（机械设计及理论专业论文）基于gis的城市废弃物物流管理决策支持系统研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 研究城市废弃物物流管理决策支持系统有利于提高我国城市废弃物管理的 科学程度和现代化水平，能促进城市环境管理问题的改善。传统的废弃物物流 管理系统因缺乏充足的空间数据和先进的空间分析技术的支持，而存在着诸多 的不足，g i s 技术的发展为这些问题的解决提供了新的技术途径。 本文将以物流系统工程理论和管理决策支持系统技术为基础，结合地理信 息系统g i s 技术，研究基于g i s 的城市废弃物物流管理决策支持系统的关键问 题。 ， 本文的主要工作如下： 第一章论述了本文研究的背景、目的和意义，分析了国内外城市废弃物物 流的研究现状。 第二章分析了废弃物物流与g i s 技术的理论基础，并对g i s 技术在城市废 弃物物流系统中的应用研究状况进行了分析。 第三章通过对城市废弃物物流管理决策支持系统特点的分析，探讨了基于 g i s 的城市废弃物物流管理决策支持系统的总体结构设计方法，重点对系统开发 模式和系统数据库设计进行了研究。 第四章分析了城市废弃物产生量的影响因素，探讨了废弃物产生量预测的 合适的方法，并给出了城市废弃物产生量预测的实例。 第五章通过对现有最短路径算法的分析比较，在对d i j k s t r a 最短路径算法 改进研究的基础上，实现了基于g i s 平台的废弃物物流网络最短路径算法。 第六章在前面几章方法研究的基础上，选择典型城市，设计和开发了基于 g i s 的城市废弃物物流管理决策支持系统实例，初步实现了其中的废弃物物流产 生量预测和路径优化功能。 第七章对本文主要研究成果进行了总结，并提出了进一步研究方向和建议。 关键词：城市废弃物物流；决策支持系统：g i s ：m a p o b j e e t s 亟堡里三奎堂堡主堂垡堡奎 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho fam u n i c i p a lw a s t em a t e r i a ll o g i s t i c sm a n a g e m e n td e c i s i o n s u p p o r t i n gs y s t e mi st h er i g h ta l t e r n a t i v et of a c i l i t a t et h em u n i c i p a lw a s t em a t e r i a l l o g i s t i c sm a n a g e m e n ta n dp r o m o t et h ec i t ye n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t b e c a u s eo f t h e l a c ko f t h es p a t i a ld a t aa n dt h ea d v a n c e d s p a t i a la n a l y s et e c h n o l o g y ，o r t h o d o xw a s t e m a t e r i a l l o g i s t i c sm a n a g e m e md e c i s i o n s u p p o r t i n gs y s t e mi sd e f i c i e n t g i s p r o v i d et h es o l u t i o nt ot h ep r o b l e m i ti sb a s e do nt h et h e o r i e so fl o g i s t i c ss y s t e me n g i n e e r i n ga n dt h et e c h n i q u e so f m a n a g e m e n td e c i s i o n s u p p o r t i n gs y s t e m i ti ss t u d i e dt h e k e yt e c h n o l o g y i n m u n i c i p a lw a s t em a t e r i a ll o g i s t i c sm a n a g e m e n td e c i s i o n - s u p p o r t i n gb a s e do ng i s i nt h ep a p e r t h ed e t a i l sa r ea sf o l l o w s ： t h ef i r s tc h a p t e rg a v et h er e s e a r c hd i s c u s s e db a c k g r o u n d ，p u r p o s ea n d m e a n i n g s o ft h ep a p e r , a n a l y z et h es t a t u so fr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to nw a s t em a t e r i a l l o g i s t i c sa th