信息管理專業(yè)綜合實驗城市垃圾回收網(wǎng)絡的優(yōu)化與評價班級信息管理與信息系統(tǒng)姓名學號二零一三年十二月摘要隨著我國居民生活水平的不斷提高，城鎮(zhèn)化進程的加快，城市生活垃圾處理問題日益突出。優(yōu)化城市生活垃圾回收網(wǎng)絡是解決垃圾處理問題的有效措施之一。本文首先介紹了研究背景，介紹了我國城市生活垃圾問題的嚴重性、我國現(xiàn)階段處理城市生活垃圾的方法和技術以及效果等。并搜集相關資料，總結出我國解決城市垃圾問題的可行措施，但是大部分措施是長期性的，相比之下，優(yōu)化城市生活垃圾回收網(wǎng)絡見效較快，可以達到節(jié)約處理成本、減少資源浪費、緩解垃圾對城市環(huán)境的負面影響等效果，因此，對其進行研究既有理論意義，又具備現(xiàn)實意義。其次，本文對城市生活垃圾回收網(wǎng)絡的結構和物流過程進行了介紹，該網(wǎng)絡分為收集源、中轉(zhuǎn)站、綜合處理廠三層，生活垃圾按收集源中轉(zhuǎn)站綜合處理廠的方向運輸。然后，以重慶市城市生活垃圾回收網(wǎng)絡為例，對其進行了優(yōu)化和評價。利用01整數(shù)規(guī)劃對整個網(wǎng)絡中的中轉(zhuǎn)站和綜合處理廠之間的網(wǎng)絡進行評價和優(yōu)化，再對各中轉(zhuǎn)站進行區(qū)域劃分，并用線性規(guī)劃模型對運輸路線進行優(yōu)化。得出優(yōu)化建議，同時也總結了模型中的不足，最后對所有算法的結果進行檢驗，保證優(yōu)化建議的有效性。為了更切合實際，在前一部分只進行路線優(yōu)化的基礎上，添加了選址的優(yōu)化問題，即綜合考慮垃圾回收網(wǎng)絡的選址路線規(guī)劃問題。針對該問題設計了對應的數(shù)學模型和對應的算法遺傳算法，簡單介紹了利用遺傳算法實現(xiàn)選址路線規(guī)劃數(shù)學模型的步驟。本文對城市生活垃圾回收網(wǎng)絡的優(yōu)化和評價進行了有益的嘗試。關鍵字城市生活垃圾、回收網(wǎng)絡、01整數(shù)規(guī)劃、遺傳算法目錄1研究背景及意義311研究背景312研究意義32城市垃圾回收網(wǎng)絡43優(yōu)化垃圾回收網(wǎng)絡531數(shù)據(jù)搜集532模型假設633符號說明734問題分析7341數(shù)據(jù)處理734201整數(shù)規(guī)劃834301整數(shù)規(guī)劃模型檢驗935優(yōu)化現(xiàn)有垃圾回收網(wǎng)絡10351中轉(zhuǎn)站網(wǎng)絡優(yōu)化10352中轉(zhuǎn)站區(qū)域劃分11353基于線性規(guī)劃模型的路線選擇1236結論驗證1437結論1638存在的不足164垃圾回收網(wǎng)絡的選址路徑模型1741網(wǎng)絡概述1742模型假設1743符號說明1844模型建立1845算法設計195結論21參考文獻23附錄241研究背景及意義11研究背景城市生活垃圾（MSW）又稱為城市固體廢棄物，它是指城市居民日常生活中或為城市日常生活提供服務的活動中產(chǎn)生的固體廢棄物。近年來，隨著我國經(jīng)濟社會持續(xù)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程不斷加快，居民生活水平日益提高，城市生活垃圾產(chǎn)生量急劇增加。據(jù)2010年中國統(tǒng)計年鑒統(tǒng)計，全國垃圾清運量達1573億噸。中國已經(jīng)在2004年超越美國成為世界上最大的廢棄物制造者，預計到2030年將增長到48億噸【1】。城市生活垃圾的快速增長，使得我國許多城市面臨著垃圾圍城之痛。據(jù)2006年建設部調(diào)查資料顯示，全國668座城市中，有200余座處于垃圾包圍之中，垃圾污染嚴重影響城市的可持續(xù)發(fā)展和居民的生活健康。城市垃圾管理涉及到垃圾回收模式、處理技術方面、物流方面、運營方面、管理體制、法律法規(guī)、公眾參與等諸多因素。我國當前資源垃圾的回收方式主要是依靠市場化運作，即通過各層回收站面向全社會進行垃圾收購，而市場化回收模式存在的最大弊端是經(jīng)濟價值較低的資源垃圾回收率相當?shù)汀?】。目前，世界各國城市垃圾管理趨勢是朝著4R原則方向努力，即實現(xiàn)垃圾的減量化、再利用、循環(huán)利用和能源化【2】。在城市垃圾資源化處理方面，我國與發(fā)達國家的差距十分明顯。在此背景下，我國城市相關部門積極探索適合我國國情的垃圾回收模式，如我國曾于2000年在全國8座城市試點垃圾分類回收模式。由于我國國情與西方發(fā)達國家相距甚遠，實踐證明照搬西方發(fā)達國家實行在垃圾源頭分流的做法根本行不通。12研究意義目前我國解決城市生活垃圾處理問題的措施有【2】（1）設計網(wǎng)絡系統(tǒng)。打破部門分割的垃圾處理管理體制，優(yōu)化設計一個從收集、中轉(zhuǎn)運輸?shù)阶詈缶C合處理的完整的垃圾處理系統(tǒng)，最大限度的做到資源優(yōu)化配置。（2）向多元化投資經(jīng)營方式轉(zhuǎn)變。