【正文】 垃圾分類(lèi)處理與清運(yùn)方案設(shè)計(jì)隨著我國(guó)城市生活質(zhì)量要求的提高及垃圾處理事業(yè)的發(fā)展，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)效率和投資效益在城市環(huán)衛(wèi)建設(shè)中起著越來(lái)越重要的作用。因此，轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的合理規(guī)劃及優(yōu)化設(shè)計(jì)，也隨之成為城市環(huán)衛(wèi)規(guī)劃中的一個(gè)重要課題。本文就A題給出的深圳市南山區(qū)垃圾分類(lèi)處理與清運(yùn)方案設(shè)計(jì)的問(wèn)題進(jìn)行研究，展開(kāi)討論，分析和建立數(shù)學(xué)模型，利用編程進(jìn)行求解。對(duì)于問(wèn)題一：從以下兩點(diǎn)進(jìn)行研究。一、垃圾中轉(zhuǎn)站的位置與數(shù)量已定，但廚余垃圾處理中心的位置與數(shù)量不確定。二、為了確定廚余垃圾處理中心的數(shù)量與位置，我們選用集合覆蓋模型求出待選處理中心位置后，再利用整數(shù)規(guī)劃建立整個(gè)垃圾清運(yùn)系統(tǒng)總費(fèi)用現(xiàn)值最小模型，確定最優(yōu)組合。對(duì)于問(wèn)題二：在問(wèn)題一確定垃圾處理中心基礎(chǔ)上求解垃圾清運(yùn)路線問(wèn)題，類(lèi)似于物流線路優(yōu)化問(wèn)題。我們參考周期多車(chē)場(chǎng)車(chē)輛路徑問(wèn)題（Periodic Mulitdepot Vehicle Routing Problem，Periodic MDVRP），因?yàn)閂RP問(wèn)題已被證明為NP問(wèn)題，通過(guò)普通計(jì)算數(shù)據(jù)量大并很難求出有效解。本文運(yùn)用遺傳模擬退火算法進(jìn)行求解。并利用仿真實(shí)驗(yàn)證明該算法具較好的搜索性能與全局并行性。對(duì)于問(wèn)題三：在問(wèn)題一基礎(chǔ)上，增加一個(gè)更普通條件，即垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站和廚余垃圾處理中心的布局也顯不確定性。由于未知量太多，采用常規(guī)類(lèi)似物流中心選址方法模型進(jìn)行求解已顯得無(wú)能為力。本文采用選址路徑三層模型（LAP），此模型的特點(diǎn)為中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)于處理中心的位置為未知量。并且在模型中選址與路徑看做整體對(duì)待。我們使用遺傳算法對(duì)此模型進(jìn)行求解，通過(guò)迭代計(jì)算便可以得到中轉(zhuǎn)站分布于最佳線路組合。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真求解證明此模型是高效與可行的。關(guān)鍵詞：最優(yōu)組合 集合覆蓋 周期多車(chē)場(chǎng)車(chē)輛 遺傳模擬退火算法 背景近年來(lái)垃圾包圍城市的問(wèn)題越來(lái)越突出，為了解決這一難題，中國(guó)許多大中城市投資興建垃圾填埋場(chǎng)和焚燒場(chǎng)，垃圾處理工藝越來(lái)越先進(jìn)有效，而原有發(fā)展多年的城市環(huán)衛(wèi)清掃體系也保證了垃圾的有效收集，但是中轉(zhuǎn)運(yùn)輸這一環(huán)的發(fā)展滯后卻逐漸成為立即處理系統(tǒng)的瓶頸，隨之產(chǎn)生原有收運(yùn)系統(tǒng)與其不配套的問(wèn)題，如垃圾處理場(chǎng)遠(yuǎn)離市區(qū)；城市垃圾收運(yùn)車(chē)噸位又比較小，不適宜遠(yuǎn)途運(yùn)輸?shù)?，為了解決這些問(wèn)題，垃圾分類(lèi)處理與清運(yùn)方案設(shè)計(jì)的問(wèn)題得到越來(lái)越多的人的關(guān)注。 對(duì)于第一問(wèn)和第二問(wèn)，垃圾分為。廚余垃圾，可回收垃圾，有害垃圾和其他不可回收垃圾。