（环境科学专业论文）城镇区域生活垃圾转运车辆优化配置的仿真模拟研究.pdf

份的推移，研究区域的人口逐渐增多，各站点的转运负荷也相应增加，对转运车 的需求也会有所提高，但同时使用的转运车的最大数量却变化不大。 3 、在允许待转运压缩箱排队等待分配转运车的情况下，还可以再适当减少 转运车的配置量。分别对2 0 1 0 年、2 0 1 5 年做仿真模拟，在转运车配置量为5 1 ( 大约为规划总厢位数的6 0 7 ) 的情况下，最大队列长度不超过l o ，大多数队 列长度在1 到4 之间，队列长度大于6 的情况也很少。即使配置量为4 5 ，各站 点也基本都能完成当天的任务，对“过夜现象的影响不明显。 4 、转运车的同时使用量随时间有很大的变化。每天上午存在一个转运车需 求高峰期，有一个较短的时间段需要最多的转运车同时运行，随着各站点转运负 荷的减少，下午对转运车的需求较少且变化幅度不大。 5 、通过对2 0 1 0 年、2 0 1 5 年普通季节和高峰季节的模拟，全部中转作业结 束的时间随年份的推移而延后，最大平均值全都早于下午1 7 ：3 0 ，研究区域的 转运工作基本能在1 8 ：0 0 之前完成。 关键词：生活垃圾，中转系统，转运车，仿真模拟，a r e n a i i s i m u l a t i o ns t u d yo no p t i m a la l l o c a t i o no fd o m e s t i c ste”nsferhiclesste1r a n s t e rv e l l l c l e si nat o w nd i s t r i c t m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：x uh e n g s u p e r v i s o r ：c h e nb i n g l ua s s o c i a t ep r o f e s s o r a b s t r a c t i nm o d e r ns o c i e t yt h er a p i dg r o w t ho fd o m e s t i cw a s t eo u t p u ta n dt h ec h a n g eo f w a s t ec o m p o s i t i o nh a v eb o t hb r o u g h tag r e a tp r e s s u r eo nt h ec o l l e c t i o na n d t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，a st h et r a n s p o r t a t i o nc o s to fd o m e s t i cw a s t eh a sa c c o u n t e d f o r q u i t eal a r g ep r o p o r t i o no ft h et o t a lt r e a t m e n tc o s t i no r d e rt or a i s et r a n s p o r t a t i o n e f f i c i e n c ya n dr e d u c ec o s t ，t h et r a n s f e rt r a n s p o r t a t i o no fd o m e s t i cw a s t eh a sb e c o m e a ni m p o r t a n tl i n ki nt h em o d e mm s w p r o c e s s i n gs y s t e m i ti sn e c e s s a r yt oc o n s i d e r s e r i o u s l yt h ea l l o c a t i o no ft r a n s f e rv e h i c l e sf o ras c i e n t i f i cp l a n n i n go ft r a n s f e rs y s t e m ， f o r t h e f u r t h e rd e c r e a s eo ft h ec o s to fm s wc o l l e c t i o na n dt r a n s p o r t a t i o na n d i m p r o v e m e n to ft h eu t i l i z a t i o nr a t eo fe n v i r o n m e n ts a n i t a t i o nf a c i l i t i e s i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h ed e t a i l e da n a l y s i so ft h ee n v i r o n m e n t a ls a n i t a t i o n p l a