垃圾分类处理与清运方案设以及策略(共28页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上垃圾清运车装卸垃圾液压系统设计【摘 要】:随着我国城市生活质量要求的提高及垃圾处理事业的发展,垃圾转运系统的转运效率和投资效益在城市环卫建设中起着越来越重要的作用。本文就题中给出的深圳市南山区垃圾分类处理与清运方案设计的问题进行研究,提出了数学模型并得到了相关结论。在现有垃圾转运站规模与位置不变条件下,以清运成本最小为目标,利用重心法来寻找最优配送中心。在谷歌地图中测出邻近两点之间的道路长度,得到每个转运站的经纬度,利用floyd求最出短路径。给到了大、小型设备的分布设计,得到了清运路线的具体方案。【关键词】:floyd算法;重心法;最短路;鲍摩-瓦尔夫模型;启发式算
2、法【Abstract】:随着我国城市生活质量要求的提高及垃圾处理事业的发展,垃圾转运系统的转运效率和投资效益在城市环卫建设中起着越来越重要的作用。With the development of the quality of life of our city requirements increase and garbage treatment cause waste transport system, transport efficiency and the benefit of investment plays a more and more important role in the ci
3、ty environmental sanitation construction.本文就题中给出的深圳市南山区垃圾分类处理与清运方案设计的问题进行研究,提出了数学模型并得到了相关结论。This paper studies on the problem are given in the Shenzhen Nanshan District city garbage classification and collection scheme design problems, put forward a mathematics model and obtained the relevant conclu
4、sions.在现有垃圾转运站规模与位置不变条件下,以清运成本最小为目标,利用重心法来寻找最优配送中心。在谷歌地图中测出邻近两点之间的道路长度,得到每个转运站的经纬度,利用floyd求最出短路径。给到了大、小型设备的分布设计,得到了清运路线的具体方案。Station scale and position on the existing waste transfer under the condition of constant, with the goal of minimum transportation cost, to find the optimal distribution cente
5、r of the center of gravity method. Measure the proximity between the two road length in Google map, get each station of latitude and longitude, and the shortest path by using floyd. To the distribution design of large, small equipment, specific plan route has been.在转运站允许重新设计的情况下,设计了鲍摩-瓦尔夫改进模型,这是该模型的
6、逆向运用,很好地解决了转运站的选址问题。该模型的计算方法是:首先给出费用的初始值,求初始解;然后进行迭代计算,使其逐步接近费用最小的运输规划。文中,证明了该模型的收敛性。In the transfer station allowed to re design, design the Baumol Wolfe model, which is the reverse use of the model, very good solution to the transfer station location. The calculation method of this model is: the i
7、nitial first give cost value, initial solution; then the iterative calculation, it gradually close to the minimum cost of transportation planning. In this paper, proved the convergence of the model.【Key words 】: floyd algorithm; the center of gravity method; shortest path; Baumol Wolfe model; heuris
