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1、论文题目：论文题目：论文题目：论文题目：城市生活固体废弃物逆向物流城市生活固体废弃物逆向物流城市生活固体废弃物逆向物流城市生活固体废弃物逆向物流网络选址路径问题研究网络选址路径问题研究网络选址路径问题研究网络选址路径问题研究 学生：学生：指导老师：指导老师：XXXX教授教授1研究背景研究背景 城市生活固体废弃物也叫城市生活垃圾，城市生活固体废弃物也叫城市生活垃圾，是指人们日常生活中产生的固体废弃物是指人们日常生活中产生的固体废弃物,主主要包括各种包装物、旧报纸书刊以及玻璃、要包括各种包装物、旧报纸书刊以及玻璃、铁、铝和饮料容器等铁、铝和饮料容器等,其余为家用电器、厨余其余为家用电器、厨余物、污
2、泥。随着社会经济的发展物、污泥。随着社会经济的发展,人民生活人民生活水平日益提高水平日益提高,城市生活垃圾、固体废弃物城市生活垃圾、固体废弃物也大幅增加。也大幅增加。2 我国城市居民每天产生垃圾我国城市居民每天产生垃圾1.2kg以上以上,许多许多城市出现了垃圾包围城市的情况城市出现了垃圾包围城市的情况,严重污染了土地、严重污染了土地、空气及水体。白色污染、垃圾围城已经成为困扰城空气及水体。白色污染、垃圾围城已经成为困扰城市发展的大问题。市发展的大问题。3 目前在物流的理论研究和实践活动中，人们过多注重的目前在物流的理论研究和实践活动中，人们过多注重的是具有使用价值的物品如何合理地流动，却很少有
3、人注重那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。些不具有使用价值的废弃物实体的流动。由于废弃物逆向物流网络是由政府部门负责建设，这就由于废弃物逆向物流网络是由政府部门负责建设，这就不能只考虑建设费用和运行费用，还需考虑建立的设施对公不能只考虑建设费用和运行费用，还需考虑建立的设施对公众产生的影响。本文就是针对城市生活固体废弃物逆向物流众产生的影响。本文就是针对城市生活固体废弃物逆向物流的特点，以总成本最小及处理站产生的环境负效应最小为系的特点，以总成本最小及处理站产生的环境负效应最小为系统设计目标，研究如何从众多候选地址中选出确定的中转站统设计目
4、标，研究如何从众多候选地址中选出确定的中转站和处理站的位置和数量，设计合理的收集运输路径，从而形和处理站的位置和数量，设计合理的收集运输路径，从而形成城市生活固体废弃物逆向物流体系。成城市生活固体废弃物逆向物流体系。4国内外研究现状国内外研究现状 1.城市生活城市生活固体废弃固体废弃物逆向物物逆向物流网络优化流网络优化 收运路线收运路线的优化的优化 中转站和处中转站和处理站规模、理站规模、容量和选容量和选址的优化址的优化 转运路线转运路线的优化的优化 收运系统的收运系统的整体优化整体优化 5 （2004）针对固体废弃物的收集、运输和处理是可见度高、费用）针对固体废弃物的收集、运输和处理是可见度
5、高、费用高等特点，提出采用以最小插入规则和转换技巧法为基础的启发式算法，高等特点，提出采用以最小插入规则和转换技巧法为基础的启发式算法，对城市垃圾及收运线路进行优化研究。文中给出了在是否考虑环境影响对城市垃圾及收运线路进行优化研究。文中给出了在是否考虑环境影响的情况下，车辆收集个街道垃圾的最小运输费用。的情况下，车辆收集个街道垃圾的最小运输费用。胡双海，何波（胡双海，何波（2007）分析了建立固体废弃物中转站和处理站选）分析了建立固体废弃物中转站和处理站选址需要考虑的因素，并建立了选址的评价指标体系。址需要考虑的因素，并建立了选址的评价指标体系。吕新福，蔡临宁（吕新福，蔡临宁（2005）针对废