o m ea n da b r o a d t h es e c o n dc h a p t e ra n a l y z e dt h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o no ft h ew a s t em a t e r i a l l o g i s t i c sa n dg i st e c h n o l o g y t h e ni ta n a l y z e dt h ea p p l i c a t i o nm e t h o do fg i si n w a s t em a t e r i a ll o g i s t i c ss y s t e m t h et h i r dc h a p t e ra n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fm u n i c i p a lw a s t em a t e r i a l l o g i s t i c sm a n a g e m e n td e c i s i o n - s u p p o r t i n gs y s t e ma n de x p l o r e dt h eo p t i m i z a t i o no f w a s t em a t e r i a ll o g i s t i c ss y s t e m a n ds y s t e m a t i cd a t a b a s es t r u c t u r a l d e s i g na n d d e v e l o p m e n tm o d ec o r r e s p o n d i n gt or e a l i t yw e r ed e e p l yp u tf o r w a r d t h ef o u r t hc h a p t e ra n a l y z e dt h ei n f l u e n c ef a c t o ro f t h ew a s t em a t e r i a ll o g i s t i c s t h ef i tp r e d i c t i v em e t h o do ft h ew a s t em a t e r i a ll o g i s t i c sw a ss e tu p a n di ti s p r o p o s e da ne x a m p l eo f t h ep r e d i c t i o no f w a s t em a t e r i a ll o g i s t i c s t h ef i f t hc h a p t e rp e r f o r m sa n a l y s i so i lt y p i c a ls h o r t e s tp a t ha l g o r i t h m s ，t h r o u g h w h i c hi ts e l e c t sa n dd e t e r m i n e st h em o s te f f i c i e n ts h o r t e s tp a t ha l g o r i t h mb a s e do nt h e i m p r o v e dd i j k s t r aa r i t h m e t i c b a s eo nt h es t u d yo f5c h a p t e r s ，t h i sp a p e ri l l u s t r a t e st h eg i so fw a s t em a t e r i a l i i 武汉理工大学硕士学位论文 l o g i s t i c sm a n a g e m e n td e c i s i o n - s u p p o r t i n g s y s t e mi nt y p i c a lm u n i c i p a l i t y ， e x p a t i a t e st h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f t h ep r e d i c t i v eo f t h ew a s t em a t e r i a ll o g i s t i c s a n ds h o r t e s tp a t ha l g o r i t h m si nt h es y s t e m f i n a l l y , t h es e v e n t hc h a p t e rc a r r i e das u m m a r yt ot h em a i nr e s e a r c hw o r ki nt h i s p a p e r , a n dt h e ng a v es o m ep r o s p e c tt ot h ef u r t h e rr e s e a r c h k e y w o r d s ：m u n i c i p a lw a s t em a t e r i a ll o g i s t i c s ；d e c i s i o n s u p p o s i n gs y s t e m ；g i s ； m a p o b j e c t s i i i 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 城市是以空间和环境利用为基础。