蚌埠学院垃圾收运路线优化算法研究.docx
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蚌埠学院垃圾收运路线优化算法研究
蚌埠学院垃圾收运路线优化算法研究
蚌埠学院垃圾收运路线优化算法研究
摘要：
随着社会的快速发展和人口的增长，垃圾的产生量也愈来愈多，而且随着生活水平的提高，人们对于自己生活的质量要求也愈来愈高，于是垃圾就成为了人们关注的焦点。
其中校园垃圾是影响师生工作氛围、身体健康和校园容貌、周边环境最大的危害。
而且不合理的收运路线会增加企业运输管理成本，同时收运产生的二次污染也会对沿途的环境造成严重影响[1]，因此进行研究垃圾收运路线具有重要的意义，合适的优化收运路线可以明显提高综合经济效益和缩短垃圾在校园的滞留时间从而降低校园的垃圾污染。
根据调查结果做出对蚌埠学院的垃圾运输路线全面的分析和评价。
关键词：
校园垃圾；垃圾收运；路线优化；固定容器收集
OptimizationalgorithmofgarbagecollectionandtransportationrouteinBengbuUniversity
Abstract：
Withtherapiddevelopmentofsocietyandthegrowthofpopulation,theamountofgarbageisincreasing,andwiththeimprovementoflivingstandards,peoplehavehigherandhigherrequirementsfortheirqualityoflife,sogarbagehasbecomethefocusofpeople'sattention.Amongthem,campusgarbageisthemostharmfultotheworkingatmosphere,physicalhealth,campusappearanceandsurroundingenvironmentofteachersandstudents.Moreover,theunreasonablecollectionandtransportationroutewillincreasethetransportationmanagementcostoftheenterprise,andthesecondarypollutioncausedbycollectionandtransportationwillalsohaveaseriousimpactontheenvironmentalongtheway.Therefore,itisofgreatsignificancetostudythegarbagecollectionandtransportationroute.Theappropriateoptimizationofcollectionandtransportationroutecansignificantlyimprovethecomprehensiveeconomicbenefitsandshortenthedetentiontimeofgarbageoncampus,soastoreducethegarbagepollutiononcampus.Accordingtothesurveyresults,thepapermakesacomprehensiveanalysisandevaluationofBengbuCollege'swastetransportationroute.
Keywords：
schooltrash；garbagecollection；routeoptimization；stationary container collection
蚌埠学院垃圾收运路线优化算法研究
1引言
垃圾与人们日常生活息息相关，随着城市化的进程不断加快，随之带来的垃圾处理的问题就越来越多，垃圾收运系统在城市生活中占据重要地位。
校园垃圾影响师生的生活及学习环境质量而且还影响校园的风景，因此对校园垃圾的收运路线有一定的了解非常重要，为了能够全面反映校园垃圾从产生到收集的过程，提高广大学生对正确处理垃圾的认知能力，培养学生良好的环保意识，创造良好的学习和生活环境，对蚌埠学院校园垃圾的收集与运输进行了全面的调查。