這就必須把垃圾處理由社會公益事業(yè)性質(zhì)的政府行為轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)的社會服務性質(zhì)的經(jīng)濟行為；必須通過體制創(chuàng)新，培育城市垃圾處理產(chǎn)業(yè)市場，為企業(yè)營造垃圾處理產(chǎn)業(yè)的市場空間。（3）征收垃圾處理費。垃圾處理費用由政府出資，向“誰生產(chǎn)垃圾誰付費”的機制轉(zhuǎn)變。（4）加強法律法規(guī)建設。這些法規(guī)應明確規(guī)定從排放到收運、處置全過程各階段、各系統(tǒng)的管理主體、監(jiān)督主體、處罰主體等。以上措施都將極大的改善我國垃圾處理現(xiàn)狀。但是，轉(zhuǎn)變投資經(jīng)營方式、征收垃圾處理費以及加強法律法規(guī)建設這三項措施的實施都將是長期的，對于緩解目前日益嚴重的城市垃圾問題可謂“遠水解不了近渴”。因此，相比較而言設計一個可行的垃圾回收網(wǎng)絡是一種較為見效快的措施。我國城市每年需要處理大量的生活垃圾，而垃圾收集運輸費用占垃圾處理總成本比重較大。通過優(yōu)化設計城市垃圾回收網(wǎng)絡系統(tǒng)，可提高垃圾回收網(wǎng)絡運作效率、減少垃圾收集運輸成本、加快大量垃圾的及時處理等，具有實際意義。2城市垃圾回收網(wǎng)絡城市垃圾回收網(wǎng)絡可簡化抽象為三層第一層為垃圾收集源頭（居民區(qū)、醫(yī)院、餐廳），第二層為中轉(zhuǎn)站，第三層為綜合處理廠。網(wǎng)絡運行模式如下居民區(qū)產(chǎn)生的垃圾按照有機垃圾、無機垃圾和有害垃圾分類收集，每天由運輸車輛運到中轉(zhuǎn)站；醫(yī)院垃圾按照醫(yī)療垃圾、生活垃圾進行收集，其中醫(yī)療垃圾由于其高污染行由專門的運輸工具運送到綜合處理廠，生活垃圾可參照居民垃圾的分類形式進行收集并且每日運送到中轉(zhuǎn)站；餐飲業(yè)產(chǎn)生的垃圾按照餐廚垃圾和其它垃圾分類收集，其中餐廚垃圾每日由專門的運輸工具運送到垃圾綜合處理廠，其它垃圾運送到中轉(zhuǎn)站進行處理。示意圖如下圖1城市垃圾回收網(wǎng)絡下面具體介紹一下中轉(zhuǎn)站及綜合處理廠在本網(wǎng)絡中的作用和意義。中轉(zhuǎn)站生活垃圾中轉(zhuǎn)站是連接垃圾產(chǎn)生原有和末端處置系統(tǒng)的結合點，起到現(xiàn)代城市處理垃圾的樞紐作用。他的主要功能在于壓縮、分揀、大件垃圾的破碎及打包、轉(zhuǎn)運。它實現(xiàn)了城市垃圾收集與運輸?shù)募谢?、壓實化、分類化、封閉化。我國的部分城市已經(jīng)興建了中轉(zhuǎn)站【2】。已建項目近年來的運行表明其縮小垃圾體積、減輕垃圾重量、大容積全封閉運輸、操作自動化等優(yōu)點，較大地改善了以往城市垃圾收集與運輸設施落后、污染嚴重、操作繁雜、管理困難、效率低下等狀況，為減少生活垃圾污染，改善城市環(huán)境質(zhì)量，提升環(huán)衛(wèi)作業(yè)水平，降低運行管理成本提供了一種先進的手段。在實際操作中，中轉(zhuǎn)站的設備成本是制約其發(fā)展的一個瓶頸。一方面可以引進私營企業(yè)并在政策上加以扶持，另一方面可以在市場同類產(chǎn)品中挑選適合本地特色的性價比高的產(chǎn)品。此外，中轉(zhuǎn)站可以分期建設，比如一期先建壓縮運轉(zhuǎn)系統(tǒng)，二期建設分揀分類系統(tǒng)，三期建設配套大件垃圾破碎、廢舊物資壓縮打包設備。綜合處理廠綜合處理廠處于回收網(wǎng)絡的末端，對實現(xiàn)城市生活垃圾的資源化、減量化、無害化起著關鍵作用。綜合處理廠具備填埋、堆肥、焚燒/焚燒發(fā)電功能，接收來自中轉(zhuǎn)站、餐廳（餐廚垃圾）、醫(yī)院（被污染的垃圾）三方的垃圾，進一步分選后，按照其特性采取不同的處理方式醫(yī)療垃圾、有害物質(zhì)可焚燒/焚燒發(fā)電；餐廚垃圾可堆肥或焚燒/焚燒發(fā)電；其余垃圾（灰土、磚瓦等）及焚燒后的殘渣采用填埋方式【2】。從技術上分析，綜合處理廠所采用的技術方法是已研究多年的方法，理論和實踐都很成熟。綜合處理廠是將這些技術有機結合起來，取長補短，優(yōu)勢互補。從實踐上分析，綜合處理廠中雖然包括了多種處理方法，但其投資并不大。因為各城市均建有衛(wèi)生填埋場，不少城市同時建有堆肥廠、焚燒/焚燒發(fā)電廠。對這些城市來說只需將現(xiàn)有的堆肥廠、焚燒/焚燒發(fā)電廠、填埋場聯(lián)合起來，再添加分選設備，綜合處理廠即可運行。從環(huán)境效益上分析，垃圾綜合處理的優(yōu)勢是明顯的，一座運轉(zhuǎn)良好的垃圾綜合處理廠幾乎不對環(huán)境造成任何污染。更重要的是，這是實現(xiàn)了能源和資源的多次循環(huán)利用，使人類和自然環(huán)境協(xié)調(diào)起來。3優(yōu)化垃圾回收網(wǎng)絡31數(shù)據(jù)搜集如何對上述的城市垃圾回收網(wǎng)絡進行優(yōu)化、優(yōu)化的效果如何等，可以很大程度上節(jié)約垃圾回收過程中的成本，并減少城市生活垃圾對城市環(huán)境的負面影響。現(xiàn)在已重慶市為例，對垃圾回收網(wǎng)絡的評價和優(yōu)化模型進行說明。