張矢宇，李發(fā)亮，辜子瑱，陳梓禾，莊涵飛，田志武

(1.武漢理工大學(xué) 交通與物流工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.武漢環(huán)境投資開發(fā)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430013)

基于可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，節(jié)能減排與綠色環(huán)保的生產(chǎn)生活方式及發(fā)展理念，綠色化、低成本與高效率的生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)成為了新的發(fā)展目標(biāo)。垃圾收運(yùn)設(shè)施的擴(kuò)展、系統(tǒng)低碳化[1]、垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站選址[2]及垃圾運(yùn)輸線路優(yōu)化等研究[3-4]是垃圾運(yùn)輸領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。此外，以減少系統(tǒng)對環(huán)境影響程度為目標(biāo)的研究[5-6]也層出不窮。但目前這些研究較少涉及垃圾收運(yùn)系統(tǒng)整體運(yùn)行效率上存在的問題。隨著物流仿真技術(shù)和軟件的出現(xiàn)，利用Witness、Flexsim、Arena等軟件對相關(guān)物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真，能夠使得問題分析更加明顯直觀，且方案仿真效果良好。但相關(guān)研究主要集中在物流配送中心選址、碼頭作業(yè)、倉庫管理模式[7]、企業(yè)生產(chǎn)物流作業(yè)模式等建模仿真[8]，鮮見對城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)的仿真研究，對城市生活收運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化方案的仿真研究更為稀少。

基于AnyLogic軟件，構(gòu)建城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)仿真模型，以及帶時間窗的VRP優(yōu)化模型。以武漢市楊園街道生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)為例進(jìn)行實(shí)證研究，通過仿真模型的現(xiàn)狀仿真，發(fā)現(xiàn)其存在的問題，根據(jù)優(yōu)化模型，求解出最佳優(yōu)化方案，利用已建模完成的仿真模型，對優(yōu)化后的新系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗證其可行性和有效性。從而提升城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)效率、降低成本，并促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

1 仿真模型構(gòu)建

AnyLogic是一款基于智能體，以復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計方法論為基礎(chǔ)的仿真軟件，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造業(yè)、物流供應(yīng)鏈、行人疏散、以及城市規(guī)劃設(shè)計的建模與仿真中，對相關(guān)行業(yè)的運(yùn)作優(yōu)化起到了關(guān)鍵作用。同時，它也具備系統(tǒng)動力學(xué)建模、離散事件分析的能力，在有復(fù)數(shù)智能體存在的復(fù)雜系統(tǒng)的建模仿真上，更是優(yōu)秀的輔助與應(yīng)用工具[9-10]。就其功能及應(yīng)用范圍而言，在對城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)的建模仿真中，AnyLogic是一個強(qiáng)有力的分析工具，其具備的功能可以使各垃圾投放點(diǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)站、車輛等要素盡可能的接近實(shí)際并映射于系統(tǒng)中，輸出要素可自行選擇對象及表現(xiàn)形式，能夠更加直觀地反映系統(tǒng)真實(shí)的運(yùn)作情況。

1.1 仿真流程分析

城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)仿真流程如圖1所示。當(dāng)仿真開始時，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)按照既定參數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)，首先垃圾收集車輛從垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站出發(fā)，按照確定線路在各垃圾投放點(diǎn)進(jìn)行垃圾收集作業(yè)，在收集作業(yè)完成后將垃圾運(yùn)往轉(zhuǎn)運(yùn)站，清洗消毒后進(jìn)行第二次運(yùn)輸，直至所有垃圾投放點(diǎn)垃圾均收集完成；待垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站暫存垃圾超過轉(zhuǎn)運(yùn)車輛載重噸時，轉(zhuǎn)運(yùn)車輛開始運(yùn)轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)運(yùn)站的垃圾運(yùn)往垃圾處理中心，直至將轉(zhuǎn)運(yùn)站的所有垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)完成。

圖1 城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)仿真流程

1.2 智能體類別的確定

為了滿足系統(tǒng)仿真的各項需求，對城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)的作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行分析，同時把作業(yè)內(nèi)容作為仿真系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更新的必要橋梁。因此，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)作流程及仿真流程，總結(jié)出城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)仿真事件列表，如表1所示。