通过对校园各区域的垃圾日产量的观察，设计合理的垃圾的收集点分布和垃圾桶的数量，从而设计出最合理的垃圾收运路线。
合理的收运路线可以使车辆的调度问题更加高效性，可以减少车辆的行驶距离，也有效的降低了车辆运输时的行驶时间和车辆燃料的成本，同时将人力和物力资源得到充分的利用[2]，还有效减少校园内垃圾停留的时间，有效降低了校园环境的污染。
因此，通过对校园生活垃圾收运路线的优化，有利于节约资源并且有效保护校园的生态环境，还可以产生巨大的经济效益和社会效益[3]。
2背景
2.1蚌埠学院概况
蚌埠学院是一所以工科为主、多学科协调发展的省级普通本科大学。
1978年学校开始创办高等教育，在2007年4月通过教育部的批准，在原蚌埠教育学院、蚌埠高等专科学校、蚌埠职工大学三校合并的基础上组建而成的。
蚌埠学院位于安徽省蚌埠市龙子湖区大学城内，学校拥有1128亩的占地面积，校园建筑面积37万㎡，申报待建3.10万㎡，学校固定资产总值为6.50亿元，拥有总值1.42亿元的教学科研仪器设备，图书馆中的资源包含纸质图书136.77万册、电子图书75.21万册以及1339种的中外文纸质报刊，校园内建有省级实验教学示范中心、工程实践教育中心和虚拟仿真实验教学中心等。
现有教育全日制专业在校生近15000人。
蚌埠学院主要由教学楼区、生活区、工作人员办公区、体育文化活动区四大主要功能区组成。
由于每个功能区每天都有许多人参与，所以每天都会产生大量的垃圾，蚌埠学院为维护校园美好环境和保障师生的正常生活，对于校园垃圾废物的处置必不可少。
2.2蚌埠学院垃圾概况
根据校园环卫现状及校园后勤管理处描述蚌埠学院校区的垃圾来源有四个不同方面：
一个是食堂、学生宿舍、超市、教师公寓、图书馆、操场、校医务室等中的人产生的生活垃圾，这是校园垃圾的主要来源；二是校园绿化时产生的绿色废弃物；三是我们学校以及周边的附近居民活动过程中产生的生活垃圾；四是实验室做实验产生的实验垃圾。
2.3蚌埠学院垃圾产量
根据中国环境科学研究院对我国五百多个城市生活垃圾产生量的统计分析，目前我国日人均垃圾产生量一般在0.9~1.2kg左右，根据国家统计结果垃圾密度一般为0.488m³。
根据以上分析，蚌埠学院每天最多产生18吨垃圾。
3垃圾分类方案设计
3.1蚌埠学院垃圾的特点
蚌埠学院的垃圾主要是生活垃圾。
指的是在日常生活中在学校生活的人产生的固体废物，包括各种废纸，塑料废料，纺织废料，金属废品等。
这些生活垃圾主要来源于师生的日常消费品如一次性塑料制品、各种塑料产品包装、各种废弃工具及破旧衣物等。
根据相关资料和垃圾的组成分析，从总体上看，校园垃圾的组成具有以下几个特点：
教学区的垃圾主要是废纸，占很大比例；生活区的垃圾主要以餐饮垃圾、废纸、包装盒等为主；工作人员办公区的垃圾主要是以各种纸质废物为主；体育文化活动区主要以饮料瓶等塑料废物和纸巾为主。
3.2蚌埠学院垃圾收集现状
学生宿舍、教学楼每栋每层都设有两至四个绿色垃圾桶，校园内每个干道每隔一段距离都设有垃圾分类回收的垃圾桶，其它地区因为人流量较少所以设置垃圾桶的数量关系相对来说较少，东门设有垃圾回收的总收集点。
事实上，学校设置的垃圾桶很多，而且主要的垃圾产生区都分布了很多，这说明学校在垃圾回收这方面投入很大力度，但是还是有些垃圾桶设置并不合理。
比如，南北操场是大多数学生活动的场所，甚至班级活动以及学校的社团都会在这里举行露天晚会，但这里设置的垃圾桶数量很少，这就造成了垃圾回收的的不便；宿舍楼属于生活区，主要的垃圾成分为废纸，塑料袋，果皮剩饭，而楼下的垃圾桶却没有分类处理所有垃圾都丢在一起；实验楼室内没有固定的盛放危险和废弃实验药品的垃圾桶，容易造成危险废物的不定向迁移和致病微生物的扩散；甚至校园内有垃圾桶的地方，都有零星或大量的垃圾堆放在垃圾桶旁边。
3.3垃圾的收集布置
3.3.1垃圾的收集方式
根据校园实际情况和实地调查，目前校园垃圾收集方式主要是在生产垃圾的地区内放置垃圾桶，在该垃圾产生区域内收集垃圾，并在学校各交通道路旁放置垃圾桶，然后按照收集路线将垃圾收集车深入到学校各个地区内进行收集和清理，主要由人工或机器将垃圾桶内的垃圾倾倒入垃圾收集车内。
