当前世界环境

简介

废物管理是一个全球性的环境问题，是当今世界一个非常重要的问题。由于不当的废物管理使居民处于危险之中，城市废物管理目前受到发达国家和发展中国家城市的更多注意，因为它会影响公众对环境的关注^{1, 2 - 3}有相当多的垃圾没有进行适当的分类处理，这导致了经济和环境问题。家庭废物的收集和运输是废物管理中最重要的因素之一，因此占预算的主要部分。因此，持久的管理必须一方面减少对环境的影响，另一方面尽量减少收集和运输的费用。为此目的，必须有可靠的元件来优化收集电路，这显示了这类管理中最常见的困难⁴．

在这方面，地理信息系统(GIS)的发明提供了一个高度创新的建模选项，允许决策者调查或设计广泛的废物管理相关问题。事实上，将地理信息系统技术与固体废物管理相结合已被认为是最有希望实现固体废物管理规划过程自动化和更好管理的方法之一^{5 - 6}利用空间建模技术和地理信息系统提供的新工具优化废物收集和运输，可以通过减少旅行时间、距离、燃料消耗和污染物排放提供大量的经济和环境节约^{7, 8, 9, 10, 11, 12}．

在这方面，一些工作将GIS应用于车辆交通的一般研究(Ericsson et al.， 2006;泰勒等人，2000年)^{13 - 14日}或废物收集、集装箱存放点和车辆路线(Apaydin和Gönüllü， 2008¹⁵；Ghose等人，2006年¹⁶；Jovičić等人，2011¹⁷；Karamidas等人，2008年⁵；Lakshumi等人，2006年¹⁸；Tarantilis等人，2004年¹⁹；Tavares等人，2009¹²；Teixeira等人，2014;^20.Zamorano等人，2009年²¹；Zsigraiova等人，2009,2013^{月22日至23日})．车辆路线问题是一个常见的问题:每辆车必须在研究区域内行驶并访问所有的垃圾桶，以一种最小化总旅行成本的方式:通常是距离或时间，但也包括燃料消耗、二氧化碳排放等(Chalkias和Lasaridi, 2011²⁴)．

就突尼斯而言，用于垃圾收集和运输的支出占固体废物管理预算总额的75%，其中大部分用于工资和燃料。然而，值得注意的是，目前的收集过程一直以一种不加区分和不合理的方式进行，主要是针对斯法克斯市的管辖范围。事实上，日常生活垃圾收集车辆通常被分配到多个区域进行操作，没有经过认真的需求分析研究，路线路线由卡车司机自己决定。这样的状态往往会产生非常高的固体废物收集成本。

本研究的目的是在垃圾综合治理中优化生活垃圾收集路线的距离和时间。利用ArcGIS软件的Network Analysis工具箱对最优垃圾收集路线进行评估。

材料和方法

个案研究范围及收集系统的现况

El Bousten地区占地325英亩，居民15707人，被选为目前工作的案例研究。El Bousten地区是斯法克斯地区最重要的地区之一，包括7个地区:El Medina, Sidi Mansour, Sfax Nord, erbadh, Merkez Chaker, Cite El Habib和El Bousten (图1)．它实际上是一个非常有代表性的地区，因为它涵盖了大量的住宅楼、办公室、商店和餐馆，以及教师和学生宿舍。穆罕默德·本·萨阿德的私营公司每年负责收集和运输7000吨生活垃圾和垃圾，即每人1.25公斤。产生的固体废物由2辆16米的压实车运输^3.连同2辆5米拖拉机的容量^3.在距离仓库17公里的中转站的处置能力。