表1 仿真事件列表

由表1中所述的9個仿真事件，可在此仿真系統(tǒng)中共創(chuàng)立7個智能體類，包括垃圾投放點(diǎn)Agent、垃圾收集車輛Agent、轉(zhuǎn)運(yùn)站Agent、壓縮機(jī)Agent、轉(zhuǎn)運(yùn)站工作人員Agent、垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛Agent、垃圾處理中心Agent，它們之間的關(guān)系與狀態(tài)變化過程如圖2所示。

圖2 仿真智能體設(shè)置

1.3 仿真參數(shù)設(shè)置

根據(jù)上述仿真事件及智能體的設(shè)置，可得到垃圾收集車輛、垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛、轉(zhuǎn)運(yùn)站工作人員、垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站、垃圾處理中心共5個實(shí)體元素。為了能更真實(shí)準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)運(yùn)作情況，對其進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)設(shè)置，包括數(shù)量、速度、排隊規(guī)則等，具體如表2所示。

表2 仿真參數(shù)設(shè)置

2 優(yōu)化模型構(gòu)建

優(yōu)化模型的構(gòu)建在于解決系統(tǒng)存在的問題，目前針對我國城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化的研究主要集中在布局節(jié)點(diǎn)優(yōu)化、收集線路優(yōu)化與收運(yùn)計劃優(yōu)化，旨在提高系統(tǒng)運(yùn)行效率、降低系統(tǒng)運(yùn)作成本。而對于節(jié)點(diǎn)布局，由于轉(zhuǎn)運(yùn)站、處理中心需要收集并處理許多不同地區(qū)的生活垃圾，且選址必須遠(yuǎn)離城市中心，其占地面積大、建設(shè)成本高、環(huán)境污染大，在能夠滿足當(dāng)前需求的基礎(chǔ)上，一般不考慮對其進(jìn)行變更。鑒于此，筆者聚焦于垃圾收集線路以及垃圾收運(yùn)計劃的優(yōu)化，以解決系統(tǒng)效率低、成本高的問題。其中，不同地區(qū)垃圾收運(yùn)系統(tǒng)上下班時間不同、收運(yùn)車輛車型不同、數(shù)量不同、收集模式也有較大差別，因此對收運(yùn)計劃的優(yōu)化更適合根據(jù)實(shí)際案例進(jìn)行分析后做出細(xì)微調(diào)整。

2.1 基于時間窗的VRP模型

在垃圾收集線路優(yōu)化上，生活垃圾收運(yùn)具有及時性、快捷性的特點(diǎn)，可以將其看作帶軟時間窗的VRP問題。模型可描述為垃圾收集車輛從轉(zhuǎn)運(yùn)站出發(fā)，前往收集點(diǎn)進(jìn)行垃圾收集工作，已知每輛車的載重量及垃圾收集點(diǎn)的垃圾投放量；每條運(yùn)輸路線經(jīng)過的垃圾收集車輛數(shù)不超過2，完成收集工作后，垃圾收集車輛必須返回垃圾中轉(zhuǎn)站，所有收集車輛均停放在中轉(zhuǎn)站。每輛運(yùn)輸車單次運(yùn)輸會產(chǎn)生相應(yīng)的固定費(fèi)用，且運(yùn)輸費(fèi)用與運(yùn)輸距離成正比。由于時間窗的限制還存在懲罰成本，收集車輛提前或延遲完成均會受到懲罰。此外，由于收集車輛的載重限制，一旦收集到的垃圾重量之和超過收集車輛的最大載重量，便要受到相應(yīng)懲罰。故在考慮車輛啟動成本、超重成本及時間窗約束的總成本最小化模型可以描述為：

(1)