所有垃圾將由收集汽車(chē)從小區(qū)的垃圾站運(yùn)往附近的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站，在垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行分類(lèi)后，由拖車(chē)將有害垃圾和不可回收垃圾運(yùn)往垃圾處理中心，將廚余垃圾運(yùn)往廚余垃圾處理中心，可回收垃圾就在垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行分類(lèi)再利用，顯然，可回收垃圾和廚余垃圾能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而不可回收垃圾和有害垃圾不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。 其中相關(guān)已知條件如下表所示：廚余設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)類(lèi)別處理能力投資額運(yùn)行成本產(chǎn)物價(jià)格大型廚余設(shè)備200噸/日4500萬(wàn)元150元/噸10001500元/噸小型廚余設(shè)備200300公斤/日28萬(wàn)元200元/噸10001500元/噸四類(lèi)垃圾比例類(lèi)別廚余垃圾可回收垃圾有害垃圾其他不可回收垃圾比例4213可回收垃圾的相關(guān)數(shù)據(jù)類(lèi)別所占比類(lèi)回收價(jià)格紙類(lèi)55%1元/公斤塑料35%玻璃6%金屬4%拖車(chē)：只拖十噸的大型廂，只用于從轉(zhuǎn)運(yùn)站到垃圾中心，每次只拖一個(gè)大型廂，平均每公里耗油25L—30L柴油/每公里。柴油單價(jià)：。收集車(chē)輛：只負(fù)責(zé)從小區(qū)的垃圾站到轉(zhuǎn)運(yùn)站運(yùn)輸，每車(chē)耗油20L—35L 70汽油/百公里。司機(jī)月薪平均3500元。（1）假定現(xiàn)有垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的規(guī)模與位置不變的條件下，即38個(gè)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站位置確定接收垃圾能力一定。建立數(shù)學(xué)模型，確定大、小型廚余垃圾設(shè)備分布的最優(yōu)情況以及目前運(yùn)輸條件下的最優(yōu)清運(yùn)路線。（2）在問(wèn)題（1）中，假設(shè)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的規(guī)模與位置隨機(jī)，再次建立數(shù)學(xué)模型，確定大、小型廚余垃圾設(shè)備分布的最優(yōu)情況以及目前運(yùn)輸條件下的最優(yōu)清運(yùn)路線。符號(hào)說(shuō)明對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題的模型符號(hào)說(shuō)明：，表示有nz座垃圾收集站組成的集合；Ck表示篩選出的第k座垃圾中轉(zhuǎn)站的中轉(zhuǎn)能力；Xi表示第Z座垃圾收；A（K）表示篩選出的第k座垃圾中轉(zhuǎn)站所覆蓋的垃圾收集站的集合；B（i）表示可以覆蓋第Z座垃圾收集站的中轉(zhuǎn)站的集合；Wk表示是否啟用第k座垃圾中轉(zhuǎn)站；Uik表示第i座垃圾中轉(zhuǎn)站是否被第k座垃圾中轉(zhuǎn)站覆蓋；T 為規(guī)劃使用年限，建設(shè)期為t0年；r 為進(jìn)行現(xiàn)值轉(zhuǎn)換的貼現(xiàn)率；Cik 為第i座收集站運(yùn)往第k座中轉(zhuǎn)站單位運(yùn)輸量單位距離的費(fèi)用 ；Xik為第i座收集站運(yùn)往第k座中轉(zhuǎn)站的口運(yùn)輸垃圾量；Lik 為第i座收集站運(yùn)往第k座中轉(zhuǎn)站運(yùn)輸距離(km)；Dkj 為第k座中站運(yùn)往第j座處理場(chǎng)單位運(yùn)輸量單位距離的費(fèi)用；Ykj 為第k座中轉(zhuǎn)站運(yùn)往第i座處理場(chǎng)口運(yùn)輸垃圾量；；Fk 為規(guī)劃期內(nèi)待建中轉(zhuǎn)站的固定投資；E 為中轉(zhuǎn)站的運(yùn)行成本；Qmin為中轉(zhuǎn)站建設(shè)的最小控制規(guī)模；Qmax 為中轉(zhuǎn)站建設(shè)的最大控制規(guī)模。