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• 本文标题：东河村垃圾桶布局规划研究.docx
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• 内容摘要：。本科生毕业设计论文题目东河村垃圾桶布局规划研究作者姓名刘颖专业工业工程指导教师毛清华教授2020年6月燕山大学本科生毕业设计东河村垃圾桶布局规划研究学院：经济管理学院专业：工业工程姓名：刘颖学号：160105060034指导教师：毛清华教授答辩日期：2020年6月10日燕山大学毕业设计任务书学院：经济管理学院专业(方向)：工业工程学号学生姓名专业班级工业工程题目题目名称东河村垃圾桶布局规划研究题目性质文管类题目类型毕业设计题目来源自选题目主要内容（1）对东河村的垃圾桶分布、存在问题等现状进行研究，明确其存在的不足和需要改进的地方（2）对垃圾桶涉及问题进行研究，通过解释结构模型分析本文要研究的主要方面（3）对其进行数学模型的建立，并且运用遗传算法对数学模型进行求解，将结果进行微调以适应该村的实际情况基本要求毕业设计要求学生必须基于专业知识，对本课题要解决的问题在社会环境下进行合理分析，评价对社会、健康、安全、文化以及可持续发展的影响，以及不同方案的优缺点和经济成本分析；（1）论文字数12000字以上；（2）利用工业工程理论和方法解决实际问题；（3）论文工作量饱满，数据可靠，方法科学；（4）参考文献20篇以上，其中英文参考文献5篇以上；符合燕山大学本科毕业设计（论文）写作规范参考资料（1）图书馆相关书籍资料（2）中外文期刊（3）硕士、博士学位论文（4）网络资源（5）在实践调查中得到的相关资料周次17—20周1—3周49周10—14周15–16周应完成的内容确定毕业论文题目，对所选题目进行调研和资料收集。根据调查的现状和数据进行开题报告的撰写，并准备开题答辩。提交中期答辩材料，完成中期答辩进行论文初稿的撰写，查重检测，论文修改，提交答辩材料完善答辩细节，准备答辩PPT，进行毕业答辩指导教师：毛清华职称：教授2019年12月16日摘要国家对环境保护越来越看重，其政策也正逐步并重点向农村倾斜，对于垃圾收集设施选址的研究也越来越热门，而垃圾桶的收集作用在垃圾收集系统中处于首位，因此垃圾桶的选址也起着至关重要的作用。农村生活垃圾来源面比较广，部分生活垃圾和工业废水对环境的污染极其严重。目前许多农村的硬件设施还有很多的欠完善的地方，导致垃圾不能进桶，对环境产生巨大的威胁，进而威胁到人们的生命健康。因此运用更巨说服力的科学方法对农村垃圾桶选址模型进行求解是目前较为重要的问题之一。首先以往文献中关于垃圾收集设施选址的方法进行分析梳理。其次在此基础上，对要研究的东河村进行实际调研，明确现有垃圾桶的布局，其主要分布的地方以及被忽略的地区，通过调研走访展示其中的问题和不足。再次对影响垃圾桶选址的因素进行罗列并分析其中的逻辑关系，将因素进行级位划分等一系列的处理，得出影响垃圾桶选址的重要因素。然后对以上三个重要因素进行多目标模型的建立。最后运用遗传算法求解此垃圾桶选址模型，将求解的最终结果进行微调，以适应东河村的实际情况，再将结果与之前的垃圾桶布局进行比较，通过展现其不同之处明确此次垃圾桶选址的优势所在。垃圾收集处于垃圾收运系统的首位，外加国家对环境保护的重视程度较高，因此垃圾桶的选址具有一定的可行性和实际意义。关键字：垃圾桶选址；多目标规划；遗传算法；解释结构模型AbstractThestatepaysmoreandmoreattentiontoenvironmentalprotectionanditspoliciesaregraduallyandfocusonthecountryside。TheresearchonthelocationofgarbagecollectionfacilitiesisbecomingmoreandmorepopularandthecollectionofgarbagebiisthefitinthegarbagecollectioystemsogarbageThelocationofthebucketalsoplaysavitalrole。