Biểu diễn một hệ thống thực tế và phức tạp để nghiên cứu và đo lường các diễn biến có thể xảy ra hoặc thiết kế và đề xuất các giải pháp quy hoạch phù hợp chính là một trong những mục tiêu đề ra cho công tác mô hình hóa, đặc biệt là mô hình hóa dựa trên tác tử (ABM – Agent Based Model). Mô hình dựa trên tác tử ABM là một phân lớp của các mô hình tính toán máy tính dùng để giả lập các hành động và sự ảnh hưởng qua lại của các tác tử có khả năng tự trị nhằm đánh giá tác động của chúng trên hệ thống một cách tổng thể. Nó kết hợp các yếu tố của lý thuyết trò chơi (game theory), hệ thống tổng hợp (complex system), lập trình tiến hóa (evolutionary programming),… Các phương thức Monte Carlo được sử dụng để tạo ra các yếu tố gẫu nhiên trong mô hình. Mang tính chất bổ sung cho các phương pháp phân tích truyền thống, mô hình hóa dựa trên tác tử cho phép thiết kế các mô hình mô tả sự tác động qua lại lẫn nhau giữa những mô phỏng tin học đại diện các
thực thể của hệ thống được nghiên cứu và mô hình hóa (tác nhân, thể chế, môi trường, thực thể sinh học hoặc phi sinh học). Mô hình này là công cụ hữu hiệu thực hiện các mô phỏng, tại đó những tác động qua lại được nghiên cứu một cách chi tiết và chủ trương tương tác với người sử dụng mô hình.
Mục đích của mô hình dựa trên tác tử ABM trong bài toán định tuyến thu gom rác thải đô thị được sử dụng để mô hình hóa các yếu tố của mạng lưới giao thông có ảnh hưởng tới tổng khoảng cách lộ trình của các xe cuốn ép rác (ví dụ như sự tắc nghẽn giao thông dẫn tới phải thay đổi lộ trình di chuyển), để từ đó cập nhập lại giá trị của ma trận chi phí và tính toán ra kết quả thử nghiệm lời giải tối ưu trong môi trường gần với thực tế hơn. Mô hình ABM sử dụng trong phạm vi luận văn có năm loại tác tử: Tác tử đường phố, Tác tử điểm gom rác, Tác tử phương tiện giao thông, Tác tử xe cuốn ép rác và Tác tử bãi xe.
1) Tác tử đường phố Tác tử đường phố biểu diễn một con đường với các số liệu thực tế có được từ dữ liệu bản đồ GIS (Geographical Information System). Bởi vậy, tác tử này có tất cả các thuộc tính của dữ liệu bản đồ: vị trí, chiều dài, tên,…. Mỗi tác tử biểu diện một phân đoạn ngắn của con đường. Tác tử này không có các hành vi ứng xử hay phản xạ.
2) Tác tử điểm gom rác: Tác tử điểm gom rác biểu diễn tập hợp các điểm tập kết rác thải được đánh dấu trên bản đồ số GIS. Nó có các thuộc tính và hành vi sau:
* Một tỷ lệ biểu diễn thể tích rác tăng lên sau mỗi giây. * Vị trí của các điểm tập kết rác thải.
* Thể tích của rác.
* Tác tử này có hành vi biểu diễn sự tăng lên của rác thải sau mỗi khoảng thời gian.
3) Tác tử phương tiện giao thông: Một phương tiện giao thông có thể là một xe cuốn ép rác, xe buýt, xe con, xe máy. Tác tử này có các thuộc tính và hành vi như sau:
* Tốc độ di chuyển
* Làn đường được phép di chuyển * Hành vi thay đổi lộ trình
4) Tác tử xe cuốn ép rác: Tác tử xe cuốn ép rác biểu diễn các phương tiện mà vận chuyển rác thải từ các điểm tập kết rác tới bãi rác. Tác tử này có nhiều điểm tương đồng với tác tử phương tiện giao thông về thuộc tính hành vi và khả năng di chuyển. Tuy nhiên, nó có vài thuộc tính và hành vi khác biệt như sau:
* Một thuộc tính biểu diễn sức chứa (thể tích chuyên chở) của mỗi xe cuốn ép rác.
* Một danh sách các điểm phải đến của mỗi xe cuốn ép rác
* Hành vi thu thập: Khi đến các điểm tập kết rác, xe cuốn ép rác thu thập rác tại các điểm tập kết rác. Sau khi thu thập xe cuốn ép rác sẽ thực hiện đến các điểm tiếp theo nếu còn điểm tập kết rác hoặc quay trở về bãi rác nếu xe đã đầy hoặc không còn các điểm tập kết rác trong danh sách kế hoạch phải đi.