以聚集经济效益为特点，以人类社会发 展为目的的一个集约人口、经济、科学文化的空间地域的系统，它是经济实体、 政治实体、科学文化实体和自然实体的有机统一。环境问题已成为当代人类普 遍关注的问题，而随着经济的发展和城市化步伐的加快，人类生活过程中所产 生的废弃物越来越多，其危害性也越来越严重，城市废弃物污染问题已成为国 际公认的十大环境问题之一。 城市废弃物是指在城市生产建设、日常生活和其他社会活动中产生的，在 一定时间和空间范围内基本或者完全失去使用价值。无法回收和利用的排放物。 废弃物在收集、运输和处理等物流过程中所产生的有害成分将对大气、土壤、 水等造成污染，严重影响城市生活环境，威胁人民的身体健康。所以城市废弃 物物流管理和处置工作已日益受到各国政府的重视。而目前，我国大部分城市 的废弃物物流管理水平较落后，既缺乏削减废弃物排放的激励措施，又缺乏对 废弃物的收集中转运输处理等全过程的科学规划和管理，导致废弃物物流过程 中的资源浪费和二次污染。主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 废弃物围城现状依然严峻 近年来，我国城市废弃物的产生总量大幅度增加。自1 9 8 9 年以来，我国的 城市废弃物平均以每年8 9 8 的速度增长，少数城市如北京增长率则达1 5 2 0 大大超过世界垃圾的平均增长速度。全国近7 0 0 座城市中有2 0 0 多座城市处 于垃圾包围之中。另一方面，在城市废弃物管理上，我国大多数城市存在着重 收集、轻处理，只重视市容卫生，而忽视环境保护的倾向，大部分废弃物都是 运到郊区堆放或填埋，导致水源、土地、大气等受到污染。 ( 2 ) 混合收集加大了资源化、无害化处理的难度 绝大部分的城市废弃物采用混合收集，未实行分类收集混合收集，对废弃 物源头上的分类，及可回收再利用和不可回收利用的废弃物的分类处理都没有 严格的标准。混合收集一方面增加了城市废弃物收集和运输的数量，消耗了更 多的人力、物力和财力：另一方面增加了城市废弃物处理的技术难度、工程投 武汉理工大学硕士学位论文 资和运行费用，不利于城市废弃物的减量循环利用和无害化处理。 ( 3 ) 收运设施布局缺乏合理规划 虽然城市废弃物设施数量逐年增加，但是废弃物收运设旋布局缺乏合理规 划。大部分城市废弃物还采用露天堆放，废弃物收集及清运环节卫生状况差， 对市容环境影响较大，尤其是数量庞大的废弃物收集点的气味、渗滤液和散落 垃圾，以及敞口运输造成的抛、洒、漓、漏等二次污染对周边居住环境、城市 景观环境等产生了广泛的影响。同时，我国大多数城市机械化收运率比较低， 不仅环卫工人劳动强度大，手工操作较多，而且机具不足，设备性能差，每年 约有1 0 0 0 万吨的城市垃圾不能及时运往处理场地。而且，在废弃物运输过程中， 采用压缩方式运输的比例较低，运输亏吨现象严重，又由于运输车辆吨位普遍 偏小，使得运输单位成本较高。 ( 4 ) 收运调度不合理 我国大部分城市的废弃物在进行收运过程中缺乏合理的路线规划和收运车 辆的调度，导致收运路线迂回、在途车辆增加，不仅不能有效利用现有的废弃 物收运设施，还加重了城市交通的负荷。 城市废弃物物流的管理必须追求的是综合化的可持续的管理。而规划和实 施综合化的城市废弃物物流管理，必须要涉及城市废弃物物流过程的各个方面， 这就要求建立一个能为城市废弃物物流管理提供规划决策服务的系统，于是， 城市废弃物物流管理决策支持系统也就呼之而出了。 另方面，地理信息系统( g i s ) 作为一项以计算机为基础的管理和研究空间 数据的技术系统，是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多学科交叉的产物， 近年来发展迅速，应用范围也不断扩大。g i s 技术的快速发展和广泛应用给城市 废弃物物流管理提供了新的思路。在城市废弃物物流系统中，废弃物的产生量和 分布、收运设施、处理处置设施以及交通状况、区域功能等，都具有很强的空间 分布特性。在对城市废弃物物流进行设计、规划时，利用g i s 强大的地理数据 功能，能更方便地处理城市废弃物物流的收集、装卸、运送、储存等各环节的分 析和规划，不仅可以实现城市废弃物物流系统管理区域的地图矢量化，还可以对 系统中的废弃物收运路线选择、废弃物收运设施的选址、运输车辆的调度等进行 有效的管理和决策分析。 在以上背景下，结合武汉理工大学“2 1 1 ”建设项目，本文确定“基于g i s 的城市废弃物物流管理决策支持系统的研究”作为硕士论文选题。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 课题研究的目的和意义 本课题研究的主要目的是： 1 ) 对城市废弃物的产生、收集、暂存、运输、中间加工利用与处理到最终 处置的整个物流过程进行分析、探究，拟开发一个包含城市废弃物产生量、废 弃物分布状况和废弃物收运线路的城市废弃物物流管理决策支持系统，支持城 市废弃物物流的整个管理过程，提出系统的基本的设计情况并实现其基本功能。 2 ) 探讨地理信息系统( c i s ) 在城市废弃物物流系统分析及规划中的应用，主 要是在城市废弃物物流收运的车辆运输路径规划方面进行探索。 