Phần 3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.5. Phương pháp nghiên cứu
3.5.5. Phương pháp xây dựng mô hình
Mô hình được xây dựng dựa trên tiếp cập hệ thống động thái (dynamic system), trong đó công tác quản lý rác thải là một hệ thống gồm có các đối tượng cụ thể như: người xả bỏ rác thải (hộ giai đình, cơ sở sản xuất, trường học v.v.) người thu gom rác thải, người xử lý rác thải, người quản lý môi trường và chính sách quản lý môi trường. Trong hệ thống này, các đối tượng có tương tác với nhau theo các phương thức nhất định và có thể mô phỏng được. Riêng các yếu tố quản lý được xem như là các biến tổng quan (global parameters) có ảnh hưởng tới tất cả các thành phần trong hệ thống. Mô hình được xây dựng trong phần mềm NetLogo (Wilensky, 1999) với các trình tự như sau:
Sơ đồ các hộ trong phạm vi thu gom Gán các hộ với điểm trung chuyển gần nhất Bảng thống kê rác thải theo điểm
trung chuyển
Sơ đồ các điểm trung chuyển
Kết nối thuộc tính (join)
Sơ đồ khối lượng rác theo các điểm trung
a) Bước 1: Xây dựng cấu trúc mô hình lý thuyết
Mô hình lý thuyết về hê ̣ thống quản lý rác thải được mô phỏng mô ̣t cách đơn giản hóa hệ thống quản lý ta ̣i địa bàn nghiên cứu. Theo mô hı̀nh này, toàn bô ̣ hê ̣ thống quản lý rác thải được điều hành bởi chı́nh quyền đi ̣a phương như UBND, các phòng ban có liên quan và các tổ chức xã hô ̣i ta ̣i các cấp đô ̣ hành chính khác nhau. Thành phần này đă ̣t trên cùng của sơ đồ, thể hiê ̣n như nhóm yếu tố tổng quan, chi phối gián tiếp toàn bô ̣ hoạt đô ̣ng của các thành phần khác trong hê ̣ thống.
Các đối tượng phát sinh rác thải bao gồm hộ gia đı̀nh, công sở, trường học, dịch vụ, chợ v.v. Tuy nhiên, như kết quả thảo luâ ̣n trong các phần trước, ta ̣i thành phố Hưng Yên, các đối tượng phát có lượng rác thải đáng kể nhất là từ khối dân cư và các chợ, trường học, cơ quan công sở. Vı̀ vâ ̣y, trong mô hình chúng tôi chı̉ đưa hai nguồn phát sinh chı́nh này vào mô phỏng. Các yếu tố chi phối trực tiếp đến lượng phát thải được đưa vào mô hı̀nh dựa trên kết quả điều tra thực tế là nhân khẩu, hê ̣ số phát thải trung bình và số chợ.
Lượng thu gom có các yếu tố tác đô ̣ng trực tiếp là phương tiê ̣n thu gom, tần suất thu gom và số lượng nhân viên thu gom.
Hiệu số giữa lượng phát sinh và thu gom sẽ là lượng rác tồn dư. Mu ̣c đı́ch quản lý chính là làm sao thu gom được triê ̣t để rác, đảm bảo lượng tồn dư ở mức tối thiểu nhất trong điều kiê ̣n cu ̣ thể của đi ̣a phương.
Vai trò của hệ thống kiếm soát rác thải (yếu tố tổng quan) là sử dụng các biê ̣n pháp và công cụ để điều kiển các biến trực tiếp như giảm tốc độ tăng nhân khẩu, tăng phương tiê ̣n thu gom, tăng tần suất thu gom v.v. để giảm lượng rác thải tồn dư.
b) Bước 2: Xác định tham số cho mô hình
Các tham số cho mô hı̀nh tính toán của hê ̣ thống quản lý rác thải được xác đi ̣nh từ kết quả điều tra thực tế. Giá tri ̣ của những tham số như sau:
-Chất thải rắn sinh hoạt phát sinh từ các hộ gia đình -Rác thải từ các chợ
-Rác thải từ các công sở, trường học, bệnh viện …
c) Bước 3: Xây dựng mô hình trên máy tính
Xây dựng mô hình trên máy tính: biểu diễn và trı̀nh bày các thuâ ̣t toán bằng công cu ̣ trong phần mềm Netlogo. Trong mô hình máy tính, mỗi đối tượng xả
thải được xây dựng dưới dạng 1 tác tố (agent) có khả năng hoạt động độc lập. Các agent xả thải rác tùy theo số nhân khẩu và hệ số rác theo các cụm dân cư gắn với chúng. Vị trí xả thải của mỗi agent là các điểm trung chuyển hoặc thùng rác gần nhất mà agent này tìm được. Các thuật toán tìm kiếm được viết mã (code) dựa trên mã gốc Java.
