基于物联网的环卫作业计划与实时调度模型研究.doc

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英文摘要

基于物联网的环卫作业计划

与实时调度模型研究

摘要

随着城市经济建设的飞速发展、城市人口的迅猛增长，城市市容环境卫生，特别是城市保洁工作成为人们关注的焦点，也成为城市发展所必须解决的重要问题。

城市保洁是城市管理的一项最基础的工作，是直接反映城市面貌和管理水平的窗口工程，对树立城市形象具有十分重要和深远的意义。

然而传统的环卫管理方式面临许多问题，因此有必要提出一套智慧环卫解决方案。

而环卫作业计划和实时调度模型作为城市环卫智能管理平台的关键技术，对城市环卫智能化的发展起到非常重要的推动作用。

智能清运路线的实现，可以大大提高市民对于整个城市环卫系统的满意度。

因此研究一个功能全面，逻辑清晰，管理方便的作业计划和实时调度模型显得尤为重要。

本文主要研究了以遗传算法为依托的基于物联网的环卫作业计划和实时调度模型的设计与实现。

首先阐述了物联网的关键技术及其对环卫作业调度的意义，介绍了单人和多人邮递员问题以及它们的解决方案，同时对几种常用的元启发式算法进行选型，选择了性能相对稳定，可扩展性强，容易与其他算法结合的遗传算法作为环卫作业实时调度模型中使用的算法模型。

项目利用GPS技术获得实时定位信息，RFID技术与GPS技术交互获得实时清运信息，为调度模型提供了实时可靠的数据。

技术方案确定后，通过前期的分析、设计，完成了模型的实现，并进行了算例的演示，达到了良好的实时调度结果。

最后，将环卫作业计划和实时调度模型运用在大连市经济技术开发区的垃圾桶预警调度上，使本文的研究具有了更大的实用价值。

关键词：

物联网；遗传算法；环卫作业；实时调度

英文摘要

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofurbaneconomicconstruction,therapidgrowthofpopulation,urbanappearanceandenvironmentalsanitation,especiallythecitycleaningworkhasbecomethefocusofpeople’sattention,ithasbecomeanimportantissueofurbandevelopmentthatmustbeaddressed.Citycleaningisoneofthemostbasiccitymanagementwork,itisadirectreflectionoftheurbanlandscapeandprojectmanagementlevelwindow,andisveryimportantandfar-reachingsignificancetoestablishtheimageofthecity.However,traditionalsanitationmanagementfacesmanyproblems,itisnecessaryproposeawisdomsanitationsolutions.Thesanitationworkplanandreal-timeschedulingmodelofurbansanitationplaysaveryimportantroleasakeytechnologyofintelligentmanagementplatformforthedevelopmentofintelligenturbansanitation.Achievingsmartremovalroutescangreatlyimprovecitizensatisfactionfortheentireurbansanitationsystem.Therefore,studyingacomprehensive,logicalworkplanandreal-timeschedulingmodelisparticularlyimportant.

Thisthesisstudiesthedesignandimplementationofsanitationworkplanandreal-timedispatchmodelbasedonInternetofThingsrelyingonthegeneticalgorithm.FirstlyelaboratethekeytechnologiesoftheInternetofThingsandthesensetothesanitationjobscheduling,thenintroducethesingleandmultiplayerpostmanproblemsandtheirsolutions,whileseveralcommonlyusedmeta-heuristicalgorithmselection,chosetherelativeperformancestable,scalable,easytocombinewithothergeneticalgorithmssanitationoperationsasreal-timeschedulingalgorithmmodelusedinthemodel.ProjectusesGPStechnologytoobtainreal-timelocationinformation,RFIDtechnologyandGPStechnologyforreal-timeinteractiveremovalinformationforschedulingmodelprovidesreal-timeandreliabledata.

Afterthetechnicalprogramdeterminedbyanalyzingthepre-designed,wecompletedtheimplementationofthemodelandanumericalexampledemonstrates,real-timeschedulingtoachieveagoodresult.Finally,theenvironmentalsanitationprogramandreal-timeschedulingmodelusedinthetrashwarningschedulingDalianEconomicandTechnologicalDevelopmentZone,sothisstudyhasgreaterpracticalvalue.