式中：i,j為垃圾收運(yùn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)；k為垃圾收運(yùn)車輛；M為垃圾收集車輛總數(shù)；qi為第i輛垃圾收集車輛的最大載重噸；N為垃圾收集點(diǎn)總數(shù)量；gi為第i個垃圾收集點(diǎn)的垃圾投放量；c1為每輛垃圾收集車輛投入工作的固定費(fèi)用；dij為節(jié)點(diǎn)i至節(jié)點(diǎn)j的距離；c2為車輛單位距離運(yùn)輸成本；Sk0為第k輛車開始前往垃圾收集點(diǎn)的時刻；Ski為第k輛車達(dá)到垃圾收集點(diǎn)i的時刻；ti為車輛在垃圾收集點(diǎn)i處的服務(wù)時間；tij為車輛由收集點(diǎn)i行駛到收集點(diǎn)j所經(jīng)過的時間；v為垃圾收運(yùn)車輛行駛速度；ej為垃圾收集點(diǎn)在時間窗內(nèi)的最早時間；lj為垃圾收集點(diǎn)在時間窗內(nèi)的最晚時間；pe為車輛早到的等待成本；pl為車輛遲到的懲罰成本；ω為車輛超載的懲罰系數(shù)；xijk表示車輛k是否從收集點(diǎn)i行駛至j；yik表示垃圾收集點(diǎn)i的收集工作是否由車輛k完成。

約束條件：

(2)

(3)

(4)

xijk∈{0,1},i=0,1，…,N,

j=1,2，…,N,k=1,2，…,M

(5)

yik∈{0,1},i=0,1,…,N,k=1,2,…,M

(6)

(7)

式(1)共包含了5個部分，分別為垃圾收集車輛投入工作的固定成本、運(yùn)輸里程成本、超重懲罰成本、車輛提前到達(dá)的等待成本和遲到帶來的懲罰成本；式(2)表示垃圾收集點(diǎn)i的收集工作由車輛k承擔(dān)，對于垃圾投放量較大的點(diǎn)最多可由兩輛車輛運(yùn)輸；式(3)表示對垃圾收集點(diǎn)進(jìn)行收集作業(yè)的車輛k是從垃圾收集點(diǎn)i行駛來的，保證了前置節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)一性；式(4)表示從收集點(diǎn)到達(dá)收集點(diǎn)處的車輛為車輛k；式(5)表示車輛k是否從收集點(diǎn)i行駛至收集點(diǎn)j，若過程發(fā)生，那么xijk=1，否則為0；式(6)表示若垃圾收集點(diǎn)i的垃圾由車輛k完成，那么yik=1，否則為0；式(7)表示車輛k達(dá)到垃圾收集點(diǎn)j處的時間Skj與到達(dá)上一收集點(diǎn)i處的時間Ski的數(shù)量關(guān)系，且僅當(dāng)車輛經(jīng)過兩處收集點(diǎn)i與j時才有上述關(guān)系。

由于垃圾收運(yùn)系統(tǒng)的復(fù)雜性以及約束條件的特殊性，使得垃圾收集車輛路徑問題為NP-hard問題，故在選擇求解算法時，應(yīng)選擇高效率、尋優(yōu)能力強(qiáng)的算法。在諸多算法中，遺傳算法作為大規(guī)模問題的現(xiàn)代啟發(fā)算法，非常契合垃圾投放點(diǎn)數(shù)量較多的垃圾收運(yùn)系統(tǒng)，且就性能而言，遺傳算法具有計算效率高，搜索能力強(qiáng)的特點(diǎn)，故采用遺傳算法對上述模型進(jìn)行求解。而傳統(tǒng)遺傳算法在交叉、變異概率不能發(fā)生變化的基礎(chǔ)上，容易出現(xiàn)過早收斂或局部最優(yōu)的現(xiàn)象。因此，選擇自適應(yīng)遺傳算法作為此模型的求解算法，通過動態(tài)調(diào)整交叉與變異的概率，達(dá)到克服早熟與隨機(jī)漫游問題的目的[11]。