收集车一般通过装有的压实装置，把垃圾压实，然后装满后运送到垃圾填埋场进行最终的处理。
系统灵活方便，但装卸垃圾时卫生条件比较差。
此收集管理模式是目前我国采用最多的收集工作方式，因此本设计主要是从合理的垃圾收集路线入手，仍采用这种垃圾收集模式。
3.3.2垃圾贮存容器
贮存容器可以选择适当的大小，但是要满足各种环境卫生条件的要求，而且要方便使用。
（1）容器类型
现在随着时代的进步，垃圾贮存容器也多种多样。
在校园里垃圾贮存容器主要分为三大类：
第一类，宿舍内主要是小型垃圾桶配合垃圾袋使用；第二类主要是各个教学楼以及部分街道每隔一段距离放置一个大型绿色垃圾桶；第三类主要是各个街道一段距离都会放置一个垃圾分类的垃圾桶。
（2）设置容器数量
容器的数量设置与成本有很大的联系，为了减少成本的支出，在设置容器数量之前，应该规划好放置垃圾容器的区域，然后再根据容器的体积、该区域每天参与的人数、人均垃圾日产量、垃圾容重、收集次数等估算出每个区域放置的容器数量。
（3）存放地点
校园室内垃圾收集主要是通过师生把自己产生的垃圾丢进垃圾桶里，然后通过清扫阿姨每天固定时间来收集打理这些垃圾，然后集中收集运到楼下收运车内。
室外垃圾收集主要是收集工人每天定点来清理街道旁垃圾桶收集到收运车内。
所以，垃圾桶放置的地区应该靠近师生的生活区，便于师生的使用，而且垃圾桶应该设置在固定区域内且放置在街道的垃圾桶应该靠近马路，这样方便收集工人收集垃圾装车，还能减少不必要的污染。
3.4垃圾收运路线规划
3.4.1垃圾收运系统概述
城市垃圾的收集和运输通常包括三个阶段[4]：
第一阶段是从垃圾产生的源头到垃圾桶的过程，第二阶段是垃圾的清除，通常是指通过清理车沿途收集垃圾、集装箱和其他贮存容器内的垃圾，然后运到转运站，有时可直接运到最近的垃圾处理厂。
第三阶段是转运，特别是废物垃圾的长途运输，即在转运站将废物垃圾装载至最大容量运输车辆上，运往远处的处理厂。
一般废物垃圾运输系统可表示如下：
清运和转运这两个阶段应当规划好，选择最优的方法，垃圾收集应该按照最佳路线，并合理地分配，使成本下降至最低。
合理的收运系统应有利于垃圾的转移，而且便利、卫生、省力、成本低如图3-1所示。
图3-1垃圾收集运输过程图
3.4.2一般收集路线规划设计需考虑的因素[5]
（1）必须可以根据我国现行的政策和法规确定有关数据收集点和收集频率。
（2）调整现有的收集系统的操作参数，如所述收集装置的工作人员的类型和数量。
（3）在任何一个可能的情况下，必须对收集技术路线问题进行发展规划，以便路线可以更好的设计，用地形和物理的障碍物作为学生收集路线的边界。
（4）在交通拥挤的地方发展产生的垃圾我们应当进行尽可能早点把垃圾分类收集完毕。
（5）产生大量的垃圾产生源的应在一天中的第一时间被收集。
（6）条件可以允许自己的话，一些生活垃圾问题产生量小且有相似收集工作频率的收集点应该在一趟或一天中收集完毕。
3.4.3设计垃圾收运路线规划基本原则[6]
（1）在收集系统匹配的情况下，给出与各存储站位置、垃圾产生率、收集频率等相关的指定标志。
（2）收运车辆的行驶路线尽可能不要重叠，紧凑且又不分散。
（3）起点应尽量靠近收运车辆的起点，而终点则应尽量靠近垃圾处理厂或转运站。
（4）对于交通拥挤的路段，应在一天中第一时间收集清运完毕，防止造成拥挤和不必要的污染。
（5）每日用主要时间对产生大量生活垃圾的地区进行管理服务，对于小而分散的垃圾产生源，在条件允许的情况下，尽可能达到同等收集频率[7]。
（6）地势较高的地区产生的垃圾应当优先考虑收集。
（7）收运路线中应该对每段收运的工作量进行平衡，使得每个阶段的收集和清运时间大致相同。
（8）收运路线在单向道路上收集垃圾时，起点应尽量靠近道路的入口，垃圾收运工作应沿环行路线进行。
4收集过程核算
4.1计算垃圾设计点容器数量
4.1.1计算垃圾日产生体积
校区总人数约15000多人，目前我国人均垃圾产量大约为1.2千克所以校园每天产生垃圾量约为18吨。
W-----------垃圾日产生量，t/d ；
Q-----------垃圾容重变动系数，一般取0.7～0.9，取中间值0.8；