n n i n go fac e r t a i nd i s t r i c ti ng u a n g z h o uc i t y , a r e n a - - at y p eo ff a m o u ss i m u l a t i o n s o f t w a r e - 一w a su s e dt om o d e lo ft h e t r a n s f e rs y s t e mo ft h ed i s t r i c t t h ef i n a l s i m u l a t i o nm o d e lf r o mt h es t u d yw a st h e nu s e dt or e s e a r c ht h eo p e r a t i o nl a wo ft h e p l a n n i n gs y s t e m ，a n da n a l y z et h er e q u i r e m e n ta n du t i l i z a t i o no ft r a n s f e rv e h i c l e s ，t h e u t i l i z a t i o nr a t eo ft r a n s f e rs t a t i o n s ，a n dt h ed a i l yw o r ke n dt i m e f u r t h e r m o r e ，b y s e t t i n gd i f f e r e n ta l l o c a t i o no ft r a n s f e rv e h i c l e s ，h o wt h en u m b e ro fv e h i c l e sa f f e c t st h e t r a n s f e rs y s t e mw a ss t u d i e d b a s e do nt h er e s e a r c hr e s u l t ，s o m en e w p e r s p e c t i v ea b o u t t h ep l a n n i n ga n do p e r a t i o nc o n t r o lo ft r a n s f e rs y s t e mw a s p r o p o s e d i i i t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w ： 1 t h em e t h o do fs y s t e ms i m u l a t i o nc a l le f f e c t i v e l ys i m u l a t et h eo p e r a t i o no f m s wt r a n s f e rs y s t e mi nat o w nd i s t r i c t ，a n dt h em o d e li i ib u i l ti nt h i sp a p e rc a nb e u s e da sat e s tp l a t f o r mf o rf u r t h e rr e s e a r c h 2 t h r o u g ht h es i m u l a t i o nr u n n i n go ff o u rp l a n n i n gy e a r s ，i tw a s f o u n dt h a t6 0 t r a n s f e rv e h i c l e sc a nm e e tt h et r a n s s h i p m e n td e m a n d so f3 3t r a n s f e rs t a t i o n si nt h e n o r t ho ft h er e s e a r c ha r e a i nt h er e p l i c a t i o n so fs i m u l a t i o nt h em a x i m u mn u m b e ro f b u s yv e h i c l e sw a sr e c o r d e da s6 2i nt h ey e a r2 0 2 0 a st i m eg o e s ，b o t ht h ep o p u l a t i o n o ft h er e s e a r c ha r e aa n dt h et r a n s s h i p m e n td e m a n do fe a c ht r a n s f e rs t a t i o ni n c r e a s e ， w h i c hw o u l di n c r e a s et h er e q u i r e m e n to ft r a n s f e rv e h i c l e s ，w h i l et h em a x i m u mo f b u s y v e h i c l e sa