Atpresentthesourcesofruraldomesticgarbagearerelativelywideandsomedomesticgarbageandindustrialwastewaterareextremelypollutingtheenvironment。Howeveratpresentmanyruralhardwarefacilitieshavemanyimperfectiowhichresultsinthegarbagenotbeingabletoenterthebarrelwhichwillproduceourenvironment。Ahugethreatwhichintuthreateourlivesandhealth。Thereforeitisoneofthemoreimportantproblemstosolvethelocationmodelofruralgarbagebiusingmoreconvincingscienceandtechnology。Fitofallthemethodsofsiteselectionofgarbagecollectionfacilitiesinthepreviousliteratureareanalyzedandsortedout。SecondlyonthisbasistheactualsurveyofDongheVillagetobestudiedwasconductedtoclarifythelayoutoftheexistingtrashbitheirmaindistributionareasandneglectedareasandtheproblemsanddeficiencieswererevealedthroughsurveyvisits。Onceagainthefactoaffectingthelocationofthetrashcanarelistedandthelogicalrelatiohipamongthemisanalyzedandthefactoareclassifiedintoaseriesoftreatmentssuchasleveldivisiontoobtaintheimportantfactoaffectingthelocationofthetrashcan。Thenestablishamultiobjectivemodelforthesethreeimportantfacto。FinallythegeneticalgorithmwasusedtosolvethisgarbagebinlocationmodelthefinalresultofthesolutionwasfinetunedtoadapttotheactualsituationofDongheVillage。TheresultsarethencomparedwiththepreviouslayoutofthetrashcanandthelocationofthetrashcanbeclearedbyshowingitsdifferencesAdvantage。Keywords:Trashbinlocationmultiobjectiveprogramminggeneticalgorithmexplanatorystructuralmodel目录摘要IAbstractII第1章绪论11。1研究背景及意义11。2国内外研究现状21。2。1国外研究现状21。2。2国内研究现状31。2。3国内外研究现状综述51。3研究内容和方法51。3。1研究内容51。3。2研究方法6第2章东河村垃圾桶现状分析82。1东河村垃圾及垃圾桶现状调研82。1。1东河村概述82。1。2东河村垃圾桶布局及其特点92。2东河村垃圾桶的问题分析112。3本章小结13第3章垃圾桶选址的影响因素分析153。1影响垃圾桶选址的因素163。2垃圾桶选址因素的解释结构模型构建173。2。1垃圾桶选址因素可达矩阵及处理173。2。2垃圾桶选址因素级位划分193。2。3构建垃圾桶选址因素的有向图213。3垃圾桶选址因素的解释结构模型分析233。4本章小结24第4章垃圾桶选址模型构建254。1问题描述及其假设254。1。1有关垃圾桶选址的问题描述254。1。2垃圾桶选址原则264。1。3问题假设274。2模型构建284。2。1符号定义284。