2.2 優(yōu)化評價指標(biāo)選取

為了對優(yōu)化方案的成效進(jìn)行評價和分析，需要設(shè)立優(yōu)化評價指標(biāo)。由于優(yōu)化的目的在于降低系統(tǒng)運(yùn)行成本、提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，歸納整理現(xiàn)有研究成果，主要可從經(jīng)濟(jì)投入、運(yùn)行狀況兩方面進(jìn)行評價[12-14]，在經(jīng)濟(jì)投入的評價上，可分為投資費(fèi)用與運(yùn)作費(fèi)用兩部分[15]，由于優(yōu)化未涉及硬件設(shè)施的更改，故選取系統(tǒng)運(yùn)作成本作為優(yōu)化方案經(jīng)濟(jì)評價的具體指標(biāo)，其大小由車輛運(yùn)輸成本、人工成本，垃圾處理成本、管理維護(hù)成本等共同決定。在運(yùn)行狀況評價上，結(jié)合仿真流程與優(yōu)化模型考慮的范圍，在收運(yùn)系統(tǒng)覆蓋率、垃圾車?yán)寐?、收集點(diǎn)滿溢率等14個三級指標(biāo)中[16]，從中選擇車輛作業(yè)時間以及車輛利用率作為優(yōu)化方案運(yùn)行評價的具體指標(biāo)。其中車輛作業(yè)時間包括垃圾收集車輛作業(yè)時間與垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛作業(yè)時間，兩者作業(yè)時間共同決定了系統(tǒng)的總運(yùn)行時間。車輛利用率為車輛作業(yè)時間與車輛總運(yùn)行時間的比值。

3 武漢市楊園街道實(shí)證分析

3.1 楊園街道生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)現(xiàn)狀

楊園街道總面積為5.24 km2，可大致劃分為4個區(qū)域共78個生活垃圾投放點(diǎn)，各垃圾投放點(diǎn)垃圾分區(qū)收集，收集頻率為1日兩次，全地區(qū)日垃圾收運(yùn)總量為80 t。街道僅有一個垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站，共有垃圾收集車輛16輛，每輛收集車輛根據(jù)噸位的不同按照既定收集線路行駛，從轉(zhuǎn)運(yùn)站出發(fā)最終回到轉(zhuǎn)運(yùn)站位置，運(yùn)行速度為15 km/h，直至每個投放點(diǎn)收集兩次后停止工作。楊園街道生活垃圾均運(yùn)往長山口垃圾處理中心。負(fù)責(zé)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)的車輛共3輛，運(yùn)行速度為40 km/h，直至將轉(zhuǎn)運(yùn)站的所有暫存垃圾全部運(yùn)往處理中心后結(jié)束工作。經(jīng)過實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，楊園街道垃圾收集車輛的運(yùn)輸線路主要根據(jù)收集人員經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，未進(jìn)行合理的規(guī)劃，在垃圾收集線路的設(shè)計上有待改進(jìn)。此外，還存在轉(zhuǎn)運(yùn)車輛排隊等待時間較長的問題，使得系統(tǒng)運(yùn)作效率下降。楊園街道生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)布局如圖3所示。根據(jù)垃圾收集線路，系統(tǒng)平均每天垃圾收集線路總距離約為167.59 km。

圖3 楊園街道生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)布局

3.2 現(xiàn)狀仿真結(jié)果

將實(shí)地調(diào)查所得相關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù)輸入仿真模型中，得到車輛作業(yè)時間、車輛利用率、系統(tǒng)運(yùn)作成本的仿真結(jié)果，分別如圖4～圖6所示。

圖4 車輛作業(yè)時間仿真結(jié)果

圖5 車輛利用率仿真結(jié)果

圖6 系統(tǒng)運(yùn)作成本仿真結(jié)果

3.2.1 車輛作業(yè)時間

車輛作業(yè)時間為所有收集車輛作業(yè)時間的總和，處于先快速增長后慢速增長最后趨于穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢，說明在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，部分垃圾收集車輛提前完成了所有的作業(yè)任務(wù)，使得增長趨勢變緩。而垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛在系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后才開始運(yùn)行，其作業(yè)時間總體上呈緩慢增長的趨勢，其中部分時段處于一個穩(wěn)定值，說明垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛必須等待收集車輛收集一定量的垃圾后才能開始運(yùn)作，但是由于排隊等待原因，導(dǎo)致作業(yè)時間停滯不增，直至最后一輛轉(zhuǎn)運(yùn)車輛返回垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站，整個系統(tǒng)才停止運(yùn)轉(zhuǎn)。仿真結(jié)束時間為1 059 min，共17.65 h(實(shí)際工作時間為凌晨2點(diǎn)至晚上7點(diǎn))。尤其是垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛，工作時間跨度太大，時間太長，導(dǎo)致垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛負(fù)荷過大，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛司機(jī)壓力過大。