6、弃物回收物流，从系统研究的角）针对废弃物回收物流，从系统研究的角度出发，同时研究固体废弃物回收中转站的选址和废弃物运输路线的安度出发，同时研究固体废弃物回收中转站的选址和废弃物运输路线的安排，建立了选址排，建立了选址-路径规划问题的模型，并采用两阶段路径规划问题的模型，并采用两阶段Tabu搜索启发式搜索启发式算法对该模型进行求解，得到合适的中转站位置和数量，并给出了较优算法对该模型进行求解，得到合适的中转站位置和数量，并给出了较优的车辆调度。的车辆调度。何波、杨超（何波、杨超（2006）等针对固体废弃物的回收问题，构建了一个）等针对固体废弃物的回收问题，构建了一个两层的逆向物流网络系统，研究了
7、如何确定回收站和处理站的地址和数两层的逆向物流网络系统，研究了如何确定回收站和处理站的地址和数量，废弃物产生点的分配以及废弃物的存储和运输问题。量，废弃物产生点的分配以及废弃物的存储和运输问题。62.LRP的研究现状的研究现状 对于选址对于选址-路线安排问题的研究，早在路线安排问题的研究，早在20世纪世纪60年代，已经有类似的概念被提出。年代，已经有类似的概念被提出。Cooper在在70年代把年代把选址问题与运输问题结合起来，正式提出了选址选址问题与运输问题结合起来，正式提出了选址路路线安排问题线安排问题(Location-Routing Problem，LRP)。汪寿阳、赵秋红等（汪寿阳、赵
8、秋红等（2000）是较早在国内开始）是较早在国内开始LRP 问题研究的学者，在其论文中详细介绍了国外对问题研究的学者，在其论文中详细介绍了国外对于集成物流管理系统中于集成物流管理系统中LRP问题的研究进展，分析了问题的研究进展，分析了LRP的主要内容和特征，提出有关求解问题的算法分的主要内容和特征，提出有关求解问题的算法分类，并对以后该领域的研究方向提出了几点建议。该类，并对以后该领域的研究方向提出了几点建议。该文献对我国在该领域的研究起了指引作用。文献对我国在该领域的研究起了指引作用。7 张潜、高立群等（张潜、高立群等（2003，2004）从算法优化的）从算法优化的角度出发，对角度出发，对L
9、RP问题中的定位配给、运输车辆路线问题中的定位配给、运输车辆路线安排、定位安排、定位运输路线安排三类问题的具体优化方法运输路线安排三类问题的具体优化方法进行了分析和比较，并在此基础之上提出两阶段启发进行了分析和比较，并在此基础之上提出两阶段启发式算法来求解式算法来求解LRP问题。问题。张长星等（张长星等（2004）采用遗传算法来求解选址）采用遗传算法来求解选址运输路线安排问题。通过对遗传算法中树编码、免疫运输路线安排问题。通过对遗传算法中树编码、免疫遗传算法以及遗传算法的阶段进化策略进行分析，构遗传算法以及遗传算法的阶段进化策略进行分析，构建了建了LRP的改进遗传算法。的改进遗传算法。林岩等（
10、林岩等（2004）从）从LRP的发展历程、分类和解决的发展历程、分类和解决方法几个方面对物流系统中的方法几个方面对物流系统中的LRP研究现状进行了全研究现状进行了全面的评述。面的评述。8论文的主要研究内容论文的主要研究内容9城市生活固体废弃物逆向物流城市生活固体废弃物逆向物流网络及选址网络及选址路径的相关概念路径的相关概念 城市生活固体废弃物逆向物流城市生活固体废弃物逆向物流是指是指在城市日常生活中或者为城市日常生活在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物以提供服务的活动中产生的固体废弃物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废
11、弃物，根据需要进行收集、圾的固体废弃物，根据需要进行收集、分类、加工、包装、搬运、储存，并分分类、加工、包装、搬运、储存，并分送到专门处理场所时所形成的物品实体送到专门处理场所时所形成的物品实体流动。流动。1011 选址选址路径问题（路径问题（LRP）可以表述为：给可以表述为：给定与实际问题相符的一系列客户点和一系列潜定与实际问题相符的一系列客户点和一系列潜在的设施点，在这些潜在的点中确定出一系列在的设施点，在这些潜在的点中确定出一系列的设施位置，同时确定出一套从各个设施到各的设施位置，同时确定出一套从各个设施到各个客户点的运输路线，确定的依据是满足问题个客户点的运输路线，确定的依据是满足问题
