a题王德超王少东王帅

《a题王德超王少东王帅》由会员分享，可在线阅读，更多相关《a题王德超王少东王帅（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、- 1 -垃圾分类处理与清运方案设计垃圾分类处理与清运方案设计承承 诺诺 书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/D 中选择一项填写）：

2、A我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：所属学校（请填写完整的全名）： 吉林建筑工程学院参赛队员 (打印并签名) ：1. 王德超2. 王少东3. 王帅指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 李刚健日期： 2011 年 5 月 5 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：- 2 -垃圾分类处理与清运方案设计垃圾分类处理与清运方案设计编编 号号 专专 用用 页页赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）：评 阅 人评 分备 注全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：垃圾分类处理与清运方案设计-

3、3 -摘要本文首先采用了逆向物流的分析方法；然后对城市生活垃圾的四大主要成分 和处理技术进行了详细研究。城市生活垃圾产生量是网络规划的关键参数。 第一问针对生活垃圾的四大成分的回收，构建了一个三层结构的回收网络， 将混合整数规划模型用于回收网络定位和优化的分析。该模型优化回收站和综合 处理厂的地址和数量，垃圾产生点的分配以及中转站处理能力（设备数量及分布） 和运输问题。最后用算例证明了模型的有效性。此外，从系统研究的角度出发， 同时研究垃圾回收中转站的选址和垃圾运输路线的安排，建立了一个基于双层规 划的选址路径模型。模型上层为选址问题，下层为路径问题。 针对第二问，上层随机选择一定数目的中转站

4、候选点（假设选择了 k 个中 转站候选点） ，下层根据上层给出的中转站候选点的位置进行路径优化，当数目 为 k 的所有中转站组合都进行一遍路径优化后，上层根据下层路径优化的结果 城市生活垃圾选址路径模型及算例确定 k 个能使网络运行收益最高环保效 果最好的候选点的位置。k 的取值从 1 开始直至候选点的总数，模型比较 k 在 取不同值时得到的最高网络运行收益确定最终建立的中转站数目、位置和回收路 径，目标是使系统经济效益最高。该模型将中转站的定位与车辆调度结合起来讨 论,从物流理论分析，垃圾收运系统是一种特殊的物流系统垃圾物流系统， 其特殊主要体现在两个方面：一是对象为特殊的流体垃圾 ；二是具

5、有特殊 的系统管理目标，把实现经济效益最大化定为主要目标，而垃圾物流的目标则具 有多重性，既追求环境效益及社会效益最大化，同时又兼顾经济效益针对城市生 活垃圾主体居民生活四类垃圾各特点设计一个回收网络模型，该回收网络涵 盖分类收集中转站综合处理厂三个环节，已运行费用最低为目标，决定中转 站及综合处理厂的最有数量和位置。第一层为垃圾收集源头，第二层为中转站， 第三层为垃圾填埋场和焚烧厂。 问题一及问题二都应用混合整数规划模型（包含了整数、0/1 和线性 3 种 类型的决策变量）处理，求解出最优结果。关键词：路径模型 混合整数规划 逆向物流 优化一、问题重述垃圾分类化收集与处理是有利于减少垃圾的产

6、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。在发达国家普遍实现了垃圾分类化，随着国民经济发展与城市化进程加快，我国大城市的垃圾分类化已经提到日程上来。2010 年 5 月国家发改委、住房和城乡建设部、环境保护部、农业部联合印发了关- 4 -于组织开展城市餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点工作的通知 ，并且在北京、上海、重庆和深圳取得一定成果，但是许多问题仍然是垃圾分类化进程中需要深入研究的。在深圳，垃圾分为四类：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。其中对于居民垃圾，基本的分类处理流程如下：在垃圾分类收集与处理中，不同类的垃圾有不同的

7、处理方式，简述如下：1.橱余垃圾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。不同处理规模的设备成本和运行成本（分大型和小型）2.可回收垃圾可回收垃圾将收集后分类再利用。3.有害垃圾有害垃圾，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。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- 5 -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

8、实现做一些研究，具体的研究目标是：1） 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。2） 假设转运站允许重新设计，请为问题 1）的目标重新设计。二、问题分析问题一是在转运站规模与位置不变的情况下求出大、小型设备的分布设计，同时 在此条件下给出清运路线具体方案，网络的物流结构如下：从中转站派车收集垃圾， 将收集的垃圾运送到中转站处理，最后将不可回收垃圾和有害垃圾运往焚烧厂和填埋 场。本模型中两处理场和收集点的地理位置已经确定，解决设置多少处理设备，在哪 里设置，以及运输车辆按怎样

9、的路线行驶，才能使整个系统的固定投资和运行成本最 低的问题。 图一：所以首先应从垃圾源的位置以及日产垃圾量入手，求出各转运站每日应该处理的垃圾 量，以及垃圾源到转运站的路径运行成本，从而确定大小设备的数量及分布。问题二 则是在转运站允许重新设计的前提下，为问题一的目标重新确定转运站的分布以及设 备数量和分布，通过路径模型和混合整数规划模型的处理，最终达到整个系统经济效 益和环保效果最优的目的。三三、模型假设及参数确定- 6 -1、问题一模型的前提假设： 本数学模型作如下假设： 各收集点位置确定； 建有一个综合处理厂，且位置确定； 模型中涉及到的各节点间存在最短路经，且短期内不会出现较大变动；