tt h es a m et i m ew o u l dn o tc h a n g es om u c h 3 t h en u m b e ro ft r a n s f e rv e h i c l e sc a ne v e nb ed e c r e a s e da p p r o p r i a t e l y , i ft h e c o n t a i n e r st ob et r a n s p o r t e dw e r ea l l o w e dt ow a i ti naq u e u ef o rv e h i c l e s t h r o u g ht h e s e p a r a t es i m u l a t i o nr u n n i n go f2 0 10a n d2 0 2 0 ，t h em a xq u e u el e n g t hw o u l dn o t e x c e e d10 ，a n dm o s tw e r eb e t w e e n1a n d4 ，w i t haf e wo v e r6 ，w h i l et h e r ew e r eo n l y 51v e h i c l e s e v e nt h o u g ht h en u m b e ro fv e h i c l e sw a s4 5 ，e a c ht r a n s f e rs t a t i o nc o u l d b ea b l et of i n i s hi t sd a i l yt r a n s f e rt a s ku l t i m a t e l y 4 t h en u m b e ro fb u s yt r a n s f e rv e h i c l e sc h a n g e sg r e a t l yw i t ht i m e e v e r y m o r n i n gt h e r ee x i s t sap e a ko fr e q u i r e m e n tf o rt r a n s f e rv e h i c l e s ，w h i c hn e e d s t h em o s t v e h i c l e si nas h o r tt i m e a st h et r a n s s h i p m e n td e m a n do ft r a n s f e rs t a t i o n sd e c r e a s e s ， m u c hl e s sv e h i c l e sa r en e e d e di nt h ea f t e r n o o n 5 t h r o u g ht h es i m u l a t i o nr u n n i n go f n o r m a lo rp e a ks e a s o ni n2 0 1 0a n d2 0 1 5 ，i t w a sf o u n dt h a tm o s to ft r a n s f e rt a s kw o u l db ea b l et of i n i s h e db e f o r e17 ：3 0b a s i c a l l y , a n da l lb e f o r e18 ：0 0 k e y w o r d s ：d o m e s t i cw a s t e ，t r a n s f e rs y s t e m ，t r a n s f e rv e h i c l e ，s i m u l a t i o n ，a r e n a i v 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：阻 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名： 雌 导师签名： 日期：咀年上月一j o e l 第一章引言 1 1生活垃圾中转运输 生活垃圾是人类日常生活中必然产生的固体废弃物。随着人类社会的不断进 步，城市生活垃圾量也与日俱增，平均年增长率在8 1 0 t 1 1 。生活垃圾的快 速增长与大量积累日趋严重，已成为人们关注的世界性公害，严重威胁一个区域 的生态安全与可持续发展。对于国内的多数地区而言，如何在有限的资金投入下， 高效合理的收集、运输、处置数量庞大的生活垃圾，是一个急需解决的问题。 城镇化速度的加快，促使城市的建设规模不断扩大。受环保要求、经济发展、 城市规划等因素的限制，近郊可用来填埋垃圾的场地越来越少，人们不得不考虑 在远郊建立集约化的垃圾处理场所，而这必将增加生活垃圾的运输成本。据统计， 国内多个大城市的垃圾处理厂距离市区均在5 0 k m 以上，运输费用占垃圾处理费 用的比例较高，在一些发达国家运输费用已占垃圾处理费用的8 0 以上。美国每 年的固体废弃物处理费总额约在2 0 0 亿美元【2 1 ，其中垃圾收运成本占到了7 5 8 0 t 3 1 。