5) Tác tử bãi xe: Tác tử này quản lý các quy luật của các điểm tập kết rác thải. Tại thời điểm bắt đầu thu gom, tác tử này sẽ tính toán và lên lộ trình cho các xe cuốn ép rác thu gom. Trong phạm vi luận văn, vị trí bãi xe và bãi rác là trùng lặp.
2.4. Kết luận
Trong chương hai đã thực hiện phát biểu, nêu rõ hàm mục tiêu của bài toán định tuyến xe trong tối ưu hóa thu gom rác thải đô thị. Thực hiện đề xuất giải pháp, ứng dụng giải thuật tối ưu hóa đàn kiến ACO vào bài toán định tuyến xe trong tối ưu hóa thu gom rác thải rắn đô thị. Trên cơ sở đó, giới thiệu mô hình thực nghiệm dựa trên tác tử nhằm tìm kiếm kết quả tối ưu trong môi trường mô phỏng gần giống với môi trường thực tế. Từ đó là cơ sở để so sánh kết quả thu được từ mô hình thực nghiệm và kết quả tính toán trong chương tiếp theo.
CHƯƠNG 3. TỐI ƯU HÓA THU GOM RÁC THẢI THÀNH PHỐ HÀ GIANG
Việt Nam đang đối mặt với vấn đề quản lý thu gom, xử lý rác thải đô thị do bị giới hạn bởi năng lực quản lý yếu kém, thiếu nhân lực và các nguồn lực kỹ thuật trong việc giải quyết vấn đề này.
Tổng lượng rác thải đô thị hằng năm tăng lên đều đặn trong thập kỷ qua do gia tăng tỷ lệ tăng trưởng dân số và việc tăng trưởng lượng rác thải đô thị này trở thành một thách thức đối với Việt Nam. Tại Việt Nam trung bình mỗi người tại các đô thị sản sinh ra một lượng chất thải sinh hoạt mỗi ngày là 1,45 kg, số liệu được ước tính vào năm 2008 [25]. Tổng lượng rác thải đô thị sinh hoạt tại các thành phố của Việt Nam trong năm này vào khoảng 35.100 tấn mỗi ngày. Gần đây, quản lý rác thải đô thị được chính phủ và cộng đồng rất quan tâm, chú ý.
Do sự hạn chế về diện tích sử dụng đất, hầu hết các thành phố tại Việt Nam có khu xử lý rác, tái chế, bãi rác đặt tại ngoại ô thành phố. Hầu hết các đơn vị dịch vụ xử lý thu gom, vận chuyển rác thải không có bản đồ cố định cho việc vận chuyển rác thải. Trong các thành phố lớn, do số lượng các phương tiện tham gia giao thông cao, thời gian di chuyển để thu gom, vận chuyển rác thải bị kéo dài. Bởi vậy, công việc thu gom, vận chuyển rác thải mỗi ngày chỉ là hai hoặc ba lượt [26].
Hà Giang là một tỉnh miền múi nằm ở phía Bắc của Việt Nam. Phía Bắc và phía Tây có đường biên giới chung với Trung Quốc, phía Đông giáp tỉnh Cao Bằng, phía Nam giáp tỉnh Tuyên Quang và phía Tây, Tây Nam giáp tỉnh Lào Cai, Yên Bái. Hà Giang có một thành phố, 10 quận, 5 phường 13 thị xã và 17 xã.
Thành phố Hà Giang thuộc tỉnh Hà Giang có vai trò lớn trong nền kinh tế, chính trị và là trung tâm của tỉnh Hà Giang. Đặc biệt, có tiềm năng lớn trong phát triển kinh tế du lịch. Thuận theo quá trình phát triển du lịch và kinh tế và quá trình đô thị hóa trong những năm gần đây khiến cho lượng rác thải đô thị sinh hoạt ngày tăng theo. Các thành phần của rác thải đô thị cũng thay đổi. Việc thu gom và vận chuyển dần vượt quá khả năng do thiếu cơ sở vật chất, nguồn nhân lực và các nguồn lực kỹ thuật khác, điều này thể hiện ở tỷ lệ chất thải được thu gom và vận chuyển
thấp. Vấn đề làm thế nào để đối phó với rác thải đô thị trở nên quan trọng hơn trong thành phố Hà Giang.