垃圾分類處理與清運方案的設(shè)計

...wd......wd......wd...垃圾分類處理與清運方案設(shè)計摘要隨著社會的快速開展，城市化進程的日益加快，城市垃圾處理問題也隨之而來。近幾年，我國大城市的垃圾分類化也已經(jīng)提到日程上來。本文主要針對深圳市南山區(qū)垃圾的處理問題進展了垃圾分類和清運方案的設(shè)計，在合理的假設(shè)根基上，建設(shè)了適宜的數(shù)學(xué)模型。問題一，我們優(yōu)先考慮了最正確經(jīng)濟效益根據(jù)現(xiàn)有垃圾轉(zhuǎn)運站規(guī)模與位置的資料，給出了大、小型設(shè)備〔櫥余垃圾〕的分布設(shè)計，同時在目前的運輸裝備條件下給出清運路線的具體方案。由于櫥余設(shè)備的分布之和廚余垃圾量有關(guān)，因此只要考慮廚余垃圾的處理過程中的情況就可以。針對廚余垃圾量，設(shè)備的分布可以分為兩個大型設(shè)備、一個大型設(shè)備和多個小型小型設(shè)備、全部用小型設(shè)備這三種情況。引入0-1變量，列出目標(biāo)函數(shù)和約束條件后用lingo分別求出了三種情況下后的最優(yōu)解為：兩個大型處理設(shè)備，分別建在30和37號轉(zhuǎn)運站。問題二，分析題目可知，轉(zhuǎn)運站地址將決定小區(qū)到其之間的運費，轉(zhuǎn)運站處理廚余垃圾所需的成本、運費，以及處理有害垃圾和不可回收垃圾的運費。而在環(huán)保效益方面，垃圾清運過程將造成垃圾對環(huán)境的二次污染。此題還是先考慮經(jīng)濟效益，最優(yōu)經(jīng)濟效益的根基上優(yōu)先考慮環(huán)保效益。我我們按照小區(qū)地理位置，綜合處理數(shù)據(jù)后，將小區(qū)分為21個片區(qū)，每個片區(qū)的中心點建設(shè)一個轉(zhuǎn)運站。求出了其最優(yōu)運費為。而對于廚余垃圾的處理方式，可以參照第一問的方法求解，最終選擇一個大型設(shè)備有害垃圾和不可回收垃圾那么直接以該轉(zhuǎn)運站到垃圾填埋場或燃燒廠的最短路程為實際路程求解計算。關(guān)鍵字：清運路線經(jīng)濟效益0-1變量lingo片區(qū)一問題重述隨著社會的快速開展，城市化進程的日益加快，城市垃圾處理問題也隨之而來。在興旺國家城市已普遍實現(xiàn)了垃圾分類化，近幾年，我國大城市的垃圾分類化也已經(jīng)提到日程上來。自?關(guān)于組織開展城市餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點工作的通知?下達(dá)后在北京、上海、重慶和深圳都取得了一定成果。在深圳，垃圾分櫥余垃圾、可回收垃圾、有害垃圾和其他不可回收垃圾這四類，在垃圾分類收集與處理中，不同類的垃圾有不同的處理方式。簡述如下：1〕櫥余垃圾可以使用脫水枯燥處理裝置，處理后的干物質(zhì)運送飼料加工廠做原料。不同處理規(guī)模的設(shè)備成本和運行成本〔分大型和小型〕見附錄1說明。2〕可回收垃圾將收集后分類再利用。3〕有害垃圾，運送到固廢處理中心集中處理。4〕其他不可回收垃圾將運送到填埋場或燃燒場處理。本項研究課題旨在為深圳市的垃圾分類化進程作出奉獻。在條件的情況下，請你們運用數(shù)學(xué)建模方法對深圳市南山區(qū)的分類化垃圾的實現(xiàn)做一些研究。問題一，假定現(xiàn)有垃圾轉(zhuǎn)運站規(guī)模與位置不變條件下，給出大、小型設(shè)備〔櫥余垃圾〕的分布設(shè)計，同時在目前的運輸裝備條件下給出清運路線的具體方案。以期到達(dá)最正確經(jīng)濟效益和環(huán)保效果。問題二，假設(shè)轉(zhuǎn)運站允許重新設(shè)計，請為問題1〕的目標(biāo)重新設(shè)計。二模型假設(shè)不考慮設(shè)備的維修所帶來的費用問題。