K-----------垃圾产生高峰时的体积变动系数，取1.5；
Dave -----------垃圾平均容重，t/m³，取0.488 t/m³；
Vave-----------垃圾平均日产生体积，m³/d；
Vmax -----------垃圾产生高峰时日产生最大体积，m³/d。
4.1.2垃圾收集点所需设置的垃圾容器数量
Nave-----------垃圾容器数；
Nmax-----------垃圾产生高峰时所需设置的垃圾容器数量；
T-----------垃圾清运周期（每天一次=1）；
V-----------单容器体积，取0.4m³/个；
-----------垃圾容器填充数，取0.8。
4.2学校各区域垃圾的日生产量及容器数量
学校各区域垃圾产生量根据公式计算：
W-----------垃圾日产生量；t/d
R-----------服务范围内居住人口；
Y-----------垃圾日产生量不均系数，取1.1；
C-----------实测的垃圾单位产量，取1.2kg/（人·d）；
P-----------居住人口变动系数,取1.02；
（1）宿舍楼1号~12号
女生宿舍楼1号楼和2号楼学生人数约为2500人。
垃圾日产量：
垃圾日产生体积：
垃圾容器数：
即女生宿舍楼1号楼和2号楼需要垃圾容器数27个，因为各个宿舍楼的组成和人数相差无几，所以女生宿舍楼3号楼和4号楼、男生宿舍楼5号楼和6号楼、男生宿舍楼7号楼和8号楼、男生宿舍楼9号楼和10号楼、宿舍楼11号楼和12号楼都需要垃圾容器数各27个，共需垃圾容器数162个。
（2）高知公寓
教知公寓约900人，
垃圾日产量：
W=
垃圾容器数：
取10个，则教知公寓需要垃圾容器数10个。
（3）图书馆
图书馆人流量约为900人，
垃圾日产量：
W=
垃圾容器数：
则图书馆需要垃圾容器数10个。
（4）教学楼
蚌埠学院每天学生上课人数大约为5000人，
垃圾日产生量：
垃圾日产生体积：
垃圾容器数：
取54个，则教学楼需要垃圾容器数54个。
（5）艺术楼、机电楼、实验楼
艺术楼学生人数约为500人，
垃圾日产生量：
垃圾日产生体积：
垃圾容器数：
则艺术楼需要垃圾容器数6个，由于艺术楼与实验楼、机电楼人流量相当，故其所需要的垃圾容器数相同，机电楼和3栋化学实验楼各需要垃圾容器6个，共需垃圾容器数30个。
（6）其他各处由于人流量较少，行政楼放6个，南北操场各放4个， 还有三个食堂各放2个，超市放2个，校医务室放2个，体育馆放4个。
垃圾桶数量总计296个如表4-1所示。
表4-1各收集点垃圾桶数量
地点
宿舍楼
教学楼
图书馆
高知公寓
体育馆
艺术楼
机电楼
实验楼
行政楼
南北操场
三个食堂
超市
医务室
学生浴室
数量
162个
54个
10个
10个
4
个
6
个
6
个
18个
6
个
8
个
6
个
2
个
2
个
2
个
4.3清运装车方法
4.3.1固定容器收集操作法
固定式容器收集作业方法[8]是指利用垃圾车在每个容器装载点装载垃圾，将容器内的垃圾倒进垃圾车内后并固定在原位，待车装满压实后运至转运站或垃圾处理厂如图4-1所示。
影响垃圾车收集的时间主要因素是垃圾装车的时间。
垃圾装车主要有两种方式：
第一种，机械操作；第二种，手工操作。
图4-1固定容器收集操作示意图
4.3.2人工装车
使用人工装车的工作方式，如果每天进行的收集行程数为已知或保持不变在这种情况下每次行程集装时间为：
每一行程能够收集垃圾的集装点数目（Np）可以由下式估算：
s-----------为卸车时间，专指垃圾收集车在终点（转运站或处理处置场）逗留时间，包括卸车及等待卸车时间，取0.2h/次；
w-----------为非生产性时间因子，即非收集时间占总时间的百分数，通常取15%；
a-----------为经验常数，取0.5h/次；
b-----------为经验常数，0.25h/km；
x-----------为往返运输距离，取2.4km/次。
n-----------为收集工人数，取3人；
tp-----------为每个集装点需要的集装时间，人·min/点。
cn-----------为每一个集装点的垃圾容器数；
