基于Arcgis垃圾收運線路優化研究

【摘" " 要】：為了優化城市垃圾收運線路，以某市轄區為試驗區，基于Arcgis軟件平臺，模擬垃圾收運線路數據，利用軟件網絡分析中的車輛配送（VRP）分析工具，建立試驗區可視化的運輸體系和較為優化的收運線路模型。模擬結果提高了垃圾收運效率、控制了運行成本。

【關鍵詞】：城市垃圾；收運線路；地理信息數據

【中圖分類號】：TU993.3 【文獻標志碼】：C 【文章編號】：1008-3197（2024）02-75-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.02.018

Research on Optimization of Garbage Collection and Transportation"Routes Based on Arcgis

LIU Ming， LI Zhenzhong

（Tianjin Urban Planning and Design Institute Co. Ltd.， Tianjin 300191，China）

【Abstract】：In order to optimize the collection and transportation line of urban waste， this article takes a city area as the experimental area， simulates garbage collection and transportation route， and uses the Vehicle Distribution （VRP） analysis tool to establish a visualized transportation system. The simulation results optimizes the efficiency of garbage collection and transportation and controls the cost.

【Key words】：urban garbage; collection and transportation routes; geographic information data

城市生活垃圾的收運和處理已成為城市環境治理的重中之重，其管理和運行過程中所需費用在地方財政支出占比逐年增加，而垃圾收運系統建設和運行費用占到垃圾處理總費用的50%左右；因此，開展優化垃圾收運線路具有很重要的現實意義。目前對垃圾收集與運輸路線的優化研究多注重理論方法和模型的構建，王芳芳等［1］在參考國內外大量文獻后應用污染損失理論提出城市生活垃圾收集與運輸路線優化的研究路線和方法，陳海濱等［2］基于節約法對村鎮生活垃圾收運線路提出了優化方案；而對于如何運用理論實現生成優化線路缺乏較為系統完善的操作方法闡述和說明。本文基于Arcgis軟件平臺，建立可視化的運輸體系和較為優化的收運線路模型。

1 試驗區現狀

試驗區面積約10 km2，下轄6個街道，常住人口超過40萬人，是集居家、商住、餐飲、娛樂、旅游為一體的、發展較為成熟的轄區，日常垃圾產生量較大。垃圾收運主要是以街道為單位，將垃圾裝袋后投送至垃圾桶內，由市政保潔人員用人力或電動三輪車收集運送至附近的垃圾臨時集中收集點；再由機動垃圾收運車集運至垃圾處理廠。目前區內設置垃圾臨時集中收集點超過600個，部署垃圾收運車20余輛，垃圾車收集線路40多條。

2 Arcgis網絡分析車輛配送

2.1 模塊功能及算法

Arcgis網絡分析模塊可以解決一般的網絡分析問題［3］，例如查找穿過多點位的最佳路線；查找最近的急救車輛或設施點；識別某一位置周圍的服務區；使用一支車隊為一組訂單提供服務；或選擇要設立或關閉的最佳設施點等；其中，車輛配送（VRP）是常用的功能之一，主要是解決車輛路徑優化問題，協助車隊調度員做出有關車輛配送和調度的決策。

車輛配送（VRP）問題的目標是通過遵循所有時間限制并使每個路線的整體運營和投資成本降至最低，為客戶提供一個高水準的服務，即在滿足車隊時間整體安排、司機正常休息、車輛行駛速度、客戶服務時間要求的多項限制條件下設計出線路。VRP主要通過分析網絡上各點距離，搜索得出給定點間最少耗費的解決方案。設n為城市數；dij為城市i與城市j間的距離；xij=0或1（1表示選擇由城市i到城市j，0表示未選擇該路徑）。則有

min[i≠jdijxij]

[j=1nxij=1， i=1，2，……，n]，（每個點只有一條邊出去）

[i=1nxij=1， j=1，2，……，n]（每個點只有一條邊進去）

[i，j∈Sxij≤S-1，2≤S≤n-1，S?1，2，……，n]

（除起點和終點外，各邊不構成圈）

[xij∈0，1，i，j=1，2，……n，i≠j]

針對上述復雜的求解過程，Arcgis集成了空間分析和優化配送調度模型計算和設計，能夠最有效的實現最優路徑的基本操作，同時積極的擴展了網絡分析，有效的實現路徑優化設計，為實現車輛配送最優解提供最佳的實現功能。