本课题研究的意义是： 1 ) 环境问题已成为当代人类普遍关注的问题。随着经济的发展和城市化步 伐的加快，人类生活过程中所产生的废弃物越来越多。其危害性也越来越严重。 而目前在物流的理论研究和实践活动中，人们注重的是具有使用价值的物品如 何合理地流动，却很少有人注重那些不具有使用价值的废弃物实体的流动。因 此，无论是在理论上还是在实践上都应该加强对城市废弃物物流的研究，对其 进行合理的规划分类、收集、运输和处理。 2 ) 废弃物的及时清运，是实现废弃物有效管理的重要保证。但是，在废弃 物的搬运和运输途中常常会产生一些散状物和粉尘。这些会对城市的街道、货 场、车站、机场等造成污染，因此废弃物运输的效率与收运设施、收运时间、 城市交通状况等因素有关。而这些数据大都与特定的地理空间相联系，具有空 间数据属性。利用g i s 技术能将收运管理区域的地图矢量化，用来直观地管理 与废弃物收运有关的各种信息，如废弃物产生量、废弃物组成成分、收运设旌、 处理处置设施、操作运行、分区状况、交通网、小区功能等：更重要的是系统 能实现垃圾收运规划中的管理功能，如收运分区图的辅助制定和绘制、收运设 施规划管理等。 3 ) 在信息化的大潮中，社会各行各业的发展都离不开信息，信息成为人类 社会发展的三大资源之一。g i s 作为一种特殊的信息系统，除了具有一般信息系 统的各种特点外，还能够进行相关的空间数据可视化操作，能够帮助人们将电 子表格和数据库中无法看到的数据模式直观的表现出来，并在此基础上进行更 为复杂的空间分析。因此，如果借助g i s 空间信息化的力量，建立一个功能强 大的城市废弃物物流管理决策支持系统来处理众多纷繁复杂的有关城市废弃物 3 武汉理工大学硕上学位论文 物流方面的倩息，势必为我国的城市废弃物物流管理和处置t 作带来巨大的经 济效益和社会效益。 本课题根据废弃物物流具有较强的空间地域性的特点，探讨将g i s 技术应 用_ j 二城市废弃物物流管理系统的研究，以提高我国废弃物物流系统的管理和规 划。因而，本课题具有重要的理论意义和实际意义。 1 3 国内外研究发展现状分析 1 3 1 国内城市废弃物物流的研究现状 废弃物物流作为循环型社会的新课题，在我国已经引起了越来越多的关注。 国家科委和建设部于1 9 9 1 年制定的我国城市垃圾处理技术政策以及1 9 9 5 年由 全国人大常委会审议通过而实施的中华人民共和国固体废弃物污染防治法， 使我国废弃物的管理走上法制轨道。一些研究者也开始从不同角度对废弃物污 染问题、废弃物的处理技术与处理对策进行了研究。这些研究使我国在较短的 时问内在废弃物处理技术方面取得了明显的进展。 随着近些年来g i s ( 地理信息系统) 技术的迅速发展，g i s 技术广泛应用于 各种物流系统规划中，如城市公共设旆规划，道路规划，物流配送路线规划等 方面。而我国城市废弃物物流管理与决策工作还处于起步阶段，所以大力推进 o l s 在我国城市废弃物物流管理决镣中的应用具有非常重要的时代意义。 目前，在我国基于g i s 的跛弃物物流管理和规划方面的研究还比较少，主 要侧重于借助g i s 进行废弃物处理场的选址工作；而在废弃物物流管理决策支 持系统方面，一般只局限于借助o l s 来解决专题图件比例尺不统一、信息叠加 程度过高等问题。 天津市市容环境工程设计研究所的苗惠芳研究了天津市垃圾卸地分布地理 倩息系统，通过对天滓市市区及周边地区垃圾卸地的地理信息及堆放状况进行 现状调查，采用m a p i n f o 嵌入v b5 0 的编程方法，编制了一套既有数据管理功 能又有图形管理功能的地理信息系统。使用本软件做出的统计分析，提高了天 津市垃圾卸地综合整治前期工作的科学化程度。i t 重庆大学资源与环境科学学院的林建伟、王里奥、袁辉等人探讨了基于g i s 的重庆市固体废弃物管理信息系统。将固体废弃物的相关技术、计算机技术和 武汉理工大学硕士学位论文 g i s 技术相结合，并通过调查、收集重庆市的大量数据和图形资料来实现对重庆 市固体废弃物的科学管理。该系统能够显示地图信息和数据信息，实现污染源 的日常管理和动态管理，可以进行统计分析和制作专题地图，为决策提供依据， 并且可以把数据发布到网上供不同的人员参考，实现信息共享。【2 ，加 安徽师范大学国土资源与旅游管理学院的蔡爱民和查良松将g i s 技术引入 芜湖市的城市生活垃圾填埋场选址研究，采用a h p ( 层次分析) 法和专家打分 的方法得出选址影响因子的权重值；最终得出了3 个城市生活垃圾填埋场的候 选地。与传统方法相比，利用g i s 技术能够更为客观、快速地得出选址结果。 但是，就目前而言，这项研究还只是一个工具，只能给出参考意见。因为在什 么地方和什么时间选择垃圾填埋场，不仅是一项技术含量较高的工作，而且与 社会、政治和经济方面密切联系的工作，势必需要通过实地调查来进行更深入 的探讨，确定最终的适宜区域。1 4 ，5 】 1 3 2 国外城市废弃物物流的研究现状 废弃物的收集、运输、循环利用、最终处置在国外已发展成为一个重要的 产业。由于废弃物物流主体的特殊性，各国、各地区都对废弃物的流通、处理 制定了严格的法律法规。比如德国，作为世界上第一个重视包装废弃物回收与 利用的国家，早在1 9 8 6 年，就颁布了废弃物处理及处理办法。而欧、美、 日等发达国家均颁布法令。