8、tic algorithm得出了以下结论:目录致谢28一、 问题重述垃圾分类化收集与处理是有利于减少垃圾的产生,有益于环境保护,同时也有利于资源回收与再利用的城市绿色工程。在发达国家普遍实现了垃圾分类化,随着国民经济发展与城市化进程加快,我国大城市的垃圾分类化已经提到日程上来。2010年5月国家发改委、住房和城乡建设部、环境保护部、农业部联合印发了关于组织开展城市餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点工作的通知,并且在北京、上海、重庆和深圳都取得一定成果,但是许多问题仍然是垃圾分类化进程中需要深入研究的。在垃圾分类收集与处理中,不同类的垃圾有不同的处理方式,简述如下:1)橱余垃圾可以使用脱水干燥
9、处理装置,处理后的干物质送饲料加工厂做原料。不同处理规模的设备成本和运行成本(分大型和小型)见题目附录1说明。2)可回收垃圾将收集后分类再利用。3)有害垃圾,运送到固废处理中心集中处理。4)其他不可回收垃圾将运送到填埋场或焚烧场处理。所有垃圾将从小区运送到附近的转运站,再运送到少数几个垃圾处理中心。显然,1)和2)两项中,经过处理,回收和利用,产生经济效益,而3)和4)只有消耗处理费用,不产生经济效益。本项研究课题旨在为深圳市的垃圾分类化进程作出贡献。为此请你们运用数学建模方法对深圳市南山区的分类化垃圾的实现做一些研究,具体的研究目标是:问题1:假定现有垃圾转运站规模与位置不变条件下,给出大、
10、小型设备(橱余垃圾)的分布设计,同时在目前的运输装备条件下给出清运路线的具体方案。以期达到最佳经济效益和环保效果。问题2:假设转运站允许重新设计,请为问题1的目标重新设计。二、 问题分析2.1 问题1我们认为最符合经济效益应该为:总成本最小,其中总成本=处理厂建设成本+垃圾处理费用+垃圾运输成本;最符合环保效益应该为:把所有能够利用回收的垃圾都回收。根据所给出的垃圾中转站处理垃圾数据以及垃圾的比例,我们认为有害垃圾和其他不可回收不通过中转站直接运到处理点处理,经中转站的那部分总量为804吨的垃圾,都为橱余与可回收垃圾,其来算出橱余垃圾量为321.6吨。由于实际生活中可回收垃圾有相关回收公司上门
11、回收,所以本题仅考虑橱余处理厂的建设问题以及这部分橱余垃圾的运输问题。本题的运输路线是南山区的实际道路,已经建成,出于成本考虑,我们不可能在一个没有道路的地方建设处理厂,所以选取实际道路,把问题变成图论问题。本题是研究怎么建橱余处理厂使得总成本最小,是个整数规划问题。图1 网络图如图所1示的是从转运站向配送中心的青云网络图。对此问题,一般只考虑运费最小时配送中心的选址问题。这里需要考虑的问题是:处理中心到底要怎样设计才可能使费用最小?在确定处理中心后,什么样的清运路线才能使费用最少?这就是本文要解决的问题。对于大、小型设备(橱余垃圾)的分布设计。经过对大小型设备的处理能力和投资额的分析,我们得
12、出小型设备因其处理能力太低,不适宜于大规模应用,只能在居民区和中转站的小部分垃圾无法处理时才好投入使用。因为需要吃力的垃圾量为312.6吨,因此课选取处理量为200吨的大型设备两个。虽然处理能力超过总垃圾量,但从经济性和未来垃圾量会越来越多的方面来考虑,这还是合理的。对于大型设备的分布,拟重心算法得出处理中心的位置。然后是同时在当前的运输装备条件下给出清运路线的具体方案。分为居民区到垃圾站的清运路线和垃圾站到处理中心的清运路线两部分。对于居民区到垃圾站的清运路线,我们利用居民区的模块化和街道的横平竖直的特性,将一个居民区的楼宇根据南山区居民数据表里给出的信息简化为一个点,并根据人口数和房屋数得
13、出对应产生的垃圾量,画出散点图。本问可归结为最短路径问题,本文拟采用floyd算法求解。2.2 问题2在该垃圾清运中, 转运站居于重要的地位,起着承上启下的作用。在其上头是小区居民的垃圾,其下头则是垃圾处理中心。转运站的选址过程,是指在一个具有若干候选点区域内,选择转运站的规划过程。较好的垃圾转运站选址方案可以有效地节省费用,并有利于环境效应。对于第二问,我们先对转运站的位置和规模进行重新设计。鲍摩-瓦尔夫模型,在物流中心的选址上有很好的应用,这里可以是模型的逆向运用。即处理中心相当于鲍摩-瓦尔夫模型中的工厂,转运站相当于配送中心,小区居民相当于用户,样就很好的将鲍摩-瓦尔夫模型运用在垃圾处理
