Phát triển một số thuật toán phân tích mạng cho bài toán thu gom rác đô thị

“Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác thị” ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - NGUYỄN ĐỨC TUẤN ĐỀ TÀI: PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUẬT TỐN PHÂN TÍCH MẠNG CHO BÀI TỐN THU GOM RÁC ĐƠ THỊ CHUN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) MÃ SỐ NGÀNH: 2.15.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 06 năm 2005 Học viên: Nguyễn Đức Tuấn Trang “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác thị” ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên Ngày tháng năm sinh Chuyên ngành Mã số học viên : NGUYỄN ĐỨC TUẤN Phái : NAM : 06/04/1974 Nơi sinh: KHÁNH HỊA : HỆ THỐNG THƠNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) : TTĐL 13.005 TÊN ĐỀ TÀI: PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUẬT TỐN PHÂN TÍCH MẠNG CHO BÀI TỐN THU GOM RÁC ĐƠ THỊ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: (1) Nghiên cứu thuật giải di truyền toán tối ưu (2) Phát triển giải thuật di truyền cho toán thu gom vận chuyển rác (3) Thiết kế xây dựng mơ hình ứng dụng (4) Cài đặt Thử nghiệm mơ hình NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/01/2005 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/06/2005 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN VĨNH PHƯỚC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS TRẦN VĨNH PHƯỚC PGS.TS TRẦN VĨNH PHƯỚC Nội dung đề cương luận văn Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày … tháng … năm 2005 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Học viên: Nguyễn Đức Tuấn Trang “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác thị” LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập, nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp này, nhận động viên, giúp đỡ, hỗ trợ nhiệt tình thầy cơ, gia đình, quan, bạn bè đồng nghiệp Qua luận văn xin kính gửi lịng biết ơn chân thành đến: Tập thể giáo sư, tiến sĩ, thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy giúp đỡ thời gian học tập thực đề tài PGS.TS Trần Vĩnh Phước, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi trình nghiên cứu thực đề tài Phòng Quản lý Đào tạo Sau Đại học, Trung tâm DITAGIS Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM tạo điều kiện tốt cho tơi suốt khố học thời gian thực đề tài Lãnh đạo Sở Khoa học Công nghệ, Trung tâm Ứng dụng Hệ thống Thông tin Địa lý Tp HCM động viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập nghiên cứu hoàn thành đề tài Đặc biệt gia đình, bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, nghiên cứu thực luận văn Xin chân thành cảm ơn ! Học viên: Nguyễn Đức Tuấn Trang “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác thị” TĨM TẮT LUẬN ÁN Sự phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật cung cấp cho công nghệ phục vụ phát triển công việc cách hiệu Hệ thống thông tin địa lý (GIS) công nghệ tiên tiến ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt công tác quản lý đô thị Đề tài sâu nghiên cứu phát triển Ứng dụng GIS phục vụ công tác quản lý thu gom vận chuyển chất thải rắn thị, nhằm góp phần cho phát triển việc ứng dụng GIS vào công tác quản lý thị nói riêng quản lý hành nhà nước nói chung Xuất phát từ nghiên cứu giải thuật di truyền, dựa thuyết tiến hóa phân tích mạng, từ “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác đô thị” Đề tài nâng cao mức độ ứng dụng GIS cách linh động cách xử lý tham số đầu vào thường biến động, đưa giải pháp tối ưu mang tính tuỳ chọn cho người dùng Nội dung đề tài trình bày luận án gồm chương sau: Chương 1: Mở đầu - Đặt vấn đề: Dẫn dắt vấn đề trình bày lý đời đề tài - Các nội dung nghiên cứu bao gồm: mục tiêu, nhiệm vụ, phương pháp thực hiện, phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học, qui trình thực đề tài Chương 2: Tổng quan tình hình nghiên cứu Thể tổng quan vấn đề có liên quan sau: - Hệ thống quản lý chất thải rắn thị - Tình hình nghiên cứu giải thuật di truyền Chương 3: Áp dụng thuật di truyền cho toán