要求产品制造商、进臼商，必须负责包装回收再利 用与再制造的责任。 随着科技发展，在国外，废弃物处理设备也得到不断改进，废弃物处理的 现代化、科学化、系统化水平也逐渐提高。如现代机械用于废弃物分拣；生物 工程用于填埋场建设：热物理传热技术改进废弃物焚烧发电系统提高产电能力； 生物技术用于废弃物制肥提高制肥效率和质量；现代化信息技术用于垃圾综合 管理系统等等。在国外，城市废弃物物流管理与决策的信息化工作从上个世纪 九十年代开始逐步发展，目前已经获得了非常广泛的应用。 在美国，城市废弃物物流管理与决策信息化已经纳入了国家发展计划，其 技术已经相当成熟，应用也非常广泛。一个从国家级到各州级乃至各城市级的 城市废弃物物流管理数据库网络已经建成，在废弃物物流的综合性管理方面发 挥了巨大作用；并出现了许多专门从事城市凌弃物物流管理决策支持系统开发 武汉理工大学硕士学位论文 的公司，它们专门为各级废弃物物流管理机构或与废弃物处理相关的公司开发 决策支持系统。 在亚洲，韩国汉城准备建立一个城市废弃物物流管理的综合性的管理决策 系统，目前正在进行整体规划和可行性分析的研究，其研究的目标在于分析和 评估在汉城这样的大都市建立一个合理有效的废弃物物流管理系统的经济上和 技术上的可能性：在印度，政府建立了一套完整的废弃物物流管理规划体系， 其信息化工作也成为建立e n v i s 系统( 国家环境信息系统) 的核心部分。同时， 随着g i s 技术的日趋成熟，其已被逐渐的引入城市废弃物物流系统的研究中， 并成为g i s 应用中一个重要的模型。 1 4 本文研究的内容 随着城市废弃物物流的发展，传统的废弃物物流管理决策支持系统因为缺 乏充足的空间数据和先进的空间分析技术的支持。而存在着诸多的不足，主要 表现在空间数据的维护和更新繁琐，空间数据和属性数据缺乏联系，规划分析 结果难以直观表达等。因此，在城市废弃物物流的规划中，g i s 的应用就具有非 常实际的意义。 本文从国内外废弃物物流系统研究发展现状出发，首先对城市废弃物物流 和地理信息系统( g i s ) 理论进行了概述。阐述了目前废弃物物流管理决策支持 系统存在的不足和研究开发基于g i s 的城市废弃物物流管理决策支持系统的意 义。然后，进行了系统的功能研究和设计。最后，论文结合上海市废弃物物流 管理决策支持系统的开发实践，阐述了基于g i s 的城市废弃物物流管理决策支 持系统的设计与实现方法。 本文内容共分七章，其框架图如下所示： 6 武汉理 二大学硕士学位论文 图1 1 文章内容框架图 7 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章基于g i s 技术的城市废弃物物流基础分析 2 1 城市废弃物物流概述 对废弃物最一般的理解是丧失了使用价值的物品。在有些研究中，作者从 资源化的角度出发，认为“垃圾”是完全没有使用价值的物品，而“废弃物” 可能还具有部分使用价值，或是仅仅是在此时此地不具有使用价值，一旦具备 必须的条件，则废弃物依然能够贡献其所具有的价值。本文将废弃物的范围限 定于城市是出于两方面的考虑：一方面是资料的可得性：另一方面是由于城市 废弃物产出量大，涉及面广，以及城市在社会经济生活中的地位，因此对城市 废弃物问题的研究可能更加育助于废弃物问题的解决。 2 1 1 城市废弃物物流的概念 物流是社会再生产中的重要一环，物流过程中不仅有物质循环利用、能源转 化，而且有价值的转移和价值的实现，因此，物流系统是与外界环境密切联系 的复杂的、动态的、开放的大系统，它涉及了经济与生态环境两大系统。而且， 现代物流系统作为一个开放的系统，既产生经济效益，也产生社会效益，当然， 其效益有正也有负。随着经济的快速发展，物流活动对生态环境的破坏越来越 严重，如废气污染、噪音污染、资源浪费、交通堵塞、废弃物增加等，这些后 果在一定程度上违背了全球可持续发展战略的原则。【6 1 5 】 目前在物流的理论研究和实践活动中，人们更多注重的是具有使用价值的物 品如何合理地流动，对于不具有使用价值的废弃物的流动问题却很少关注。实 际上，城市的物流活动过程是一个吐故纳新的过程，纳新即供应物流，吐故即 在生产消费和生活消费过程中所产生的废旧物，废弃物包括可回收和不可回收 利用物两部分。 根据中华人民共和国国家标准物流术语中所表述的废弃物物流( w a s t e m a t e r i a ll o g i s t i c s ) 是指“将经济活动中失去原有使用价值的物品，根据实际需要 进行收集、分类、加工、包装、搬运、储存等，并分送到专门处理场所时所形成 8 武汉理工大学硕士学位论文 的物品实体流动。”因此，废弃物物流也是一种物流，它是消费领域的延伸。1 9 j 国外学者将资源、原材料经过生产转化成产品、并经流通而使用消费的过程， 称为“动脉物流”；而将废弃物的产生、收集、搬运、处置及资源化的过程，称 为“静脉物流”。因此，废弃物物流属于“静脉物流”。如图2 1 就是这两种物 流的循环示意图，图中实线部分连接起来的是动脉物流，虚线连接起来的部分 是静脉物流。正像人体的动、静脉血管一样，“动脉物流”与“静脉物流”缺一 不可，两者结合到一起，才能形成完整的物流活动。1 1 6 j 图2 1 动脉物流和静脉物流示意图 2 1 2 城市废弃物的分类 城市废弃物是由多种物质混合而成的，其构成主要受气候条件、城市发展 规模、居民生活习惯、燃料结构和居民生活水平等方面的影响。