǎn)站Uik第k座垃圾中轉(zhuǎn)站是否覆蓋第i座垃圾站BC)可以覆蓋第i座垃圾中轉(zhuǎn)站的集合A(k)能被篩選出的第k座中轉(zhuǎn)站覆蓋的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站集合x(chóng)i第i座垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的垃圾量Ck篩選出來(lái)的第k座垃圾中轉(zhuǎn)站的轉(zhuǎn)運(yùn)能力t使用年限，建設(shè)期為t年0xik第i座垃圾站向第k座中轉(zhuǎn)站的垃圾運(yùn)輸量Cik第i座垃圾站到第k座中轉(zhuǎn)站單位運(yùn)輸量單位距離的費(fèi)用r進(jìn)行現(xiàn)值轉(zhuǎn)換的貼現(xiàn)率Lik第i座垃圾站到第k座中轉(zhuǎn)站的距離（km）Skj第k座垃圾站運(yùn)往第j座處理場(chǎng)的運(yùn)輸距離Dkj第k座垃圾站運(yùn)往第j座處理場(chǎng)的單位運(yùn)量單位費(fèi)用VFk建設(shè)中轉(zhuǎn)站的固定投資Ykj第k座垃圾站運(yùn)往第j座處理場(chǎng)的垃圾運(yùn)輸量Q中轉(zhuǎn)站建設(shè)的控制規(guī)模E中轉(zhuǎn)站的運(yùn)行成本三、問(wèn)題分析與模型建立一、問(wèn)題分析1、問(wèn)題一：此問(wèn)題是選址問(wèn)題，針對(duì)需求，如何確定一組服務(wù)設(shè)施來(lái)滿(mǎn)足這些需求點(diǎn)的需求。具體的說(shuō)，就是確定處理中心的最小數(shù)量和合適的位置。集合覆蓋模型就是用最小數(shù)量的處理中心去覆蓋所有的需求點(diǎn)，用運(yùn)籌學(xué)的分支定界方法，設(shè)立相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)以及約束條件，求解最小設(shè)施數(shù)。為此，選用集合覆蓋模型來(lái)確定需要處理中心的個(gè)數(shù)及位置。[2]2、問(wèn)題二：在問(wèn)題一確定垃圾處理中心基礎(chǔ)上求解垃圾清運(yùn)路線(xiàn)問(wèn)題，本問(wèn)題利用圖論的知識(shí)，忽略掉問(wèn)題一當(dāng)中的一個(gè)小型廚余中心，利用每個(gè)廚余中心每天大概處理相同的噸數(shù)，即權(quán)衡的思維，從而得出拖車(chē)的垃圾清運(yùn)路線(xiàn)。[3]3、問(wèn)題三：此屬于運(yùn)輸問(wèn)題，主要是根據(jù)不同處置方式的處置量，以及各轉(zhuǎn)運(yùn)站至不同處置場(chǎng)所的運(yùn)輸路線(xiàn)及距離來(lái)確定各轉(zhuǎn)運(yùn)站向不同處置場(chǎng)所分配和運(yùn)輸垃圾的量?。設(shè)有m個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站Z,Z，…,Z,分別產(chǎn)生的垃圾量為x,x,…,x。12m12m另有垃圾處理處置點(diǎn)n個(gè)，分別為D,D，…,D,可接收的處置量分別為12n

d,d，…,d.從Z到D的運(yùn)輸距離為L(zhǎng)，在產(chǎn)生量與處置量平衡的條件下,12nijjn=Yc=n=Yd，求最經(jīng)濟(jì)的調(diào)運(yùn)方案。iijj11二、模型建立對(duì)于問(wèn)題一，其數(shù)學(xué)模型表述如下：目標(biāo)函數(shù)：minYWkkeM約束方程：轉(zhuǎn)運(yùn)站的垃圾每天都被運(yùn)往處理中心：YU=1.(i=1,2,...,m)ikkeB(i)廚余垃圾垃圾處理中心處理能力的滿(mǎn)足條件：工X.U<C.W.(i=1,2,...,m;keB(i))iikkkieA(k)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站和廚余垃圾垃圾處理中心的垃圾量非負(fù)：X,C>0.(i=1,2,...,m;keB(i))ik垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站是否位于第k座廚余垃圾處理中心附近的決策變量：W&{0,1}k第i座垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站是否有垃圾清運(yùn)到第K座垃圾處理中心的決策變量：Ue{0,1}ik費(fèi)用現(xiàn)值最小模型:minR=遲藝另匕「C-(365X)-U+》習(xí)另訂D.(365Y)-Y(1+r)t-10ikik(1+r)t-10kjkji=1k=1t=10k=1j=1t=10ppnT365.Y.E+乙F-W+乙乙乙kj.Wkk(1+r)t-gkk=1k=1j=1t=1(j=(j=1,2,…,p)F=FYWkjkJj=1丿ikikYmX.U=YnY.V(i=1,2,...,n.k=1,2,...,p)ikiki=1kjkjji=1YU=l(i=1,2,...,m.k=1,2,...p)ikk=1U<W(i=1,2,...,m.k=1,2,...,p)ikkQ<遲X-U<Q(i=1,2,...,n.k=1,2,...,p)minikikmaxi=1

