titrik Ádám szelektív hulladékgyűjtés új real time alapú ... · titrik Ádám szelektív...
TRANSCRIPT
Titrik Ádám
Szelektív hulladékgyűjtés új real-time alapú
infokommunikációs támogatású rendszerének
kifejlesztése és közlekedési szempontú
optimalizálása doktori tézisek
Témavezető:
Dr. Lakatos István
Széchenyi István Egyetem
Infrastrukturális Rendszerek Modellezése és Fejlesztése
Multidiszciplináris Műszaki Tudományi Doktori Iskola
Titrik Ádám
Szelektív hulladékgyűjtés új real-time alapú
infokommunikációs támogatású rendszerének
kifejlesztése és közlekedési szempontú
optimalizálása
Doktori tézisek
Témavezető: Dr. habil. Lakatos István, egyetemi docens
Széchenyi István Egyetem
Közúti és Vasúti Járművek Tanszék
Infrastrukturális Rendszerek Modellezése és Fejlesztése
Multidiszciplináris Műszaki Tudományi Doktori Iskola
2
1. BEVEZETÉS
Az energiatakarékosság, megújuló erőforrások, újrahasznosítás és
környezetvédelem is kiemelkedő fontossággal bír a műszaki területen is. A
kimerülő energiaforrások, a növekvő lakosságszám, a környezetvédelmi problémák
mind a környezettudatos tervezés, felhasználás és újrahasznosítás fontosságát
helyezték előtérbe.
A környezeti terhelések nagy területe a lakossági felhasználás során keletkező
háztartási hulladék, így annak szelektív gyűjtése kiemelkedő fontosságú lett. A
szelektív hulladékok begyűjtése komoly logisztikai, egészen pontosan inverz
logisztikai feladat. A törvények és kormányrendeletek nagymértékben átalakították
a hulladékgyűjtéssel kapcsolatos gondolatokat, hiszen hazánk EU-hoz való
csatlakozása során már nem csak hazai érdek, hanem EU-s előírás is, a
hasznosítható anyagok visszagyűjtési arányának az EU-s irányelveknek megfelelő
növelése.
A szolgáltatás elvégzéséhez szükséges kiadások mértékét nagyságrendileg
kénytelenek voltak csökkenteni a szolgáltatók, így az ürítési rend optimalizálása
helyett, inkább „késleltetett” begyűjtés alkalmazására került sor. Ezzel azonban
veszélybe került a tisztább élhetőbb város kialakulásának lehetősége.
A lakossági szelektív hulladékgyűjtés egyik kulcskérdése a szolgáltatási színvonal
növelésének lehetősége a hulladék elhelyezés területén. Ennek alapfeltétele a
megfelelő ürítési rend biztosítása az edényzetekhez. A különböző gyűjtési
módszerek mellett – melyek statisztikai módszerekkel kerültek definiálásra a
begyűjtés hatékonyságának vizsgálata is egy fontos kérdés. Egészen pontosan az,
hogy a meglévő gyűjtési módok ténylegesen tudják-e teljesíteni feladatot akkor,
amikor az indokolt és mindezt minimális energiafelhasználással.
3
A környezetvédelem egyik kiemelt területe a szelektív hulladékgyűjtés, amellyel
szemben állnak a fosszilis energiát felhasználó hulladékbegyűjtő járművek, melyek
begyűjtő útjuk során jelentős környezetterhelést okoznak, közvetlenül és
közvetetten egyaránt. Ilyen például a zaj- és légszennyezés, ezért kiemelt hangsúlyt
kell fektetni az edényzetek elérésének útvonal-optimalizálására.
2. MOTIVÁCIÓK A SZELEKTÍV HULLADÉKGYŰJTÉS OPTIMALIZÁ-
LÁSÁHOZ
Eddigi tapasztalatok alapján elmondható, hogy a szelektív hulladékgyűjtés
területén inverz logisztikai folyamatokat felhasználva, komoly nehézségekbe
ütközik a szelektív hulladékgyűjtő edényzet optimális ürítési ciklusának, és
magasabb szintű elérési útvonalának definiálása.
Az edényzetek ürítési ciklusa a gyakorlatban tapasztalati értékek alapján kerültek
meghatározásra, és mindössze nyári és téli változat figyelhető meg az ürítési
rendben. A hulladékbegyűjtési feladat értelmében a járattervező központ által előre
meghatározott útvonalon található edényzetek ürítése még csekély telítettség esetén
is végrehajtandó, azaz nincs definiálva az az edényzet telítettség minimum, mely
esetén az edényzet ürítési folyamata nem indokolt.