14、清运方案中来了。采用一个集中地居民区对应一个转运站的方法,将设计过程细化到每个居民区。在每个居民区任用第一题的散点法处理。转运站的规模自然和该区的垃圾量相当。在考虑处理设备分布和清运路线时,与前面相同。 三、 模型假设为了使问题与求过程变得更加简单,提出了如下假设:(1)处理垃圾中心的选址仅考虑经济效益,不受地域、环境、政治等条件的限制或影响;(2)每天产生的垃圾总量稳定,其变动在设计余量范围内;(3)不考虑交通对清运垃圾所带来的影响;(4)人均垃圾产生量基本能代表垃圾产生整体升水平;(5)废弃物只能先运到中转站,然后由中转站运送到处理站,不能直接运送到处理站,即使转运站与垃圾处理中心在同一位
15、置也是如此;(6)单位距离的废弃物的运费是已知的。这个费用主要包括垃圾车成本费用和人工费用。垃圾车成本费用包括最初投资成本的折旧加上其运行和维护成本。且此费用在一定时期内不变;(7)转运站的可变成本为流量的凹函数(即成本函数的最大值或最小值一定存在);(8)转运站的容量及个数均受限制(在容量和个数有限的备选地址中进行优化选择)。四、 符号说明本文中所使用的符号及其意义如表1所示。表1 符号及意义符号意义表示备选地址总的运输费用表示各备选地址的固定费用表示各备选地址总的可变费用配送中心到配送点i每单位运量、单位运距的运输费用表示配送中心到配送点i的运输量,也表示第i个配送点的需求量从配送中心到配
16、送点i的直线距离由重心法得到的各个备选地址表示各个配送点的需求量之和垃圾处理中心的垃圾处理能力地区的垃圾产生的餐厨垃圾量从垃圾处理中心到被选中转站节点的垃圾量从中转站节点到地区的垃圾量地区k从垃圾处理中心直接运送的垃圾量被选中转站是否选中的决策变量被选中转站节点从垃圾处理中心运送的单位垃圾费用备选垃圾转运站节点向地区清运的单位垃圾配送费用地区k从垃圾处理中心 直接清运的单位垃圾清运费用备选中转站节点每单位垃圾通过量的变动费用备选中转站选中后的基建投资费用五、 模型建立5.1 概述在现有垃圾转运站规模与位置不变条件下,以清运成本最小为目标,利用重心法来寻找最优配送中心。在谷歌地图中测出邻近两点之
17、间的道路长度,得到每个转运站的经纬度,利用floyd求最出短路径。给到了大、小型设备的分布设计,得到了清运路线的具体方案。在转运站允许重新设计的情况下,设计了鲍摩-瓦尔夫改进模型,这是该模型的逆向运用,很好地解决了转运站的选址问题。该模型的计算方法是:首先给出费用的初始值,求初始解;然后进行迭代计算,使其逐步接近费用最小的运输规划。文中,证明了该模型的收敛性。下面请看具体的模型设计方案。5.2 重心法确定处理中心的位置重心法是根据几何的方法确定在一个平面或空间内分布有若干的点,求出一点到这若干的点的总距离最短。通常重心法可以用于解决仓库的选址、配送中心的选址等问题。重心法首先要在坐标系中标出各
18、个地点的位置,目的在于确定各点的相对距离。坐标系采用经度和纬度建立坐标。这样就确定了各个配送点的具体地理位置。同时考虑各段运输路线的运输成本。如图2所示,处理中心具有的集成功能。为重心法的建立确定了条件,下面即为重心法模型。图2 处理中心的集成功能设有n个中转站,他们各自的坐标是配送中心的坐标是。运输费用为E;总费用为C则有:下面对式中的符号说明一下:表示从配送中心到配送点i每单位运量、单位运距的运输费用;表示配送中心到配送点i的运输量,也表示第i个配送点的需求量;表示从配送中心到配送点i的直线距离;表示由重心法得到的各个备选地址;表示各个配送点的需求量之和;表示备选地址总的运输费用;表示各备
19、选地址总的可变费用;表示各备选地址的固定费用。5.3 基于鲍摩-瓦尔夫改进模型的转运站选址5.3.1 鲍摩瓦尔夫改进模型的建立鲍摩瓦尔夫网点布局方法是针对网络结构提出的一种启发式方法,这种方法在求解的过程中只需要运用一般运输规划的计算方法即可。其目标函数就是要确定从若干个工厂,经过若干个配送中心,向若干个客户运输产品的情况下的成本最小的运输计划。这里我们所要用到的是模型的逆向应运。模型假设有个餐厨处理中心的垃圾经从候选集选出的垃圾中转站发运给个地区或者直送。问题是如何从个候选的地点集合中选择若干个位置作为垃圾转运站,使得从已知若干的垃圾处理中心,经过这几个选出的中转站节点,向若干个地区运送垃圾
20、时总的费用为最小,模型中也可能存在从垃圾处理中心直接将垃圾送往某个地区节点。上述所分析的正是鲍摩-瓦尔夫模型在垃圾处理选址过程中的逆应运。即处理中心相当于鲍摩-瓦尔夫模型中的工厂,转运站相当于配送中心,小区居民相当于用户,样就很好的将鲍摩-瓦尔夫模型运用在垃圾处理清运方案中来了。垃圾清运逆向网络图如图3所示。图3 垃圾清运逆向网络图根据上述分析,总费用函数为:其中,当时,;当时,。式中,符号释意如下:垃圾处理中心的垃圾处理能力;地区的垃圾产生的餐厨垃圾量;从垃圾处理中心到被选中转站节点的垃圾量;从中转站节点到地区的垃圾量;地区k从垃圾处理中心直接运送的垃圾量;被选中转站是否选中的决策变量;被选
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