垃圾分类处理与清运方案设计优秀论文.doc

承 诺 书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。我们参赛选择的题号是（从A/B/C中选择一项填写）： A 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 所属学院（请填写完整的全名）： 计算机科学与技术学院 参赛队员 (打印并签名) ：1. 2. 3. 日期： 2011 年 7 月 9 日评阅编号(教师评阅时填写)：A题：垃圾分类处理与清运方案设计摘要随着人类生活水平的提高以及城市垃圾处理事业的发展，垃圾分类处理与清运的优化问题也开始受到了大家的重视。本文以深圳南山区为例，依据人口的分布不同及地理位置的差异进行讨论，利用垃圾转运站垃圾转运量等情况统计表（南山）及南山区居民区数据20110427的相关数据，建立了深圳南山区垃圾分类处理与清运的理论性的模型。一、对于问题一在垃圾中转站规模与位置不变条件下得出： （一）大小型设备（厨余垃圾）的分布设计为了确定厨余垃圾处理中心的数量与位置。我们采用模型一的算法，首先选用集合覆盖模型求出待选处理中心位置后，然后再利用整数规划建立整个垃圾清运系统总费用现值最小模型，采用matlab进行求解，最后确定最优组合。 （二）垃圾中转站到垃圾处理中心清运路线的设计 在垃圾处理中心已经确定的基础上求解垃圾清运路线问题，类似于物流线路优化问题。我们采用模型二的算法，即运用遗传模拟退火算法进行求解。 二、对于问题二在垃圾中转站重新设计的条件下得出： （一）垃圾中转站的位置分布设计 为了确定垃圾中转站的位置，我们采用了选址-路径三层模型（LAP），并在此模型中将选址与路径当作整体对待。 （二）垃圾中转站到垃圾处理中心清运路线的设计在问题一的基础上，我们依旧采用遗传退火算法对此模型进行求解，并通过迭代计算可以得到中转站分布于最佳线路组合。关键词：集合覆盖 整数规划 matlab 遗传模拟退火算法 迭代计算1问题重述 随着人类生产和生活的不断发展，由此而产生的垃圾对生态环境及人类生存带来极大的威胁，成为重要的社会问题。城市垃圾管理包括计划、组织、行政、金融、法律和工程等多方面，并涉及到城市生活垃圾收集、运输和处置。而中国目前处置水平低，管理办法不多，更是急待解决的问题。而在深圳，对于垃圾的处理则主要是对居民垃圾的处理。不同的垃圾有不同的处理方式。居民垃圾经过分类收集与处理后主要可分为1）厨余垃圾，2）可回收垃圾，3）有害垃圾，4）其他不可回收垃圾。顾名思义，1）类和2）类垃圾可以经过处理产生经济效益，3）类和4）类只有消耗处理费用，不能产生经济效益。所有的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。其中不同处理规模的运行成本和设备成本见附录1。为了优化深圳市的垃圾分类化进程，在给定了深圳市南山区所有小区的相关资料和现有垃圾处理的数据及转运站位置的条件下，提出了以下问题：一、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。二、假设转运站允许重新设计，请为问题一的目标重新设计。2问题分析为了提高垃圾转运系统的转运效率和增加投资效益，本文要求给出转运系统的合理规划以及优化设计：问题一的分析：问题一中的给定了转运站的位置和规模，1）要给出一种合理的大小型设备分布的解决方案，即要求大小型设备的安装尽可能的少，同时能够满足每天的厨余垃圾的处理；且尽可能缩短设备与转运站的距离，以减少运输费用。2）给出清运路线，即小区垃圾已经收集到小区附近的转运站，求出从各个垃圾转运站到垃圾处理中心（即处理设备）的最优路径。问题二的分析：问题二中的垃圾转运站没有确定，为了达到问题一中最优的大小型设备和清运路线就得利用遗传退火算法，并通过迭代计算可以得到中转站分布于最佳线路组合。3基本假设1.