当前世界环境

介绍

废物管理是一个全球性的环境问题，是当今世界的一个非常重要的问题。由于废物管理不当使居民处于危险之中，城市废物管理目前正受到发达国家和发展中国家市政当局的更多注意，因为它影响公众对环境的关注^{1, 2 - 3}在没有适当的隔离的情况下是相当大量的废物处理，这导致经济和环境问题。家庭废物的收集和运输是浪费管理中最重要的因素之一，因此代表预算的主要部分。因此，对于持久的管理是必要的，以减少对环境的影响，另一方面，以最小化收集和运输的成本。为此目的，必须具有可靠的元素来优化收集电路，这在这种类型的管理中表现出最常见的困难⁴．

在这方面，地理信息系统(GIS)的发明提供了一个高度创新的建模选项，允许决策者调查或设计广泛的废物管理相关问题。事实上，GIS技术与固体废物管理的集成已被认为是实现固体废物管理规划过程自动化和更好管理的最有前途的方法之一^{5 - 6}.利用空间建模技术和GIS提供的新工具优化垃圾收集和运输，通过减少旅行时间、距离、燃料消耗和污染物排放，可以提供巨大的经济和环境节约^{7, 8, 9, 10, 11, 12}．

在这方面，一些工作将GIS应用于车辆交通的一般研究(Ericsson et al.， 2006;Taylor等人，2000年)^{13 - 14日}或废物收集，集装箱存放点和车辆路线(Apaydin和Gönüllü， 2008¹⁵；Ghose等人，2006年¹⁶；Jovičićal.， 2011¹⁷；Karamidas等人，2008年⁵；拉克苏米等人，2006年¹⁸；Tarantilis等人，2004年¹⁹；塔瓦雷斯等人，2009年¹²；Teixeira et al.， 2014;^20.Zamorano等人，2009年²¹；Zsigraiova等人，2009,2013^{月22日至23日}）.车辆路径问题是一个常见的问题:每辆车必须在研究区域内行驶并访问所有的垃圾箱，以一种最小化总旅行成本的方式:通常是距离或时间，但也包括燃料消耗、二氧化碳排放等(Chalkias和Lasaridi, 2011年²⁴）.

就突尼斯而言，垃圾收集和运输支出占固体废物管理总预算的75%，其中大部分用于工资和燃料。但是，值得注意的是，目前的收集过程总是以一种不分青红皂白和不合理的方式进行，在斯法克斯市的管辖权方面，这种方式很有魄力。事实上，家庭垃圾收集车通常被分配到多个地区，没有经过认真的需求分析研究，路线由卡车司机自己决定。这种状况往往导致固体废物收集成本高得惊人。

本研究的目的是在垃圾综合管理中，从距离和时间上优化生活垃圾收集路线。利用ArcGIS软件中的网络分析工具箱对垃圾收集的最佳路线进行评价。

材料和方法

案例研究区域和收集系统的现状

El Bousten地区占地325英亩，居民15707人，被选为当前工作的案例研究。El Bousten区是Sfax社区最重要的区之一，包括7个区:El Medina, Sidi Mansour, Sfax Nord, Errbadh, Merkez Chaker, Cite El Habib和El Bousten (图1）.它实际上是一个非常有代表性的区域，因为它涵盖了大量的住宅楼，办公室，商店和餐厅，以及一个教职和学生宿舍。Mohamed Ben Saad的私营公司负责每年收集和运输7000吨生活垃圾和垃圾，即每人1.25公斤。产生的固体废物由2辆16米的压实车运输^3.载重量可与2台5米的拖拉机一起使用^3.可在距仓库17公里的中转站进行处置。

收集定时程序每天从上午9点到下午3点执行，垃圾收集是手动和机械进行的。El Bousten地区相关的托收运输成本为41 TND/t。

图1:El Bousten地区作为研究区域的位置 点击这里查看图

根据经验，为了便于操作程序，该地区被划分为三个部门，每周七天进行频繁的收集和运输。

本研究的研究区域为第1区，研究区域约0.75公里²根据2012年收集车的称重表显示，北京的人口超过了8841人，每天的垃圾产生率约为10,300吨。实际的垃圾收集过程是在街道和家庭住宅层面进行的，使用压实车和两辆手推手推车。在这个部门，废物收集完全分配给车辆司机，造成了巨大的损失，记录的时间和距离，因此增加了运营成本。研究人员进行的几项研究很好地表明，把路线留给卡车司机的经验，并不一定意味着他们实际上在追求最佳路线。目前，私营公司应用的系统似乎是不准确的临时拼凑、不科学、过时和低效的。由于固体废物随处乱扔，私营公司似乎没有足够的措施来有效处理日益严重的固体废物管理问题。事实上，在选定的源头地点，并没有作出任何努力来储存废物，更没有对垃圾桶的容量和放置进行规范，导致一些垃圾桶/坑剩余溢出。鉴于在现有的废物管理中观察到的这些明显的缺陷，一种与适当的家庭废物收集和运输程序有关的特别方法似乎是根据地理信息系统模型设计的程序实施的。

方法

基于GIS的采集系统优化方法是实现空间数据导入、管理和分析的有效手段。

本研究的方法论包括三个主要阶段，即(图2):

• 数据收集
• 空间数据库开发
• GIS分析:ArcGIS NA
  

图2:家庭GIS分析流程图 点击这里查看图

数据收集

与斯法克斯市和nomena实地调查合作，以适当的形式(矢量、表格和栅格)收集和处理了以下数据:研究区域的划定;市土地利用详细规划;人口分布和密度;卫星图像(谷歌Earth);道路网络;道路信息(交通、限制和标志)。通过GPS(全球定位系统)跟踪收集路线，提取所有相关数据和事实:收集点的坐标，从停车场(起点/线路末端)和垃圾填埋场;车辆的容量及用于收集的车辆号码和容量;每辆车的路线，工人人数，现场垃圾情况，集装箱和垃圾箱状况，出发前和收集时间后的里程表读数。某些背景空间数据取自斯法克斯市。 It concerns road network, existing routes, bins and building parcels. All data are restructured with field work as well as non spatial data for instance road name, road type, vehicle average speed, travel time, road slope, bin number, bin type/capacity, bin collection time are added . The collected information is then stored in a spatial database.