2。2数学模型284。3东河村位置数据收集及处理304。4本章小结30第5章垃圾桶选址模型求解325。1垃圾桶选址问题的参数设定325。2基于遗传算法的垃圾桶选址模型求解335。2。1有关垃圾桶选址的遗传算法描述335。2。2有关垃圾桶选址的遗传算法求解步骤345。2。3有关垃圾桶选址的算法设计355。3仿真结果365。4垃圾桶选址后布局分析395。4。1垃圾桶覆盖范围及其排列变化395。4。2村民与垃圾桶的距离变化405。4。3垃圾桶对村民的影响变化405。4。4垃圾桶的数量变化405。5本章小结41结论42参考文献44致谢46附录一47附录二61附录三68第1章绪论1。1研究背景及意义党的十八大习总书记提出了坚持人与自然和谐共生、保护生态环境等生态文明建设的思想，无一不体现出人们对生态文明的关注与重视。21世纪的现在，越来越多的人正在关注着这个逐渐被摧残的家园，越来越多的人察觉我们自己正一步步的把自己的未来逼上绝路，因此环境问题已经成为密切关注的问题之一。由国家统计局发布的人口数量统计的最新数据可知，截至到2018年末，我国农村人口的数量达到了5。7亿，占总人数的40。48%，农村人数在整体上稍有减少，但是其数量仍存在很多。对农村来说，其经济、思想等方面的发展相对缓慢[1]，之前我国大部分经济落后的农村处理生活垃圾的方式都很简单粗暴，主要是将垃圾聚集成堆然后倒入附近的河沟中，在很大程度上既不能解决垃圾处理的问题，又会造成水资源、土地、空气等环境的污染，为垃圾再处理造成一定的困难。而且在垃圾中，存在着部分可再生资源，也正在被人们无形的浪费着。垃圾桶的设置在美化环境、塑造形象等很多方面起着至关重要的衔接作用[2]，在更好的收集垃圾的前提下，可以更加方便快捷合理的处理生活垃圾。在各种政策的带动下，农村的经济等多个方面得到了发展，农村人们的生活水平和生活质量也不断改善，因此生活垃圾产生量也日益增加，在农村中，每人一天产生的生活垃圾约为0。86公斤，按照当前农村地区人口可得，农村地区每年生活垃圾产生量达1。79亿吨，而随着人们生活水平的不断增加，其实际产生的生活垃圾要大于现在所计算的重量。而农村的生活垃圾表现为种类单一、分布较为分散的特点，再加上各个农村的管理制度不太完善和投入的资金较少，因此当务之急就是对农村生活垃圾进行处理。[34]农村生活环境的整治工作成了重点，确保在2020年实现农村环境干净整洁并使其得到明显改善[3]。农村生活环境的整治成为了乡村振兴策略的第一炮，近年来，很多地区都在农村环境整治方面下了很大的功夫，而整治工作主要是从四方面来展开的，一是清理农村垃圾，二是整治农村废水，三是治理农村土厕，四是改善农村容貌。在村官的带领下，人们的环保意识也不断提高，于是在村内部分地区设置了垃圾桶，但是垃圾桶的位置和数量不太能满足村内部分用户的需求，有些村民在把垃圾丢进垃圾桶的过程中，需要走较远的道路，以至于有部分村民还会继续选择把垃圾扔进就近的河沟中；还有些地方的垃圾桶容量不能满足周围一些村民的需求，导致垃圾桶呈现爆满或不足的情况。垃圾桶可以进行垃圾收集、方便下一步的转运工作，垃圾桶位置所在在某些方面对塑造农村形象起着一定的积极作用。综上所述，垃圾桶的选址问题有很重要的研究意义。1。2国内外研究现状设施选址问题是物流工程中非常重要的环节[5]。近些年来，与农村生活环境有关的一系列问题受到了全体社会的关注和重视，而且与农村各大设施有关的选址问题也受到了各国学者们的欢迎，这些研究对指导农村未来的建设与发展有着举足轻重的作用。1。2。1国外研究现状国外关于垃圾收集设施的选址问题提出的时间较早，而近年来针对垃圾收集设施选址问题等有关研究的相对较少，国内针对选址决策研究也有很多方法和措施，本文主要对垃圾设施选址问题近十几年来的最新文献展开研究。在研究选址决策问题上涌现出很多学者。在一些国内外文献中有部分学者选择运用定性分析的方法对有关垃圾收集设施进行选址，BrandtRauf(2007)等[6]用暴露模型对垃圾处理厂的现有数据进行健康风险体系的评估，通过对填埋场和焚烧厂进行比较，最终得到最优的选址方案。MehmetEkmekçioğlu(2010)等[7]运用模糊多准则决策分析法将客观和隐含的决策进行分析，并容纳定性和定量的数据，将两两因素的重要程度进行比较，也就是运用层次分析法确定其相对权重，最后通过敏感性研究，将候选区选址情况进一步分析，主要是运用定性的方法对垃圾收集设施进行选址。