而城市废弃物 组成成分的差异将影响着处置方式的选择，也影响废弃物物流过程。 ( 一) 根据废弃物的来源划分： ( 1 ) 居民生活废弃物：是指从城市居民生活区所收集的废弃物，主要由易 腐有机物、煤灰、泥沙、塑料、纸类等构成。它在城市废弃物整体中，不仅数 量占居首位，而且成分最为复杂，其构成受时间和季节影响，变化大且极不均 匀。对于这部分废弃物，常见收集方式是居民定点、定时( 或不定时) 、分类( 或 混合) 投放，由环卫部门负责收集。 9 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 市政收集的废弃物：主要来自清扫马路、街道和小巷路面而收集的废 弃物，还包括果皮箱中收集的行人所丢弃的废弃物。它的成分与居民生活废弃 物极相似，但是泥沙、枯枝落叶和商品包装物较多，易腐有机物较少，平均含 水量较低，低位热值略高于居民生活废弃物。 ( 3 ) 单位废弃物：是指机关、团体、学校和第二产业等在生产、生活过程 中产生的废弃物。它的成分随发生源不同而变化。这类垃圾与居民生活废弃物 相比具有成分较为单一稳定，平均含水量较低和易燃物特别是高热值的易燃物 多的特点。这部分废弃物由各单位自设容器放置，并委托专业部门收集。 1 8 ( 二) 根据废弃物组成成分划分： ( 1 ) 有机废弃物，包括食品、纸类、塑料、织物、竹木类等。 ( 2 ) 无机废弃物，包括灰土、砖瓦、玻璃、金属及其制品等。1 1 9 ( 三) 将废弃物的来源与组成成分相结合来进行废弃物的分类，这是在实践中 更常见的一种分类方式。大致可以按照以下4 种功能区来分类。 ( 1 ) 居民住宅区：分为厨余垃圾、非厨余垃圾、大件垃圾、有毒垃圾4 大 类收集。 ( 2 ) 商业办公区、公共场所和道路；分为可回收垃圾、不可回收垃圾、大 件垃圾、有毒有害垃圾。 ( 3 ) 工厂区：分为有毒有害垃圾和普通工业垃圾。 ( 4 ) 宾馆、酒楼、饭店和单位食堂的厨余垃圾单独收集、运输。【1 2 1 有些地方，从便于居民分类投放的角度出发对城市生活废弃物进行分类， 如北京市自2 0 0 2 年8 月1 3 日起改变了原先有机物与无机物的划分，将城市生 活废弃物细分为可回收废弃物、厨余垃圾、电池、其他废弃物( 灰土、砖陶) 、 纸张( 书报、包装) 、瓶罐( 塑料瓶、玻璃瓶、易拉罐) 等6 类。【2 l 】 其他的分类方式还有按废弃物燃烧的难易程度划分，分为三种类型：易燃 废物、难燃废物、不燃废物。1 2 0 l 城市废弃物如何分类是基于废弃物的处置方式而定的。因此过于简单和过于 复杂都是不恰当的，都可能给废弃物的最终处置和资源化利用带来困难。过于 简单的分类可能使废弃物因“杂质”过高而增加了再生利用的成本，而过于繁 复的分类，则有可能因废弃物并未得到相应的分类处置或资源化利用而挫伤了 公众参与的积极性。此外，废弃物的分类不是一成不变的。随着废弃物处置技 术的不断发展，以及人们对于废弃物的新用途和危害性的认识的不断发展，城 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 市废弃物的分类将处于不断的调整、变化之中。 2 1 3 城市废弃物物流的特殊性 城市废弃物物流系统和其他物流系统一样具有运输、设施、库存、信息四 大要素，但由于其特殊的自然属性和社会属性，所以和一般的物流系统相比具有 显著的特点，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 城市废弃物在质量和数量上的高度不确定性 城市废弃物的组成成分因人们的生产活动、生活方式、消费习惯不同而变化。 即使是同一个区域，在不同时期，其废弃物的数量和质量也有所不同。同时， 经过收集并处理好的废弃物所面向的终端市场也不是非常明确的，这给城市废 弃物物流系统的规划带来了很大困难。 ( 2 ) 城市废弃物的组成状态复杂 一般物流系统中，流体的物态或是固体、或是液体，物态相对稳定。但是 城市废弃物一般是固、液、气的混合体。因此，在废弃物的搬运和运输途中通 常会产生一些散状物、粉尘和渗沥液，这会对城市的街道、垃圾中转站等造成 污染。同时，某些废弃物具有较强的腐蚀性，这对城市废弃物物流系统收集、 中转、运输的作业工艺及装备提出了特殊的要求。 ( 3 ) 城市废弃物物流系统网络规划的特殊性 城市废弃物物流系统网络结构是一个收敛结构，也就是从许多源点到汇点的 结构，即“多对一”、“多对少”的网络结构，而传统的物流系统模型通常考虑 的是一个发散的网络结构，即从少数源点到达众多的汇点。这一差异导致废弃 物物流网络规划的特殊性。 ， ( 4 ) 城市废弃物物流系统具有社会价值，但经济价值较低 虽然城市废弃物中一些成分可以回收再利用，但是从经济角度看，其整体 经济价值较低。同一般物流系统相比，城市废弃物物流系统的目标具有多重性， 其首要日标是满足城市环境保护及社会持续发展的需要，追求环境效益及社会 效益的最大化，其次才兼顾经济效益。 随着公众对生存、生活环境的日益关注，对城市废弃物处理问题的研究也 受到越来越多的关注。废弃物的分类、收集、装卸、运输等物流过程，任一环 节如果缺乏合理的规划和科学管理，都会给城市环境、交通运输等各方面带来 武汉理工大学硕士学位论文 很大的影响。