12、的目标（通常是总费用最小）。的目标（通常是总费用最小）。LRP可图示为：可图示为：表示设施表示客户表示未被选中的设施表示运输路线表示设施表示客户表示未被选中的设施表示运输路线12 相对于普通的选址相对于普通的选址路径问题，废弃物收集系统路径问题，废弃物收集系统的选址的选址路径问题还具有其自身的特殊性：路径问题还具有其自身的特殊性：1.物流方向上的不同。废弃物收集系统的物流方向上的不同。废弃物收集系统的LRP问题属问题属于回收物流领域，是于回收物流领域，是“多到少多到少”的问题，而正向配送的问题，而正向配送都是都是“少到多少到多”的问题。的问题。2.物流结构上的不同。传统问题的第二层为仓库或配物
13、流结构上的不同。传统问题的第二层为仓库或配送中心，车辆一般从这里出发，回到这里。废弃物收送中心，车辆一般从这里出发，回到这里。废弃物收集问题中，第二层为中转站，车辆只在这里清空负载，集问题中，第二层为中转站，车辆只在这里清空负载，而出发地是停车场，最后又回到停车场。而出发地是停车场，最后又回到停车场。3.车辆路径问题不同。废弃物收集的路径规划问题是车辆路径问题不同。废弃物收集的路径规划问题是比一般正向配送的比一般正向配送的VRP问题更为一般化和复杂化的问题更为一般化和复杂化的PVRP-IF（带中间设施的周期性车辆路径）问题。（带中间设施的周期性车辆路径）问题。13选址选址路径问题的模型构建路径
14、问题的模型构建1.城市生活固体废弃物逆向物流网络结构城市生活固体废弃物逆向物流网络结构 处理站处理站收集点收集点停车场停车场中转站中转站图图3-3城市生活固体废弃物逆向物流网络结构示意城市生活固体废弃物逆向物流网络结构示意图图14 城市生活固体废弃物逆向物流应该做到：广大公众接受城市生活固体废弃物逆向物流应该做到：广大公众接受程度最高；对环境的影响最小；成本最低。构建的模型目标程度最高；对环境的影响最小；成本最低。构建的模型目标包括：包括：(1)合理安排物流系统布局，包括中转站和处理站的选址，合理安排物流系统布局，包括中转站和处理站的选址，以及收集运输路径的安排，以实现总成本最低，以下称成本以
15、及收集运输路径的安排，以实现总成本最低，以下称成本最低最低 经济指标经济指标(2)处理站产生的环境负效应最小处理站产生的环境负效应最小 环境指标环境指标 从这里可以看出，城市固体废弃物逆向物流选址从这里可以看出，城市固体废弃物逆向物流选址路径路径问题是一个多目标规划问题，因此必须统筹规划，同时考虑问题是一个多目标规划问题，因此必须统筹规划，同时考虑两个目标，合理安排，以达到最佳效果，这才是模型的最终两个目标，合理安排，以达到最佳效果，这才是模型的最终目标。目标。152.模型的基本假设模型的基本假设 (1)设施的层次为三层，收集点、中转站和处理站，最后选定的处理站数量是确设施的层次为三层，收集点
16、、中转站和处理站，最后选定的处理站数量是确定的，只选其中一个，中转站个数不确定；定的，只选其中一个，中转站个数不确定；(2)废弃物只能先运到中转站，然后由中转站运送到处理站，不能直接运送到处废弃物只能先运到中转站，然后由中转站运送到处理站，不能直接运送到处理站；理站；(3)中转站和处理站一旦选定建成，使用年限为中转站和处理站一旦选定建成，使用年限为10年，每年按年，每年按360天算；天算；(4)停车场的位置是给定的，收集车从停车场出发，到达中转站清空垃圾后返回停车场的位置是给定的，收集车从停车场出发，到达中转站清空垃圾后返回停车场。且停车场有同种型号的收集车辆若干，且载重量一定；停车场。且停车