Prh-----------指服务到居民家的收集点占全部垃圾集装点的百分数，%。
每次集装点数确定后，即可用下式估算收集车的容积：
Vp-----------为每一集装点收集的垃圾平均量，m/点。
每周的行程数，即收集次数：
NT-----------为集装点总数；
F-----------为每周容器收集频率，次/周。
4.4垃圾收运线路的确定
4.4.1工作日垃圾收运线路的确定
在垃圾收集运输路线设计中，根据实际情况设计合理的收集运输路线，可以在一定程度上有效地提高垃圾的收集运输水平，主要有四种收运方案[9]：
（1）每天按固定路线收运。
这是我国目前采用最多的收集工作方案。
收集垃圾工作人员每天按照之前预先设定的固定路线进行垃圾收集工作。
这种方法具有收集时间固定、路线长短可以通过工作人员和设备管理进行分析调整的特点。
缺点是人力和设备利用效率低，一旦人力和设备出现故障时，将影响正常的收集工作，当路线产生的垃圾量发生较大变化时，收集路线不能及时的做出调整，容易造成垃圾滞留。
（2）大规模路线收运，由收运人员一定时间内自行决定收集运输工作的时间、地点和路线。
这种方法的优缺点与第一种方法相似，当路线产生的垃圾量发生较大变化时，收集路线不能及时的做出调整。
（3）车辆满载法。
环卫工作人员每天收集的垃圾装入运输车内是该运输车的最大容量。
该方法的优点是减少了垃圾的运输时间，充分的利用了人力资源和设备资源，适用于各种收集方式。
缺点是不能准确预测车辆的最大负荷。
（4）工作固定时间的方法。
每天在规定的时间内收集人员进行收运工作。
这样才能充分利用相关的人力资源。
但是，由于这种方法缺乏规律性，一般工作人员很少知道当地垃圾收集的具体时间。
根据调查的基础上和向学院后勤人员询问了解，并结合蚌埠学院与垃圾处理厂之间的地理位置、垃圾预估产量等其他因素，可确定运输路线设计采用固定路线收集和车辆满载法相结合。
也就是说，垃圾收集车每天按照设定的固定路线收集垃圾，直到收集到的垃圾达到运输车的最大承载能力，然后返回垃圾处理厂，清空垃圾，再按照固定路线开始收集。
该方案根据实际情况将两种方案结合起来，更适合实际情况。
垃圾运输路线：
垃圾车从东门进入，依次经过校医务室、7-8号宿舍楼、第二食堂、5-6号宿舍楼、超市 、3-4号宿舍楼、图书馆、第一食堂、1-2号宿舍楼、学生浴室、北操场、教学楼、实验楼、机电楼、行政楼、艺术楼、9-10号宿舍楼、第三食堂、11-12号宿舍楼、体育馆、南操场、告知公寓，把垃圾收集到学校垃圾集中点，然后再从东门出去。
各区域的垃圾由清洁人员每日就近按时运送到上述各个收集点，垃圾车每天按照预设的固定好的路线进行收集，直到收集的垃圾是运输车量的最大承载量，返回垃圾处理厂，清空垃圾车再次出发按照既定路线继续收集，路线总长约2.4km。
5总结
校园的垃圾进入垃圾处理厂后，主要通过卫生填埋和无害化处理对生活垃圾进行处理。
蚌埠垃圾处埋厂采用卫生填埋和无害化处理减少了垃圾量，也不易造成大气环境污染。
在设计中，考虑到垃圾在运输过程中可能会对周围环境造成影响，所以要减少校园生活垃圾收集运输过程中的环境污染，因此在设计过程中，要充分考虑各方面的因素，结合各种具体情况，分析然后最终确定一条合理优化的垃圾收集运输路线。
在城市生活垃圾的收集运输过程中，利用反馈系统可以实现收集运输车辆和收集路线的动态分布，减少车辆资源的浪费，对今后校园生活垃圾的收集运输具有重要意义。
在生活垃圾收运系统中，科学、经济的收运关键是选择合理的收运路线。
选择合理的垃圾收集和运输路线，可以减少车辆的行驶距离，节省时间。
它可以有效地调度集输车辆，减少投入运营的车辆数量，从而降低车辆的维修成本和燃油成本。
因此，通过收运路线优化可以在很大程度上节约收集和运输成本，产生巨大的经济效益和社会效益。
学校要加强校园垃圾的管理，做好垃圾分类处理宣传，广泛宣传垃圾分类处理措施，实现绿色资源化处理。
对于校园固体垃圾的处置，是学校的运营基础，良好的校园环境对于其所服务的人口有很大影响，所以垃圾处置必须工作必须做好，给师生及其他工作人员创造良好的生活氛围。
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