申请/专利权人：中国人民解放军陆军工程大学

申请日：2023-02-28

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN116307134B

主分类号：G06Q10/04

分类号：G06Q10/04;G06Q10/047;G06Q10/0631;G06Q50/26;G06N3/126

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2023.07.11#实质审查的生效;2023.06.23#公开

摘要：针对城市生活垃圾收运方式存在垃圾收运成本较高、垃圾中转站高峰期存在排队现象、垃圾收运建设水平较低等问题，本发明提出了一种城市地下垃圾中转站选址方法、系统、电子设备和存储介质，属于选址技术领域，上述方法通过对城市地下垃圾中转站选址影响因素分析，构建城市地下垃圾中转站选址模型，以城市生活垃圾地下收运网络总成本最小为目标，采用非支配排序遗传算法NSGA‑II与A*算法混合，规划垃圾运输路径并优化垃圾中转站选址方案。本发明解决了高峰期垃圾收集车辆的排队倾倒问题，提高生活垃圾收运的机械化程度与效率。

主权项：1.一种城市地下垃圾中转站选址方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据模型构建条件，并考虑城市地下垃圾运输总成本、地下垃圾中转站建设总成本和地下垃圾运输管道建设总成本，构建城市地下垃圾中转站选址模型，设定城市地下垃圾中转站选址模型的目标函数及目标函数的约束条件；所述模型构建条件包括：居民区内产生的垃圾只能通过真空管道垃圾收集系统运输至地下垃圾中转站，再由地下集装箱运输至垃圾处理厂，垃圾不得直接送到垃圾处理厂；地下垃圾运输不用考虑由于交通堵塞和路况产生的时间成本；同一个区域产生的垃圾只能通过真空垃圾管道运往一个地下垃圾中转站；城市地下垃圾中转站在建设中所产生的变动成本与其垃圾处理量之间存在正相关的关系；在使垃圾产生源至地下垃圾中转站以及地下垃圾中转站至垃圾处理厂之间的垃圾运输距离最小时，采用两点之间直线最短的形式对地下垃圾中转站进行选址；所述设定城市地下垃圾中转站选址模型的目标函数及目标函数的约束条件具体为：城市地下垃圾运输总成本C1如下式： 式中，m为垃圾收集点数量，n为地下垃圾中转站数量，Cij为生活垃圾由居民区垃圾收集点运输至地下垃圾中转站产生的单位费用，Xij为垃圾收集点到地下垃圾中转站所运输的垃圾量，dij为垃圾收集点到地下垃圾中转站的直线长度，q为垃圾处理厂数量，Ckj为地下垃圾中转站到垃圾处理厂间的单位运输费用，Xkj为地下垃圾中转站到垃圾处理厂之间的运输量，dkj为地下垃圾中转站到垃圾处理厂之间的直线距离，p为可回收中心的数量，Csj为地下垃圾中转站到可回收中心之间的单位运输费用，Xsj为地下垃圾中转站到可回收中心之间的运输量，dsj为地下垃圾中转站到可回收中心之间的直线距离；城市地下垃圾中转站建设总成本C2如下式： 式中，Fj为地下垃圾中转站的基本建设投资， Zj＝0表示备选地下垃圾中转站未被选中，Zj＝1表示备选地下垃圾中转站被选中；城市地下垃圾运输管道建设总成本C3如下式： 式中，W1为垃圾收集点至地下垃圾中转站每公里轨道建设成本，W2为地下垃圾中转站至垃圾处理厂和可回收中心之间每公里的轨道建设成本；将城市生活垃圾地下网络收运总成本C作为目标函数，具体如下：C＝C1+C2+C3目标函数的约束条件如下：城市生活垃圾地下网络收运总成本C不超过总投资预算WC≤W各收集地点的垃圾仅可运送至指定的地下垃圾中转站，用下式表示： 式中， Uij＝0表示第i个垃圾收集点的垃圾不运往第j个地下垃圾中转站，Uij＝1表示第i个垃圾收集点的垃圾运往第j个地下垃圾中转站；垃圾收集点运往地下垃圾中转站的垃圾量不超过垃圾收集点所收集的垃圾总量，用下式表示： 式中，Ci为垃圾收集点的垃圾收集总量；地下垃圾中转站所转运的垃圾量与各居民区垃圾收集点收集到垃圾总量相等，用下式表示： 式中，Cj为地下垃圾中转站的垃圾处理容量；各个地下垃圾中转站转运的垃圾被运送到指定的垃圾处理场，用下式表示： 每一个地下垃圾中转站的垃圾，仅限被送至指定的可回收中心，用下式表示： 