而大部分学者采用定量分析研究的方法进行选址，或用定量分析与定性分析相结合的方法进行选址，SaameñoRodríguezC(2005)等[8]研究单个邻避效应的设施选址，在有限个集合中，求出一般欧几里得问题的最优解，主要是针对maxisum、maximin、anticentdian或ranticentrum的问题，表明他们之间的相同点。SibelAlumurBaharY(2005)等[9]建立综合费用和运输风险最小的数学模型，并且第一次运用GIS地理信息系统来分析垃圾处理厂等设施的选址。Giovanni(2014)[10]将多标准决策分析和地理信息系统GIS相结合，开始用GIS对候选区进行初步选择，来剔除不合适的备选点，然后再运用多标准决策分析法选择合适的备选区，最后用层次分析法确定最终的选址方案。TomášFerdan(2015)等[11]提出了一个与垃圾供应风险相关的方法，运用对逻辑进行优化的NERUDA软件，在垃圾产生地和垃圾处理厂之间建立了一个废物流的路径关系，将风险进行量化，确定最佳的选址。HalukYapiciogluAliceE(2005)等[12]建立了一个双目标模型，由运输成本加权最小的函数和设施间距最大的函数组成，然后通过粒子群优化算法生成一组多样化的最优解。MontserratZamorano(2008)等[13]提出了基于EVIAVE的垃圾场选址的方法，并且结合GIS技术对空间数据站点进行评估，反应了该填埋场对环境的适应程度以及对环境的影响，进而确定最终选址方案。YunnaWu(2016)等[14]基于云模型对信息的随机性和模糊性进行描述，在此基础上引入了莫比乌斯变换和相关系数矩阵的二阶性模糊测度，最后运用云Choquet积分对候选区进行评价，选出最优的目标。M。K。GhoseA。K(2005)等[15]在GIS的基础上，建立了综合费用最小的数学模型，并且结合当地的人口密度、车辆波动、垃圾桶现状等因素，确定卫生填埋场的最优地址。以上学者主要是定性分析与定量分析结合，确保了研究问题的严谨性。各国对农村生活垃圾处理的政策支持也不尽相同，对于欧盟国家，随意乱丢乱倒垃圾是犯罪的，运用严格的法律法规来限制人们的行为，并且提出了四项原则：防止、预防、污染者付费和临近原则，而生产者在进行生产作业的时候需要把环境考虑在内。而日本也是通过法律的手段来约束人们的行为，不断提升人们的环保意识，并且在政府的各种政策的支持下，由生产者和消费者之间的协商来完成垃圾废物的循环利用。德国：在各种政策的支持下，提出了世界上最完善的垃圾分类体系，通过法律法规来实现垃圾的回收利用，当垃圾无法避免其产生的情况下，再去考虑回收利用。美国则采用的是通过废物回收公司来进行垃圾的收集、转运、处理等一系列的收运系统，充分发挥公司的效用，其活动在美国的各个角落[3]。每个国家针对垃圾收集、处理等问题，都有各自的政策支持，并且各国对垃圾回收问题的研究都有各自的见解。1。2。2国内研究现状近年来，我国对城市的发展较为看重，因此农村的发展速度较为缓慢、相对滞后，随着国家各种政策的出台，农村环境的整治也被提上了日程，但是与国外的研究相比较，国内针对农村的垃圾桶布局设置起步相对较晚，并且研究农村垃圾桶选址的文献较少。国内的选址研究也主要分为定性研究、定量研究及定性分析与定量分析相结合的方法，朱俊(2019)等[16]用层次分析法对填埋场进行选址，定性体现在他们主要是将研究的问题分成三个层次，根据各个层次的制约因素建立数学评价模型，最终得到各影响因素之间的实际权重，此方法是在各个专家定量讨论的基础上对各影响因素重要性进行比较，最终得到相对权重，其主观评价会对选址的结果产生一定影响。蔡志川(2019)等[17]运用分级加权法筛选出影响选址的各种因素，确定出该地区的定量评价体系，对此候选区进行评价，从而选出三种地区：适宜性差地区、较适宜地区、适宜地区。曹勇锋(2012)等[18]利用重心法对农村生活垃圾量及其村民的分布情况进行研究确定出候选区，再用层次分析法对候选区进行选择，最终得到最佳位置，两种方法相互结合，既考虑到综合成本问题，又考虑到影响选址的人文等方面的因素。