Az útvonal-definiálás és -optimalizálás területén a szolgáltatók számítógép
támogatású eszközöket vesznek igénybe, azonban a kereskedelmi forgalomban
fellelhető szoftverekre jellemzőbb a logisztikai problémák megoldására történő
fókuszálás, így az inverz logisztikai optimalizálás területén nehézségekbe ütközik
például a járműtelítettség maximalizálása alapján történő útvonalterv definiálása.
További problémának számít az, hogy az edényzetben fellelhető hulladék
tömörítési állapotáról (a tömörítés mértékéről, a csomagolás formájáról, stb.) nem
rendelkezünk információval, –– így nem tudjuk meghatározni a hulladékgyűjtő
járműbe gyűjtött hulladék továbbtömöríthetőségi lehetőségét. Ez a tömöríthetőségi
4
illetve továbbtömöríthetőségi kérdés nagy jelentőségű a hulladékgyűjtő jármű
telítődés időpontjának prognosztizálására.
3. A KUTATÁS CÉLJA
A kutatás célja alapvetően a mindennapi inverz logisztikai gyakorlatban jól
használható optimalizáló módszer és modell kidolgozása, annak érdekében, hogy a
vizsgálati módszerrel definiálhatók legyenek főbb szempontok és paraméterek
alapján az optimalizált begyűjtési folyamatok.
A kutatás fő célja az edényzetek telítettségi vizsgálata alapján az ürítési rend
optimalizálása. A kutatás további célja, hogy a kifejlesztett vizsgálati módszerrel
magasabb szintű (több paramétert is figyelembe vevő) útvonal optimalizáció
kerüljön definiálásra, az ürítésre indokolt edényzetek elérése érdekében.
További cél, hogy olyan real-time alapú infokommunikáció kerüljön alkalmazásra,
amely során olyan edényzetek ürítése is bekerüljön az előzetesen definiált
útvonaltervbe, amelyek a hulladékbegyűjtés folyamata alatt telítődtek. Azaz
ilyenkor útvonal módosítás, új útvonal generálás történik, a kérdéses edényzet
elérése-ürítése érdekében.
A vizsgálati módszer három fő pillére épül:
a jelenleg is használatban lévő edényzet GPS koordinátái valamint az
úthálózat,
az edényzetek telítettségének jelzése illetve lekérdezési lehetősége,
az ürítésre kerülő edényzetek eléréséhez útvonal definiálása a szükséges
INPUT-adatok és különböző optimalizációs algoritmusok alapján, a külső
rendszerek integrációjával.
5
A kutatás folyamata során a vizsgálatoknak, szimulációknak a következő
kérdésekre kell választ adniuk:
1. Melyek azok a telítettségi szintek, amely esetén elég egyoldalú
kommunikációt biztosítani az edényzet és járattervező központ
között?
2. Milyen nagyságrendű az edényzetbe elhelyezett hulladék tömeg-
térfogat paraméterének pontossága a továbbtömöríthetőség
szempontjából?
3. Milyen beavatkozás – útvonal újradefiniálás - szükséges a
hulladékgyűjtő jármű nem prognosztizált telítődése folyamán?
4. Mely az az optimális távolság, amely esetén célszerű a
hulladékbegyűjtés során az útvonaltervében nem szereplő éppen
telítődő edényzet felvétele?
A következő feltételek kiemelkedő jelentőségűek az egyedi szoftver
definiálásához, illetve a meglévő szoftver továbbfejlesztéséhez:
1. Kezelői felülete felhasználóbarát és egyszerűen kezelhető legyen.
2. Megfelelő adattárolási algoritmussal rendelkezzen és real-time
dolgozza fel az adatokat.
3. Az optimalizálás közben különböző kritériumokat figyelembe véve
több megoldást nyújtson a felhasználónak, esetlegesen rangsorolva
azokat, segítve a felhasználót abban, hogy az éppen esedékes
helyzethez tudja illeszteni az eredményt.
6
A kutatás további lépéseinek a céljai az optimalizáló szoftver előállításával
kapcsolatosak, és a következő kérdésekre kell választ adniuk:
1. Milyen releváns adatok jelenjenek meg a felhasználó számára, milyen
felületen, milyen paramétereket ismertessen a felhasználóval?
2. A real-time alapon történő kommunikációt alkalmazva a begyűjtő
jármű(vek) az esetleges módosításoknak, milyen tartalmát kapják?
3. A külső rendszerekkel real-time alapon történő kommunikáció milyen
formájú legyen? Az esetleges beavatkozások mennyire legyenek
automatizálva.
További cél még az információ publikussá tétele a szolgáltatási színvonal
növelés érdekében:
1. Az információáramlás meddig zárt rendszerű?
2. Melyek azok az adatok, amelyek publikussá tehetők?
3. Az adatok nyitottá válásával nem növekszik-e meg az elidegenítések
száma?
A feltett kérdéseket a kutatás során kívánom megválaszolni, amely ismerteti az
egyedi és új megoldásokat tartalmazó, működő vizsgálati módszert.