X,Y>0(i=1,2,...,m.j=1,2,...,m.k=1,2,...,p)ikkjWe{o,1}kUe{0,1}ikVe{0,1}kj對(duì)于問(wèn)題三：數(shù)學(xué)模型：設(shè)從Z到D的發(fā)運(yùn)量為x,TOC\o"1-5"\h\zijijzjxzjxzjiij1n二工x=c,jiji1m二工x=d,iijj1x>0,ijC=1,2,…?,m;j二1,2,…,n)?四、模型求解x>0,ijC=1,2,…?,m;j二1,2,…,n)?四、模型求解1、問(wèn)題一的解法:701D召片中\(zhòng)1矽1D173.37pEG.37：訃』7S.0S卻由恥珈ft!M25.01?扭.閱護(hù)站呂』羽罰■+1-1-0.715434-4>*36囲，13.07.2246f2246.10.92-642.70.24.a■*22胖，如缶■2E?#4?”4■切7D圖1垃圾站的位置坐標(biāo)圖對(duì)中轉(zhuǎn)站待選點(diǎn)進(jìn)行確定，運(yùn)用啟發(fā)式算法進(jìn)行集合覆蓋模型優(yōu)化步驟如下：（1）通過(guò)畫(huà)圖工具軟件在地圖上找出各垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的坐標(biāo)，通過(guò)MATLAB進(jìn)行描點(diǎn)，如圖1。[見(jiàn)附錄1，2]根據(jù)垃圾收集最優(yōu)半徑500m[4]找出每一個(gè)可以作為中轉(zhuǎn)站的收集點(diǎn)以提供垃圾收集服務(wù)的服務(wù)范圍內(nèi)的收集點(diǎn)集合A(k),k=l,2,...,m，即距離該收集點(diǎn)距離小于或等于垃圾最優(yōu)收集半徑的所有收集點(diǎn)的集合。找到B(i)，i=l,2,...,m。并將其中的子集省去，以簡(jiǎn)化問(wèn)題確定合適的組合解。在有限的侯選點(diǎn)上選擇一個(gè)組合解，為滿(mǎn)足模型目標(biāo)即以最小數(shù)量的設(shè)施點(diǎn)覆蓋所有的需求點(diǎn)，應(yīng)盡可能少地確定待選點(diǎn)，從組合解中剔除可以被合并的待選點(diǎn)。考慮該城區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、交通等的實(shí)際狀況，確定費(fèi)用現(xiàn)值最小模型各參數(shù)取值。對(duì)待建垃圾處理中心的固定投資F，根據(jù)其實(shí)際接納的垃圾量，結(jié)合實(shí)k際工程經(jīng)驗(yàn)假定為分段常數(shù)函數(shù)進(jìn)行估算；垃圾收集站、中轉(zhuǎn)站和處理場(chǎng)之間的距離L和S引用物流理論中的折線(xiàn)距離，即：ikkjL=1x一xI+Iy一yIikikikS=Ix一xI+Iy一yIkjkjkj代入費(fèi)用，得大型廚余垃圾處理中心P(座)小型廚余垃圾處理中心N(座)31名稱(chēng)坐標(biāo)大型垃圾廚余處理中心A大型垃圾廚余處理中心B大型垃圾廚余處理中心C小型垃圾廚余處理中心d2、問(wèn)題二的解法：(28.76,27.64)(49.16,42.93)(39.69,57.53)(3.61,10.52)在問(wèn)題一確定垃圾處理中心基礎(chǔ)上求解垃圾清運(yùn)路線(xiàn)問(wèn)題，本問(wèn)題利用圖論的知識(shí)，忽略掉問(wèn)題一當(dāng)中的一個(gè)小型廚余中心，利用每個(gè)廚余中心每天大概處理相同的噸數(shù)，即權(quán)衡的思維，從而得出拖車(chē)的垃圾清運(yùn)路線(xiàn)。

圖2清運(yùn)路線(xiàn)圖廚余中心A、B、C分別處理三部分，從拓?fù)涞乃季S出發(fā)，得到上面的清運(yùn)線(xiàn)路圖，通過(guò)EXCEL軟件，把清運(yùn)路線(xiàn)整理出來(lái)，從而得到16輛拖車(chē)的路線(xiàn)如下:車(chē)輛號(hào)清運(yùn)路線(xiàn)127-36-35-5-A236-10-22-30-A310-30-35-5-A427-21-22-28-A510-14-21-28-A623-6-16-2-37-B718-9-24-B834-24-B929-33-25-B1038-33-25-B111-17-7-C121-20-13-7-31-C137-6-11-C1420-12-20-13-C1517-12-20-13-C1632-8-26-4-3-9-C到了中轉(zhuǎn)站之后，通過(guò)垃圾分類(lèi)處理，處理掉廚余垃圾和可回收垃圾，剩下的垃圾直接運(yùn)到焚燒廠(chǎng)或者是填埋場(chǎng)。3、問(wèn)題三的解法：垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站數(shù)據(jù)模型[5]以垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)路線(xiàn)段為基本單元.轉(zhuǎn)運(yùn)線(xiàn)路是一系列垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)線(xiàn)路段的有序排列，為轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)輛行駛的一個(gè)物理路徑，不同的運(yùn)輸線(xiàn)路是由居民生活垃圾站連接的。在垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，考慮路徑最短、耗時(shí)最少等問(wèn)題，忽略街道等因素。于是將垃圾站點(diǎn)和轉(zhuǎn)運(yùn)站點(diǎn)合并，得到適合垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)線(xiàn)路查詢(xún)的數(shù)據(jù)模型如圖3所示。轉(zhuǎn)運(yùn)路線(xiàn)[ID]垃圾處理

