20xx年全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模夏令營a題垃圾分類處理與清運方案論文-展示頁
2025-06-14 17:30本頁面
【正文】 目標，一般來說有如下幾個目標是矛盾的，建立廚余垃圾處理中心越多，投入的成本越大，每天的運行成本也就隨之增加，而且每天用戶產(chǎn)生的垃圾一定，過多的處理中心會造成資源的浪費；但少建立廚余垃圾中轉(zhuǎn)站會增大拖車的運輸距離，每天投入的運輸費用便會增多。中轉(zhuǎn)站的處理容量取20噸/天。(9)各收集點、停車場、備選中轉(zhuǎn)站和處理站的位置是已知的且服從三角不等，以及費用矩陣是對稱的。垃圾車成本費用包括最初投資成本的折舊加上其運行和維護成本。 (8)單位距離的廢棄物的運費是已知的。(7)每輛收集車為一個以上的收集點服務(wù)。(6)每個收集點的垃圾產(chǎn)生量是確定的，都小于收集車輛的裝載量。 (5)運輸車輛從中轉(zhuǎn)站出發(fā)，到達處理站后路返回中轉(zhuǎn)站。 (4)停車場的位置是給定的，收集車從停車場出發(fā)，到達中轉(zhuǎn)站清空垃圾后返回停車場。 (2)廢棄物只能先運到中轉(zhuǎn)站，然后由中轉(zhuǎn)站運送到處理站，不能直接運送到處理站。 （4）小型垃圾收集車行駛的速度恒定，不考慮實際道路交通狀況。 = 模型假設(shè)對于第一個問題的模型條件假設(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）不考慮交通所帶來的影響（如：堵車等）；對于第二個問題的模型條件假設(shè)為： （1）不考慮生活垃圾在經(jīng)過轉(zhuǎn)運站之后的物質(zhì)流變化。為運輸車輛容量。是收集點i到處理站P的距離為收集點1的垃圾量。 是收集點i到收集點J的距離。是從收集點i 到收集點j 的平均單位距離的運輸成本。Fp表示在P處建立處理站的固定成本。L{p|p=1,...p}對是一系列備選的處理站。點i要求的收集時間，點i開始時間，為點i結(jié)束時間為提前到達收集點的懲罰因子為延遲收集完成收集作業(yè)的懲罰因子對于第三個問題的模型符號說明：H{i|i =0,1...m}是停車場和一系列收集點的集合。對于第二個問題的模型符號說明： 式為車次k所收集垃圾的總資源含量；為點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)圖所有頂點的集合，n為收集點數(shù)，廚余垃圾處理中心標記為0點，垃圾轉(zhuǎn)運站標記為，t為總車輛數(shù)。（2）在問題（1）中，假設(shè)垃圾轉(zhuǎn)運站的規(guī)模與位置隨機，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)情況以及目前運輸條件下的最優(yōu)清運路線。（1）假定現(xiàn)有垃圾轉(zhuǎn)運站的規(guī)模與位置不變的條件下，即38個垃圾轉(zhuǎn)運站位置確定接收垃圾能力一定。收集車輛：只負責(zé)從小區(qū)的垃圾站到轉(zhuǎn)運站運輸，每車耗油20L—35L 70汽油/百公里。 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行成本產(chǎn)物價格大型廚余設(shè)備200噸/日4500萬元150元/噸10001500元/噸小型廚余設(shè)備200300公斤/日28萬元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)運站到垃圾中心，每次只拖一個大型廂，平均每公里耗油25L—30L柴油/每公里。廚余垃圾，可回收垃圾，有害垃圾和其他不可回收垃圾。關(guān)鍵詞：最優(yōu)組合 集合覆蓋 周期多車場車輛 遺傳模擬退火算法 背景近年來垃圾包圍城市的問題越來越突出，為了解決這一難題，中國許多大中城市投資興建垃圾填埋場和焚燒場，垃圾處理工藝越來越先進有效，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)生原有收運系統(tǒng)與其不配套的問題，如垃圾處理場遠離市區(qū)；城市垃圾收運車噸位又比較小，不適宜遠途運輸?shù)龋瑸榱私鉀Q這些問題，垃圾分類處理與清運方案設(shè)計的問題得到越來越多的人的關(guān)注。我們使用遺傳算法對此模型進行求解，通過迭代計算便可以得到中轉(zhuǎn)站分布于最佳線路組合。本文采用選址路徑三層模型（LAP），此模型的特點為中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)于處理中心的位置為未知量。對于問題三：在問題一基礎(chǔ)上，增加一個更普通條件，即垃圾轉(zhuǎn)運站和廚余垃圾處理中心的布局也顯不確定性。本文運用遺傳模擬退火算法進行求解。對于問題二：在問題一確定垃圾處理中心基礎(chǔ)上求解垃圾清運路線問題，類似于物流線路優(yōu)化問題。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。本文就A題給出的深圳市南山區(qū)垃圾分類處理與清運方案設(shè)計的問題進行研究，展開討論，分析和建立數(shù)學(xué)模型，利用編程進行求解。垃圾分類處理與清運方案設(shè)計隨著我國城市生活質(zhì)量要求的提高及垃圾處理事業(yè)的發(fā)展，垃圾轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運效率和投資效益在城市環(huán)衛(wèi)建設(shè)中起著越來越重要的作用。因此，轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的合理規(guī)劃及優(yōu)化設(shè)計，也隨之成為城市環(huán)衛(wèi)規(guī)劃中的一個重要課題。對于問題一：從以下兩點進行研究。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)劃建立整個垃圾清運系統(tǒng)總費用現(xiàn)值最小模型，確定最優(yōu)組合。我們參考周期多車場車輛路徑問題（Periodic Mulitdepot Vehicle Routing Problem，Periodic MDVRP），因為VRP問題已被證明為NP問題，通過普通計算數(shù)據(jù)量大并很難求出有效解。并利用仿真實驗證明該算法具較好的搜索性能與全局并行性。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行求解已顯得無能為力。并且在模型中選址與路徑看做整體對待。我們通過實驗仿真求解證明此模型是高效與可行的。 對于第一問和第二問，垃圾分為。所有垃圾將由收集汽車從小區(qū)的垃圾站運往附近的垃圾轉(zhuǎn)運站，在垃圾轉(zhuǎn)運站進行分類后，由拖車將有害垃圾和不可回收垃圾運往垃圾處理中心，將廚余垃圾運往廚余垃圾處理中心，可回收垃圾就在垃圾轉(zhuǎn)運站進行分類再利用，顯然，可回收垃圾和廚余垃圾能產(chǎn)生經(jīng)濟效益，而不可回收垃圾和有害垃圾不能產(chǎn)生經(jīng)濟效益。柴油單價：。司機月薪平均3500元。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)情況以及目前運輸條件下的最優(yōu)清運路線。符號說明對于第一個問題的模型符號說明：，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 為進行現(xiàn)值轉(zhuǎn)換的貼現(xiàn)率；Cik 為第i座收集站運往第k座中轉(zhuǎn)站單位運輸量單位距離的費用 ；Xik為第i座收集站運往第k座中轉(zhuǎn)站的口運輸垃圾量；Lik 為第i座收集站運往第k座中轉(zhuǎn)站運輸距離(km)；Dkj 為第k座中站運往第j座處理場單位運輸量單位距離的費用；Ykj 為第k座中轉(zhuǎn)站運往第i座處理場口運輸垃圾量；；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。
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