Giao diện: Giao diện chính của mô hình gồm có một phần thể hiện không gian (Sơ đồ) của khu vực nghiên cứu. Không gian này được lập trình để thể hiện nhiều loại Sơ đồ GIS như hành chính, đường xá, các hộ dân, chợ, các tuyến thu gom, các điểm trung chuyển v.v. Đó chính là những số liệu đầu vào của mô hình. Ngoài ra, phía trái của giao diện còn có tập hợp các biến điều khiển như tốc độ tăng dân số, tỷ lệ tái chế rác, chi phí thu gom v.v. phục vụ mục đích phân tích kịch bản, tìm các giải pháp quản lý tối ưu cho hệ thống. Để có thể theo dõi trực quan kết quả chạy mô hình, giao diện cũng được thiết kế thêm các độ thị biển diễn diễn biến lượng rác phát sinh và tồn dư qua các bước chạy (ngày).
Patches: Nhóm đối tượng thứ nhất của mô hình mô phỏng động thái là môi trường hay các “patches”. Các “patches” chính là đơn vị tạo thành Sơ đồ có các thuộc tính gắn với từng patch/pixel: phường xã, mật độ dân cư trong tế bào/pixel ảnh, có thùng rác phía trên hay không, khối lượng rác v.v (Hình 3.5). Những thuộc tính này có tính động thái, có nghĩa là thay đổi liên tục qua mỗi bước chạy (ngày).
Turtles: Nhóm đối tượng thứ 2 của mô hình mô phỏng là các “turtles” hay các agent. Agent trong mô hình hệ thống quản lý rác thải được chia ra các nhóm đối tượng phát thải và tập trung rác, bao gồm hộ dân, chợ, xe thùng rác v.v (Hình 3.5). Các agent có các thuộc tính như địa chỉ (thuộc phường xã nào?), số nhân khẩu, rác được thu gom về điểm tập kết nào? Các agents khả năng hoạt động độc lập (tự xả thải rác theo hành vi riêng) và có liên hệ với môi trường xung quanh (patches), chẳng hạn xả thải rác vào môi trường. Đây chính là điểm mạnh của tiếp cận mô hình hóa tác tố agent-based mà các phần mềm khác không có (Ngô Thế Ân và Trần Nguyên Bằng, 2015).
Để chương trình có thể vận hành, chúng tôi tiến hành viết code cho toàn bộ nội dung cần mô phỏng. Về cơ bản, mô hình gồm các chương trình:
-Nhập dữ liệu đầu vào -Xác định ngày tháng
-Tính toán biến động nguồn thải (dân số), tính lượng rác phát thải; -Tı́nh lượng thu gom xử lý, tồn dư;
-Trình bày và chú giải Sơ đồ, đồ thị.
Chương trình nhập dữ liệu đầu vào là để nhập các Sơ đồ và gán các tham số cho chương trình chạy.
Chương trình xác định ngày tháng rất quan trọng với mô hình mô phỏng hệ thống quản lý rác bởi các yếu tố rác thải có liên quan đến lịch thu gom. Do đó, tất cả các hành vi của mô hình đều lệ thuộc vào chương trình ngày tháng.
Chương trình tính lượng xả thải phụ thuộc vào các nguồn thải, cụ thể là dân số và các công trình công cộng.
Chương trình thu gom, tồn dư phụ thuộc vào các biến tổng quan. Ví dụ, hiệu quả thu gom 100% đồng nghĩa với tất cả rác thải thải ra được thu gom, hiệu quả thu gom thấp đồng nghĩa với lượng rác tồn dư. Khi các yếu tố tổng quan thuận lợi cho công tác thu gom thì mức độ thu gom sẽ đạt hiệu quả cao.
Chương trình trình bày và chú thích Sơ đồ, đồ thị là các nhóm code để đưa kết quả lên Sơ đồ và đồ thị.