深圳市南山区垃圾分类处理与清运模型.doc

深圳市南山区垃圾分类处理与清运模型 一．摘要 本文研究了深圳市南山区垃圾分类处理清运方案设计问题,运用最优化方法理论,将双目标问题简化为两个单目标问题去解决,从而使问题得到很好的解答。在求解过程中我们首先运用了模拟退火启发式算法、模拟退火算法，求解了转运垃圾站位置固定、橱余垃圾处理中心地理位置未知和转运站位置不定、橱余垃圾处理中心位置不定两种条件下的最优清运路径。结果得出了三个大型橱余垃圾处理厂的位置（坐标），它们的坐标分别为：A(22.5587,113.9507),B(22.5303,113.9263),C(22.6195,113.9691)。 对于问题一我们将不同橱余垃圾处理中心的分布及数量这双目标规划，分开转化为求厨余垃圾处理中心的数量和橱余垃圾处理中心的位置分布这两个单目标的优化问题。对后一规划的求解我们采用了能解决多变量问题的模拟退火启发式算法，较好的解决了问题一。 针对问题二，我们在问题一的基础上，假设每两个中转站之间的距离为5米，而后选用集合覆盖模型求出垃圾中转站的待选点，即用尽可能少的垃圾收集中转站去覆盖所有的垃圾收集站。因此，我们建立了以从现有的m座垃圾收集站的位置中选出可以覆盖m座垃圾收集站的最小数目的中转站选点为目标函数，并给出了约束条件，为了重新设计方案，我们首先参照垃圾收集密度以及当地人口密度，算出每个垃圾中转站的最优收集，求得可以覆盖m座垃圾收集站的最小数目的中转站的具体分布图，我们运用启发式算法进行集合覆盖模型优化来解决可以覆盖m座垃圾收集站的最小数目的中转站选。最后我们按照上述模型，结合坐标数据，找出了建设中转站的最佳位置（具体的位置见正文）。 【关键词】最优路线 模拟退火算法 集合覆盖模型 启发式算法 垃圾分类一．问题重述 垃圾分类化收集与处理是有利于减少垃圾的产生，有益于环境保护，同时也有利于资源回收与再利用的城市绿色工程。 在深圳，垃圾可分为四类：橱余垃圾、可回收垃圾、有害垃圾和其他不可回收垃圾，这种分类顾名思义不难理解。 在垃圾分类收集与处理中，不同类的垃圾有不同的处理方式，简述如下： ①橱余垃圾,可以使用脱水干燥处理装置，处理后的干物质运送饲料加工厂做原料。 ②可回收垃圾,将收集后分类再利用。 ③有害垃圾，运送到固废处理中心集中处理。 ④其他不可回收垃圾,将运送到填埋场或焚烧场处理。 所有垃圾将从小区运送到附近的转运站，再运送到少数几个垃圾处理中心。显然，1）和2）两项中，经过处理，回收和利用，产生经济效益，而3）和4）只有消耗处理费用，不产生经济效益。（相关数据看表一、表二和表三） 表一：大、小型厨余垃圾设备的相关数据 设备类型 处理能力 投资额 运行成本 大型厨余设备 200吨/日 4500万元 150元/吨 小型厨余设备 200-300公斤/日 28万元 200元/吨 橱余垃圾处理后产物价格在1000-1500元/吨。 表二：四类垃圾的平均比例 橱余垃圾 可回收垃圾 有害垃圾 不可回收垃圾 4 2 1 3 表三：可回收垃圾的分类及相关数据 可回收垃圾类别 所占比例 废品回收价格 纸类 55% 1.5元/公斤 塑料 35% 2.5元/公斤 玻璃 6% 0.5元/公斤 金属 4% 2.5元/公斤 南山区的垃圾清运设备情况（主要是车辆数目和载重）。 拖头（拖车）： 只拖十吨的大型厢只用于从转运站到垃圾中心每次只拖一个大型“厢” 平均吨公里耗油25L—30L/百公里 收集车辆：耗油2L—35L 70#汽油/百公里 司机月薪平均3500元。 本项研究课题旨在为深圳市的垃圾分类化进程作出贡献。为此请你们运用数学建模方法对深圳市南山区的分类化垃圾的实现做一些研究，具体的研究目标是： 假定现有垃圾转运站规模与位置不变条件下，给出大、小型设备（橱余垃圾）的分布设计，同时在目前的运输装备条件下给出清运路线的具体方案。以期达到最佳经济效益和环保效果。 假设转运站允许重新设计，请为问题1）的目标重新设计。 二．问题分析 (一)问题一的分析： 对于问题一，我们首先考虑的是不可回收垃圾和有害垃圾的处理，由题目所给的条件可知，有害垃圾是直接运往固废处理中心处理的，其他不可回收垃圾则直接运往填埋场或焚烧场处理。由于焚烧场及填埋场和转运站的位置都是固定的，因此我们可以知道处理有害垃圾和其他不可回收垃圾的运输成本是相对固定的。要将运输成本降低到最小，我们可以以焚烧场和填埋场的中垂线为界，界线以西的转运站垃圾运往焚烧场，界线以东的转运站垃圾运往填埋场。而可回收垃圾虽然经过转运站，但是不需要设备来进行分类，且根据实际生活中可回收垃圾由相关回收公司上门收购。 其次，我们考虑能产