Повышение эффективности системы двухэтапной транспортировки: на примере управления твердыми муниципальными отходами

Аннотация

А.А. Дроздов, В. П. Миронюк, В. Ю. Цыплаков

Представлена модель повышения эффективности сформированной системы перевозки муниципальных отходов. Обоснована необходимость в проведении моделирования и мероприятий, связанных с перестройкой системы, из-за возможного увеличения суммарных расходов при смещении позиций перегрузочных станций относительно оптимальных точек в силу местных условий территории муниципального образования.

Ключевые слова: твердые муниципальные отходы, технологический процесс перевозки, двухэтапное транспортирование

05.22.01 - Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте

Основной функцией мусороперегрузочной станции (далее МПС) является обеспечение смешанного автомобильного сообщения. МПС, как элемент транспортно-логистической системы перемещения ТМО, является промежуточным пунктом в логистическом канале продвижения потоков ТМО от пунктов зарождения/сбора (мусоросборные площадки) до пунктов поглощения/ликвидации (мусороперерабатывающие предприятия, пункты приема вторсырья, полигоны захоронения ТБО, свалки) потоков [1]. Поэтому вышеуказанные пункты, как элементы транспортно-логистической системы перемещения ТМО, должны быть включены в общую процедуру формирования этой системы исходя из принципов «интеграции отдельных звеньев логистической цепи в единую систему, обеспечения эффективного взаимодействия и согласованности построения и функционирования всех элементов логистической системы» [2].

Согласно материалам проекта Европейского Сообщества INTERREG IIIA (International Regeneration) самую существенную долю в общей структуре затрат на удаление отходов составляют транспортные затраты и составляют от 20 до 35% от общих расходов на обращение [3].

Повышение экономической эффективности системы двухэтапного транспортирования ТМО (далее ДЭТ) предлагается осуществлять путем пошагового добавления или вычитания перегрузочных станций до нахождения варианта с минимальным значением целевой функции. Добавление МПС осуществляется методом простого перебора поиска экстремума целевой функции [4], вычитание – методом полного перебора всех возможных сочетаний при поиске экстремума целевой функции.

В связи со сложностью задачи алгоритм повышения эффективности системы предлагается описать словесно-формульным способом [5].

Описание алгоритма:

А) Добавление МПС

При добавлении МПС систему с одной новой МПС будем называть «после добавления МПС», а систему, сформированную на предыдущем шаге – «до добавления МПС».

1.  Выполняется расчет затрат в системе «до добавления МПС».

Целевая функция задачи:

        (1)

ограничения:

            (2)

2.  Добавляется одна МПС. Эта МПС будет иметь номер d. Параметры объемов перевозок ТМО между соответствующими пунктами – Q_id^a, Q_dk^b (м³/мес.). Аналогично:

;            (3)

;             (4)

где X_d, Y_d – координаты МПС;

Необходимо определить координаты d-й МПС при условии минимума суммарных затрат на продвижение потоков ТМО.

Целевая функция такой задачи записывается в виде [6]:

        (5)

при ограничениях

                (6)

Задача (5)–(6) может быть решена численно для каждого значения m.

3.  Сравниваются затраты в системах «до добавления МПС» (C’_m ) и «после добавления МПС» (C_m + 1). Если C’_m не больше чем C_m + 1, то осуществляется переход к вычитанию МПС из системы (шаги 8–12).

4.  Иначе производится корректировка местоположения d-й МПС по методике блока № 2.

5.  В (1), (2) вычисляются затраты C’_m + 1 в системе «после добавления МПС».

6.  Сравниваются затраты в системах «до добавления МПС» (C’_m) и «после добавления МПС» (C’_m + 1). Если затраты  C’_m не больше затрат C’_m + 1, то значению затрат C’_m присваивается значение затрат C’_m + 1. В систему вновь добавляется одна станция и процедура проходит новый цикл (1)–(6).

7.  Иначе вариант системы «до добавления МПС» объявляется оптимальным, C* = C’_m,  m* = m

Примечание: если принято решение о добавлении станции, то пропускная способность станций в уже сформированной системе (после реализации второго блока) должна быть уменьшена на величину разности пропускных способностей «до добавления МПС» и «после добавления МПС» ΔW_j^d:

ΔW_j^d = W_j – W_j⁽¹⁾,               (7)

где W_j – пропускная способность j-й МПС «до добавления МПС», j = 1, …, m;   – пропускная способность j-й МПС «после добавления МПС», j = 1, …, m.