所以，降低垃圾清运费用是降低整个城市垃圾处理处置费用的关键【4 1 。 而人们生活水平的不断提高，也使生活垃圾的成分发生了很大变化，主要特点是 垃圾密度降低、可压缩性增加，如果继续采用常规的垃圾转运方式，效率是非常 低的【5 1 。 垃圾压缩转运可以很好地解决垃圾运输中转运车亏载的问题，更有效地提高 垃圾运载效率、降低垃圾转运频率、节省垃圾运输费用、改善交通拥挤状况和消 除清运中的二次污染等，是城市生活垃圾集运的发展方向【6 1 。转运系统是生活垃 圾源头管理系统与无害化处理及资源回收系统之间的重要衔接部分【2 】。生活垃圾 转运就是将垃圾收集系统收集到转运站中的垃圾，经站内机械设备压实压缩后， 集中统一用大中型运输车运输到较远距离的垃圾处理场所的过程；垃圾转运系统 包括垃圾转运涉及的转运站、压实压缩设施与设备、车辆、人员以及运输路线等 一系列因素 7 1 。 城镇垃圾转运系统可分为一级转运和二级转运模式，一般情况下使用一级转 运系统；当垃圾转运量很大而运距较远时( 通常 ，3 0 k m ) ，可建立二级转运系统。 在此系统中，垃圾经由数个中小型垃圾转运站转运至一个大型转运站，再次集中 运往垃圾处理厂【8 1 。垃圾转运站则是该系统的主要设施和关键环节。因为它的选 点、规模、类型、结构，以及转运工艺技术特点，不仅直接决定了垃圾转运系统 功能状态及所需的建设投资，而且会影响系统上下游相关系统的建设与运行。因 此，进行垃圾转运站规划设计时，必须考虑转运方式对其前后相关工艺或工序的 协调，尤其是对下游转运车辆的数量、规模及装料、卸料形式等要求【9 1 。 一般垃圾中转站分为压缩式和不压缩两大类，但是不含压缩功能的转运站已 经不能满足目前垃圾转运的需要，正逐渐被淘汰，目前研究的大多数为压缩式转 运站。压缩式转运站主要有下n - - 种t 1 0 】：水平压缩式、垂直压缩式和刮板压缩 式。而水平压缩式又可分为厢内压缩和强压缩式；垂直压缩式可分为厢内压缩和 压块式；刮板压缩式可分为装入可卸式厢体和直接装车两种。 现代化大型垃圾中转站的主要功能，就是对垃圾进行中转运输。在中转站将 小吨位车辆倒换为大型集装箱运输车，并提高垃圾的装载密度，从而提高运输效 率，减少交通堵塞，降低环境污染。另外，在有条件的地区，还可以对垃圾进行 分拣和筛分等预处理【l l 】。一个城市的垃圾运输车辆选择，不仅要考虑费用、垃圾 量、运距、道路状况，而且要考虑垃圾的成分、容重特点。随着经济的发展，垃 圾容重不断下降，使得压缩运输优于非压缩运输【1 2 1 。 1 2 系统仿真 1 2 1 仿真技术概述 系统仿真是2 0 世纪4 0 年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一 门新兴学科，它以控制论、相似论、信息论和计算机理论等为基础，通过建立和 利用能反映实际系统的仿真模型，从而揭示实际系统的运行规律。简单的说，仿 真就是对现实世界的过程或系统随时间运行所进行的模仿【1 3 】。从应用的角度来 看，仿真是一个设计和建立实际系统或设想系统的计算机模型的过程，其目的是 通过数值试验来更好的理解系统在给定条件下的行为【1 4 1 。虽然仿真可能不是研 究系统的唯一手段，但它是一种很常用的方法。为了真实的反映实际系统，我们 2 能够建造出非常复杂的仿真模型，而且能够对其进行有效的仿真分析。 仿真是对实际系统建立模型并进行数值试验的过程。一般可根据性质将仿真 模型分为三类：静态模型与动态模型，连续模型与离散模型，确定模型与随机模 型【1 4 】。但在很多情况下，同一个模型可能无法将其绝对的划分为某一种类型， 例如一些模型可能既有连续的成分，也包含离散的成分。 仿真有很多优点，也有一些缺点。p e g d e n ，s h a n n o n ，s a d o w s k i t ”】等列出了 这些优缺点，其中一些优点是： ( 1 ) 新的策略、操作程序、决策规则、信息流、组织程序等的研究可以不 干扰实际系统正在进行的操作； ( 2 ) 新的硬件设计、物理布局、运输系统等测试可在不具备获得它们的必 要资源的前提下进行； ( 3 ) 关于某些现象怎样发生或为什么发生的假设可以测试其可能性； ( 4 ) 可以压缩或扩展时间来加速或减缓被研究的现象； ( 5 ) 可以获得有关变量的相互作用的深入了解； ( 6 ) 可以获得变量对系统性能的重要性的深入了解； ( 7 ) 可以进行瓶颈分析，进而发现在过程、信息、物料等工作中的哪个地 方被过分延迟； ( 8 ) 仿真研究可以帮助理解系统是如何运行的，而不是一个人去思考系统 如何运行； ( 9 ) 可以回答“如果就会 这样的问题，这在系统设计中特别有 用。 一些缺点是： ( 1 ) 建模需要特殊的培训。仿真是一门需要花费时间、需要累积经验来学 习的艺术； ( 2 ) 仿真结果可能难于解释。大多数仿真输出基本上都是随机变量( 因为 它们通常都是基于随机的输入) ，因此很难区分观察结果是与系统相关的还是随 机的； ( 3 ) 仿真建模和分析非常耗时，而且成本高，需要占用大量的计算资源； ( 4 ) 随机仿真模型的一次运行只得到在给定的一组输入参数下模型的真实 性能的一次观测结果。