Моделирование вывоза ТБО с помощью ANYLOGIC

Глобализация, развитие промышленности и сельского хозяйства, потребительский образ жизни людей привели к увеличению объемов производства товаров народного потребления, в связи с чем резко увеличилось количество образующихся отходов. Ежегодно в биосферу попадает около 400 млн. т. твердых бытовых отходов (ТБО). В окружающей среде оказываются совершенно чуждые для природы химические вещества, радиоактивные и токсичные соединения. Переработке подвергается лишь незначительная часть ТБО (3-10% от общего объема), остальное вывозится на полигоны, где мусор накапливается годами, подвергается распаду и угрожает экологической безопасности планеты. Таким образом, проблема мусора является одной из наиболее насущных проблем, от решения которой зависит будущее человеческой цивилизации в целом.

Главной проблемой переработки ТБО является их несортированность, высокая влажность, низкая теплотворность, в связи с чем складирование отходов на полигонах, а также их компостирование и сжигание – это опасный для экологии процесс.

Сложившаяся в Российской Федерации ситуация в области образования, использования, обезвреживания, хранения и захоронения отходов ведет к опасному загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов, значительному экономическому ущербу и представляет реальную угрозу здоровью современных и будущих поколений страны.

На данный момент около 90% российского мусора вывозится на свалки. Всего в России действует около 1000 полигонов для отходов, 15 тыс. санкционированных свалок и 17 тыс. несанкционированных свалок. В соответствии с федеральным законодательством запрещается захоронение отходов в границах населенных пунктов, лесопарковых, курортных, лечебно-оздоровительных, рекреационных зон, а также водоохранных зон, на водосборных площадях подземных водных объектов, которые используются в целях питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения. В связи с этим, на территории города Москвы и других городов Московской области не могут располагаться полигоны для захоронения ТБО. Все отходы, которые образуются в Москве, размещаются на полигонах Московской области, вместе с отходами, образующимися на территории самой области. В настоящее время действует 13 полигонов ТБО, которые включены в Государственный реестр объектов размещения отходов (ГРОРО): «Съяново-1», «Сабурово», «Кулаковский», «Храброво», «Алексинский карьер», «Лесная», «Торбеево», «Царево», «Кучино», «Озеры», «Тимохово», «Каргашино», «Малая Дубна».

Поиск инноваций в области обращения с ТБО привел к возникновению новых методов и средств, позволяющих оценить существующую систему обращения с отходами. Одним из способов оценки является ИТ-средства моделирования, с помощью которых можно ускорить процесс принятия обоснованных управленческих решений, эффективно расходовать выделяемые средства, прогнозировать возможные проблемы. Имитационная модель – это компьютерная программа, с помощью которой можно воссоздать поведение реальной системы во времени.

Создадим модель, демонстрирующую несколько сценариев использования мусороуборочной техники, при организации вывоза ТБО из района Центрального административного округа Москвы – Замоскворечья. Разработка модели ведется с использованием инструмента имитационного моделирования AnyLogic – инструмента имитационного моделирования, который поддерживает все подходы к созданию имитационных моделей.

Согласно информации, представленной на портале открытых данных Правительства Москвы, вывозом ТБО в данном районе занимается компания «ЭкоЛайн». ООО «ЭкоЛайн» участвует в программе по раздельному сбору мусора. ТБО поступают на мусоросортировочную станцию («Спецавтосервис-МСК», расположенную по адресу: г. Москва, Сигнальный проезд, д. 37Б), где происходит извлечение «полезных» фракций для вторичной переработки. Благодаря этому уменьшается количество отходов, вывозимых на полигоны.

Проанализируем движение мусоровозов от мусоросортировочной станции до ближайших полигонов ТБО: «Съяново-1», «Сабурово», «Царево», «Кучино», «Каргашино». Постановка задачи: имеется 5 полигонов ТБО, на которые ежедневно поступает мусор с мусоросортировочной станции. На севере Москвы есть мусоросортировочная станция «Спецавтосервис-МСК», которая производит сортировку и вывоз ТБО. Оповещение о готовности принять ТБО от полигонов приходит на станцию в форме заказа. На погрузку отходов в мусоровоз требуется от 15 до 30 минут. Столько же времени требуется и на разгрузку отходов на полигоне. После получения отходов полигон оповещает мусоросортировочную станцию сообщением «Доставлено!», далее мусоровоз отправляется обратно на станцию.

Зададим местоположения и маршруты до всех пунктов, речь о которых идет в задаче.

Рис.1 - Выполнение модели с мусоровозами на мусоросортировочной станции

Опишем процесс оформления заказа на ТБО, полагая, что каждый полигон отправляет запрос одинаковой формы. После получения заказа, на мусоросортировочной станции выделяют ресурс (мусоровоз – грузоподъемность 11500 кг) для исполнения данного заказа. Его загружают ТБО, на что нужно от 15 до 30 минут, и отправляют на полигон. Там машину разгружают (в течении 15-30 минут), после чего посылают оповещение о доставке, и мусоровоз возвращается на станцию, становясь свободным ресурсом. Ниже приведена модель данного процесса.

Рис.2 - Обработка и исполнение заказа на мусоросортировочной станции

Логику работы полигонов в данной задаче можно рассматривать как последовательные переходы из состояния нормальной работы в состояние ожидания ТБО и обратно. Используем диаграмму состояний для моделирования данного процесса.

Рис.3 – Логика работы агента "Полигон"

Проведем оптимизацию с целью установления необходимого количества мусоровозов для мусоросортировочной станции, чтобы загруженность мусоровозов при доставке ТБО составляла не более 85% (для учета времени на ремонт транспортных средств, их обслуживание и различные непредвиденные обстоятельства).

Рис. 4 - Оптимизация процесса доставки ТБО

Как видно из рис. 4, лучшее допустимое значение загруженности ресурсов находится на отметке 84 % при использовании 1 мусоровоза. Таким образом, при таких исходных данных, компании «ЭкоЛайн» понадобится один мусоровоз для оптимального вывоза ТБО на полигоны. При увеличении объемов, поступающих на мусоросортировочную станцию отходов, необходимо будет увеличить и количество используемых мусоровозов.

Анализ, проведенный на основе исследования, позволяет провести корреляцию между площадью обслуживаемой территории, объемами отходов, развитостью логистики и требуемом количестве специализированного транспорта.