KeyWords：

IoT；GeneticAlgorithm；EnvironmentalSanitation；Real-timeScheduling

目录

目录

第1章绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究意义 2

1.3国内外研究现状和发展趋势 3

1.4论文研究内容和组织结构 5

第2章相关理论和关键技术 6

2.1物联网技术及其应用 6

2.1.1物联网 6

2.1.2物联网核心技术 7

2.1.3物联网技术对于环卫作业调度的意义 8

2.2邮递员问题 9

2.2.1单人邮递员问题 9

2.2.2多人邮递员问题 11

2.3元启发式算法综述 12

2.3.1启发式算法概述 12

2.3.2蚁群算法 13

2.3.3模拟退火算法 14

2.3.4遗传算法 16

2.4环卫实时调度的算法选择 18

2.5本章小结 19

第3章环卫系统的作业计划和实时调度模型设计 20

3.1遗传算法的执行结构 20

3.2环卫的实时调度模型设计 27

3.2.1调度模型 27

3.2.2算法结构概述 29

3.2.3算法流程 29

3.2.4数据结构设计 30

3.3算例分析 35

3.4本章小结 41

第4章环卫的作业计划和实时调度系统实现 42

4.1城市环卫智能管理平台综述 42

4.1.1环卫智能管理平台概念 42

4.1.2环卫智能管理平台的特点 43

4.1.3环卫智能管理平台的一般构成 45

4.2基于GPS和RFID的数据采集 46

4.2.1数据来源 46

4.2.2数据整理 47

4.3环卫实时调度模型的实现及效果 48

4.4环卫实时调度模型的评价 51

4.5本章小结 52

第5章总结与展望 53

5.1总结 53

5.2展望 54

参考文献 56

攻读学位期间公开发表论文 60

致谢 61

基于物联网的环卫作业计划与实时调度模型研究

第1章绪论

1.1研究背景

城市的经济建设发展迅速，随之都市的人口也在飞速增长，生活垃圾、工业垃圾就产生地愈来愈多，城市市容环境卫生，特别是环卫保洁工作就越来越引起人们的注意，成为人们关注的焦点，也成为城市发展急需处理的重要内容。

城市保洁工作涵盖各行各业，与人民生活密切相关，是各级政府所关心的重要问题，保洁管理工作涉及每一个居住区、每一个活动场所和每一个市民，包括各类企、事业单位。

从城市的保洁工作可以反应出一个都市的市容市貌，因此，要想树立良好的城市形象，必须要重视环卫管理工作。

清洁、优美、和谐、安全的城市形象，是体现“城市，让生活更美好”的主题内容，营造城市清洁环境更是树立城市形象的首要内容[1]。

然而传统的环卫管理方式面临许多难题。

（1）重设备，轻管理，环卫信息化建设相对落后

对比其他方面的投资额度，当前在环卫上的投资占总投资的比重还比较小，而这些投资也基本是被用来买车辆、买设备，环卫信息化建设还比较落后。

如何用管理的手段提升环卫日常作业的水平，提高环卫工人的工作效率，最大程度的发挥清运车辆的作用，还是环卫系统急需解决的主要问题。

同时对生产作业过程中的安全、效率、操作规范等问题缺乏有效的监管手段。

如何规避不规范的方式，比如在环卫作业的工作过程中擅自变化设定的清运线路、随意停放清运车辆或者是不按照要求速度行驶、不及时清运等等，如何避免垃圾运送造成的二次污染，已成为当前环卫管理中的现实问题。

此外，环卫设施与作业设备也缺乏科学的管理方法。

比如，城市垃圾箱的防盗问题、作业设备和设施的合理维修保养问题等，同样是当前环卫管理中必需面对的问题。

（2）缺乏令人信服的作业质量评估手段

作业质量评估是实施环卫作业质量控制过程中的重要环节。

目前采用的评估手段主要依据检查人员的文字、表格的描述和管理人员的主观判断，评估结果缺乏材料支持而且难以追溯，一旦作业方和检查方出现意见分歧或利益纠纷，自然会对这种评估手段提出质疑。

一种令人信服的作业质量评估手段则至少需要时间、地点（GPS坐标）以及影像资料的支持，目前尚缺乏这种手段。

（3）实时调度和应急指挥能力较低

首先，由于缺乏实时监管作业机械、环卫设施以及清扫保洁质量的有效手段，很难及时掌握城区各种道路清扫保洁作业的工作效率和效果，所以难以对现场紧急情况作出及时响应并作出正确的指挥和调度。

其次，城市的环境建设也需要广大市民的积极参与，目前尚缺乏一种及时可靠的环卫事件举报机制，既能及时准确地反映现场状况，又能尽量避免误报或恶意骚扰造成不必要的人力、机力