10、不考虑运输车辆的容量问题，假设车辆离开中转站后能一次服务完所 有收集点，然后再返回中转站； 单位运输成本及处理成本已知； 各中转站候选点的固定费用已知。 （1）基本参数U:中转站和所有垃圾源的集合；： 所有收集点位置的集合；nU12 ,nu uu为所有中转站候选点的集合；cU12,nnn muuu：从点到点的行驶距离ijdiuju ：中转站 i 的固定成本 iC：在收集路径上单位距离运输成本1C（2）决策变量：关于中转站的 0-1 变量，当在 k 处建立中转站时为 1，否则为 0kT:0-1 变量，当 u 的废弃物被运到中转站 i 时为 1 ，否则为ijW:0-1 变量，当 u 由中转站 k

11、服务时为 1，否则为 0kiY:0-1 变量，当中转站 k 派出的车辆由移动到时为 1，否则为 0 ， ；ijkXiuju2、问题二模型的前提假设： 为了建立数学模型，本文作出以下假定： 将居民区划分为不同的簇，选取具有代表性的地理坐标； 从垃圾源头到中转站、从中转站到综合处理厂存在最短路经，且短期内 不会出现较大变动； 单位运输成本、处理成本已知； 中转站和综合处理厂的固定成本已知，且随地点和处理规模不同而不同； （1）基本参数Q : 居民区日产垃圾量，；1QiQnqQH : 可回收垃圾日产量， 1HhHnhHR:橱余垃圾量， ；1RrRnrR：橱余垃圾以外的垃圾所占比例；- 7 -：可回收

12、垃圾所占比例； ：居民垃圾中可回收垃圾以外的垃圾所占比例；: 第 i 个中转站的固定费用iC: 第 j 个焚烧厂和填埋场的固定费用jG: 从居民区 q 到 中转站 i 的 距离(,)qidridhidC:从垃圾源到中转站的单位距离单位垃圾的运输费用；:运送有害垃圾到综合处理厂单位距离单位质量的费用1C:从中转站运送垃圾到综合处理厂单位距离单位质量的费用2C:运送餐厨垃圾到综合处理厂单位距离单位质量的费用3CC ：中转站 i 处理居民垃圾的单位费用iTC：中转站 i 处理橱余垃圾的单位费用 iTMAX :第 i 个中转站的最大处理量iTMAX :第 j 个综合处理厂的最大处理量jZ :最低设备利

13、用率 （2）决策变量：关于中转站的 0-1 变量，当在 处建立中转站时为 1，否则为 0iT：关于综合处理厂的 0-1 变量，当在 j 处建立综合处理厂时为 1，否则为 0；jZ 从居民区 q 运送到中转站 i 的 垃圾量（,） ；qiXriXhiX 从中转站 i 运送到综合处理厂 j 的 垃圾量（,） ；ijXriXhiX:0-1 变量，如果居民区 q 由 中转站 i 服 务为 1，否则为 0（）qiYriYhiYhjYrjYijY四、模型的建立及求解 1、问题一数学模型： 设：设备及运输成本最小值为 P,所得的总经济效益为 W，其中橱余处理获得经济 效益为 Q，可回收效益为 R，则 W=Q

14、+R-P。 其中：P= （1-1） 1 1111mmnikijiijk kkijMINT Cd X C- 8 -（1-2） 10mi iTm （1-3） 11,(1,2,)mki kYim （1-4） （1-5） 1,(1,2,)jijkki jXYim （1-6） 1()1,(1,2, )nkik iY Tkn（1-7）,(1,2,)kkZTkm目标函数式（1-1）是中转站的固定投资及运输费用之和。约束式（1-2）保证选 定的中转站数目大于 0，且小于 m；约束式（1-3）式（1-5）表明每个收集点必须 被访问且只能访问一次；约束式（1-6）保证流进每个中转站的垃圾量等于流出量；约 束式（1

15、-7）证了选中的每个中转站至少向一个收集点提供服务； 表一，二，三，四的数据给出了各中转站到辖区收集点的各种已知单位费用以及 垃圾种类，各类垃圾的单位价格，以及中转站到综合处理场之间的距离，表五（附录） 通过对坐标的计算可求出各收集点到中转站的距离。表一：主要车辆的数目，载重，以及运作所需费用 车辆种类车辆载重百公里耗油量 （L）燃油类型燃油价格车辆数量司机薪酬拖车10 吨25-30柴油7.12 元/升16 辆3500 元/ 月 汽车2.5 吨20-3570#汽油4.12 元/升60 辆3500 元/ 月 注：以上燃油价格根据最新燃油价格获得，70#汽油已经不再生产，价格是在网上查询 的曾经的价格。表二：垃圾分类详情表三：可回收垃圾种类与价格 垃圾类型纸 类 塑 料玻 璃金 属 所占比例55% 35% 6% 4% 价格（单位：元/公斤）1 2.5 0.5 2.5垃圾类型厨余垃圾可回收垃圾有害垃圾其他不可回收垃圾 所占比例40%20% 10% 30%1,(1,2,)iijkkj iXYjm- 9 -表四：转转站候选点坐标及日处理量，设备数量 坐 标 中转站候选点 X（cm）（cm）日处理量 （kg）中转站设备的 设置数量T114.322.323457.5148 T212.924.137988.1156 T330.341.55470.89 T429.838.752997.8985