對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題的模型符號(hào)說(shuō)明： 式為車(chē)次k所收集垃圾的總資源含量；為點(diǎn)i的垃圾資源含量D(F)為各車(chē)次總資源含量的方差，方差越大，說(shuō)明各車(chē)次資源含量具有明顯差別，資源歸類(lèi)更明確為道路網(wǎng)絡(luò)圖所有頂點(diǎn)的集合，n為收集點(diǎn)數(shù)，廚余垃圾處理中心標(biāo)記為0點(diǎn)，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站標(biāo)記為，t為總車(chē)輛數(shù)。為01整型規(guī)劃變量，且=為i到j(luò)的距離，k為規(guī)劃車(chē)次序數(shù)，m為總車(chē)次數(shù)。點(diǎn)i要求的收集時(shí)間，點(diǎn)i開(kāi)始時(shí)間，為點(diǎn)i結(jié)束時(shí)間為提前到達(dá)收集點(diǎn)的懲罰因子為延遲收集完成收集作業(yè)的懲罰因子對(duì)于第三個(gè)問(wèn)題的模型符號(hào)說(shuō)明：H{i|i =0,1...m}是停車(chē)場(chǎng)和一系列收集點(diǎn)的集合。G{rlr=1,...r}是一系列備選的中轉(zhuǎn)站。L{p|p=1,...p}對(duì)是一系列備選的處理站。S{G}{H}指停車(chē)場(chǎng)，所有的備選中轉(zhuǎn)站和收集點(diǎn)的總和。Fp表示在P處建立處理站的固定成本。Fr表示在r處建立中轉(zhuǎn)站的固定成本。是從收集點(diǎn)i 到收集點(diǎn)j 的平均單位距離的運(yùn)輸成本。是從中轉(zhuǎn)站r到處理站P的平均單位距離的運(yùn)輸成本是中轉(zhuǎn)站r到處理站P的距離。 是收集點(diǎn)i到收集點(diǎn)J的距離。是收集點(diǎn)i到收集點(diǎn)r的距離。是收集點(diǎn)i到處理站P的距離為收集點(diǎn)1的垃圾量。為收集車(chē)輛容量。為運(yùn)輸車(chē)輛容量。為處理站P的處理容量。 = 模型假設(shè)對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題的模型條件假設(shè)：（1）廚余垃圾中心的選址僅考慮經(jīng)濟(jì)效益，不受地域、環(huán)境、政治等條件的限制或影響；（2）假設(shè)所有運(yùn)輸車(chē)輛每天都能正常工作；（3）每天產(chǎn)生的垃圾總量穩(wěn)定；（4）不考慮交通所帶來(lái)的影響（如：堵車(chē)等）；對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題的模型條件假設(shè)為： （1）不考慮生活垃圾在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)站之后的物質(zhì)流變化。 （2）居民每天所產(chǎn)生的垃圾都能運(yùn)往垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站 （3）假設(shè)所有中轉(zhuǎn)站將當(dāng)天的垃圾都能轉(zhuǎn)運(yùn)到垃圾處理中心。 （4）小型垃圾收集車(chē)行駛的速度恒定，不考慮實(shí)際道路交通狀況。對(duì)于第三個(gè)問(wèn)題的模型假設(shè)條件為：（1）設(shè)施的層次為三層，收集點(diǎn)、中轉(zhuǎn)站和處理站，最后選定的處理站數(shù)量是確定的，只選其中一個(gè)，中轉(zhuǎn)站個(gè)數(shù)不確定。 (2)廢棄物只能先運(yùn)到中轉(zhuǎn)站，然后由中轉(zhuǎn)站運(yùn)送到處理站，不能直接運(yùn)送到處理站。 (3)中轉(zhuǎn)站和處理站一旦選定建成，使用年限為10年，