點(diǎn)包含

存在于包含

存在于線(xiàn)路線(xiàn)段[ID]包含存在于包含存在于居民垃圾站點(diǎn)居民垃圾站點(diǎn)包含

存在于圖3垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)數(shù)據(jù)模型五、模型優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)模型一中通過(guò)兩個(gè)互補(bǔ)模型的復(fù)合，使得垃圾處理中心數(shù)量、位置，于經(jīng)濟(jì)因素相互聯(lián)系，相互制約。從而得到較為一般的單獨(dú)模型更理想的優(yōu)化組合。問(wèn)題二中思路比較清晰且較為簡(jiǎn)單，根據(jù)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行操作，有一定的實(shí)際意義。2、缺點(diǎn)模型一在選取待選中心時(shí)，是離散選取而非連續(xù)選取。致使最終組合解可能存在不穩(wěn)定因素，忽略一部分優(yōu)化點(diǎn)。復(fù)合模型計(jì)算較單一模型計(jì)算更大。問(wèn)題二中缺乏對(duì)從處理中心到焚燒廠(chǎng)或填埋場(chǎng)的最優(yōu)路線(xiàn)。模型三中，沒(méi)有很好的公式化表達(dá)。存在著眾多的理想假設(shè),與實(shí)際存在著一定的偏差。六、參考文獻(xiàn)成品油價(jià)格/.更新時(shí)間2011-6-19.郝忠孝，郭景峰；一種基于超圖的最小覆蓋集求法；計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展；1990(10)徐玖平.運(yùn)籌學(xué)(II類(lèi))第二版.北京.科學(xué)出版社.2010.王羅春.生活垃圾收集與運(yùn)輸.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.郭耀煌，李軍.車(chē)輛優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的研究現(xiàn)狀評(píng)述〔J〕.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1995.附錄1、matlab描點(diǎn)程序clcclearallTOC\o"1-5"\h\zx=[0.008.5714.2617.5218.8422.4619.8718.7619.3715.6415.1621.33...23.9729.1636.6230.6734.2440.9840.4036.7534.9841.8628.3133.42...26.0136.9444.0029.8742.7032.0724.8425.1147.5246.7556.4657.12...63.4756.3317.97]';y=[0.001.6716.5420.4519.4518.9222.4624.4630.2232.2032.8142.73...66.9775.0976.9971.5733.6056.1752.4451.8345.4341.1238.2138.36...32.6829.6931.3326.3324.5820.292.670.4440.0868.4756.6755.48...57.5728.5027.81];plot(x,y,'r*')holdonx1=[28.7649.1639.693.61];y1=[27.6442.9357.5310.52];plot(x1,y1,'bs')gridonn1=length(x1);text(xl(l),yl(l),'大型櫥余處理A28.76,27.64')text(xl(2),yl(2),'大型櫥余處理B49.16,42.93')text(xl(3),yl(3),'大型櫥余處理C39.69,57.53')text(xl(4),yl(4),'小型廚余處理d3.61,10.52')gridonn1=length(x1);text(x1(1),y1(1),'大型櫥余處理A28.76,27.64')text(x1(2),y1(2),'大型櫥余處理B49.16,42.93')text(x1(3),y1(3),'大型櫥余處理C39.69,57.53')text(x1(4),y1(4),'小型廚余處理d3.61,10.52')n=length(x);text(x(l),y(l),'垃圾焚燒廠(chǎng)0.00,0.00')text(x(2),y(2),'A8.57,1.67')text(x(3),y(3),'B14.26,16.54')text(x(4),y(4),'C17.52,20.45')text(x(5),y(5),'D18.84，19.45')text(x(7),y(7),'E22.46,18.92')text(x(8),y(8),'F19.87，22.46')text(x(9),y(9),'G18.76,24.46')text(x(10),y(10),'H19.37，30.22')text(x(11),y(11),'I15.64，32.2.')text(x(12),y(12),'J15.16，32.81')text(x(13),y(13),'K21.33，42.73')text(x(14),y(14),'L23.97，66.97')text(x(15),y(15),'M29.16，75.09')text(x(16),y(16),'N36.62，76.99')text(x(17),y(17),'O30.67，71.57')text(x(18),y(18),'P34.24，33.60')text(x(19),y(19),'Q40.98，56.17')text(x(20),y(20),'R40.40，52.44')text(x(21),y(21),'S36.75，51.83')te