如果需要评价各种可能的参数组合，则需要对每一种组合 情况进行独立的仿真运行。因此仿真并不擅长优化，即不适用于对大量、甚至无 限的候选方案做评价。 1 2 2 仿真软件介绍 用于开发仿真模型的软件可以划分为三类：第一类是通用编程语言，如c 、 c h 、j a v a 等；第二类是仿真编程语言，如g p s s i - i t m 、s i m a n 、s l a m i i 等； 第三类是仿真环境，目前有多种商业化产品，具有图形化界面、支持仿真研究的 所有( 或大部分) 领域、包括一种仿真编程语言等特点，如a r e n a 、s i m p l e + + 、 m a s s 、g p m s 等。 a r e n a 是目前功能较强的仿真软件，它是面向制造系统的虚拟交互仿真 ( v i r t u a li n t e r a c t i v es i m u l a t i o n ，v i s ) ，具有输入输出分析器和车间计划进度生 成与仿真动画显示功能等。a r e n a 原是美国s y s t e mm o d e l i n g 公司在1 9 9 3 年开始 研制开发的新一代可视化通用交互集成仿真环境。基于s i m a n c i n e m a 发展起 来的a r e n a ，很好的解决了计算机仿真与可视化技术的有机集成，兼备高级仿真 器( s i m u l a t o r s ) 的易用性和专用仿真语言的柔性优点，并且可以与通用过程语 言，如v i s u a lb a s i c 、f o r t r a n 和c c + + 等编写的程序连接运行。 可视化集成环境a r e n a 将通用过程语言、专用语言和仿真器的优点有机地整 合集成起来，采用面向技术、层次化的系统结构，兼备易用性和建模灵活性两方 面的优点【1 6 】。一方面，a r e n a 提供了可供选择和可供交替的模板( t e m p l a t e ) 。这 些模板由动画仿真( a n i m a t e ) 建模和分析模块组成，可以用这些模块构建范围 十分广泛的仿真模型。另一方面，a r e n a 通过完整的层次结构保持其建模的柔性。 a r e n a 的层次结构从下向上建模水平依次提高。最底层的过程语言常用来满足复 杂的决策规则或外部数据的选取等需求；块与元素面板由s i m a n 模块组成；高 级过程与高级运输面板是由s i m a n 模块封装后组成的模块，可进行灵活性更大 的建模；通用过程模板是仿真建模过程中最常用的一些通用模块。 a r e n a 还提供了输入分析器( i n p u ta n a l y z e r ) 和输出分析器( o u t p u t a n a l y z e r ) 。输入分析器是一个功能强大且通用的工具，可以产生所需概率分布 的一组数据，也可以根据所提供的数据对各种概率分布进行拟合。输出分析器可 4 以对多种格式的输出数据进行多样的显示处理，同时也可以进行多种数理统计分 析，为进一步的分析仿真试验数据提供有力的支持。同其他仿真环境相比较， a r e n a 具有非常明显的优势。 1 2 3 仿真技术在固废管理系统中的应用 城市生活垃圾管理系统包括垃圾的产生、收集、运输、处理和处置以及国家 相关法规政策对各个环节的影响。各种处理与处置技术之间并不是孤立的，存在 着相互影响、相互关联和相互作用等复杂的关系【1 7 1 。直接对现存的管理系统进 行研究实验，既费时又耗资巨大，而且是不可能实现的。从复杂系统的观点出发， 利用复杂系统计算机仿真的方法来研究固体废弃物管理系统，有利于理解复杂系 统的动态性。在仿真模型上进行各种政策和方案的实验的基础上，再将政策与方 案付诸实施是明智的。利用复杂系统仿真建模的方法来研究固体废弃物管理系统 有助于【1 8 】： ( 1 ) 研究不同情景下，固体废弃物管理的社会技术系统随时间变化的动态 行为； ( 2 ) 研究不同政策的执行效果及参与主体相应政策的微观过程； ( 3 ) 研究和评价不同策略的可持续发展效果。 国内有许多研究人员借助仿真技术对固体废弃物管理系统的多个领域进行 研究。毕贵红等【1 8 】采用系统动力学来研究昆明市固体废弃物管理系统规划。侯 燕等【1 7 】根据昆明市的生活垃圾管理现状，使用系统动力学的方法建立了昆明市 生活垃圾管理系统的动力学模型。蒲明辉等【6 】采用虚拟样机技术对某后装压缩式 垃圾车的压缩装置做了实例仿真，获取了相关设计参数。杨先海等【1 9 】对新型回 转式垃圾中转站提升装置，建立了合适的仿真模型，研究了回转速度、垃圾密度、 重心位置等多个因素对提升装置稳定性的影响。李强等【2 0 】提出一种基于a g e n t 的城市废物计量收费仿真模型，以城市废物计量收费仿真模型为研究对象，进行 基于多a g e n t 的建模仿真实验。使用该模型仿真了3 种管理方案，动态地显示了 管理系统中各主体的变化。国内采用仿真方法研究废物收集、运输过程的文献报 道较少。