城乡统筹生活垃圾收运物流系统优化中的设施选址-车辆路径问题研究

Reasonable construction of the logistics system of municipal waste collection and transportation can effectively improve the operational efficiency of the integrated waste management system of urban and rural coordination. The core issue in this research project is to solve the location-routing problem under the policy of compulsory classification from the integrated planning perspective of strategy and tactic level decisions. Based on the analysis of network structure, function and operation mode, and the dependency of vehicle routing and service frequency is analyzed. The multi-objective mathematic programing model of location-routing problem is established, which embodies the different features of the municipal waste, disposal processes and transportation mode. According the structural characteristics of the model and the analysis of the relevant constraints, the hierarchical heuristic algorithm and the lagrange relaxation heuristic algorithm based on sub-gradient optimization are designed to solve the practical problem. The rationality of the model and algorithm is verified based on the numerical simulation and the situational approach. The research project to further deepen the field of the logistics system construction of municipal waste collection and transportation, and provide scientific basis for decision making in the operation and construction of logistics system of municipal waste collection and transportation in the China’s urban and rural.

生活垃圾收运物流系统的合理构建可有效提高城乡统筹生活垃圾综合管理体系的运转效率。本项目研究的核心科学问题是：从战略层和战术层集成规划角度研究强制分类背景下的城乡生活垃圾收运物流系统优化中的设施选址-车辆路径问题。在分析系统网络结构、功能和运作模式基础上，分析车辆路径与服务频率之间的影响关系；建立涵盖不同生活垃圾特征、处理流程及运输方式的设施选址-车辆路径问题的多目标数学规划模型。根据模型结构特征及相关约束分析，分别设计层次化启发式算法和基于次梯度优化的拉格朗日松弛启发式算法求解实际规模问题。基于数值仿真实验和应用分析，验证模型合理性和算法有效性。项目研究进一步深化了生活垃圾收运物流系统研究领域，其成果可为强制分类背景下的我国城乡统筹生活垃圾收运物流体系的构建及运作提供科学决策依据。

将生活垃圾在源头进行分类投放，进而分类收运、分类处理，而非简单的全量填埋或全量焚烧，是解决提升生活垃圾管理水平、改善环境卫生质量的有效手段。因此，生活垃圾分类收运处理成为了目前中国许多城市管理者优先考虑实施的方式。科学合理地进行生活垃圾分类收运处理决策是一个复杂的系统工程，涉及到分类投放、分类收集、分类运输、分类处理等多个环节。本研究旨在采用物流网络集成建模理论与方法，深入研究目前生活垃圾管理（Municipal Solid Waste Management, MSWM）研究领域的热点难点之一：城乡分类生活垃圾收运物流网络集成建模研究。以促进我国城乡生活垃圾收运物流体系的建设，实现对城乡生活垃圾的全面收集和高效运输。.本研究课题从战略层与运作层集成决策的视角，结合理论文献资料和实践调研数据，紧扣实际系统构建中的城乡统筹发展进程、垃圾处置技术发展、现有基础设施条件、收运体系多周期扩展等诸多影响要素及要求，提出有效的建模框架和优化方法对城乡统筹生活垃圾收运物流系统进行科学合理的构建，实现涵盖不同垃圾类型及分布特征的生活垃圾区域网络子系统与收集子系统的集成决策。本课题研究可为我国实现强制分类背景下的城乡统筹生活垃圾收运物流系统优化提供理论基础，进一步拓展和深化物流系统研究领域。收运物流系统是城乡统筹生活垃圾管理体系的重要组成部分，针对其进行深入研究可为强制分类背景下的我国城乡统筹生活垃圾收运物流系统的构建及运作提供科学决策依据；有助于建立科学的垃圾管理机制，实现城乡地域界限打破，优化垃圾收运与处理设施的配置；实现对城乡生活垃圾的全面收集和高效运输，降低收运物流成本和环境影响。从而推进我国城乡一体化进程，促进乡村振兴战略的实施。