收集定时程序每天由上午九时至下午三时进行，以人工和机械方式收集废物。与El Bousten地区有关的托收运输费用为41吨/吨。

图1:研究区域El Bousten的位置 点击此处查看图

根据经验，为了方便操作程序，该地区分为三个区，每周七天频繁地进行收集和运输。

本研究的研究区域属于第1扇区，研究区域约0.75 km²根据2012年收集车辆的称重表，该市人口超过8841人，每天的垃圾产生率约为10300吨。实际的垃圾收集过程在街道和家庭住宅层面进行，使用压实车和两辆手推推车。在这一部门，废物收集全部分配给车辆司机，在时间和路程方面造成巨大损失，因此增加了业务费用。研究人员进行的几项研究很好地揭示了，让卡车司机根据自己的经验选择路线并不一定意味着他们实际上追求的是最佳路线。目前，私营公司的应用系统显得不准确、不科学、过时、低效。由于固体废物到处乱扔，私营公司似乎没有足够的物资来有效地处理日益严重的固体废物管理问题。事实上，没有作出任何努力在选定的废物来源地点储存废物，更没有制定任何规范来确定垃圾箱的容量和放置位置，导致一些垃圾箱/坑仍然溢出。鉴于在现有废物管理中观察到的这些明显缺陷，似乎采用了一种与适当的家庭废物收集和运输程序有关的特殊方法，即根据地理信息系统模型设计的过程。

方法

基于GIS的收集系统优化方法是空间数据导入、管理和分析的有效手段。

目前的工作方法包括三个主要阶段，即(图2):

• 数据收集
• 空间数据库开发
• GIS分析:ArcGIS NA
  

图2:显示家庭GIS分析的流程图 点击此处查看图

数据收集

在与Sfax市政府和nomena田野调查的合作下，以适当的形式(向量、表格和栅格)收集和处理了以下数据:研究区域的划分;市土地利用详细规划;人口分布和密度;卫星图像(谷歌Earth);道路网络;以及道路信息(交通、限制和标志)。收集路线已通过GPS(全球定位系统)跟踪，以提取所有相关数据和事实:收集点的坐标，从停车场(起点/电路末端)和垃圾填埋场;容量以及用于收集的车辆数量和容量;每辆车的行驶路线，工人人数，现场垃圾状况，集装箱和垃圾桶状况，出发前和收集后里程表读数。某些背景空间数据取自斯法克斯市。 It concerns road network, existing routes, bins and building parcels. All data are restructured with field work as well as non spatial data for instance road name, road type, vehicle average speed, travel time, road slope, bin number, bin type/capacity, bin collection time are added . The collected information is then stored in a spatial database.

空间数据库开发

利用ArcGIS (ESRI)的GIS环境构建地理数据库。空间数据库(SDB)的主要来源是城市发展规划、用ArcGis10.1数字化的地图、卫星图像(谷歌Earth)、市政和统计服务数据、来自实地工作的数据和文献数据以及负责废物收集服务的公司。这些数据经大地测量校正后，得到朗伯二次曲线符合投影系统．数据库建立后，利用ArcGIS上的Network Analyst (NA)工具进行优化模型。

GIS分析:ArcGIS NA

本研究使用ESRI ArcGIS的Network Analyst扩展软件推荐路线的优化。它是一个强大的扩展，有助于提供基于网络的空间处理，包括路由、旅行方向、最近的设施和服务区分析。网络分析师扩展允许用户反映真实的网络条件，并解决车辆路径问题，包括转弯限制、速度限制、海拔限制和旅行条件。

它能够帮助找到通过所有垃圾收集容器的最短路线，同时简单地显示它们的位置。设置停车点后，得到了优化的固体废物收集路线。访问的中断顺序是通过Network Analyst定义的。它包括在计算最佳路线期间导出的成本降低选项(阻抗)。因此，最优路径可以确定为线路最短、成本最低的路径，其行程由用户自行选择。就目前的工作构想而言，使用网络分析来定义适合于废物收集过程的最佳路径是根据研究的区域主题产生的。