tối ưu Đây phần sở lý thuyết đề tài, trình bày vấn đề: - Tổng quan giải thuật di truyền - Áp dụng GA để giải toán thu gom CTRSH Chương 4: Xây dựng giải thuật – Cài đặt - Khái qt mơ hình - Tiến trình thực giải thuật - Cài đặt Chương 5: Áp dụng mơ hình thử nghiệm kết luận - Giao diện chương trình - Thử nghiệm chương trình - Kết luận kết đạt được, tồn hướng phát triển đề tài (1) Các kết đạt được: Đề tài đạt mục tiêu đề “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác thị” Kết mô Học viên: Nguyễn Đức Tuấn Trang “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác thị” hình chương trình “Vạch tuyến thu gom rác” đưa vào sử dụng trợ giúp công tác vạch tuyến thu gom rác hợp lý cách nhanh chóng linh động - Kết nghiên cứu áp dụng giải thuật di truyền cho tốn thu gom rác thị - Thiết kế giải thuật cho tốn thu gom rác thị tảng phân tích khơng gian, phát triển giải thuật di truyền cho toán tối ưu thu gom rác đô thị - Đặc tả cài đặt thuật tốn cho chương trình - Thử nghiệm chương trình “Vạch tuyến thu gom rác” với số liệu mẫu Quận 10 - Tp HCM, chương trình chạy ổn định (2) Các vấn đề cịn tồn tại: - Đây mơ hình bản, chưa đưa vào yếu tố thời gian thu gom, yếu tố phía lề thu gom rác mạng đường có dải phân cách - Mơ hình sử dụng CSDL Access nên khó khăn hệ thống mạng giao thơng thu gom phát triển lớn (toàn Thành phố.) (3) Hướng phát triển đề tài - Nghiên cứu phương pháp đưa tham số thời gian thu gom vào mơ hình - Tổ chức mạng giao thông theo kiểu lề đường có xét tới yếu tố dải phân cách - Phát triển hệ CSDL lớn áp dụng cho hệ thống mạng toàn thành phố - Xây dựng đồ, biểu mẫu kết kết xuất tự động, nhanh chóng Học viên: Nguyễn Đức Tuấn Trang “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác đô thị” MỤC LỤC Các từ viết tắt Danh sách hình CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Mục tiêu Nhiệm vụ Phương pháp thực Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài Qui trình thực 3 3 4 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU I HỆ THỐNG QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ Cơ cấu sơ đồ tổ chức quản lý chất thải rắn đô thị Nhiệm vụ quan chức hệ thống quản lý CTR số đô thị lớn Việt Nam Các yêu cầu chung quản lý CTR đô thị Việt Nam Thu gom tập trung vận chuyển chất thải rắn đô thị II TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 1.Tình hình nghiên cứu giới 2.Tình hình nghiên cứu Việt Nam 6 6 13 13 13 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG THUẬT GIẢI DI TRUYỀN CHO BÀI TOÁN TỐI ƯU I TỔNG QUAN VỀ THUẬT GIẢI DI TRUYỀN Cơ sở sinh học Thuật giải di truyền (GA-Genetic algorithms) II ÁP DỤNG GA ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN THU GOM CTRSH Biểu diễn nhiễm sắc thể Các phép toán di truyền Hàm đo độ thích nghi Khởi tạo quần thể Thuật giải di truyền giải toán tối ưu 16 16 16 16 21 22 23 25 26 26 CHƯƠNG XÂY DỰNG GIẢI THUẬT – CÀI ĐẶT I KHÁI QUÁT VỀ MƠ HÌNH Dữ liệu nhập mơ hình Các sản phẩm mơ hình II TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN VÀ CÁC GIẢI THUẬT III CÀI ĐẶT Thiết lập mạng giao thông Thiết lập mạng thu gom Tìm đường ngắn điểm thu gom 28 28 28 33 34 43 43 43 44 Học viên: Nguyễn Đức Tuấn Trang “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác đô thị” Xác định điểm khởi hành điểm đổ bỏ Tìm đường ngắn Thực GA để tìm giải pháp lộ trình thu gom Thể lộ trình kết đồ 45 46 47 49 CHƯƠNG ÁP DỤNG MƠ HÌNH THỬ NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN I GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH II THỬ NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH Tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế, văn hoá xã hội Q.10 Các kết thử nghiệm mơ hình III KẾT LUẬN Các kết đạt Các vấn đề tồn Hướng phát triển đề tài 50 50 50 50 51 53 53 54 54 PHỤ LỤC: MÃ NGUỒN CỦA CÁC THUẬT TỐN TRONG CHƯƠNG TRÌNH TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 72 Học viên: Nguyễn Đức Tuấn Trang “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác đô thị” CÁC TỪ VIẾT TẮT CNTT : Công nghệ thông tin CSDL : Cơ sở liệu CTRSH : Chất thải rắn sinh hoạt