2.2 求解方法

線路優化求解前，需要收集道路路網（包括道路位置、長度、車輛行駛限制速度）、垃圾集中收集點位（包括具體點位、垃圾量、點位所需的收集服務時間、垃圾收運的時間段）、收運卡車停車場和垃圾處理廠點位（包括具體點位、工作時間段）、收運卡車和駕駛員資料（包括卡車荷載數據、工作時間、休息時間）等數據，用于設置道路行駛方向、交叉口和行駛速度等約束條件；然后利用VRP模塊［4～5］正式開展垃圾收運線路優化求解。

從自定義菜單下的擴展模塊中添加網絡分析工具條，為便于下一步操作，打開網絡分析數據窗口按鈕，用于添加分析數據，查看求解結果。VRP沒有專門針對垃圾收運線路的求解功能；因此要進行相關的參數設置，具體實現過程如下：

1）針對線路優化建立線路模型，構建符合實際的網絡數據分析集；

2）針對垃圾集中收集點的參數定義，應將停靠點對應垃圾集中收集點，為確保收運線路更加科學合理，積極避開試驗區早晚車流高峰，避免造成交通擁堵，垃圾收運工作時間分為5：00—7：00、13：00—15：00兩個時段；根據垃圾收運車輛載重要求，在模型中定義每一處垃圾收集點的垃圾量，按照垃圾收集點標準垃圾收集桶數量進行估算或按照實際調研數據確定；根據實際情況對收運車輛停放位置進行設置，既可以將車輛出發和停發點設置為同一地點，也設置成不同，；車輛停放地點的工作時間按照實際開始工作時間進行設置；車輛載重根據具體的收運車輛荷載進行定義；

3）在求解過程中，模型分析的一個重要參數是關于“收集點數”的設置，數量設置越多，表示需要完成的收集點數越多，工作量也就越大。不同收集點數對應所需的車輛數量見圖1。

收集點數越多，求解出的車輛數量越少。收集點數參數設置為110時，車輛數量基本穩定，不再發生變化。本研究將收集點數可以暫設置為140個。

2.3 求解結論與分析

整個試驗區的垃圾收集共計需要6輛載重為5 t的卡車來完成，整個收運過程行駛里程總計132.779 km。試驗區垃圾收集目前在用的收運卡車共計20余輛。進行線路優化后，試驗區所需的收運卡車車輛數降至6輛，優化后垃圾收運所需的車輛明顯降低；并且通過線路優化模擬，可以清晰的掌握和獲取每一輛收運車輛收集的垃圾集中點位、點數以及具體的行車路線。

在實際的求解過程中，可以根據垃圾收運的實際情況，將垃圾轉運站定義為VRP功能的“貨物補給點”，進行參數設置，這樣可以在車輛載重明確的情況下，適當的增加收運車輛的行駛里程，更加符合實際；同時，VRP還可以進行“點障礙、線障礙和面障礙”、“按照區域配送”及“特殊要求”等參數設置，以便更加科學合理的模擬求解出優化路徑。

3 結語

本文以某市轄區作為試驗區，針對轄區內現行收運模式下垃圾收集點和收集線路進行數據全面分析，對線路進行整體的優化設計，與現行的垃圾收運路線相比，有效縮短了收運車輛里程和所需的車輛數。同時，求解結果還詳細的反映垃圾收運階段各個收運車輛的行駛路線、單次往返距離、單次往返時間和車輛的行駛總距離、總時間、收運量以及途徑的站點等信息；通過使用Arcgis網絡分析功能可完善和提升垃圾收運車輛調度和控制運行成本。

另外，本文在約束條件設置和求解參數定義方面比較簡單，為取得更加優化的收運線路，可以根據收運過程中道路交通限制、收集站停靠時間等實際情況進一步調整完善相應參數設置，使求解結果更加科學合理。

參考文獻：

［1］王芳芳，秦俠，劉偉.城市生活垃圾收集與運輸路線的優化［J］.四川環境， 2010，29（4）：115-119+130.

［2］陳海濱，李文杰，楊龑，等基于節約法的村鎮生活垃圾收運路線優化研究［J］.環境工程 2016，34（12）：122-125+171.

［3］牟乃夏，劉文寶，王海銀，等，ArcGis10地理信息系統教程從初學到精通［M］. 北京：測繪出版社，2012.

［4］Christian H， Clint B， Anne W，etal.The ArcGIS Book：10 Big Ideas about Applying Geography to Your World ［M］.ESRI Press，2015.

［5］龔湯國安，楊" " 昕.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程［M］. 北京：科學出版社，2006.

作者簡介：劉明（1980 - ）， 男， 河北邯鄲人， 高級工程師， 從事市政工程規劃設計工作。