3.2.2 車輛利用率

從圖5可以看出，垃圾收集車輛利用率在系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時為100%，隨后有所下降最后維持在一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)，在97%上下小幅度波動，說明垃圾收集車輛一直處于忙碌狀態(tài)，等待時間較少。而垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛在系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后從100%不斷下降，最后在50%上下范圍波動，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛較垃圾收集車輛相比利用率不高，大部分時間處于與等待空閑狀態(tài)，說明垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛在整個工作時段中等待時間過長，占整個工作時間的一半，極大的降低了轉(zhuǎn)運(yùn)車輛的利用率。

3.2.3 系統(tǒng)運(yùn)作成本

由于系統(tǒng)運(yùn)作成本由車輛運(yùn)輸成本、人工成本，垃圾處理成本、管理維護(hù)成本等共同決定，在仿真模型中，除車輛運(yùn)輸成本與車輛運(yùn)輸里程成正比外，其他各項均與時間成正比。從圖6可以看出，系統(tǒng)運(yùn)作成本的增長速率一直在發(fā)生變化，呈現(xiàn)先快后慢、再快再慢的循環(huán)變化趨勢。說明系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時，所有車輛、設(shè)備均處于工作忙碌狀態(tài)，成本上升較快；之后部分車輛進(jìn)入排隊等待階段，由于處于空閑狀態(tài)，導(dǎo)致成本上升較慢；在垃圾收集車已停止工作后，成本依然上升較快，說明垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛的單位成本較垃圾收集車輛單位成本更高，對系統(tǒng)運(yùn)作成本的影響更大。仿真結(jié)束時，系統(tǒng)運(yùn)作成本為13 452.53元/天，全年總成本約為491萬元。

3.3 優(yōu)化方案

針對上述系統(tǒng)中存在的問題，考慮到實(shí)際可行情況，對楊園街道現(xiàn)有垃圾收運(yùn)系統(tǒng)做出以下調(diào)整，以達(dá)到優(yōu)化效果。

(1)垃圾收集車輛收集線路優(yōu)化。按照優(yōu)化模型式(1)～式(7)，構(gòu)建楊園街道生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化模型。根據(jù)上文自適應(yīng)遺傳算法，在MATLAB軟件上編寫算法程序，結(jié)合實(shí)際情況反復(fù)試驗后，最終確定自適應(yīng)遺傳算法的參數(shù)為：種群規(guī)模S=100，最大進(jìn)化代數(shù)X=300，收集車輛的固定啟動費(fèi)用c1=300元/輛，超載懲罰系數(shù)ω=10 000，時間窗懲罰系數(shù)pe=400，pl=400。經(jīng)過數(shù)次運(yùn)行，進(jìn)化在第87代得到最優(yōu)解，遺傳算法種群進(jìn)化過程如圖7所示，優(yōu)化后的收集線路方案如圖8所示。結(jié)果顯示，運(yùn)算過程在開始時搜索最優(yōu)解速度較快，最優(yōu)值下降較快；隨著進(jìn)化代數(shù)的增加，曲線趨于平緩狀態(tài)，最優(yōu)值下降變慢，最終逐漸趨于收斂，并在87代開始進(jìn)化到此問題的最優(yōu)解，未出現(xiàn)早熟現(xiàn)象。楊園街道垃圾收集最優(yōu)成本為4 708.72元，由于初始種群為現(xiàn)行垃圾收集線路，故較優(yōu)化前相比，成本共減少了559.15元。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，系統(tǒng)平均每天垃圾收集線路總距離約為151.95 km，與優(yōu)化前相比縮短了15.64 km。

