基于物聯(lián)網(wǎng)的城市固體廢物收運優(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(自動數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸技術)在固體廢物管理中的應用,總結了當前固體廢物管理信息化研

2、究和應用的不足;并結合信息化技術朝著物聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展的趨勢,構建了基于物聯(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,分為三個層次:感知層依托自動數(shù)據(jù)采集技術收集數(shù)據(jù)信息,以全面感知現(xiàn)實環(huán)境;網(wǎng)絡層傳輸和存儲數(shù)據(jù)信息,以將分散的識別跟蹤設備、計量設備、環(huán)境監(jiān)測設備和操作人員有機地連接在一起;應用層對數(shù)據(jù)信息進行深入挖掘和分析,對固體廢物管理體系的改進和優(yōu)化提出決策建議,并指導操作實施。
　　物聯(lián)網(wǎng)在固體廢物

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

4、優(yōu)化研究,通過將實際轉(zhuǎn)運站映射為多個虛擬轉(zhuǎn)運站來簡化問題。本文為一次運輸?shù)膬?yōu)化建立了帶有時間窗、中間設施和分批運輸?shù)能囕v路徑問題(VRP)模型,并在分類收運模式中引入多車廂約束;為二次運輸優(yōu)化建立了帶動態(tài)時間窗和中間設施的VRP模型。針對所建立的VRP模型,設計了由初始解構造、局部搜索和元啟發(fā)式搜索三階段結合的啟發(fā)式求解算法。這種啟發(fā)式算法應用于深圳市羅湖區(qū)生活垃圾收運的實例,表現(xiàn)出良好的性能。對比當前僅靠經(jīng)驗進行車輛調(diào)度安排的一次運輸

5、和二次運輸單位成本(32.16元/t和12.66元/t),收運優(yōu)化可將兩個運輸階段的單位成本分別降低至20.48元/t和9.59元/t。計算結果還表明,一次運輸采用分類單獨運輸方式優(yōu)于分類聯(lián)合運輸方式,二次運輸采用改進拖曳式作業(yè)方式優(yōu)于一般拖曳式作業(yè)方式。因此,對于實例研究區(qū)域,推薦分類收運的最佳模式為:一次運輸采用分類單獨運輸作業(yè)方式,通過技術手段使車輛載重量為21桶(240L標準桶),而二次運輸采用改進拖曳式作業(yè)方式。這種模式下,一

6、次運輸單位成本為20.65元/t,略高于混合收運時一次運輸經(jīng)優(yōu)化后的單位成本。
　　本文的研究有助于構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優(yōu)化策略。本文對混合收運及不同分類收運模式的計算對比可豐富和完善運籌學領域關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)是一個新生的交叉學科領域,受研究精力和水平限制,本文僅選取了其功能需求的一個方面(即收運優(yōu)化)進行深入研究,其它方