假設(shè)拖車以及轉(zhuǎn)運車在工作過程中不出現(xiàn)意外。假設(shè)所有工作都保持效率。假設(shè)廚余垃圾處理后產(chǎn)率為100%假設(shè)大小型廚余垃圾處理設(shè)備的產(chǎn)率一樣。三符號說明四問題分析我們先查閱了有關(guān)資料，知道垃圾處理的過程大致為：垃圾收集車從居民點收集垃圾到轉(zhuǎn)運站，在轉(zhuǎn)運站內(nèi)進展垃圾分類，再將分類后的垃圾分別運往各自的處理中心或直接處理，可以用以下流程圖表示：問題一：要求我們根據(jù)現(xiàn)有垃圾轉(zhuǎn)運站規(guī)模與位置的資料，給出大、小型設(shè)備〔櫥余垃圾〕的分布設(shè)計，同時在目前的運輸裝備條件下給出清運路線的具體方案。以期到達(dá)最正確經(jīng)濟效益和環(huán)保效果。由于櫥余設(shè)備的分布之和廚余垃圾量有關(guān)，因此我們認(rèn)為只要考慮廚余垃圾的處理過程中的情況就可以。經(jīng)濟效益主要表達(dá)在總的收益減去總成本后的差值，而環(huán)保效益表達(dá)在減少垃圾收運過程中的二次污染，盡量減少垃圾收運次數(shù)等方面。對于經(jīng)濟效益，我們可以通過運算量化，但環(huán)保效果的量化過程很難，因此我們認(rèn)為可以在先比較經(jīng)濟效益的前提下，當(dāng)經(jīng)濟效益相差不大時再來考慮環(huán)保效果。經(jīng)濟效益可以表示為收入和支出兩個局部，收入即廚余垃圾的回收費；支出包括汽車油費，設(shè)備投資費，運行成本三個局部。因此要綜合考慮這些因素，使總收益最大。問題二：分析問題可知，題目要求我們對現(xiàn)有的轉(zhuǎn)運站大小位置等都進展重新規(guī)劃，并以此規(guī)劃垃圾的清運路線，從而到達(dá)最正確的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。我們認(rèn)為，在經(jīng)濟效益方面，轉(zhuǎn)運站地址將決定區(qū)到其之間的運費，轉(zhuǎn)運站處理廚余垃圾所需的成本，運費，以及處理有害垃圾和不可回收垃圾的運費。而在環(huán)保效益方面，垃圾清運過程將造成垃圾對環(huán)境的二次污染。因此，要盡量減少垃圾轉(zhuǎn)運次數(shù)和路程，這就要求我們在盡量減少垃圾清運的距離，即合理分配轉(zhuǎn)運站的個數(shù)。我我們按照其地理位置，綜合處理數(shù)據(jù)后，將小區(qū)分為21個片區(qū)，每個片區(qū)的中心點建設(shè)一個轉(zhuǎn)運站。而對于廚余垃圾的處理方式，可以參照第一問的方法求解，有害垃圾和不可回收垃圾那么直接以該轉(zhuǎn)運站到垃圾填埋場或燃燒廠的最短路程為實際路程求解計算。五模型的建設(shè)與求解問題一：在此我們先考慮設(shè)備的分布對于經(jīng)濟效益的影響。分析題目可以知道此題的經(jīng)濟效益之和廚余垃圾的處理有關(guān)，因此先根據(jù)各種垃圾的比例求出廚余垃圾總量為：噸。分析經(jīng)濟效益的構(gòu)成，得到工程構(gòu)成和公式計算表如下：經(jīng)濟效益工程表類別工程計算公式收入處理收入〔日〕廚余垃圾總數(shù)×1250支出設(shè)備費〔次〕大型設(shè)備數(shù)×45000000＋小型設(shè)備數(shù)×280000運行成本〔日〕大處理器處理噸數(shù)×150＋小處理器處理噸數(shù)×200油費〔日〕總路程×總體重×油價司機工資〔月〕3500×司機人數(shù)對于設(shè)備的放置點，假設(shè)選擇圖上的任意位置，將會變得非常復(fù)雜。而且考慮到地形等其他諸多實際因素，我們對此簡化處理為設(shè)備最終放在轉(zhuǎn)運站中，這樣也可以節(jié)省一局部油費，相對較為適宜。