蔡临宁【1 6 】结合一个具体项目，对一个有8 个收集点、1 个转运站的垃圾 收集系统进行建模，介绍了仿真方法在生活垃圾收集运输系统建模中的应用。韦 5 宇佳【2 l 】着重于转运前的收集阶段，应用仿真方法研究垃圾收集的过程。 国外较早从系统仿真的角度对固体废弃物管理系统开展研究。q u o n ，t a n a k a 和c h a r n e s t 捌在1 9 6 5 年发表的一篇论文中第一次在固体废物收集问题中应用仿 真技术。t r u i t t ，l i e b m a n 和k r u s 6 2 3 】也提出了一个分析转运站对收集成本的影响 的仿真模型。c l a r k 和g i l l e 锄 2 4 , 2 5 在研究美国克利夫兰地区的固体废物管理系统 时开发了一个数据获取、分析系统和一个仿真模型，模拟各种决策变量组合( 如 收集方式、员工人数、收集车容量等) 下系统的运营情况。仿真方法也被应用于 国外常见的路边收集方式的成本研究。例如c a r d i l l e 和v e r h o f f 2 6 】使用仿真方法 研究收集车辆载重能力的经济性。s i m o n e t t o 和b o r e n s t e i n 【2 7 】将启发式算法和离散 事件仿真方法组合使用，开发出一个用于固体废物收集作业管理的决策支持系 统。k a r a ，r u g r u n g r u a n g 和k a e b 锄i c k l 2 8 】采用仿真软件a r e n a ，对悉尼地区报废 产品的逆向物流网络进行仿真。 1 3 论文的内容与意义 本章的1 2 3 小节介绍了仿真在固体废弃物管理系统中的部分运用成果。目 前有关生活垃圾中转系统的文献资料相对较少，而且还没有找到有专门的仿真建 模研究对生活垃圾中转系统做仿真试验的研究。系统仿真具有快速、便捷、低成 本、高效率的特点，非常适合研究生活垃圾中转系统，或者对中转系统的规划进 行验证。由此，本文在对广州市某区的环卫设旌规划进行详细分析的基础上，使 用仿真软件a r e n a 对该区的生活垃圾中转系统建立仿真模型，研究中转系统的运 行规律，分析该规划系统对转运车辆的需求与利用情况，以及中转站资源的利用 率和作业结束时间等内容，在得到研究结果的基础上对中转系统的规划与运行控 制提出新的看法。 论文的主要意义有以下三点： 1 、探讨如何从系统仿真角度对生活垃圾中转系统建立仿真模型，为研究中 转系统的运行规律、验证环卫设施规划提供新的思路。 2 、研究生活垃圾转运车辆数量的合理设置、车辆使用情况随时间的变化， 并对中转系统的运作方式提出新的看法，具有潜在的应用价值。 3 、建成的仿真模型为其他与中转系统相关的研究提供一个便捷的试验平台。 6 图1 2 1 仿真研究的步骤仿自n 3 1 7 第二章构建与检验仿真模型 2 1 研究区域选择 本文所选择的研究区域为广州市番禺区( 以下称为“研究区域 ) ，该区位于 广州市区的南部，总面积约为7 8 6 1 5 平方公里。在开展本论文的研究之前，研 究区域已完成全区的环境卫生工程专项规划的初稿( 简称“原环卫规划”) 。本文 的研究取该规划初稿作为基础材料，主要利用其中“生活垃圾压缩中转站规划 的相关内容，包括中转站选址、设计规模等资料。研究区域所有中转站的规划信 息列于表2 1 1 ，中转站选址位置分布见图2 1 1 。研究区域正在进行生活垃圾综 合处理厂的选址规划，到目前为止尚未确定最终选址。本文选择现有的一个处置 规模较大的生活垃圾焚烧厂作为综合处理厂的选址。 本文选用原环卫规划的相关规划图件作为底图，将其插入到m a p l n f o 中，并 利用对少部分已有的中转站做实地考察所获取的g p s 定位数据，在m a p l n f o 中 对多个考察点分别设置相应的坐标，为后续的面积和距离的估算做准备。由于已 有的规划并没有具体划分出各中转站的服务范围，更没有为转运车设计行驶路 线。因此，综合考虑各中转站所处的行政区域、周边的交通状况和自然地形，首 先为各站点划分服务区域，从m a p l n f o 中读取各区域的面积，单位为k m 2 。根据 所选择的底图上的道路分布，为各站点设置转运车的行驶路线，同样从m a p l n f o 中读取路线的长度，单位为k m 。由于道路网比较复杂，所选取的路线无法保证 是最短或最佳路线。为了尽量消除误差，在路线的选择时选择相对较宽的道路， 并使更多的路线经过相同的路段，最终画成图2 1 1 。 由于原有的环卫规划初稿没有给出各中转站服务人口的数量，在为各站点划 分服务区域并读取区域面积后，按照各站点的服务面积占所在行政单元( 镇或街) 的面积的百分比，从该行政单元的人口总数中按比例算出。各行政单元的人口总 数取自番禺统计年鉴2 0 0 7 ) ) 。各中转站的服务人口与转运距离( 即运距) 列于 表2 1 1 。 nnn n n 曲n n 寸 nn nnnn n nn n n吲nn hn 寸卜。