20xx年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模夏令營(yíng)a題垃圾分類處理與清運(yùn)方案論文-wenkub
2023-06-20 17:30:21 本頁(yè)面
【正文】 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。司機(jī)月薪平均3500元。所有垃圾將由收集汽車從小區(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)行分類后，由拖車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。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。由于未知量太多，采用常規(guī)類似物流中心選址方法模型進(jìn)行求解已顯得無(wú)能為力。我們參考周期多車場(chǎng)車輛路徑問(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。對(duì)于問(wèn)題一：從以下兩點(diǎn)進(jìn)行研究。垃圾分類處理與清運(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。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。本文運(yùn)用遺傳模擬退火算法進(jìn)行求解。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。關(guān)鍵詞：最優(yōu)組合 集合覆蓋 周期多車場(chǎng)車輛 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。 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/噸四類垃圾比例類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)類別所占比類回收價(jià)格紙類55%1元/公斤塑料35%玻璃6%金屬4%拖車：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。（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。對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題的模型符號(hào)說(shuō)明： 式為車次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)為各車次總資源含量的方差，方差越大，說(shuō)明各車次資源含量具有明顯差別，資源歸類更明確為道路網(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為總車輛數(shù)。L{p|p=1,...p}對(duì)是一系列備選的處理站。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。是收集點(diǎn)i到處理站P的距離為收集點(diǎn)1的垃圾量。 = 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)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。 (5)運(yùn)輸車輛從中轉(zhuǎn)站出發(fā)，到達(dá)處理站后路返回中轉(zhuǎn)站。(7)每輛收集車為一個(gè)以上的收集點(diǎn)服務(wù)。垃圾車成本費(fèi)用包括最初投資成本的折舊加上其運(yùn)行和維護(hù)成本。中轉(zhuǎn)站的處理容量取20噸/天。建立優(yōu)化問(wèn)題的模型最主要的是用數(shù)學(xué)符號(hào)和式子表述決策變量、構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)和確定約束條件。利用集合覆蓋模型已確定垃圾處理中心的待選點(diǎn)后，運(yùn)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，進(jìn)行總體優(yōu)化，從垃圾處理中心待選點(diǎn)中優(yōu)選出處理中心位置的最優(yōu)組合，確定最優(yōu)組合中每座垃圾處理中心接納的垃圾量。約束式1表示每一座垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的垃圾均被清運(yùn)。約束式5是第i座垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站是否有垃圾清運(yùn)到第k座垃圾處理中心的決策變量。如下: 其中： 為運(yùn)輸成本分量垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)約束分量為堆策略分量，保證各車次總垃圾資源含量具有明顯差別 式為車次k所轉(zhuǎn)運(yùn)垃圾的總資源含量，為點(diǎn)i的垃圾資源含量，D(F)為各車次總資源含量的方差，方差越大，說(shuō)明各車次資源含量具有明顯差別，資源歸類更明確為道路網(wǎng)絡(luò)圖所有頂點(diǎn)的集合，n為中占站數(shù)，為了方便，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為總車輛數(shù)。 式(3)限定每一車次的路線必須從點(diǎn)0(中轉(zhuǎn)站)出發(fā)。問(wèn)題三模型的建立： （31） （32）滿足的約束條件為： （33） （34） （35） （36） （37） （38） （39） （310） （311） （312） （313）目標(biāo)函數(shù)(31)式為規(guī)劃使用年限內(nèi)費(fèi)用現(xiàn)值最小模型，涵蓋了收運(yùn)系統(tǒng)中收集、中轉(zhuǎn)和運(yùn)輸3個(gè)階段中所發(fā)生的四部分費(fèi)用，通過(guò)貼現(xiàn)率r進(jìn)行現(xiàn)值轉(zhuǎn)換，將其有機(jī)的結(jié)合在一起(每年以360天計(jì))。表示處理站所產(chǎn)生的負(fù)效用與其規(guī)模成正比，與離居民區(qū)的距離成反比。約束條件(36 )
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