基于功能區(qū)時(shí)間窗的高新區(qū)固體廢物收運(yùn)路徑優(yōu)化研究.pdf

1、固廢管理系統(tǒng)尤其是垃圾收運(yùn)優(yōu)化問題與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會影響之間存在較多的不確定因素，如區(qū)域特征、優(yōu)化目標(biāo)針對性和各因素指標(biāo)量化等，這些不確定性增加了管理決策難度，影響了優(yōu)化方法的設(shè)計(jì)。如何從因地制宜、可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，有針對性的權(quán)衡固廢管理系統(tǒng)中的各個(gè)影響因素，設(shè)計(jì)合理可行的目標(biāo)評價(jià)指標(biāo)和優(yōu)化方法將是研究和解決此類優(yōu)化問題的關(guān)鍵。
　　本文基于高新區(qū)區(qū)域空間布局特殊性----功能區(qū)劃特征，將其與垃圾一級轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中一次運(yùn)輸環(huán)節(jié)收運(yùn)

2、優(yōu)化問題進(jìn)行關(guān)聯(lián)。在數(shù)學(xué)優(yōu)化模型構(gòu)建過程中考慮了敏感時(shí)間段——功能區(qū)劃——收運(yùn)路徑三者間的相關(guān)性，提出基于功能區(qū)劃特征和收運(yùn)社會負(fù)面影響設(shè)定收運(yùn)節(jié)點(diǎn)功能區(qū)時(shí)間窗的概念，進(jìn)而將一次運(yùn)輸問題抽象為帶時(shí)間窗、中間設(shè)施及多次卸料過程的VRPTW-IF擴(kuò)展問題，建立了高新區(qū)垃圾收運(yùn)一次運(yùn)輸環(huán)節(jié)基本數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。針對所構(gòu)建的VRP模型，對擴(kuò)展式Solomon插入算法（ES）和遺傳算法（GA）兩種啟發(fā)式路徑構(gòu)造算法進(jìn)行深入研究，結(jié)合高新區(qū)功能區(qū)劃特征

3、設(shè)計(jì)了相應(yīng)的算法程序，并從車輛路徑重疊/交叉度和負(fù)載均衡兩方面分析了兩種路徑構(gòu)造算法設(shè)計(jì)思路在具體操作和應(yīng)用過程中存在的缺陷和不足。通過算法缺陷分析，提出了優(yōu)先考慮收運(yùn)路徑社會負(fù)面影響，同時(shí)兼顧收運(yùn)經(jīng)濟(jì)成本的多目標(biāo)遺傳算法（MOP+GA）。分別設(shè)計(jì)了單條路徑內(nèi)收集點(diǎn)聚合度評價(jià)指標(biāo) Er和車輛路徑空間獨(dú)立性評價(jià)指標(biāo)Nr對垃圾收運(yùn)路徑社會負(fù)外部性進(jìn)行量化和評價(jià)，并引入Pareto排序法和Graham掃描法對新算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保持各優(yōu)化目標(biāo)特

4、征的獨(dú)立性及解的搜索性能，實(shí)現(xiàn)了對車輛路徑內(nèi)收集點(diǎn)進(jìn)行凸殼化操作的可行性。新算法在原算法基礎(chǔ)上分層次綜合考慮了4個(gè)優(yōu)化目標(biāo)（單條路徑內(nèi)收集點(diǎn)聚合度、車輛路徑空間獨(dú)立性、車輛數(shù)量和總行駛距離）的優(yōu)先級，進(jìn)一步挖掘和研究了垃圾“一次運(yùn)輸”與高新區(qū)功能區(qū)劃特征的關(guān)聯(lián)性。-實(shí)例研究中，對比分析了多目標(biāo)遺傳算法與另外兩種優(yōu)化方法對實(shí)例區(qū)域垃圾收運(yùn)一次運(yùn)輸優(yōu)化問題的求解效果，并實(shí)現(xiàn)了路徑方案和凸包示意的可視化。分析結(jié)果表明，多目標(biāo)遺傳算法在充分考慮

5、火炬高新區(qū)功能區(qū)劃特征條件下能有效降低區(qū)域內(nèi)垃圾收運(yùn)路徑的重疊/交叉程度，減少由于部分路段或區(qū)域內(nèi)收運(yùn)車輛/車次頻繁、路線密集等造成的社會負(fù)面影響。尤其在功能區(qū)時(shí)間窗約束下，新算法優(yōu)化效果尤為明顯，相較于擴(kuò)展式Solomon插入算法和遺傳算法，車輛路徑空間獨(dú)立性指標(biāo)Nr改善幅度分別為20％和29.41%；相較于遺傳算法，路徑內(nèi)收集點(diǎn)聚合度指標(biāo)Er改善幅度為3.41%，且其單位收運(yùn)成本僅比求解結(jié)果中較優(yōu)的遺傳算法增加了0.97%，而較現(xiàn)有

6、方案減少7.0元/t，改善率為18.87%。在收運(yùn)路徑社會負(fù)面影響指標(biāo)對比中，結(jié)合車輛配備數(shù)量和凸包示意圖分析了擴(kuò)展式Solomon插入算法求解結(jié)果中路徑內(nèi)收集點(diǎn)聚合度Er較低的原因，發(fā)現(xiàn)了Er評價(jià)過程中的限制條件，同時(shí)進(jìn)一步驗(yàn)證了原算法設(shè)計(jì)思路上的缺陷。最后，參數(shù)敏感度分析表明，本文提出的功能區(qū)時(shí)間窗約束條件對于原算法的經(jīng)濟(jì)成本影響度較高，當(dāng)功能區(qū)劃特征消除后，其單位收運(yùn)成本降低。而在不同參數(shù)調(diào)整過程中，多目標(biāo)遺傳算法在削弱社會負(fù)面影