搜集重慶市垃圾回收網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)，并進行簡化后得到如下表格表1重慶市城市垃圾回收網(wǎng)絡相關數(shù)據(jù)表垃圾中轉(zhuǎn)站服務范圍注坐標系為WGS84經(jīng)緯度坐標中轉(zhuǎn)站建筑密度萬平方米X坐標Y坐標壓機數(shù)量處理能力實際處理量A126157106549129562015245A246457106556629559615246A326172106550629555415240A448768106567229562515240A57265106531829554215240A630238106538829553415240A718632106527029540015240A826126106495729542515240A9424291065361294923210492A1023034210648722951254540531A117143810644372955944208200A12648801064406295244210493A1311618610646102947001208198A1418604710647242958222120120A1531543210661992969982200172A1620032106631729612515050A171597041065741295211210498A1894003106564629536215250A19459481066335295860210490A2015970410655772952601104100A2126047910653962942253405385A2222543610636032947552300266A236532710645212981411208198A24909091063122292906210465A2522147106756529622715038B1處理場1066209295206B2處理場1064310296716并且目前的垃圾中轉(zhuǎn)站與垃圾處理廠之間的對應關系如下表2處理廠與中轉(zhuǎn)站對應關系表垃圾處理場垃圾中轉(zhuǎn)站B1A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A17、A18、A19、A20、A21B2A11、A12、A13、A14、A15、A16、A22、A23、A24、A25現(xiàn)在根據(jù)這些數(shù)據(jù)，對該垃圾回收網(wǎng)絡進行評價與優(yōu)化，并對結論進行驗證，得出最后的改進建議。32模型假設（1）經(jīng)度換算為橫坐標時不考慮緯度不同導致的單位經(jīng)度長度差；（2）中轉(zhuǎn)站的服務范圍簡化為以中轉(zhuǎn)站為圓心的圓面積的大小；（3）任意兩點之間垃圾車以直線行駛；（4）在不超載的情況下，同一路線中轉(zhuǎn)站的垃圾盡可能地裝載在同一垃圾車上；（5）垃圾車由垃圾處理場出發(fā)，經(jīng)過垃圾中轉(zhuǎn)站后，最終回到垃圾處理場；33符號說明符號釋義X平面直角坐標系中的橫坐標Y平面直角坐標系中的縱坐標中轉(zhuǎn)站或處理場的經(jīng)度值中轉(zhuǎn)站或處理場的緯度值IJA第個中轉(zhuǎn)站駛向第個處理場IJIJB第個中轉(zhuǎn)站到第個處理場的距離Z最小運輸距離N各區(qū)域內(nèi)垃圾中轉(zhuǎn)站和處理場的個數(shù)S的真子集1,2NIJD中轉(zhuǎn)站（處理場）到另一中轉(zhuǎn)站（處理場）之間的距離IJIJK中轉(zhuǎn)站（處理場）到另一中轉(zhuǎn)站（處理場）34問題分析341數(shù)據(jù)處理將該市地形圖用平面圖表示出來。通過給定中轉(zhuǎn)站和處理場的經(jīng)緯度坐標值，以中轉(zhuǎn)站A24（它的經(jīng)緯度值均為所有點中最?。樽鴺嗽c，根據(jù)公式計算平面直角坐標系中的坐標值。241COS295073,1,7638INIIXIY其中，為經(jīng)度值，為緯度值，分別為平面直角坐標系中的橫、縱坐標，,XY2955073為平均緯度值，63782千米為赤道半徑。得到坐標值如表1所示。表3中轉(zhuǎn)站與處理場在直角坐標系中的坐標值A1A2A3A4A5A6A7X228455235684229836245855211719218517207064Y262077259766255668262540254585253803240830A8A9A10A11A12A13A14X176924215899168720126753123812143467154490Y243217194816214318259525225722173269281568A15A16A17A18A19A20A21X296652308052252464243374309808236651219217Y395180310818222573237198285243227294127345A22A23A24A25B1B2X4643501348810428397297584114509Y1784995055250320661222081367949根據(jù)上表，得到中轉(zhuǎn)站與處理場的坐標圖圖2原有中轉(zhuǎn)站與處理場的坐標圖34201整數(shù)規(guī)劃安排垃圾車的運送路線，把總運輸距離（由假設可知運輸距離與運輸費用成正比）最小作為目標函數(shù)，結合實際和基本假設所給的約束條件，建立如下01整數(shù)規(guī)劃模型，以此作為垃圾回收網(wǎng)絡的評價模型。