o v - - i = 譬2 = 譬2 = 昌 2 留蟹盈e - - 臣昌_ r d 3 昌管管_ r 1 3 0 3 管管管 o n 【o n= 寸o n卜寸n o 一o o 一 _ 【卜o = o o nn n n甘寸o 寸卜o o n【n o n n o _ 【 n n 【寸o n 一n o o 卜一 o o = o = _ 【o o n n i o 6 n寸寻n n 8 【甘8 【甘 【 o o 【o o 兮n寸9 nn “n卜卜9 【 o n 0 h o 卜9_ 【o 寻兮 甘o h h h 兮 o 【o 【 n 8 = _ 【_ 【= _ 【= _ 【 卜【一 卜 卜一一 = 【 卜 【 卜 譬h 譬h譬h 卜 卜 【一 卜一 【卜= 卜卜 卜 智誊辐 捋r 1 1 璐弧 + 格念饵 智愀 悄舒巾罂椒袷怔 格妪长罢嬗 按止爨长 餐瀣k 博 餐* 童 智# 援廿智馊螺毂智日留赡 格期怛 橱皿爿钆车群 格酱爨皿橱妪爿恒智宴* 枨 橱测k r t l 删 格暑婚 橱霉螺暑 餐巾莴繇扑k鞍审兰馨扑k n 寸臣_ 【吲_ o 寸一 o s 工s 工 卜一o 一 卜 呻一一n 一【一o 一 n 卜n _ 卜n 一o n 一n 一 呻n 昌n 昌n n b n n o _ 【 【o o n 一寸n 一 卜。一o 卜 n 寸n呻卜n 【n 呻甘【 o 卜o no n 寸。寸n 一 o 卜= 田甘卜。一 o h o o n譬o no = n n 寸n _ 【一 曲n n【o o n寸卜n 旧甘o h 9 o o o h 寸兮n 吲甘“hh 寸 【呻6 【 【o n 卜卜9 【卜o 【h 9 h【n 0 no 6 h 寸甘i n 吣8 hn 奇hn【卜。寸hh卜n 式h 8 卜卜 o 【 卜 卜【 【 卜 【一 卜一 【 卜 = h= h 卜卜卜卜 = 【 卜卜卜卜卜卜 按霉水螺 【n 臣 餐匿樱嵌帐 o n i 督霉怔 h 卜 若婿 龃文日薛蟮 格沤暖 格恻旭哒皋 若蛰匝承 格留蜒糕 格捌匠。【 橱留长悼 橱测k 螂叁橱瀣匿螂建 橱拓窭摆 智留沁陋 格窿怔餐霹斟若永始 较匡* 鍪天 餐口螺格水念智薛* 【_ m o d e li i i 。m o d e li 与 m o d e li i 都存在最小平均值，说明各次重复都有记录到“过夜现象”，单次记录 的最大值分别为5 、2 。m o d e li i i 的最大平均值约为0 0 0 2 8 ，一年中出现的“过 夜现象”最多约有一次( o 0 0 2 8 3 6 0 = 1 0 0 8 ) ，一次只有一个站点。但由于m o d e l i i i 中参与仿真模拟的站点少于其他模型，因此还不能确定m o d e li i i 为最佳模型。 表2 5 1 三个模型“过夜现象静的统计结果 2 5 1 2 同一个模型更换不同站点的比较 1 、试验设计 由前面的试验结果可以初步判断，m o d e li i i 优于其他两个模型，但由于在前 面的仿真试验中，只有研究区域北部3 3 个站点参与m o d e li i i 的仿真模拟，而南 部9 个站点的运距普遍较大，三厢站较多。为了研究是否因为南部的9 个站点造 成m o d e li 、i i 的“过夜现象”较多，将m o d e li 、m o d e li i 中模拟的站点缩减为 北部的3 3 个站点( 一次生成3 3 个转运需求实体) ，用南部的9 个站点t s3 似2 替换m o d e li i i 中的t s2 1 , - , 2 9 等9 个运距较小的站点。三个新的模型分别做5 0 次重复的仿真运行，通过统计数据模块将变量t a s ku n f m i s h e d 的值以二进制文件 输出，输出形式为o u t p u t 。在输出分析器中，三个模型同2 5 1 1 小节中各自得 到的统计数据做均值的p a i r e d tt e s t 检验。 2 、试验结果 对t a s ku n f i n i s h e d 变量的均值做p a i r e d tt e s t 检验，结果见图2 5 1 。三次检 验发现，三个模型减少或替换站点前后输出的变量值并无显著的差异性。从分类 汇总报告中得到的数据列于表2 5 2 。从结果可以说明，模型运行中出现的中转 任务当天无法完成的现象主要是模型流程设计的差异造成的，参与仿真模拟的站 点的多少与站点之间的区别不会造成太大的影响。因此确定在接下来的仿真试验 中将选取m o d e li i i 为基础模型。 表2 5 2 三个模型变换站点后的“过夜现象”统计结果 本文中所有的“区问半长”均指“9 5 置信区间的半长”。 3 7 am o d e l1 仝却站点与北部3 3 个站点的比较 bm o d e ll i 全部站点1 j 北部 个站点的比较 _ ：磊t m 。l - - _ t i t ，3 t “。1 “焉9 ，。：0 。：。： cm o d e li i i 南部9 个站点替换b 部站点的比较 图2 5 - 1 三个模型不同模拟站点。