17、场有同种型号的收集车辆若干，且载重量一定；(5)运输车辆从中转站出发，到达处理站后路返回中转站。且有同种型号的运输运输车辆从中转站出发，到达处理站后路返回中转站。且有同种型号的运输车辆若干，且载重量一定；车辆若干，且载重量一定；(6)每个收集点的垃圾产生量是确定的，都小于收集车辆的装载量。且在一定时每个收集点的垃圾产生量是确定的，都小于收集车辆的装载量。且在一定时期内垃圾量不变；期内垃圾量不变；16续续(7)每辆收集车为一个以上的收集点服务；且每辆车只负责一次收集活每辆收集车为一个以上的收集点服务；且每辆车只负责一次收集活动；动；(8)单位距离的废弃物的运费是已知的。这个费用主要包括垃圾车成本
18、费单位距离的废弃物的运费是已知的。这个费用主要包括垃圾车成本费用和人工费用。垃圾车成本费用包括最初投资成本的折旧加上其运行和用和人工费用。垃圾车成本费用包括最初投资成本的折旧加上其运行和维护成本；维护成本；(9)各收集点、停车场、备选中转站和处理站的位置是已知的且服从三角各收集点、停车场、备选中转站和处理站的位置是已知的且服从三角不等式，以及费用矩阵是对称的；不等式，以及费用矩阵是对称的；(10)考虑到进行本文所做研究时尚处于选址规划阶段，不考虑个设施考虑到进行本文所做研究时尚处于选址规划阶段，不考虑个设施（中转站和处理站）的容量约束限制，在进行计算的时候为了方便，处（中转站和处理站）的容量约
19、束限制，在进行计算的时候为了方便，处理站的容量取一个极大值理站的容量取一个极大值150万吨；中转站的处理容量取万吨；中转站的处理容量取20吨吨/天；天；(11)道路状况确定，不考虑路段拥挤、堵塞或车辆本身故障情况。道路状况确定，不考虑路段拥挤、堵塞或车辆本身故障情况。17 3.模型构建模型构建模型中的决策变量是：模型中的决策变量是：18符号与变量说明符号与变量说明 1920目标函数目标函数处理站的固处理站的固定成本定成本运输成本运输成本中转站的中转站的固定成本固定成本收集成收集成本本处理站产生的处理站产生的环境负效用环境负效用21约束条件约束条件 22 23遗传算法设计遗传算法设计确定实际问题
20、参数确定实际问题参数集集适应度函数的计算适应度函数的计算群体群体P(t+1)群体群体P(t)三个基本操作算子三个基本操作算子1.选择选择2交叉交叉3.变异变异对参数进行编码对参数进行编码初始化种群初始化种群P(t)评价群体评价群体遗传操作遗传操作结果结果满足停止规满足停止规则则图图4-1 遗传算法流程图遗传算法流程图24 编码方式：编码方式：采用基于序数的实数编码来表示染色体采用基于序数的实数编码来表示染色体，对收集点，备选中，对收集点，备选中转站和处理站进行编号，然后根据解的特点确定染色体的构成。将染色转站和处理站进行编号，然后根据解的特点确定染色体的构成。将染色体设计成长度为体设计成长度为
21、m+k+1的结构，其中的结构，其中m为收集点个数，为收集点个数，k为子路径个数，为子路径个数，也是收集车辆数，也是收集车辆数，1为选中的处理站个数。染色体为选中的处理站个数。染色体 2 1 11，5 3 4 13，8 9 13，6 7 10 11，15。初始染色体的产生：初始染色体的产生：随机产生随机产生m个收集点的全排列，若个收集点的全排列，若 将将s至至m的基因逐一向后移动一位，使的基因逐一向后移动一位，使s位空出，再从自然数位空出，再从自然数m+1到到m+r（r表示备选中转站的个数）随机选一个插入表示备选中转站的个数）随机选一个插入s位位。适应度函数的确定：适应度函数的确定：选择机制：选
22、择机制：最佳保留的轮盘赌选择法。最佳保留的轮盘赌选择法。交叉过程：交叉过程：采用基于部分匹配交叉的方法。采用基于部分匹配交叉的方法。变异方式变异方式：分别对选址和路径进行变异操作。：分别对选址和路径进行变异操作。停止条件：停止条件：利用最大演化代数来限定算法的执行次数。利用最大演化代数来限定算法的执行次数。25 通过以上几个关键步骤的设计，本节所构造的遗传算法具体通过以上几个关键步骤的设计，本节所构造的遗传算法具体步骤可概括描述如下：步骤可概括描述如下：step1：初始化，设置终止条件和种群规模：初始化，设置终止条件和种群规模n；step2：GenN=0，随机生成初始种群，随机生成初始种群Po
