基于物聯(lián)網(wǎng)的城市固體廢物收運(yùn)優(yōu)化研究.pdf

1、固體廢物問題已成為繼水污染、酸雨、沙塵灰霾天氣之后的重大環(huán)境難題之一,從源頭到末端的固體廢物全過程理念越來越受到人們重視。近30年來固體廢物管理信息化的發(fā)展歷程表明,管理信息化能夠有效提高固體廢物全過程管理的精細(xì)化和智能化水平。本文從軟件和硬件方面分析了五類信息化管理系統(tǒng)(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、專家系統(tǒng)和綜合環(huán)境信息系統(tǒng))和兩類支撐技術(shù)(自動(dòng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù))在固體廢物管理中的應(yīng)用,總結(jié)了當(dāng)前固體廢物管理信息化研

2、究和應(yīng)用的不足;并結(jié)合信息化技術(shù)朝著物聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展的趨勢,構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的固體廢物管理信息化體系。體系以全面感知、智能診斷和智慧決策為特征,分為三個(gè)層次:感知層依托自動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)收集數(shù)據(jù)信息,以全面感知現(xiàn)實(shí)環(huán)境;網(wǎng)絡(luò)層傳輸和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息,以將分散的識(shí)別跟蹤設(shè)備、計(jì)量設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備和操作人員有機(jī)地連接在一起;應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深入挖掘和分析,對(duì)固體廢物管理體系的改進(jìn)和優(yōu)化提出決策建議,并指導(dǎo)操作實(shí)施。
　　物聯(lián)網(wǎng)在固體廢物

3、全過程管理中的應(yīng)用需求包括識(shí)別跟蹤、精確計(jì)量、環(huán)境監(jiān)測和收運(yùn)優(yōu)化四個(gè)方面。前三類應(yīng)用需求主要需要依托硬件層面實(shí)現(xiàn),而收運(yùn)優(yōu)化需要建立收運(yùn)優(yōu)化模型并求解,屬于軟件層面。四類應(yīng)用需求中,固體廢物收運(yùn)優(yōu)化對(duì)降低管理成本、增強(qiáng)固體廢物管理物聯(lián)網(wǎng)的智慧決策功能至關(guān)重要。而隨著城市固體廢物分類計(jì)劃的推行,城市管理者更需要通過收運(yùn)優(yōu)化手段尋求更節(jié)約成本的分類收運(yùn)策略。
　　本文以國內(nèi)普遍應(yīng)用的城市固體廢物一級(jí)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)為對(duì)象展開收運(yùn)優(yōu)化和分類收運(yùn)

4、優(yōu)化研究,通過將實(shí)際轉(zhuǎn)運(yùn)站映射為多個(gè)虛擬轉(zhuǎn)運(yùn)站來簡化問題。本文為一次運(yùn)輸?shù)膬?yōu)化建立了帶有時(shí)間窗、中間設(shè)施和分批運(yùn)輸?shù)能囕v路徑問題(VRP)模型,并在分類收運(yùn)模式中引入多車廂約束;為二次運(yùn)輸優(yōu)化建立了帶動(dòng)態(tài)時(shí)間窗和中間設(shè)施的VRP模型。針對(duì)所建立的VRP模型,設(shè)計(jì)了由初始解構(gòu)造、局部搜索和元啟發(fā)式搜索三階段結(jié)合的啟發(fā)式求解算法。這種啟發(fā)式算法應(yīng)用于深圳市羅湖區(qū)生活垃圾收運(yùn)的實(shí)例,表現(xiàn)出良好的性能。對(duì)比當(dāng)前僅靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行車輛調(diào)度安排的一次運(yùn)輸

5、和二次運(yùn)輸單位成本(32.16元/t和12.66元/t),收運(yùn)優(yōu)化可將兩個(gè)運(yùn)輸階段的單位成本分別降低至20.48元/t和9.59元/t。計(jì)算結(jié)果還表明,一次運(yùn)輸采用分類單獨(dú)運(yùn)輸方式優(yōu)于分類聯(lián)合運(yùn)輸方式,二次運(yùn)輸采用改進(jìn)拖曳式作業(yè)方式優(yōu)于一般拖曳式作業(yè)方式。因此,對(duì)于實(shí)例研究區(qū)域,推薦分類收運(yùn)的最佳模式為:一次運(yùn)輸采用分類單獨(dú)運(yùn)輸作業(yè)方式,通過技術(shù)手段使車輛載重量為21桶(240L標(biāo)準(zhǔn)桶),而二次運(yùn)輸采用改進(jìn)拖曳式作業(yè)方式。這種模式下,一

6、次運(yùn)輸單位成本為20.65元/t,略高于混合收運(yùn)時(shí)一次運(yùn)輸經(jīng)優(yōu)化后的單位成本。
　　本文的研究有助于構(gòu)建前瞻性的城市固體廢物管理信息化體系,制定低成本、高效率的城市固體廢物收運(yùn)優(yōu)化策略。本文對(duì)混合收運(yùn)及不同分類收運(yùn)模式的計(jì)算對(duì)比可豐富和完善運(yùn)籌學(xué)領(lǐng)域關(guān)于多車廂車輛路徑問題(MC-VRP)的內(nèi)容。但是,固體廢物管理物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)新生的交叉學(xué)科領(lǐng)域,受研究精力和水平限制,本文僅選取了其功能需求的一個(gè)方面(即收運(yùn)優(yōu)化)進(jìn)行深入研究,其它方