25I1JIJZAB目標函數(shù)MIN210,25IJIJAST或上述模型中，為中轉(zhuǎn)站到處理場的距離，表示第個中轉(zhuǎn)站駛向第個處理場，IJBIJAIJ若，即駛向處理場B1，若，即駛向處理場B2。1JJ通過LINDO編程（見附錄一），得到初步優(yōu)化后最短單程距離為289706千米，與給定數(shù)據(jù)相比，找出A13、A15、A16、A24、A25到其原有處理場的距離不是最短。由于原本中轉(zhuǎn)站A13、A15、A16、A24、A25對應于B2，現(xiàn)我們將其劃分給B1，如圖3所示。圖3初步優(yōu)化后中轉(zhuǎn)站與處理場的坐標圖因此，根據(jù)01整數(shù)規(guī)劃評價模型，可以得出，原有垃圾回收網(wǎng)絡不是最優(yōu)。34301整數(shù)規(guī)劃模型檢驗為檢驗01整數(shù)規(guī)劃評價模型，基于最小歐拉距離原則，求出了所有中轉(zhuǎn)站到處理場的歐拉距離，如表4所示。表4中轉(zhuǎn)站到處理場的歐拉距離（千米）A1A2A3A4A5A6A7B179865724707561765672918118519392441B215554162441609616841149341544315724A8A9A10A11A12A13A14B112250861141291017489173811616615497B213948200641629210911142531968295185A15A16A17A18A19A20A21B117310893524512256277643356115512295B218417201802004118358212091862926240A22A23A24A25B125490326823713216380B220131139083853631743其中，中轉(zhuǎn)站A1A10，A17A21將垃圾運送到處理場B1，而A11A16，A22A25將垃圾運送到處理場B2。在原有回收網(wǎng)絡的基礎上，整體運輸距離為322336千米，大于評價模型的289706千米。并且從表1中可以看出，中轉(zhuǎn)站A13、A15、A16、A24、A25對應于處理場B2的距離明顯不符合運輸距離最小原則，與評價模型得出的結論相一致。35優(yōu)化現(xiàn)有垃圾回收網(wǎng)絡通過對垃圾回收網(wǎng)絡的分析，我們認為影響其回收效率的因素主要有中轉(zhuǎn)站與處理場的對應關系、中轉(zhuǎn)站的分布、垃圾運輸路線及垃圾車的分配?；诖耍覀兲岢鲆韵聝?yōu)化建議。351中轉(zhuǎn)站網(wǎng)絡優(yōu)化根據(jù)給定的建筑密度數(shù)據(jù)，現(xiàn)將其簡化為以中轉(zhuǎn)站為圓心的圓面積來表示，通過建筑制圖軟件CAD【8】畫出了垃圾中轉(zhuǎn)站服務范圍示意圖圖4中轉(zhuǎn)站服務示意圖從圖中可以看出，部分中轉(zhuǎn)站服務范圍完全被包含于另外一些中轉(zhuǎn)站的服務范圍之內(nèi)。將上圖放大找出所有被包含的中轉(zhuǎn)站，有A3、A5、A8、A17、A18，并將其用紅色虛線區(qū)分出來，導出圖片得到圖5。圖5放大后的中轉(zhuǎn)站服務示意圖由于中轉(zhuǎn)站A3、A5、A8、A17、A18被完全包含，相對于整個垃圾回收網(wǎng)絡來說是冗余的，只會增加運輸成本。因此，我們將A3、A5、A8、A17、A18關掉，把這些中轉(zhuǎn)站需要處理的垃圾分配給周圍的中轉(zhuǎn)站承擔，同時也將壓機轉(zhuǎn)到相應的中轉(zhuǎn)站，以增加其垃圾處理能力。關掉5個中轉(zhuǎn)站后，我們得到優(yōu)化后的中轉(zhuǎn)站與處理場坐標圖如圖6所示。圖6優(yōu)化后的中轉(zhuǎn)站與處理場坐標圖352中轉(zhuǎn)站區(qū)域劃分假設，每輛車每次能夠運輸24T垃圾2，每天運輸12次3，則一輛車每天的運輸量為288T?；趦?yōu)化后的中轉(zhuǎn)站網(wǎng)絡，將各垃圾中轉(zhuǎn)站就近劃分區(qū)域，使每一區(qū)域內(nèi)實際處理的垃圾量盡量與垃圾車載重匹配，最終劃分為11個區(qū)域，如表5所示。表5各區(qū)域中轉(zhuǎn)站與處理場的分布區(qū)域中轉(zhuǎn)站與處理場1A1、A2、A6、A7、B12A16、A19、A25、B13A4、A20、B14A9、A21、B15A15、B16A10、B17A13、A2、B18A12、A14、B29A11、B210A22、B211A23、B2353基于線性規(guī)劃模型的路線選擇設各區(qū)域內(nèi)垃圾中轉(zhuǎn)站和處理場的個數(shù)為，是中轉(zhuǎn)站（處理場）到另一中轉(zhuǎn)站NIJDI（處理場）之間的距離（），1表示走過到的路，0表示沒有選擇走JIJ0IJK或IJ這條路。