从地下垃圾中转站运送至垃圾处理厂及可回收中心的垃圾量，不得超出地下垃圾中转站的处理能力，用下式表示： 式中， Usj＝0表示第j个地下垃圾中转站的垃圾不运往第s个可回收中心，Usj＝1表示第j个地下垃圾中转站的垃圾运往第s个可回收中心；地下垃圾中转站的垃圾全部回收到垃圾处理厂和可回收中心，用下式表示：Cj＝Ck+Cs式中，Ck为垃圾处理厂的垃圾收集总量，Cs为可再生资源回收利用中心的垃圾收集总量；地下垃圾中转站运往垃圾处理厂的垃圾量不超过垃圾处理厂的处理能力，用下式表示： 式中， Ukj＝0时表示第j个地下垃圾中转站的垃圾不运往第k个垃圾处理厂，Ukj＝1时表示第j个地下垃圾中转站的垃圾运往第k个垃圾处理厂；从地下垃圾中转站运送至可回收中心的垃圾量不会超出可回收中心的处理容量，用下式表示： 式中，Xsj为地下垃圾中转站到可回收中心之间的运输量，Cs为可再生资源回收利用中心的垃圾收集总量；步骤2：随机产生满足约束条件的r组地下垃圾中转站选址方案，以城市生活垃圾地下网络收运总成本最小为目标，使用A*算法寻找连接垃圾收集点、垃圾处理厂、可回收中心和地下垃圾中转站的最优路径；采用最小二乘法对所寻找的路径进行曲线拟合，获得每组地下垃圾中转站选址方案下的曲线交点集，在曲线交点处随机选择曲线半径和长度，得到Pzq种垃圾运输路线方案；所述使用A*算法寻找连接垃圾收集点、垃圾处理厂、可回收中心和地下垃圾中转站的最优路径具体为：步骤2.1：栅格化研究区域，每一个格子代表一个节点；步骤2.2：确定研究区域中的起始节点，把起始节点添加到开启列表；步骤2.3：若开启列表不为空，弹出开启列表中综合优先级F值最小的节点作为当前节点，进入步骤2.4；若开启列表为空，算法失败；步骤2.4：若当前节点为终点，则从终点起，逐步追踪父节点，直到到达起始节点，形成的路径为连接垃圾收集点、垃圾处理厂、可回收中心和地下垃圾中转站的最优路径；若当前节点不为终点，则将当前节点从开启列表中删除并加入关闭列表，进入步骤2.5；步骤2.5：遍历与当前节点相邻的8个节点中的每一个节点，如果路径不可从被遍历的节点通过或者被遍历的节点已经在关闭列表中，则省略该被遍历的节点，选取下一个邻近的被遍历的节点；如果被遍历的节点不在开启列表中，把被遍历的节点添加进开启列表，把开启列表中综合优先级F值最小的节点作为被遍历的节点的父节点，记录被遍历的节点的综合优先级F值，被遍历的节点距离起始节点的代价G值和被遍历的节点距离终点的预计代价H值；如果被遍历的节点已在开启列表中，使用被遍历的节点距离起始节点的代价G值的大小确定路径，选取距离起始节点的代价G值最小的被遍历的节点的父节点作为新的当前节点，再计算当前节点距离起始节点的代价G值和综合优先级F值；若与原始当前节点相邻的8个节点都被遍历完，进入步骤2.3；步骤3：将Pzq种垃圾运输路线方案作为NSGA-II算法的父代种群，利用NSGA-II算法对父代种群中的个体进行非支配排序、拥挤度排序及交叉变异，得到优化后的子代种群，将子代种群作为最优的地下垃圾中转站选址方案；具体包括：步骤3.1：计算父代种群Ffa,t中每一个个体对应的目标函数的值，对每个个体进行非支配排序和拥挤度排序，根据个体的非支配关系和拥挤度从父代种群Ffa,t中选择个体参与交叉变异，得到子代种群Fch,t；其中t为进化代数；步骤3.2：将父代种群Ffa,t与子代种群Fch,t混合，从中按照非支配关系与拥挤度选取Pzq个个体作为新父代种群Ffa,t+1，根据新父代种群Ffa,t+1中的个体的非支配关系和拥挤度从新父代种群Ffa,t+1中选择个体参与交叉与变异，得到新子代种群Fch,t+1；步骤3.3：判断进化代数是否到达最大值，若未达到最大值，则进化代数加一，返回步骤3.2，若达到最大值，则输出新子代种群Fch,t+1作为最优的地下垃圾中转站选址方案。

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百度查询： 中国人民解放军陆军工程大学 城市地下垃圾中转站选址方法、系统、设备和存储介质

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