虽然废弃物物流与般物流系统存在着许多共同点和相似点，但 是，由于废弃物物流在物流对象、目标和处理过程方面的特殊性，在进行废弃 物物流系统规划时，不能将一般的物流系统模型简单套用，而是要对传统的设 计模型和方法进行修改和拓展。 2 2 城市废弃物物流流程分析 城市废弃物物流和其他物流活动一样，也有收集、分类、包装、搬运、储存 的过程。城市废弃物物流的典型流程如图2 2 所示。 6 , 1 3 1 废 弃 物 源 无包装混合废弃物 袋装混合废弃物 部分可回收物 袋装混合废弃物 混合废弃物收集 点( 桶、箱) 叫暑鬻鬟 藏西黍鬲副i 茹”一 部分可回收物 翮 部分可回收物 上门有偿收集 压缩式、封闭式、自卸式 大中型运输车 人力车混装 小型机动车混装 自卸式大中型运输车 图2 2 我国城市废弃物物流的典型流程 2 2 1 废弃物的收集和分类 混台废弃物处置场( 填 埋、堆月毋、焚烧) ( 一) 城市废弃物的收集方式 按收集成分分为混合收集和分类收集两种类型。 混合收集指直接收集未经任何处理的原生废弃物的方式，它的优点是简单 易行，收集费用低。但是在混合收集过程中，各种生活废弃物相互混杂、粘结， 降低了废弃物中有用物质的纯度和再利用价值，同时增加了后续处理或处置的 难度，提高了总费用。 分类收集是指按照废弃物的可处理性能或可利用价值而由居民分类后分别 收集的城市废弃物收集方式。这种方法可以提高回收物料的纯度和数量，减少 需处理的废弃物量，因而有利于废弃物的进一步处理和再利用，并能够较大幅 武汉理工大学硕士学位论文 度地降低生活废弃物的运输及处理费用。【1 7 】 ( 二) 城市废弃物的收集方法 城市废弃物的收集办法按包装方式分为散装收集和袋装收集，由于散装收 集过程带来撒、漏灰尘等严重污染环境问题，因此在近十几年来，多数大城市 采取了袋装收集。按收集过程又分为上门收集和设点定时收集，其关系见图2 3 ： 图2 3 按过程分类的废弃物收集的方法 以上几种生活废弃物收集方法既可以单独使用，又可以串联或并联使用， 不同收集方法要与相应的清运和处理方法配合。f 1 8 】 2 2 2 废弃物的清运 废弃物的清运在整个废弃物物流中占有重要地位。可根据产生地、中转站距 处置场的距离以及废弃物的特性和数量来选择适宜的运输方式和处置方法。废 弃物运输的效率与收集车辆的数量和类型、收集工具和劳动力的配合、收集时 间等因素有关。要将这些因素与科学设计的收集路线相结合，才能使人力、财 力、运输工具得到更加合理的配置。 根据废弃物运输路线的不同，废弃物的运输方式可以分为以下四种： 从废弃物产生源直接到填埋场： 产生源先到中转站，再到填埋场； 产生源先到中转站，然后到处理场，处理后的剩余物到填埋场； 产生源先直接到处理场，处理后的剩余物到填埋场。p i , 2 2 1 因此，通过处理场后，废弃物将会被分成两部分，一部分废弃物得到了回收 利用，另一部分必须运往最终处置场处置。如图2 4 所示： 1 3 葛篙 詈 臣 武汉理工大学硕士学位论文 图2 4 废弃物的运输路线 城市废弃物运输车吨位通常比较小，不适宜远途运输，而废弃物处理处置 场又远离市区，为了解决运输问题，一般都采用废弃物中转站来进行短期的储 存和防护，以提高运输效率，减少交通堵塞，还可以在中转站对废弃物进行分 拣和筛分等预处理。 在城市废弃物物流的全过程中，废弃物的清运是最耗费人力物力的环节。 为了防止废弃物清运造成二次污染，还需对有些废弃物进行包装。如对于放射 性废弃物，必须选择有安全防护屏蔽的包装容器。优良合适的包装可以减少对 运输途中、中转站等的污染。 2 2 3 废弃物的最终处理 从废弃物处理技术角度看，城市废弃物处理主要包括三大类方式： ( 1 ) 堆肥处理 堆肥处理是在人工控制的条件下，把废弃物保温至7 0 储存、发酵，借助 废弃物中微生物分解的能力，将有机物分解成无机养分。经过堆肥处理后，废 弃物变成卫生的、无味的腐殖质。堆肥技术的工艺比较简单，堆肥适宜于易腐 有机质含量较高的废弃物处理，对废弃物中的部分组分进行资源利用，而且处 理相同质量的废弃物投资比单纯的焚烧处理大大降低。城市废弃物中可堆肥物 主要是厨余废弃物及落叶等植物类废弃物。但是如果废弃物堆肥量过大，容易 造成土壤板结和地下水质变坏，所以，堆肥的规模不宜太大。1 2 3 】 ( 2 ) 焚烧处理 焚烧法是将废弃物置于高温炉中，使废弃物中碳水化合物转换成c 0 2 和 h 2 0 ，同时在高温下杀灭病毒、细菌的废弃物处理方法。焚烧技术作为一种可同 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 时实现城市废弃物减量化、无害化和资源化的废弃物处理技术，目前被世界上 一些经济发达国家广泛采用。 但是，焚烧处理也有其局限性：首先，焚烧厂的建设和生产费用极为昂贵， 一般来说，焚烧设备投资约4 0 7 0 万( r m b ) 天吨；其次，焚烧对废弃物的热 值有一定要求，一般不能低于5 0 0 0 k j k g ，这限制了它的应用范围；另外，如果 技术不成熟，焚烧过程容易产生“二恶英”，会对大气产生严重污染。 我国的废弃物焚烧技术起步于八十年代中期。目前我国仅有深圳等极少数 城市采用了焚烧处理技术，北海、沈阳、广州、北京、上海等城市也开始进行 城市废弃物焚烧厂的设计与建设。焚烧技术在我国发展较慢的主要原因是我国 城市废弃物中的可燃物含量较少，热值偏低，而且受经济技术条件的限制，目 前大多数城市难以在较短的时间内广泛采用焚烧方法处理城市废弃物。