Вычитание МПС.

При вычитании МПС систему без одной МПС будем называть «после вычитания МПС», а систему на предыдущем шаге – «до вычитания МПС».

8.  Из системы вычитается одна МПС и вычисляются затраты C_m^e (e – номер МПС, которая вычитается из системы, e = 1, …, m) всех возможных сочетаний МПС в наборе из m – 1, выбранного из m МПС.

Целевая функция задачи записывается в виде:

    (8)

при ограничениях

          (9)

Примечания:

а)  задача (8), (9) может быть решена численно для каждого значения m;

б)  значения расстояний , определяются по фактической дорожной сети;

в)  из всех значений модели (8), (9), рассчитанной по всем возможным сочетаниям «после вычитания МПС», выбирается самое минимальное. Это значение будет опорным для последующих шагов вычисления алгоритма

9.  Сравниваются затраты в системах «до вычитания МПС» (C’_m) и «после вычитания МПС» (C_m^e). Если C’_m не больше C_m^e, то система «до вычитания МПС» объявляется оптимальной. C* = C’_m,  m* = m.

10.  Иначе вычисляются разности пропускных способностей каждой перегрузочной станции сети ΔW_j⁰, j = 1, …, m,  j ≠ e. От пропускной способности j-й станции «после вычитания МПС» вычитается пропускная способность j-й станции «до вычитания МПС»:

ΔW_j⁰ = W_j⁽²⁾ – W_j;             (10)

где W_j⁽²⁾ – пропускная способность j-й МПС «после вычитания МПС», j = 1, …, m,  j ≠ e; W_j – пропускная способность j-й МПС «до вычитания МПС», j = 1, …, m.

11.  Если есть возможность увеличить производительность каждой перегрузочной станции на величину ΔW_j⁰ соответственно, то значению затрат в системе «до вычитания МПС» (C’_m) присваивается значение затрат «после вычитания МПС» (C_m^e), из сети отнимается одна МПС и процедура проходит новый цикл (8)–(11).

12.  Иначе сеть «до вычитания МПС» объявляется оптимальной. C* = C’_m,  m* = m.

Система двухэтапного транспортирования является одним из звеньев процесса повышения эффективности ликвидации твердых муниципальных отходов, управление которыми остается злободневной проблемой муниципальных хозяйств. Элементами данной системы являются: пункты сбора, пункты ликвидации, специализированные транспортные средства и потоки отходов, а самыми основными элементами, без которых невозможного организовать двухэтапный процесс транспортирования отходов – пункты перегрузки твердых муниципальных отходов с одного подвижного состава на другой (МПС).

Разработана модель повышения эффективности сформированной системы. Необходимость в проведении моделирования и мероприятий, связанных с перестройкой системы, связана с возможным увеличением суммарных расходов при смещении позиций перегрузочных станций относительно оптимальных точек в силу местных условий территории муниципального образования.

Литература

1. Кочерга В. Г., Поздняков М. Н. Современные подходы к разработке комплексных схем организации дорожного движения // Транспорт Российской Федерации//СПб. - №1, 2011. – с. 28-33.

2. Транспортная логистика / Под общей редакцией Л.Б. Миротина. – М.: Издательство «Экзамен», 2002. – 512 с.

3. Управление твердыми бытовыми отходами. Проект Европейского Сообщества INTERREG IIIA «Кооперация в совместном создании системы управления отходами в Псковской области», 2008.

4. Гайдаев В. С., Семчугова Е.Ю.  Логистическая оценка доступности объектов для маломобильных групп населения / Вестник Тихоокеанского государственного университета. – № 1 (24). – 2012. –  С 83-90.

5. Семчугова Е. Ю., Солонская И.Г., Гайдаев В.С Логистическое обеспечение транспортной подвижности пассажиров  с  ограниченными возможностями здоровья // Известия Ростовского государственного строительного университета. – №14. – Ростов н/Д: Рост. гос. стоит. ун-т, 2010. –  С 75-83.

6. Кочерга В. Г., Семчугова Е. Ю., Гайдаев В. С. Логистическая система управления транспортным обеспечением маломобильных групп населения / Безопасность движения в олимпийском Сочи: Материалы Российско-Германской научно-практической конференции в рамках программы «Российско-Германский Год Науки» // Сочинский филиал МАДИ. – Сочи, 2011. –  С 54-56.