23、p(0)；step3：对种群中的每一个染色体，计算适应值：对种群中的每一个染色体，计算适应值step4：据最佳保留的轮盘赌选择法，从：据最佳保留的轮盘赌选择法，从Pop(GenN)中选择到中选择到Pop(GenN+1)，即复制下一代个体；，即复制下一代个体；step5：进行交叉和变异操作，重组：进行交叉和变异操作，重组Pop(GenN+1)；step6：GenN=GenN+1；step7：若满足算法终止条件，则停止，否则转：若满足算法终止条件，则停止，否则转step3。26实例验证实例验证 以成都市金牛区九里堤的垃圾收以成都市金牛区九里堤的垃圾收运系统为例（运系统为例（45个收集点，个收集点，
24、3个备选个备选中转站和中转站和2和备选处理站），利用本和备选处理站），利用本文构建的模型和遗传算法进行求解，文构建的模型和遗传算法进行求解，经由这种遗传算法用经由这种遗传算法用C+开发在运行开发在运行环境中编程求解，运行程序得到结果环境中编程求解，运行程序得到结果如下表所示。如下表所示。27车辆车辆序号序号 收运路线收运路线 垃圾量垃圾量收集车辆总收集车辆总运距运距 运输车辆运输车辆总运距总运距 1012tpldp1 1.80 27232 53826 20345678tpldp1 1.89 29152 309373839404142434445tpldp1 1.818 22223 401617
25、1819202122一一2324252627tpldp1 1.854 22946 50101112131415tpldp11.584 25832 60282930313233343536tpldp1 1.746 24271 10.908 151656 表表5-2 金牛区基于现状的收运系统金牛区基于现状的收运系统 28车辆车辆序号序号 收运路线收运路线 垃圾量垃圾量收集车辆总收集车辆总运距运距 运输车辆运输车辆总运距总运距 104123122tp2dp1 1.98t 24605 52186 20161718403937383642434445tp1dp1 1.814t 21959 3024141
26、0387tp2dp1 1.782 24434 402813561tp2dp1 1.576t 23376 5035302915114tp2dp1 1.98t 27296 6091920212225262733343231tp1dp1 1.648t 22605 10.908t 144248 表表5-3 金牛区规划后收运系统金牛区规划后收运系统 29 最后得到目标值为最后得到目标值为1279.886万元，其中固定成本和运万元，其中固定成本和运行成本为行成本为1797.609万元，环境成本为万元，环境成本为71.865万元，收集万元，收集路径距离为路径距离为144.248km，运输路径距离为，运输路径
27、距离为52.186km，比，比基于现状的收运方案总路径少了基于现状的收运方案总路径少了19.05km。通过对成都市金牛区装载量为通过对成都市金牛区装载量为2t的垃圾车收运九里堤的垃圾车收运九里堤街道办事处所辖区域垃圾的现状和规划进行系统的优化分街道办事处所辖区域垃圾的现状和规划进行系统的优化分析，可以得出以下结论；采用两级选址运输路径的模型，析，可以得出以下结论；采用两级选址运输路径的模型，并考虑了处理站所带来的环境负效用，比采用单纯的路径并考虑了处理站所带来的环境负效用，比采用单纯的路径规划模型，不仅有助于完成城市废弃物逆向系统的规划，规划模型，不仅有助于完成城市废弃物逆向系统的规划，使总费用最低，而且考虑了公众的意愿，使处理站对生活使总费用最低，而且考虑了公众的意愿，使处理站对生活区产生的环境负效用减少到最小。区产生的环境负效用减少到最小。303132