【2 2 】 ( 3 ) 填埋处理 填埋处理是大量消纳城市废弃物的有效方法，也是所有废弃物处理工艺中 的最终处理方法，分为直接填埋和卫生填埋。所谓直接填埋法是将废弃物填入 已预备好的坑中盖上压实，使其发生生物、物理、化学变化，分解有机物，达 到减量化和无害化的目的。它的最大特点是处理费用低，方法简单，但容易造 成地下水资源的二次污染，即渗滤液污染。而且废弃物发酵产生的有害气体容 易污染大气，当气体积蓄到一定程度还会发生爆炸。 卫生填埋法是目前应用最普遍的废弃物处理技术，是将废弃物倒入具有一定 地形特征的场地中，通过采取防渗、覆土和气体导排设施，消除了简易填埋带 来的各种安全、卫生和环境污染问题的一种最终处置技术。它的优点是投资少， 容量大，见效快，因此广泛为各国采用。田1 目前，我国城市废弃物的处理方式比较落后，大部分的废弃物直接采用露天 堆放、自然填沟等方式处理，不但侵占了宝贵的土地资源，而且对环境造成了 潜在的影响和危害，特别是简易废弃物堆放场的渗滤液，由于没有进行必要的 收集和集中净化处理，已导致水资源和环境的严重污染。但是近几年来，我国 废弃物填埋场建设日趋完善，一批具有较高水平的废弃物填埋场相继建成或正 在筹建之中例如广州、杭州、苏州、成都、北京等城市都相继建成了较为完 善的卫生填埋场。1 2 鄙 1 5 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 4 废弃物的再利用和资源化 进入2 0 世纪9 0 年代，全球废弃物对策视点进一步转移到潜在废弃物和前 端废弃物减量的全过程控制对策上，资源利用模式由“原料产品废弃 物”的单向运行转变为“原料产品原料”的循环运行。就当前的技术 水平而言，实现城市废弃物资源化途径主要有3 种：废弃物回收利用、废弃物 转换利用和废弃物转化能源。1 2 8 】 废弃物回收利用又被称为再使用，指的是将已丢弃的废弃物重新加以利用。 在这种途径下，废弃物的物理形态没有因重新使用丽改变。废弃物转换是通过 技术手段，利用废弃物中的某些成分制成新形态的物质。如堆肥、废塑料油化 等。在这种利用途径下，废弃物被转换成原材料重新投入于生产过程之中。废 弃物转化能源是通过化学或生物转换，释放废弃物中蕴藏的能量，并加以利用。 例如，通过废弃物焚烧或收集填埋场甲烷气体进行发电或供热。1 2 7 1 图2 5 中所列出的是城市废弃物资源化处置的常用方法。其中，加工再利 用和转换利用均是通过工程手段进行的回收利用。二者的区别在于加工再利用 不改变废弃物中有用物质的化学性质，如再生塑料，废塑料、废纸制成的复合 板材等；转换利用需改变废弃物中有用物质的物理、化学和生物性质后加以利 用，如废弃物焚烧、堆肥等。 资源化方法 玻璃瓶、塑料瓶的回收利用 r 热解( 如塑料、橡胶) r 十沼气化( 如可生物降解有机物) r t 焚烧( 如可燃垃圾) r 固化( 如无机垃圾玻璃等) r 1 气化熔融( 如塑料橡胶类) r 堆肥( 如可生物将解有机物) r 饲料( 如食品垃圾) b 其他 图2 - - 5 常用废弃物资源化方法 1 6 钔龋哪一 一伟伟h 叶 武汉理工大学硕士学位论文 目前，我国在城市废弃物资源化领域已取得了一定的成绩，城市废弃物循环 利用技术设备得到了发展。特别是城市废弃物制建材、城市废弃物制沼气、城 市废弃物热解、气化等技术已取得可喜成果。但是，由于我国的废旧物资的回 收利用主要是在回收系统自身成本规律下指导运行的，与城市废弃物处理成本 完全是分离的。例如，有些废弃物如废旧电池的回收本身是不赚钱的甚至是亏 本的，但这些废弃物如果进入城市废弃物处理物流，一方面要付出更大的成本， 另一方面可能即使付出了较大的成本，也不能消除其对环境的危害影响。所以， 我国应当把城市废弃物处理和废弃物回收或者说城市废弃物的资源化有机地结 合起来，才能使城市废弃物处理沿着可持续发展的方向前进。 2 6 , 2 7 1 2 3g i s 技术及其应用 2 3 1g i s 技术概述 地理信息系统( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是一种采集、存储、 管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布有关地理数据的信息管理系统， 是以地理空问数据库为基础，在计算机较、硬件环境支持下，对空间相关数据 进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时 提供多种空间和动态的地理信息。为地理数据研究、综合评价、管理、定量分 析和决策服务而建立起来的一类计算机应用系统。简而言之，它是以计算机为 工具，具有地理图形和空间定位功能的空间型数据管理系统。f 3 1 】 g i s 作为一种计算机应用系统，它除了具有一般信息系统软件的特点外还具 有以下特殊性： ( 1 ) 含有数据库和图形库，并能实现图形库和数据库的互访，可对数据库 中的信息进行直观的可视化分析，发掘隐藏在文本数据之中的有用信息，为用 户提供一种崭新的决策方式。 ( 2 ) 具有方便实用的数据分层技术，允许用户管理多层地理信息和按需要 将数据进行分层，实现空间数据与属性数据的统一管理，并具有灵活的数据查 询功能。 ( 3 ) 强大的图形处理功能及其独有的空间分析决策功能。可以实现图形叠 1 7 武汉理： 大学硕士学位论文 加功能，有