问题一中的垃圾已经全部被运输到垃圾转运站。2.每个居民每天产生的垃圾量相同且稳定。3.对于垃圾处理中心的选址不考虑因环境地理因素的影响而造成该处不能建造垃圾处理中心。4.任意两个垃圾转运站可达的。即我们认为两点之间的最短路线有如下定义：任意两个垃圾转运站之间的最短路线为以两垃圾转运站连线为斜边的直角三角形的两直角边之和。5.任意两个垃圾点之间是可达的，即我们认为两点之间的最短路线有如下定义：任意两个垃圾点之间的最短路线为以两垃圾点连线为斜边的直角三角形的两直角边之和。 6.所有运输车辆每天都能正常工作。 7.每天产生的垃圾总量稳定。4符号说明，表示有m座垃圾收集站组成的集合；Ck表示选出的第k座垃圾中转站的中转能力；Xi表示第Z座垃圾收集站；A（K）表示筛选出的第k座垃圾中转站所覆盖的垃圾收集站的集合；B（i）表示可以覆盖第Z座垃圾收集站的中转站的集合；Wk表示是否启用第k座垃圾中转站；Uik表示第i座垃圾中转站是否被第k座垃圾中转站覆盖；T 为规划使用年限，建设期为t0年；r 为进行现值转换的贴现率；/Cik 为第i座收集站运往第k座中转站单位运输量单位距离的费用 ；Xik为第i座收集站运往第k座中转站的总运输垃圾量；Lik 为第i座收集站运往第k座中转站运输距离(km)；Dkj 为第k座中站运往第j座处理场单位运输量单位距离的费用；Ykj 为第k座中转站运往第i座处理场总运输垃圾量；Skj为第k座中转站运往第j座处理场运输距离；Fk 为规划期内待建中转站的固定投资；E 为中转站的运行成本；Qmin为中转站建设的最小控制规模；Qmax 为中转站建设的最大控制规模。对于第二个问题的模型符号说明： 式为车次k所收集垃圾的总资源含量；为点i的垃圾资源含量D(F)为各车次总资源含量的方差，方差越大，说明各车次资源含量具有明显差别，资源归类更明确为道路网络图所有顶点的集合，n为收集点数，厨余垃圾处理中心标记为0点，垃圾转运站标记为，t为总车辆数。为0-1整型规划变量，且=为i到j的距离，k为规划车次序数，m为总车次数。点i要求的收集时间，点i开始时间，为点i结束时间为提前到达收集点的惩罚因子为延迟收集完成收集作业的惩罚因子对于第三个问题的模型符号说明：Hi|i =0,1.m是停车场和一系列收集点的集合;Grlr=1,.r是一系列备选的中转站;Lp|p=1,.p对是一系列备选的处理站;SGH指停车场，所有的备选中转站和收集点的总和;Fp表示在P处建立处理站的固定成本;Fr表示在r处建立中转站的固定成本;是从收集点i 到收集点j 的平均单位距离的运输成本;是从中转站r到处理站P的平均单位距离的运输成本是中转站r到处理站P的距离; 是收集点i到收集点J的距离;是收集点i到收集点r的距离;是收集点i到处理站P的距离为收集点1的垃圾量;为收集车辆容量;为运输车辆容量;为处理站P的处理容量。5模型的建立与求解5.1.1模型一 在深圳市南山区垃圾转运站分布图上建立直角坐标系如下：南山区垃圾转运站坐标： 建立以垃圾焚烧厂为原点建立直角坐标系垃圾焚烧厂（1.00，0.00） A（8.57，1.67） B（14.26，16.54）C（17.52，20.45） D（18.84，19.45） E（22.46，18.92）F（19.87，22.46） G（18.76，24.46） H（19.37，30.22）I（15.64，32.2.） J（15.16，32.81） K（21.33，42.73）L（23.97，66.97） M（29.16，75.09） N（36.62，76.99）O（30.67，71.57） P（34.24，33.60） Q（40.98，56.17）R（40.40，52.44） S（36.75，51.83） T（34.98，45.43）U（41.86，41.12） V（28.31，38.21） W（33.42，38.36）X（26.01，32.68） Y（36.94，29.69） Z（44.00