DVĐT&QLN : Dịch vụ đô thị quản lý nhà ĐHBK : Đại học Bách Khoa GA (Genetic Algorithms) : Giải thuật di truyền GIS (Geogrphic Informatin Systems) : Hệ thống thông tin địa lý MTĐT : Môi trường đô thị NST : Nhiễm sắc thể Học viên: Nguyễn Đức Tuấn Trang “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác thị” DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 : Những hợp phần chức hệ thống quản lý chất thải rắn Hình 2.2 : Các biện pháp kỹ thuật xử lý chất thải rắn Hình 2.3 : Qui trình thu gom chất thải rắn có 11 Hình 2.4 : Sơ đồ hệ thống thu gom vận chuyển CTRSH Quận 10 12 Hình 3.1 : Sơ đồ giải thuật di truyền 17 Hình 3.2 : Ví dụ cách lai ghép 18 Hình 4.1 : Trình tự thực mơ hình tìm lộ trình thu gom rác 29 Hình 4.2 : Mơ hình quan hệ cấu trúc liệu 30 Hình 4.3 : Lưu đồ giải thuật cập nhật mạng lưới giao thông 35 Hình 4.4 : Lưu đồ giải thuật tìm đường ngắn 36 Hình 4.5 : Lưu đồ giải thuật di truyền áp dụng cho tốn thu gom 37 Hình 4.6 : Lưu đồ giải thuật khởi tạo liệu cho giải thuật di truyền 38 Hình 4.7 : Lưu đồ giải thuật khởi tạo cá thể theo phương pháp ngẫu nhiên 39 Hình 4.8 : Lưu đồ lai cá thể theo giải thuật OX 40 Hình 4.9 : Lưu đồ giải thuật đột biến 41 Hình 4.10: Thơng tin xe bãi rác 42 Hình 5.1 : Màn hình khởi động chương trình 52 Hình 5.2 : Màn hình chương trình 52 Hình 5.3 : Thơng tin xe bãi rác 53 Hình 5.4 : Danh sách kết lộ trình 53 Học viên: Nguyễn Đức Tuấn Trang “Phát triển số thuật toán phân tích mạng cho tốn thu gom rác thị” CHƯƠNG MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, với tốc độ phát triển kinh tế mức cao, vấn đề ô nhiễm môi trường thị nói chung Tp Hồ Chí Minh nói riêng vấn đề xúc nhà quản lý Các nguồn ô nhiễm làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sống nâng cao người dân thành phố làm thiệt hại nhiều đến lợi ích kinh tế Bên cạnh vấn đề nước thải khí thải, vấn đề ô nhiễm môi trường chất thải rắn gây ngày trở nên nghiêm trọng khối lượng tăng nhanh thành phần ngày phức tạp Do chất thải rắn vấn đề môi trường quan tâm hàng đầu cộng đồng dân cư – xã hội, nhà quản lý đô thị nhà lãnh đạo cấp Trong công tác quản lý chất thải rắn thu gom vận chuyển vấn đề quan trọng Hiện việc xây dựng tuyến thu gom dựa vào cảm tính kinh nghiệm người quản lý Tuy nhiên hệ thống có biến động, ví dụ khối lượng rác thay đổi, điểm thu gom thay đổi, số lượng xe thu gom tải trọng xe thay đổi, vị trí đổ bỏ thay đổi tuyến thu gom dựa kinh nghiệm bộc lộ bất cập Trong thực tế nay, phát triển ứng dụng GIS để xây dựng mơ hình vạch tuyến thu gom vận chuyển hợp lý nhất, nhằm nâng cao hiệu công tác quản lý chất thải rắn thị, góp phần vào việc bảo vệ làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường Đây lý đời đề tài: “Phát triển số thuật tốn phân tích mạng cho tốn thu gom rác thị” Ở mơ hình này, giải thuật di truyền cho tốn tối ưu áp dụng cho toán thu gom rác cách linh hoạt hợp lý II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Mục tiêu Xây dựng mơ hình quản lý thu gom vận chuyển rác có khả cung cấp phương án vạch tuyến thu gom vận chuyển linh hoạt hợp lý Mơ hình đáp ứng u cầu nhiều trường hợp có biến động thay đổi lượng rác, thay đổi số xe tải trọng xe, thay đổi vị trí thu gom vị trí đổ bỏ Nhiệm vụ Xuất phát từ mục tiêu trên, đề tài thực nhiệm vụ sau: (5) Nghiên cứu vấn đề toán tối ưu tìm hiểu số phương pháp giải tốn tối ưu (6) Phát triển giải thuật di truyền cho toán thu gom vận chuyển rác Học viên: Nguyễn Đức Tuấn Trang 10 “Phát triển số thuật toán phân tích mạng cho tốn thu gom rác thị” For j = To UBound(mDiemThuGom, 2) mKhoangCach(-mXe(0, mDiemThuGom(2, j)) i), mDiemThuGom(0, 'mKhoangCach(mDiemThuGom(0, j), ValuesKC(mDiemThuGom(2, j), mDiemThuGom(2, i)) mLoTrinh(-mXe(0, mDiemThuGom(2, j)) i), mDiemThuGom(0, j)) = ValuesKC(mXe(2, mDiemThuGom(0, j)) = i), i)) ValuesLT(mXe(2, = i), Next Next ' ========== Khoang cach giua bai rac va cac diem thu gom ========== ReDim ValuesKC(1 To LngIndex, To LngIndex) As Double ReDim ValuesLT(1 To LngIndex, To LngIndex) As String Sql = "select ID1, ID2, KHOANGCACH, LOTRINH from MANGTHUGOM where (ID2