空间数据库开发

利用ArcGIS (ESRI) GIS环境构建了地理数据库。空间数据库(SDB)的主要来源是城市发展规划、ArcGis10.1数字化地图、卫星图像(谷歌Earth)、市政和统计服务数据、来自实地工作和文献数据的数据以及负责垃圾收集服务的公司。这些数据经大地校正进入朗伯二次曲线拟合投影系统．数据库建立后，在ArcGIS上应用Network Analyst (NA)工具进行优化模型。

GIS分析:ArcGIS NA

本研究使用ESRI ArcGIS的Network Analyst扩展来推荐路线的优化。它是一个强大的扩展，有助于提供基于网络的空间处理，包括路由、旅行方向、最近的设施和服务区域分析。网络分析师扩展允许用户代表真实的网络条件，并解决车辆路径问题，包括转弯限制、速度限制、海拔限制和旅行条件。

能够帮助找到最短的路线通过所有容器的废物收集，而只是显示它们的位置。在设置了停车点后，就产生了最优的固体废物收集路线。要访问的中断序列是通过网络分析程序定义的。它包括一个成本降低选项(阻抗)，在计算最佳路线时导出。因此，通过用户自行选择行程，可以确定具有最短线路的最优路径，从而成本最小。就目前的工作设想，使用网络分析师来定义一个最优路径适合的废物收集过程是产生对研究领域的主题。

结果与讨论

在本文中，我们使用了上述方法，目的是检查Sfax市管辖范围内的家庭垃圾收集方法。

实际上，在这一层面上，我们正在考虑两项不同的工作或程序，即重新分配垃圾箱，以及利用几乎建议的垃圾箱地点进行最佳路线分析。

重新分配家庭收集箱

根据雕塑的情况，El Bousten区1区共放置了28个收集箱，容量为360升，没有按照标准分配这些箱。为进一步完善病区现有的垃圾收集系统，对垃圾收集容器及其服务区域的不足进行了重新思考。每个托盘溢出需要添加一个额外的托盘。

我们按照以下标准在研究部门重新分配这些垃圾桶:

• 在打开的转储持久化的地方分配容器
• 在现有垃圾桶的位置旁边安装新的垃圾桶
• 允许安装几个箱每一个单一的交叉。

在一个阶段中，根据部门1每天和每周产生的废物量评估了需要放置的垃圾桶的基本数量，并建议用770 l容量的大垃圾桶替代小垃圾桶。这个过程由式(1)给出如下:

在那里,

N =箱数

W =每天产生的垃圾总量，单位为Kg

D =生活垃圾平均密度(Kg m−)^3.

S =以m为单位的仓库容量^3.

F1 =装仓系数(本研究考虑为80%)

CF =采集频率

因此，考虑到平均废物密度为0.4 t/m，需要18个额外的箱作为解决方案，以吸收过度溢出的箱^3.和0.77^3.容量的容器中。已经注意到，大多数电路容器的体积为0.36米^3.而较小的部分是由体积较小的0.75米的容器形成的^3.这个数字被认为是足够的，建议将容器放置在可能服务于所有人口的地点。垃圾箱的再分配是根据它们与住所的距离来进行的，目的是增加垃圾箱的数量。因此，距离居民区最远的距离不会超过125米。第1部分的总面积由46个75万个垃圾箱覆盖^3.．图3强调了整个行业的垃圾桶的重新分配。

图3:废物收集箱的重新分配 点击这里查看图

最优路由

随着垃圾桶的重新分配，我们继续优化收集车的路线。图4显示了建议的收集点和可能的最短路径。

图4:重新分配垃圾箱后的优化路线 点击这里查看图

将软件优化后的路线与现有路线进行比较。

比较结果见表1。由表1可知，最优路线是收集车可以行驶的8.9 km，而目前行驶的路程是12 km。这是对当前路由的25.83%的改进。这一进展在最优路径旅行时间量方面表现得尤为明显。路线总旅行时间是由收集车辆花费的时间加上垃圾箱的收集时间来计算的。与最优路线相关的全局时间为211分钟，以先前进行的现有路线相关的269分钟替代(即总收集时间增加21.5%)。

考虑到汽油消耗和污染物排放与收集时间跨度密切相关的事实，选择一个方便合适的行程路径肯定会产生大量的燃料收益和排放减少。此外，在拟议的方案中，废物收集已被证明是完全机械化的，因此无需使用推着手推车的收集者。这一程序可能会为市政当局带来额外的经济收益，并有助于改善工人的健康和保护环境。这为工人提供了良好的垃圾处理过程的其他任务，如街道清洁。因此，本研究也能够对目前正在进行的采集路线提供更大的视野、洞见和修复范围。通过这种方式，本模型研究提供的优化尝试肯定会对当地的废物管理有很大的帮助，并为他们提供一个宝贵的机会，在合适的时间范围内修复可能修复的东西。

表1:当前路由与优化后的路由比较

承认

作者衷心感谢斯法克斯市的环境和清洁部门，感谢他们的帮助和宝贵的合作，以及在提供帮助数据和后勤支持，特别是在实地工作期间。

参考

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