结果与讨论

在本文中，我们使用了上述方法，目的是研究斯法克斯市管辖范围内的生活垃圾收集方法。

实际上，在这个层面上正在考虑两项不同的工作或程序，即重新分配垃圾桶，以及利用几乎拟议的垃圾桶地点进行最优路线分析。

重新分配家庭收费箱

根据雕塑般的情况，El Bousten区1区总共放置了28个收集箱，容量为360升，但没有遵循分配这些垃圾箱的规范。为进一步完善病区现有的垃圾收集系统，对垃圾收集容器及其服务区域的不足进行了反思。每个托盘溢出都需要增加一个额外的托盘。

我们会按下列准则把这些垃圾桶重新分配给研究界别:

• 在打开的转储持久化的地方分配垃圾箱
• 在现有垃圾箱的位置旁边安装新的垃圾箱
• 允许每个路口安装多个垃圾箱。

在一个阶段中，根据1区每天和每周产生的废物量评估了放置的必要垃圾桶数量，并建议用容量为770 l的大垃圾桶取代小垃圾桶。这个过程由式(1)给出:

在那里,

N =箱子数量

W =每天产生的废物总量，以公斤为单位

D =生活垃圾平均密度，Kg m−^3.

S =仓库容量，单位为m^3.

F1 =料仓填充系数(本研究考虑80%)

采集频率

因此，考虑到平均垃圾密度为0.4 t/m，需要额外的18个溶液箱来吸收过量溢出的容器^3.和0.77^3.容量的容器中。人们注意到，大多数电路容器的容积为0.36米^3.而次要部分是由体积较小的0.75米的容器形成的^3.这个数字是足够的，可以建议将容器放置在所有人都可以使用的地方。垃圾桶的重新分配是根据它们与住所之间的距离进行的，目的是增加垃圾桶的数量。因此，距离居民区的最远距离不超过125米。第1扇区的总面积为46个75万桶^3.．图3强调了整个行业的垃圾桶再分配情况。

图3:废物收集箱的重新分配 点击此处查看图

最优路由

随着垃圾桶的重新分配，我们继续优化收集车辆的路线。图4显示了建议的垃圾桶作为收集点和可能的最短路线。

图4:重新分配容器后的优化路径 点击此处查看图

用该软件优化的路线与现有路线进行了比较。

比较结果见表1。从表1可以看出，最佳路线对应的是收集车可以行驶的8.9 km，而当前行驶的是12 km。这是对当前路由的25.83%的改进。就最佳路线旅行时间量而言，这种进展似乎是明显的。路线总旅行时间计算为收集车辆所花费的时间加上垃圾箱的收集时间。最佳路线的全局时间为211分钟，取代了之前已完成的现有路线的269分钟(即总收集时间增加21.5%)。

鉴于汽油消耗和污染物排放与收集时间跨度密切相关的事实，选择一个方便适当的行程路径肯定会产生大量的燃料收益和减排。此外，在建议的方案中，废物收集被证明是完全机械化的，从而消除了使用手推车收集垃圾的工作。这一程序可能会为市政当局带来额外的经济收益，并有助于改善工人的健康和保护环境。这提供的劳动力可以很好地工人在其他与垃圾管理过程相关的任务，如街道清洁。因此，该研究也能够提供更大的视野，洞察和修复范围，目前采取的收集路线。这样，通过这个模型研究所提供的优化尝试肯定会对当地的废物管理有很大的帮助，为他们提供了一个宝贵的机会，在合适的时间范围内纠正和修复可能修复的东西。

表1:当前路由与优化后的路由比较

路线	路线 距离 公里	路线 时间 最小值	改进 Fromempirical 路线% 距离(时间)	燃料 消费 (左)	的数量 收集 垃圾箱	工人
目前的路线	12	269	-	19	28	5
优化的路线	8.9	211	25.83 (21.5)	14	46	3.

鸣谢

作者衷心感谢环境与清洁部和斯法克斯市政府的帮助和宝贵合作，特别是在实地调查期间提供了帮助、数据和后勤支持。

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