則建立線性規(guī)劃模型【9】有目標函數(shù)MIIJK1,2,|2|1,2,01,NIJIJIJISJKNTKSNNJIJ因此，對于區(qū)域1，各中轉(zhuǎn)站到處理廠、各中轉(zhuǎn)站之間的距離如表6所示表6區(qū)域1各中轉(zhuǎn)站到處理廠、各中轉(zhuǎn)站之間的距離B1A1A2A6A7B1079865724698519392441A10075891293130150A201817234318A6017306A70通過編程（LINGO程序見附錄三），得到運輸路線為B1A2A1A6A7B1，其路程長為202736千米。運輸路線圖如圖7所示。圖7區(qū)域1運輸路線圖同理對于區(qū)域2，得到運輸路線如圖8所示圖8區(qū)域2運輸路線圖依照上面的思路，得到各區(qū)域內(nèi)的相關數(shù)據(jù)如表7所示。表7各區(qū)域行駛路線安排表區(qū)域車輛數(shù)垃圾總重行駛路線路線長度運輸總長11251B1A2A1A6A7B120276321178B1A25A16A19B137451831288B1A4A20B116325442477B1A9A21B127661551172B1A15B134620262571B1A10B125819471263B1A13A24B175798081213B2A12A14B230143391200B2A11B2218226101266B2A22B2402618111198B2A23B22781524114764千米當某條線路上有2輛車經(jīng)過時，其運輸長度相當于線路長度的2倍。因此，在進行中轉(zhuǎn)站優(yōu)化和行駛線路優(yōu)化后，從表6數(shù)據(jù)中我們可以得到運輸總長為4114764千米。36結論驗證垃圾回收網(wǎng)絡在未進行優(yōu)化或部分優(yōu)化時，根據(jù)公式25I1JIJZAB目標函數(shù)MIN210,25IJIJAST或分別可以得到原始垃圾網(wǎng)絡在未進行優(yōu)化時的放射形路線運輸總長，以及初步改善（將中轉(zhuǎn)站A13、A15、A16、A24、A25劃分給B1）后放射形路線運輸總長。當關閉5個垃圾中轉(zhuǎn)站后，即公式（2）中的變化范圍為時，即可得到J1,20J放射形路線運輸總長。其所有結果如下表8所示。表8運輸方式及運輸總長線路運輸方式原始網(wǎng)絡放射形路線初步改善放射形路線刪去5個中轉(zhuǎn)站路線運輸路線總長69508935千米62982104千米55155619千米未進行垃圾中轉(zhuǎn)站優(yōu)化前（即未去掉冗余垃圾中轉(zhuǎn)站），將垃圾中轉(zhuǎn)站劃分為11個區(qū)域，如表5所示。為方便與前面分析進行對比驗證，在此只列舉了與最終優(yōu)化結果不同的路徑情況。對于區(qū)域1，各中轉(zhuǎn)站到處理場、各中轉(zhuǎn)站之間的距離如表9所示。表9區(qū)域1各中轉(zhuǎn)站到處理場、各中轉(zhuǎn)站之間的距離B1A17A18A20B10451225627861155A1701721916503A18011970A200通過編程（LINGO程序見附錄四），得到運輸路線為B1A4A2A1A3A6A5A7B1，其路程長為215637千米。運輸路線圖如圖9所示。圖9區(qū)域1運輸路線圖對于區(qū)域2，各中轉(zhuǎn)站到處理場、各中轉(zhuǎn)站之間的運輸路線為B1A17A20A18B1，其路程長為129873千米。運輸路線圖如圖10所示。圖10區(qū)域2運輸路線圖依照上面的思路，我們得到各區(qū)域內(nèi)的相關數(shù)據(jù)如表10所示。表10各區(qū)域行駛路線安排表區(qū)域車輛數(shù)垃圾總重行駛路線路線長度運輸總長12291B1A4A2A1A3A6A5A7B120563721248B1A17A20A18B112987332571B1A8A10B128163442477B1A9A21B127661551172B1A15B134620261263B1A13A24B175798071178B1A25A16A19B137451881213B2A12A14B230143391200B2A11B2218226101266B2A22B2402618111198B2A23B22781524336845千米因此，在未優(yōu)化中轉(zhuǎn)站、只進行行駛線路優(yōu)化后，從表11數(shù)據(jù)中我們可以得到運輸總長為4336845千米。通過以上分析，我們可以得出，垃圾回收網(wǎng)絡在非最優(yōu)運輸方式下，運輸總長主要有以下幾種情況69508935千米、62982104千米、55155619千米以及4336845千米，均大于最終優(yōu)化網(wǎng)絡4114764千米。因此，前面建立的01整數(shù)規(guī)劃、線性規(guī)劃等模型的合理性得到了驗證。并且，證明了本文對垃圾回收網(wǎng)絡所做的優(yōu)化工作是有效且必要的。