4. A KUTATÁS MÓDSZERTANI ISMERTETÉSE
A kutatás első lépéseként részletes szakirodalom kutatást és elemző értékelést
végeztem. A kutatás statisztikai adatok, trendek vizsgálatára is kiterjedt. A kutatási
témával kapcsolatosan a statisztikai adatbázisban fel nem lelhető adatok
felmérésére is sor került. Az adatok kiértékelése nélkülözhetetlen INPUT-ot
nyújtott az egyes vizsgálatok végrehajtásához. Az ismertetett célokat szem előtt
tartva az elméleti alapon történő kutatás a további részekben laboratóriumi
vizsgálatokkal, szimulációkkal került kiegészítve.
7
5. TÉZISEK
1. TÉZIS: Definiáltam egy új, szelektív hulladékgyűjtő rendszert, amely info–
kommunikációs csatolással analizálja az edények telítettségi állapotát, ezzel
maximalizálva a hulladékgyűjtő járatok hatékonyságát [1, 2, 4] (5. fejezet).
A validálásommal alátámasztottam, hogy az általam definiált új hulladékgyűjtő
rendszer a szakirodalomban fellelhető–, és a jelenlegi gyakorlatban alkalmazottnál
is hatékonyabb.
1. ábra: a megalkotott real-time alapú infokommunikációs rendszer
telített edényzetekdetektálása
begyűjtő járműtelítődésének
optimalizálása
útvonaloptimalizáció
útvonalterv definiálása
statisztikai adatok
tömöríthetőségi paraméterek
közelben lévő nemtelített edényzetek
statisztikai adatok
közterületfenntartóadatai
közelben lévő telítésrekerült edényzetek
útvonaltervújradefiniálása
közterület-fenntartóadatai
statisztikai adatok
jármű telítettségvizsgálata
Real-timerendszer
ÚJR
AT
ER
VE
ZÉ
S
adott típusú hulladékbegyűjtése
TE
RV
EZ
ÉS
BE
GY
ŰJT
ÉS
ÜR
ÍTÉ
SI
RE
ND
ÉS Ú
TV
ON
AL
OP
TIM
AL
IZÁ
CIÓ
8
2. TÉZIS: Új összetett mérési módszer megalkotása, majd alkalmazása
segítségével a jármű kapacitás-kihasználtságot maximalizáltam a bejárási
útvonalhossz optimalizálása mellett [2, 3] (7. fejezet).
A kutatás kiterjedt a szelektív hulladékgyűjtő edénybe elhelyezett hulladék térfogat
és továbbtömöríthetőség analizálására. A vizsgálat kiterjedt arra, hogy a
felhasználó által különböző módon előtömörített csomagolóanyag milyen
mértékben tömöríthető tovább. A továbbtömöríthetőségi érték nagy jelentőséggel
bír a szelektív hulladékgyűjtő jármű telítődésének időpontjára.
2.1. Definiáltam és megalkottam egy összetett mérési rendszert, amely
képes az edénybe bedobott hulladék pontos tömöríthetőségét
ismertetni a járattervező központtal.
2.2. Az új mérési rendszer alkalmazásával nagy pontossággal
meghatározható az edénybe elhelyezett hulladék térfogata és tömege.
Ennek alapján lehet következtetni a továbbtömöríthetőségről, így
prognosztizálni lehet a hulladékgyűjtő jármű telítődésének
időpontját.
2.3. A járműkapacitás-kihasználtság folyamatos monitoringozása során a
tervezett edényfelvételeket követően, szabad hely esetén, további
edények felvételére kerül sor az optimális kiválasztást szem előtt
tartva.
3. TÉZIS: A hulladékgyűjtés logisztikai teljesítményének analízisével komplex
rendszert alkottam meg: real–time alapon további rendszereket integrálva a
folyamatba, ezzel optimalizálva a hatékonyságot. Az infokommunikációs
rendszer alkalmazása lehetővé teszi hulladékgyűjtés során a további telítődésre
került edények ürítését [6] (8. fejezet).
9
Az új szelektív hulladékgyűjtő rendszer hatásfokát tovább növeltem külső
rendszerek kapcsolatával, amely szintén real–time alapon képes a rendszerbe
INPUT adatokat küldeni.
3.1. Az edény felvételének döntési kritériumát a hulladékgyűjtő jármű
telítődéséhez rendeltem, mint a járatterv újraoptimalizálásának
változóját.
3.2. A gyakori telítettségű edény kapacitás bővítésének (edény darabszám)
optimalizálását a rendszermodell segítségével alátámasztottam.
A továbbfejlesztésnek köszönhetően a nem telített és nem várható telítődésű edény,
a begyűjtés folyamán történt telítődése esetén a begyűjtési folyamatba integrálásra
kerül – a paraméterek megvizsgálását követően.