圖7 遺傳算法種群進(jìn)化過程

(2)生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛運(yùn)行時間優(yōu)化。在車輛作業(yè)時間仿真結(jié)果中，生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛是在生活垃圾收集車輛開始工作一段時間后才開始工作，導(dǎo)致系統(tǒng)總運(yùn)作時間延后。若垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛能與垃圾收集車輛同時開始工作，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛運(yùn)行時間將會向前平移，則可減少系統(tǒng)總運(yùn)行時間。為達(dá)到此目的，每日開始工作時垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)必須要存有一定數(shù)量的垃圾，而暫存一整晚垃圾對轉(zhuǎn)運(yùn)站附近環(huán)境有一定影響。在進(jìn)行充分消毒與氣味處理后，每晚可暫存3整車的垃圾，以確保第二天系統(tǒng)開始運(yùn)作時轉(zhuǎn)運(yùn)車輛能與收集車輛同時運(yùn)行，可減少系統(tǒng)每天總運(yùn)作時間。

(3)生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛發(fā)車間隔優(yōu)化。由于案例中長山口生活垃圾處理中心服務(wù)于多個街道，每個街道有著相應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)車輛發(fā)車時刻表對發(fā)車時間進(jìn)行控制，發(fā)車間隔統(tǒng)一為10 min?？傮w而言，轉(zhuǎn)運(yùn)車輛在垃圾處理中心的到達(dá)間隔也為10 min，近似來看垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛的到達(dá)符合指數(shù)分布。而每輛轉(zhuǎn)運(yùn)車輛在垃圾處理中心停留作業(yè)時間約為20 min，根據(jù)統(tǒng)計學(xué)與概率學(xué)原理，在保證系統(tǒng)總作業(yè)時間不延長的情況下適當(dāng)增加發(fā)車間隔，可有效降低轉(zhuǎn)運(yùn)車輛的排隊時長，提高轉(zhuǎn)運(yùn)車輛利用率并減少系統(tǒng)運(yùn)作總時間。結(jié)合楊園街道實(shí)際情況，最終將發(fā)車間隔調(diào)整至15 min。

3.4 優(yōu)化后仿真結(jié)果

優(yōu)化后車輛作業(yè)時間、車輛利用率和系統(tǒng)運(yùn)作成本3個指標(biāo)的仿真結(jié)果如圖9～圖11所示。

圖10 優(yōu)化后車輛利用率仿真結(jié)果

圖11 優(yōu)化后系統(tǒng)運(yùn)作成本仿真結(jié)果

①從車輛作業(yè)時間來看，優(yōu)化后垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛從0時刻開始運(yùn)行，系統(tǒng)每天運(yùn)行總時間減少到了883 min，與優(yōu)化前相比減少了176 min，從而可以縮短轉(zhuǎn)運(yùn)站、處理中心的工作人員、卡車司機(jī)等的工作時間，以便能夠充分休息，更好地進(jìn)行垃圾收運(yùn)和處理工作。②從車輛利用率來看，收集車?yán)寐瘦^原來相比沒有太大變化，依然保持接近97%的態(tài)勢。而垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛利用率雖然開始時下降較快，但之后有所上升，最后在70%上下波動，與優(yōu)化前相比，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輛最終利用率提高了近20%，且在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時間段內(nèi)沒有任何時刻低于50%。③從系統(tǒng)運(yùn)作總成本來分析，成本曲線與優(yōu)化前相比斜率有所上升，曲線波動幅度變小，這是由于車輛等待時間減少，行駛距離增速增大造成的，且最終成本由13 452.53元/天減少到了12 461.80元/天，每年共可節(jié)省36.1萬元。

4 結(jié)論

(1)構(gòu)建基于Anylogic的城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)仿真模型并進(jìn)行系統(tǒng)仿真，可以發(fā)現(xiàn)城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)存在的問題并驗證優(yōu)化方案的可行性和有效性。

(2)構(gòu)建基于時間窗的VPR模型并求解，以此提出的優(yōu)化方案，在垃圾收集線路縮短，系統(tǒng)總運(yùn)行時間縮短、車輛利用率提高等方面有顯著效果。

(3)城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)中收集線路的規(guī)劃、車輛運(yùn)行時間安排和發(fā)車間隔等對系統(tǒng)運(yùn)作效率和成本有著重大的影響。建議在城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)展中，科學(xué)規(guī)劃垃圾收集線路和車輛運(yùn)行時間，并制定合理的發(fā)車時刻表從而提升系統(tǒng)運(yùn)作效率、降低成本。