37結論這里只考慮垃圾中轉(zhuǎn)站到垃圾處理場之間的運輸網(wǎng)絡，沒有考慮垃圾源到垃圾中轉(zhuǎn)站部分，這對這個假設得到以下優(yōu)化措施（1）改進中轉(zhuǎn)站與垃圾處理場之間的對應關系。由于垃圾中轉(zhuǎn)站A13、A15、A16、A24、A25到處理場B2的距離大于到B1的距離，因此，可以將原本對應于處理場B2的中轉(zhuǎn)站A13、A15、A16、A24、A25劃分給B1，以達到降低運輸費用的目的。（2）關閉個別垃圾中轉(zhuǎn)站。因為垃圾中轉(zhuǎn)站A3、A5、A8、A17、A18的服務范圍完全被其他中轉(zhuǎn)站所覆蓋，這些中轉(zhuǎn)站相對于整個垃圾回收網(wǎng)絡來說是冗余的，因此主管部門可以把中轉(zhuǎn)站A3、A5、A8、A17、A18關掉，并將其需要處理的垃圾和原有壓機分配到附近的中轉(zhuǎn)站。（3）改進垃圾車的運輸路線。將垃圾車的運輸路線分為以下11條其中1輛車行駛線路B1A2A1A6A7B1；1輛車行駛線路B1A25A16A19B1；1輛車行駛線路B1A4A20B1；2輛車行駛路線B1A9A21B1；1輛車行駛路線B1A15B1；2輛車行駛路線B1A10B1；1輛車行駛路線B1A13A24B1；1輛車行駛路線B2A12A14B2；1輛車行駛路線B2A11B2；1輛車行駛路線B2A22B2；1輛車行駛路線B2A23B2。38存在的不足（1）只考慮了城市垃圾回收網(wǎng)絡中的垃圾中轉(zhuǎn)站到垃圾處理場之間的網(wǎng)絡，針對這部分網(wǎng)絡進行優(yōu)化的結論，在綜合考慮垃圾源到中轉(zhuǎn)站之間的網(wǎng)絡后，可能并不適用。（2）沒有對垃圾中轉(zhuǎn)站的建設成本、使用年限等進行考慮，過多的假設也使得結論的實際應用性不高。（3）對于不同的垃圾車運載量，區(qū)域劃分的方式略有不同，即如果垃圾車的規(guī)格改變，則需要對模型進行一定的改進。4垃圾回收網(wǎng)絡的選址路徑模型前面的討論中，我們是根據(jù)各中轉(zhuǎn)站到處理廠的距離信息來優(yōu)化網(wǎng)絡的，然而在實際中，還存在車輛一次運完附近收集點的垃圾的情況，形成車輛調(diào)度問題。因此這里把車輛調(diào)度問題和選址問題綜合起來研究。41網(wǎng)絡概述本網(wǎng)絡結構為三層，第一層為垃圾收集源（居民區(qū)、醫(yī)院、餐廳），第二層為中轉(zhuǎn)站，第三層為綜合處理廠。網(wǎng)絡的物流如下從中轉(zhuǎn)站派車收集垃圾，將收集的垃圾運送到中轉(zhuǎn)站壓縮打包處理，最后將處理后的垃圾運往綜合處理廠。本模型中綜合處理廠和收集點的地理位置已經(jīng)確定，解決建立多少中轉(zhuǎn)站，建在哪里，以及運輸車輛按怎樣的路線行駛，才能使整個系統(tǒng)的固定投資和運行成本最低的問題。圖11城市生活垃圾收集系統(tǒng)的物流結構42模型假設該數(shù)學模型基于以下假設（1）各收集點位置確定；（2）建有一個綜合處理廠，且位置確定；（3）模型中涉及到的各節(jié)點間存在最短路徑，且短期內(nèi)不會出現(xiàn)大變動；（4）不考慮運輸車輛的容量問題，假設車輛離開中轉(zhuǎn)站后能一次性服務完所有收集點，然后再返回中轉(zhuǎn)站；（5）單位運輸成本及處理成本已知；（6）各中轉(zhuǎn)站候選點的固定費用已知；43符號說明符號釋義NU所有收集點位置的集合12,NUC所有中轉(zhuǎn)站候選點集合NMIJD從點到點的行駛距離IJUI從中轉(zhuǎn)站到綜合處理廠的行駛距離IC中轉(zhuǎn)站的固定成本I1在收集路徑上的單位距離運輸成本2C從中轉(zhuǎn)站到綜合處理廠的單位距離運輸成本KT關于中轉(zhuǎn)站的01變量，在處建站為1，否則為0KIJW01變量，當垃圾被運到中轉(zhuǎn)站時為1，否則為0JUIKIY01變量，當由中轉(zhuǎn)站服務時為1，否則為0IKIJX01變量，當中轉(zhuǎn)站派出的車輛由到時為1，否則為0IUJKZ01變量，當中轉(zhuǎn)站的垃圾運往綜合處理廠時為1，否則為0K44模型建立目標函數(shù)（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）目標函數(shù)是中轉(zhuǎn)站的固定投資及運輸費用。約束條件（1）保證選定的中轉(zhuǎn)站數(shù)量大于0，小于；約束條件（2）（4）表明每個收集點必須被訪問且只能訪問一次；約束條件M（5）保證流進每個中轉(zhuǎn)站的垃圾量等于流出量；約束條件（6）保證了選中的每個中轉(zhuǎn)站至少向一個收集點提供服務；約束條件（7）保證了所有建立的中轉(zhuǎn)站收集的垃圾都運往處理廠。45算法設計由于選址路徑問題很復雜，考慮用遺傳算法解決該問題，具體求解步驟如下（1）編碼用行列的二位數(shù)組表示一個群體，其中等于中轉(zhuǎn)站候選點的個數(shù)，等于MNMN收集點個數(shù)。數(shù)組的第一列為各行的標志位，如果第行的標志位為1則表示第個候選點II被選中，若為0，怎沒有被選中。（2）設置中轉(zhuǎn)站的個數(shù)令表示中轉(zhuǎn)站個數(shù)，當時轉(zhuǎn)（10）。