針對廚余垃圾量，我們認(rèn)為設(shè)備的分布可以分為以下三種情況：兩個大型設(shè)備。一個大型設(shè)備和多個小型小型設(shè)備。全部用小型設(shè)備。給圖上的點標(biāo)號并求解三種情況下的最小方案：兩個大型設(shè)備：根據(jù)題中所給條件可以求得幾個固定不變工程的經(jīng)費，分別為：日收入：1250×321.6=402000元投資設(shè)備費：45000000×2=90000000元運行成本：150×321.6=40240所以設(shè)備位置的選擇影響的是油費和司機的工資費。分別考慮：油費：根據(jù)公式建設(shè)目標(biāo)函數(shù)為：約束條件：1.兩個都放在轉(zhuǎn)運站中其他轉(zhuǎn)運站運到兩個處理中心的選擇有且只有一個：3．對于處理中心處理能力的約束：對于各個轉(zhuǎn)運點之間距離的處理，我們根據(jù)在百度地圖上搜索到的資料，以各點之間在地圖上實際駕車的路線的長度作為各點之間的距離?！簿唧w數(shù)據(jù)見附錄〕求解得到：兩個大型設(shè)備點為30和37，總運費為9964.5元/日司機最少為38個〔每個轉(zhuǎn)運站一個〕，工資為133000元/月一年利潤：44094392.5元兩年利潤：178188785元三年利潤：312250327.5元五年利潤：580417212.5元2〕一個大型設(shè)備，多個小型設(shè)備：對于這種情況，由于大小兩種設(shè)備的數(shù)量和位置都是位置的，因此關(guān)于支出一欄里的內(nèi)容都是隨著情況的變化而變化的。但收入之和垃圾總量有關(guān)，因此是固定的，可以求得其日收入為：1250×321.6=402000元。而對于每個轉(zhuǎn)運站，其垃圾處理有兩種方式：1.運往處理中心。2在自己位置上建設(shè)假設(shè)干小型設(shè)備，進展處理。而且每個點兩種處理方式處理的垃圾量是位置的。據(jù)此，我們建設(shè)目標(biāo)函數(shù)：約束條件：大型設(shè)備的處理能力約束：大型設(shè)備所在轉(zhuǎn)運站選址的約束〔必須在38個轉(zhuǎn)運站中選一個〕轉(zhuǎn)運站上小型設(shè)備處理能力和轉(zhuǎn)運站自己處理垃圾量的約束：最終得到最正確方案為一個大型設(shè)備，491個小型設(shè)備。得到各項費用為：日收入：1250×321.6=402000元設(shè)備投資成本：280000×491+45000000=182480000元每日運行成本：198.5×150+123.1×200=54395元每日油費：4494.75元司機每月工資63000元統(tǒng)計得到利潤：一年：-28000758.75元兩年：67839282元三年：190957723.8元五年：439916206元3〕全部用小型設(shè)備假設(shè)全部用小型設(shè)備，那么其經(jīng)濟效益各項指標(biāo)都是定值，最后解得分別為：每日收入：1250×321.6=402000元設(shè)備投資成本：280000×1287=360360000元每日運行成本：321.6×200=64320元每日油費：0元司機工資0元一年總潤：-237106800元兩年利潤：-113853600元三年利潤：939960元五年利潤：255906000元比較三個方案后可以得出，在五年內(nèi)還是方案一的經(jīng)濟效益更好。根據(jù)方案一得到位置和路線如下表：大型設(shè)備放置點將垃圾運到該點的轉(zhuǎn)運站3035、29、13、31、11、32、5、33、25、3、4、26、19、38、25、34、7、8、203723、24、36、10、22、21、14、30、6、15、9、27、16、28、2、18、1、12由于經(jīng)濟效益之間的差異很大，因此只考慮經(jīng)濟效益，不比較各自的環(huán)保效益。