吕添贵(2018)等[19]主要从利益相关者的角度出发，分析了政府、企业、民众三方面对设施选址过程中引发的认知、情感、目标以及程序冲突，邻避效应的引入对设施选址方面的研究提供了分析视角。徐云(2015)[20]在可行性研究的过程中运用SWTO矩阵的方法进行定量分析，首先确定厂址候选，其次是厂址预选，最终是厂址确定，并且优化其选址问题。在国内文献中垃圾收运系统的研究主要运用定量研究方法的学者有：季飞(2015)[3]主要是对农村垃圾收运系统等问题进行着重研究，对垃圾产生源、垃圾中转站、垃圾处理厂以及相关运输问题展开研究，中转站和处理厂的选址是通过建立数学模型，以寻求垃圾桶建设和垃圾运输等综合成本最小的目标进行规划，设计了一个垃圾收运系统，继而为了达到节约运输成本的目的，又建立了运输费用最小的模型，最终实现收运系统整体费用最小的目的。李劲(2011)等[21]建立了一个多目标整数规划的数学模型，通过确定顾客、中转站和垃圾处理厂三者的指派关系，使得综合建设费用最小和民众对其选址负影响最小化，最后运用启发式算法对此数学模型进行求解，将此结果与lingo和基因算法求出来的结果作比较，得到最优的选址。徐善宝(2018)[22]通过各种预测模型的比较，最终选取运用Excel建立灰色预测模型，得到该地垃圾的预测产生量，在这个预测的基础上，运用GIS地理信息系统对选址结果进行多种因素的缓冲区分析，然后对缓冲后得到的结果进行赋值，通过对候选区的比较得到较好的几个候选区，最后设立费用最小化的模型，求解较优的目标规划。李世森(2013)等[23]利用逆向物流思维的特点，运用01整数规划和最小费用最大流的方法，确立综合成本最小的选址模型，再使用lingo软件进行编程操作来解决此问题，选择合适的处理点，最后在此基础上求出最优的路径。吴琳瑛(2012)[24]考虑到建立模型时的一些不确定性因素，运用鲁棒优化模型，使其运输设备损耗、所消耗的油价等成本费用控制在一定范围内，遵循未知但对称的分布，建立整数规划的选址模型，后运用lingo软件进行数据模型的求解，从而得到最优选址。针对国内的农村垃圾收集政策，到2022年，收运设施覆盖范围要进一步提升，并且实现稳定运行，就目前大部分农村针对垃圾收集运输等问题的法展不太全面，有的村庄没有垃圾桶，还是采用原始的垃圾乱丢方式，大部分村庄都没有实施垃圾分类，国内研究也主要针对某些地区进行定性和定量研究，将垃圾收集设施的建设提上日程。1。2。3国内外研究现状综述通过对国内外研究现状的分析，可以看出针对垃圾桶选址主要有定性分析和定量分析两种研究方向，定性分析的方法主要包括运用层次分析法、分级加权法、SWTO分析法、重心法、邻避效应法等跟垃圾收运系统有关的人、设施、环境等主要因素有关的分析方法，并且收集各影响因素的利与弊，对其选址研究进行理论分析；而对于定量分析的方法则主要是通过建立综合费用最小和运输成本最小的双目标数学模型，然后通过遗传算法、粒子群算法等算法对数学模型求解，或者运用GIS地理信息系统等对选址问题进行分析，主要运用一些数学、逻辑工具对选址问题进行具体的预测安排；而有些文献运用定性分析和定量分析相结合的方法，使得整个体系具有一定的现实说服力。1。3研究内容和方法1。3。1研究内容本文针对河北省保定市蠡县东河村的垃圾桶选址问题进行深入研究，根据东河村的现有布局和垃圾桶分布现状进行综合的分析。弄清楚东河村生活垃圾的特点，明确垃圾桶现有布局存在的不足和已有的优势，揭露东河村生活垃圾的问题。再根据此现状运用解释结构模型得到研究问题的主要方面。利用运筹学的知识进行数学模型的建立，最终得到东河村垃圾桶的具体位置，再对得到的选址方案与原有的选址布局进行比较，表明经过定性分析和定量分析后得到的选址方案的优势所在，使得选址可以更好的满足更多用户的需求，在一定程度上提升东河村的容貌。本文分为五个章节对东河村的垃圾桶选址问题进行综合介绍：第一章绪论。介绍垃圾桶等设施选址的研究背景，通过对国内外现状的研究，总结现有垃圾收集设施的理论体系中的特点；第二章是东河村垃圾收集设施现状和问题分析。对东河村垃圾桶现状的相关调查，首先对东河村及其生活垃圾的特点进行介绍，找到现在垃圾桶布局以及数量等问题的一些不足，明确垃圾桶选址的方向；第三章是垃圾桶选址的影响因素分析。通过建。。。
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