的初始值為1。KKK（3）產(chǎn)生初始解在群體中隨機選取其中行，將選中的標志位都設為1，沒選中的行標志位都設為0。K圖12編碼示意圖隨機產(chǎn)生幾個收集點序號的全排列，把排列好的收集點依次分成子段，將每個子段K分別加入標志位為1的行中，如下圖13染色體示意圖如此反復直至產(chǎn)生的染色體滿足種群數(shù)。（4）路徑優(yōu)化標志位為1的行中的收集點序列可以看作是車輛從該行對應的中轉(zhuǎn)站出發(fā)經(jīng)過其中的收集點形成的路徑，該路徑須作為VRP問題優(yōu)化。優(yōu)化過程如下A編碼采用序數(shù)編碼。一條可行路線編成長度為的染色體，并用0表示中轉(zhuǎn)站，其它2N自然數(shù)則表示收集點。例如0410，表示從中轉(zhuǎn)站出發(fā)，依次經(jīng)過4、1后返回中轉(zhuǎn)站。B適應度函數(shù)聯(lián)系目標函數(shù)，適應度函數(shù)可表示為，其中表示染色體對應的成本。1/IIFZIIC產(chǎn)生初始解隨機產(chǎn)生收集點序號的全排列，將0插入該排列的首尾，這樣就構成了一條初始染色體，反復直至滿足種群數(shù)。D選擇采用輪盤賭法，按概率由小到大選擇初始群中個體復制到孵化池，其中每一代中的最有個體直接保留至下一代。E交叉與變異交叉選取兩個父代的染色體，按交叉概率隨機截取其中某一片段，對兩個父代染色體進行交換，得到兩個子染色體。變異按變異概率隨機選取交叉后的子代染色體中的某一基因位進行變異，產(chǎn)生新基因。（5）計算適應度根據(jù)公式計算出當前方案的費用值，則該染色體的適應度值為。IZ1/IIFZ（6）選擇用輪盤賭法進行選擇。（7）交叉與變異A將選擇出的兩個父代染色體記為P1和P2，生成的子代記為D。B隨機選取P1中標志位為1的一行I，將該行復制到D的第I行中，并把該行中的收集點記為集合I。C刪除P2中屬于I的收集點。D若P2中的第I行標志位為1，則將其中的收集點逐個隨機加入P2其它標志位為1的行中收集點的尾部，再將其它標志位為1的行復制入D的對應行中。若P2中的第I行標志位為0，則隨機選取標志位為1的一行J，將其中的收集點逐個隨機加入其他標志位為1的行的尾部，再將其它標志位為1的行復制入D的對應行中。（8）變異按變異率，隨機選取兩個收集點，并交換兩者位置。（9）增加中轉(zhuǎn)站個數(shù)即，再轉(zhuǎn)（2）。1K（10）確定最優(yōu)解比較時所得到的不同方案的解，從中選取最優(yōu)解就是最終方案。,M5結論本文在搜集并閱讀的大量文獻資料基礎上，簡單總結了目前我國城市垃圾回收的現(xiàn)狀，并對城市生活垃圾回收網(wǎng)絡結構做了介紹。為了更直觀地說明垃圾回收網(wǎng)絡優(yōu)化和評價模型的正確性，以重慶市為例用01整數(shù)規(guī)劃對其城市垃圾回收網(wǎng)絡進行了評價與優(yōu)化，利用LINDO軟件得出結果。利用LINGO軟件實現(xiàn)了基于線性規(guī)劃模型的路線選擇。并且分別檢驗了各模型的結果，驗證了模型的正確性，而通過比較優(yōu)化前和優(yōu)化后的路徑長度，得出優(yōu)化的有效性。但是上述城市垃圾回收網(wǎng)絡優(yōu)化是基于較為嚴格的假設下的，即只考慮了城市垃圾回收網(wǎng)絡中的垃圾中轉(zhuǎn)站到垃圾處理場之間的網(wǎng)絡，與實際相比過于簡單。因此，后面把車輛調(diào)度問題和選址問題綜合起來研究。針對車輛調(diào)度和選址問題，建立選址路徑模型。由于選址路徑模型的較為復雜，結合該模型的性質(zhì)，非常適合用遺傳算法來計算，之后詳細介紹了遺傳算法解決選址路徑問題的基本算法步驟。這樣，在已知條件充分的情況下，就可以對現(xiàn)實中一般的城市垃圾回收網(wǎng)絡進行規(guī)劃、評價和優(yōu)化了。該實驗對垃圾回收網(wǎng)絡的評價與優(yōu)化過程進行了實驗，了解了城市垃圾回收的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，知道了我國在處理城市垃圾方面的困境等等，更重要的是鍛煉了自己運用所學知識解決實際問題的能力。其中有抽象現(xiàn)實問題、思索能夠解決該問題的方法、查閱資料彌補自己各種知識的不足、利用相關軟件編程實現(xiàn)算法解決問題等?？傊麄€實驗下來，不管是理論知識還是實踐能力，都收獲頗豐。參考文獻1中國固體廢棄物管理問題和建議R世界銀行工作報告，2005，52孫曉杰，王洪濤，陸文靜我國城市生活垃圾收集和分類方式探討J環(huán)境科學與科技，2009，32（10）3宋薇，劉建國，聶永豐城市生活垃圾收運路線優(yōu)化研究J環(huán)境衛(wèi)生工程，2008，16（1）4何波，楊超，張華廢棄物回收的多層逆向物流網(wǎng)絡優(yōu)化設計問題研究J中國管理科學，2007，5（13）5任鳴鳴，楊超廢棄品聯(lián)合回收物流網(wǎng)絡優(yōu)化設計J統(tǒng)計與決策，2007，146鄒澤燕城市生活固體廢棄物逆向物流網(wǎng)絡選址路徑問題研究D成都西南交通大學碩士學位論文，20087王晨萌城市生活垃圾回收網(wǎng)絡研究D天津天津大學