过夜现象”的比较 2 5 1 3 重复仿真次数的比较 1 、试验设计 通过前面的对比试验，选择m o d e li i l 进行敏感性试验选择5 0 次与1 0 0 次 重复仿真运行，比较两种重复次数的结果是否有区别，选择转运车t r a c t o r 的平 均使用量和中转作业的结束时间d e t 进行比较。所有数据以二进制文件输出， 在输出分析器中做均值的p a i r e d - tt e s t 检验。 2 、试验结果 试验结果如图2 5 2 ，可以看出两种重复并无明显差异，在接下来的仿真试 验中，仿真的重复次数以5 0 次为主。 am o d e li l l5 0 敞与1 0 0 次重复转运1 甲均利用率的比较 bm o d e ll l l5 0 次与1 0 0 次审复巾转作业结爪时问的比较 图2 5 2m o d e lh i 不同仿真重复的比较 2 5 2 敏感性试验 为了对m o d e li i i 做进一步的检验，选择压缩箱装载量c o n t a i n e rc a p a c i t y 和 转运车空车行使速度t r a c t o rs p e e dl 两个参数做敏感性试验。 2 5 2 1 设置不同的c o n t a i n e rc a p a c i t y l 、试验设计 将压缩箱装载量c o n t a i n e rc a p a c i t y 的值分别设置为1 5 、1 6 、1 7 ，做三次5 0 次重复的仿真运行。压缩箱装载量越小，完成同样的转运负荷需要增加转运作业 的次数，仿真系统中产生的转运需求实体的总数也会相应增多。从分类汇总报告 中可以得到所需的数据。 2 、试验结果 不同压缩箱装载量的仿真试验结果列于表2 5 3 ，可以看出三种数据设置的 差异非常明显，m o d e li i i 对变量c o n t a i n e rc a p a c i t y 的微小变化都很敏感，完全 按照预计的情况出现。 表2 5 3 不同压缩箱装载量下一年中转运需求实体 的个数 2 5 2 2 设置不同的空车行进速度 1 、试验设计 将转运车的空车行驶速度t r a c t o rs p e e d1 分别设置为2 7 、2 9 、3 0 、3 l 、3 3 五个常数( 在a r e n a 中的输入形式分别为2 7 0 0 6 0 ，2 9 0 0 6 0 ，3 0 0 0 6 0 ，3 1 0 0 6 0 ， 3 3 0 0 6 0 ) ，分别做5 0 次重复的仿真运行。该值增大，可以减少待转运压缩箱的 等待时间，使中转作业能更早的结束，从分类汇总报告中可以得到所需的数据。 “转运需求实体”指系统运行巾经创建或复制而产生的转运需求实体。 4 0 2 、试验结果 不同转运车的空车行驶速度的仿真试验结果列于表2 5 - 4 ，随着该值的增大， 中转作业结束时间的平均值均值、最小平均值与最大平均值都有所减小，m o d a l i i i 的运行情况对空车行驶速度的微小变化都有反应。 表2 5 - 4 不同空车行驶速度中转作业结束时间的统计( 单位：时) 2 6小结 根据实际考察以及对规划中转系统的细致分析，本章先后建立了三个仿真模 型( m o d e li 、m o d a li i 、m o d e li i i ) ，每次建模研究都是对原有模型的改进升级， 不断的修正原有模型，最终得到较符合实际、满足建模要求的仿真模型，为中转 系统的仿真研究搭建起试验平台。 通过2 5 节的对比试验与敏感性试验，发现m o d e li i i 比另外两个模型都更 加合理、稳定，基本能模拟现实中生活垃圾转运系统的运行，本论文将以该仿真 模型及相关数据的初始设置为基础，开展一系列的仿真试验。在后续的研究中， 选择研究区域北部的3 3 个生活垃圾中转站作为仿真模拟的站点。 4 1 第三章仿真试验与结果分析 3 1 仿真试验设计 采用第二章的建模研究中得到的m o d e li i i 为基础模型，选择研究区域北部 的3 3 个中转站( 共8 4 个规划厢位) 为模拟站点，设计以下四个仿真试验。 3 1 1 试验1 仿真情景与目的：分别对2 0 0 6 年、2 0 1 0 年、2 0 1 5 年和2 0 2 0 年进行模拟， 采用相应的人口值( 或人口预测值) ，模拟的时间长度为3 6 0 天( 一年) ，重复 5 0 次，观察转运车的最大使用量和各数量范围的使用频度、各中转站的平均利 用率、中转作业的结束时间以及中转任务当天未完成的情况，对收集到的数据做 进一步的统计分析。2 0 0 6 年为原环卫规划的基准年，可以作为参考对照。 模型调整与数据设置：以2 0 0 6 年的人口统计值为依据( 见表2 1 1 ) ， 2 0 0 6 2 0 1 0 年、2 0 1 1 - 2 0 1 5 年、2 0 1 6 - - - 2 0 2 0 年三个阶段的人口年增长速率分别选 取2 、1 5 、1 ，分别对2 0 1 0 年、2 0 1 5 年和2 0 2 0 年北部3 3 个中转站服务区 域的人口值进行预测，在各年的模拟中分别替换p o p u l a t i o n 多维变量的值。其他 数据项采用2 3 节的初始设置，模型结构无需调整。 3 1 2 试验2