問題二：重新分析問題中經(jīng)濟效益的構(gòu)成，發(fā)現(xiàn)其他都是定值，和轉(zhuǎn)運站選址有關(guān)的內(nèi)容只有居民區(qū)運到轉(zhuǎn)運站所需要的運費，轉(zhuǎn)運站處理廚余垃圾所需費用，以及轉(zhuǎn)運站處理有害垃圾和不可回收垃圾所產(chǎn)生的運費。轉(zhuǎn)運站的選址應(yīng)符合城市總體規(guī)劃和城市環(huán)境衛(wèi)生行業(yè)規(guī)劃的要求，轉(zhuǎn)運站的位置宜選在靠近服務(wù)區(qū)域的中心或垃圾產(chǎn)量最多的地方，同時應(yīng)設(shè)置在交通方便的地方。對此，我們先對表格中居民分布的數(shù)據(jù)進展處理?？紤]到垃圾轉(zhuǎn)運過程越長，次數(shù)多，對于環(huán)境的二次污染越多，同時考慮到垃圾收集車的轉(zhuǎn)載量，盡量減少車回轉(zhuǎn)運站的次數(shù)，因此我們按照其地理位置，將其劃分為21個片區(qū)，每個片區(qū)中心點建設(shè)一個轉(zhuǎn)運站。得到個轉(zhuǎn)運站分配如以以下圖:對于轉(zhuǎn)運站規(guī)模的分配，我們認(rèn)為垃圾的產(chǎn)量和一個地區(qū)人流量的多少是成正相關(guān)的，而人流量多少在一定程度上也是和地區(qū)居民的多少正相關(guān)的。因此，我們南山區(qū)人均日垃圾量為：0.60382千克。按此分配，最終得到轉(zhuǎn)運站的垃圾量分配如下表：轉(zhuǎn)運站編號垃圾量〔噸〕130237.532542853062075084594010401145124013501435156516201725183019412067.52140根據(jù)百度地圖查得各個小區(qū)到各自轉(zhuǎn)運站的距離，再求得其總運輸費為：109.8*324*7.3元=259698.96元再用和第一小題一樣的方式求得最正確方案為一個大型設(shè)備，和488個小型設(shè)備。分布情況如下表：轉(zhuǎn)運站編號大型設(shè)備數(shù)小型設(shè)備數(shù)1048206030404045503060327008009001006111001200130014001510160017001800190020010821064日收入：1250×321.6=402000元設(shè)備投資成本：280000×488+45000000=52840000元每日運行成本：200×150+121.6×200=54320元每日油費：4487.75元司機每月工資42000元再來看運送到垃圾燃燒廠和填埋廠的情況，對于一個轉(zhuǎn)運站，其有害垃圾和不可回收垃圾運往燃燒廠和填埋廠都是可以的，因此只要選擇最近的點運送即可。最后得到點1~12是運往填埋廠的，13~21是運往燃燒廠的。求得路程一共為129.4公里，因此運費為129.4×797.6×7.5=774070.8元。最后再求得每日可回收垃圾的回收收入為：261240元六模型的評價模型的優(yōu)點：模型的建設(shè)符合實際情況，使得模型具有很好的通用性和推廣性。模型對許多情況進展了形象化處理，思路清晰，邏輯嚴(yán)密。采用了0-1變量，使得解題方法更為簡單。模型具有較強的使用性。模型對大局部情況進展了量化處理，更有說服力。模型的缺點：模型對一局部內(nèi)容進展了簡化處理，可能會影響到模型的推廣。模型在選址上沒有對圖上所有位置搜索，可能會遺漏更為優(yōu)化的結(jié)果。未考慮地區(qū)繁華程度對結(jié)果的影響，可能會影響模型實用性七參考文獻[1]數(shù)學(xué)建模競賽輔導(dǎo)教程，鄔學(xué)軍周凱，浙江大學(xué)出版社，2009年8月[2]百