4.TÉZIS: Megmutattam, hogy szekvencionálisan végrehajtott optimalizációs
folyamat esetén nem mindig elegendő az egyes feladatok optimumát
meghatározni, mert ezen „részoptimumok” összessége nem adja meg a teljes
optimumot, azaz egy adott időszakra vonatkozó operáció sorozat megoldható
kevesebb összköltséggel, ha az egyes járatterv optimuma nem csak az adott körre
vonatkozik, hanem figyelembe veszi az adott körök paramétereit [6] (8. fejezet).
Az INPUT adat figyelembe vételével a programozási feladat nem csak egy adott
begyűjtési kört optimalizál, hanem egy operáció sorozat kerül optimalizálásra.
10
6. ÖSSZEFOGLALÓ ÉRTÉKELÉS, TOVÁBBI FEJLESZTÉSI LEHETŐ-
SÉGEK
A szelektív hulladékgyűjtés területére definiált új módszer jól alkalmazható kis és
nagyobb területeken történő hulladékbegyűjtésre. A kutatásban nem csak az ürítési
rend optimalizálására került sor, hanem az egész folyamatra, amely végig kíséri a
csomagoló termék hulladékká válásától az utat az újrahasznosításra történő
gyűjtésig, és ebbe a folyamatba intelligens eszközök kerültek alkalmazásra a
folyamat többparaméteres optimalizálásához.
Az általam megalkotott módszer további fejlesztési lehetőségeit is kijelöltem. Ezek
az alábbiak:
egyes magas bizonytalansági szinttel rendelkező tényezők értékének
statisztikai illetve magasabb szintű laboratóriumi vizsgálaton alapuló
pontosítása. Ezeknek az értékeknek a vizsgálatára a rendszer valós
körülmények közötti tesztelése, validálása során is lehetőség nyílik.
A szelektív hulladékgyűjtés optimalizálási módszerének kiterjesztése
olyan rendszerekre, ahol a hulladékbegyűjtő járművek kapacitása eltérő.
A begyűjtő útvonal definiálása ilyenkor több változó alapján történik,
tekintettel arra, hogy csak a ténylegesen indokolt edényzetek ürítése
realizálódjon különböző kapacitású hulladékgyűjtő járműpark
segítségével.
Az általam definiált új begyűjtési módszer a jelenlegi stádiumban is magas
hatásfokkal alkalmazható. Eredményként megfelelő hulladék elhelyezési
lehetőséget biztosít, amely kulcsfontosságú a tisztább élhetőbb városok fenntartása
szempontjából.
11
7. PUBLIKÁCIÓS JEGYZÉK
1 Titrik Ádám–Széchenyi István Egyetem: Hulladékgyűjtés logisztikájának
optimalizálására szolgáló rendszer, Szabadalmi bejelentés: P 11 00734. (2011)
2 Ádám Titrik, István Lakatos, Dávid Czeglédi: Saturation Optimization of
Selective Waste Gathering Vehicle Based on Real–Time Info–Communication
System, In: ASME (szerk.) 2015 ASME/IEEE International Conference on
Mechatronic and Embedded Systems and Applications. Konferencia helye, ideje:
Boston, Amerikai Egyesült Államok, 2015.08.02–2015.08.05. New
York: American Socety of Mechanical Engineers (ASME), 2015. Paper
DETC2015–46720. 7 p. (Volume 9) (ISBN:978–0–7918–5719–9) (2015)
[3] Titrik Ádám, Lakatos István: PET palackok paramétereinek vizsgálata a real–
time alapú infokommunikációs hulladékgyűjtés hatékonyságának növeléséhez. In:
Péter Tamás (szerk.) Innováció és fenntartható felszíni közlekedés: IFFK 2015.
Konferencia helye, ideje: Budapest, Magyarország, 2015.10.15–2015.10.16.
Budapest: Magyar Mérnökakadémia, 2015. Paper 07. (ISBN:978–963–88875–3–5;
978–963–88875–2–8). (2015)
4 Titrik Ádám, Real–time alapú infokommunikációs eszköz alkalmazása a
szelektív hulladékgyűjtésben, Journal of Central European Green Innovation 3 (4)
pp. 117–124 (2015)
5 Ádám Titrik, Sign-in-time Based Info-communication System for Collecting
Selective Waste, Periodica Polytechnica Transportation Engineering, 44(1), pp. 1-
4, DOI: 10.3311/PPtr.8086 (2016)
[6] Ádám Titrik, István Lakatos, Adrián Horváth: Logistic conception for real–time
based info–communication system applied in selective waste gathering, studia
OECOLOGICA, Studia Oecologica 9(1). pp. 56–67 (2015)