碩士學位論文，20068何培斌工程制圖與計算機繪圖M北京中國電力出版社，20119司守奎孫璽菁數(shù)學建模算法與應用M北京國防工業(yè)出版社，2011附錄附錄一基于01整數(shù)規(guī)劃的垃圾回收網(wǎng)絡評價模型（LINDO程序）程序如下MIN7986491A117246932A217561656A316567192A419181112A518519258A619244125A711224969A818611431A911290972A1011748864A1111738096A1211616618A1311549665A1411731013A1518935228A1614512221A1715627753A1816433477A1916115522A2011229482A211254902A2213268225A2313713163A2411637996A2511555397A121624399A221609573A321684125A421493358A521544245A621572437A721394765A822006366A921629145A1021091133A1121425308A1221968215A1329518484A1421841676A1522017985A1622004139A1721835813A1822120892A1921862855A2022624006A2122013092A2221390763A2323853552A2423174301A252STA11A121A21A221A31A321A41A421A51A521A61A621A71A721A81A821A91A921A101A1021A111A1121A121A1221A131A1321A141A1421A151A1521A161A1621A171A1721A181A1821A191A1921A201A2021A211A2121A221A2221A231A2321A241A2421A251A2521ENDINT50運行結果如下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附錄二調(diào)整前后各垃圾中轉(zhuǎn)站的分配（MATLAB程序）調(diào)整前各垃圾中轉(zhuǎn)站對應垃圾處理廠的分配B1XTEXTREADDATAB1XTXTB1YTEXTREADDATAB1YTXTB2XTEXTREADDATAB2XTXTB2YTEXTREADDATAB2YTXTBX29758361145091BY22208073679488PLOTB1X,B1Y,B2X,B2Y,O,BX,BY,調(diào)整后各垃圾中轉(zhuǎn)站對應垃圾處理廠的分配B1XTEXTREADDATAB12XTXTB1YTEXTREADDATAB12YTXTB2XTEXTREADDATAB22XTXTB2YTEXTREADDATAB22YTXTBX29758361145091BY22208073679488PLOTB1X,B1Y,B2X,B2Y,O,BX,BY,附錄三基于數(shù)學規(guī)劃模型的各區(qū)域路線優(yōu)化（LINGO程序）對于區(qū)域A1，A2，A6，A7MODELSETSSTATE/15/ULINKSTATE,STATEDIST,距離X如果走路徑IJ，則XI,J1ENDSETSDATADIST079865724698519392441798650075891293130150724690758901817234318851931293118172017306924413015034318173060ENDDATANSIZESTATEMINSUMLINKDISTXFORSTATEKSUMSTATEI|INEKXI,K1SUMSTATEJ|JNEKXK,J1FORSTATEJ|JGT1ANDJNEKUJUKXK,JN21XK,JN3XJ,KFORLINKBINXFORSTATEK|KGT1UK1N2XK,1END運行結果GLOBALOPTIMALSOLUTIONFOUNDOBJECTIVEVALUE2027360OBJECTIVEBOUND2027360INFEASIBILITIES0000000EXTENDEDSOLVERSTEPS0TOTALSOLVERITERATIONS16VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTN50000000000000U100000000000000U220000000000000U310000000000000U430000000000000U540000000000000對于區(qū)域A16,A19,A25MODELSETSSTATE/14/ULINKSTATE,STATEDIST,距離X如果走路徑IJ，則XI,J1ENDSETSDATADIST0893526433516380089352025635120748643352563501237651638001207481237650ENDDATANSIZESTATEMINSUMLINKDISTXFORSTATEKSUMSTATEI|INEKXI,K1SUMSTATEJ|JNEKXK,J1FORSTATEJ