Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUÂN
3.3. Ứng dụng mô hình đa tác tử tối ưu hóa thu gom rác tại thành phố Hà Giang
3.3.1. Mục đích của mô hình
Mục đích của mô hình là tạo ra một môi trường có thể thử nghiệm các phương án tối ưu với mức chi phí bỏ ra là chấp nhận được.
3.3.2. Các thực thể, biến trạng thái, môi trường và phạm vi mô hình
Các thực thể, biến trạng thái của mô hình bao gồm các từng thực thể kèm với biến trạng thái của chúng như sau:
Xe cuốn ép rác: gồm 2 xe có thể tích thùng 35m3 vào 50m3 hoạt động thu gom rác ở thành phố Hà Giang, được mô phỏng trong một thời gian nhất định.
Điểm thu gom rác: được bố trí trong địa bàn thành phố, các điểm là cố định với lượng rác ngẫu nhiên, lượng rác ở các điểm thu gom sẽ có một biến ngẫu nhiên ± 20% so với lượng rác thực tế (ảnh hưởng của các yếu tố khách quan, môi trường đến lượng rác…)
Bãi rác thành phố: bố trí tại địa điểm nhất định, tiếp nhận rác của xe sau mỗi lần đổ.
Môi trường của mô hình tương tác trực tiếp với tác tử là các điểm tập kết rác với lượng rác được thiết lập mỗi ngày mô phỏng theo thực tế, và sẽ phát sinh tiếp ở các ngày kế tiếp theo thời gian thực của mô hình.
Phạm vi thực hiện mô hình được giới hạn bởi nhiều phạm vi: phạm vi không gian, thời gian. Cụ thể như sau:
Phạm vi không gian: thành phố Hà Giang Phạm vi thời gian: 180 ngày
Đơn vị thời gian: 1 phút tương ứng với mỗi bước mô phỏng là 1 phút
3.3.3. Tiến trình và kế hoạch
Các điểm thu gom và bãi rác thành phố có vị trí cố định trên bản đồ với tọa độ xác định. Mỗi điểm thu gom có lượng rác ngẫu nhiên từ số liệu thực tế
± 20%, các điểm được đánh dấu theo thứ tự được lấy từ lịch trình cố định được quy định bởi đơn vị thu gom. Xe cuốn ép rác xuất phát từ bãi rác thành phố đi qua các lần lượt các điểm. Đi qua điểm tập kết nào sẽ thu gom hết rác lên trên xe. Lượng rác khi xe đi qua điểm tập kết lớn hơn hoặc bằng thể tích
thùng xe thì xe sẽ mang đi đổ tại bãi rác thành phố. Sau đó lại thu gom tiếp ở điểm tiếp theo. Trên đây là mô phỏng theo thực tế.
Trong mô hình tối ưu, vì hai xe rác hoạt động 2 lịch trình khác nhau khi một xe chạy hết lịch trình của mình mà vẫn chưa đầy sẽ chạy giúp xe còn lại để giảm quãng đường lãng phí đi đổ rác khi xe còn chưa đầy và giảm tổng quãng đường phải đi của 2 xe.
Hình 3.6: Một đoạn đường đi thu gom rác của xe qua các điểm tập kết
3.3.4. Các khái niệm nền tảng
Các nguyên tắc cơ bản
Nguyên tắc được sử dụng ở đây rất đơn giản: Xe đi thu gom rác tại các điểm tập kết, lượng rác của xe sẽ được cộng với lượng rác ở điểm tập kết khi xe chạy qua. Nếu tổng lượng rác này lớn hơn hoặc bằng thể tích của thùng xe thì xe sẽ mang đi đổ tại bãi rác thành phố. Còn nếu tổng lượng rác này nhỏ hơn thể tích thùng xe thì xe sẽ đi thu gom tiếp ở điểm tiếp theo. Các điểm thu gom được đánh số thứ tự theo lịch trình của đơn vị thu gom, xe đi theo thứ tự này từ điểm 1 cho đến hết lịch trình.
Sự nổi bật
Sự nổi bật hay kết quả đầu ra của mô hình mà chúng ta quan tâm là sự thay đổi của tổng quãng đường xe đi của giả thiết đưa ra với tổng quãng đường phải đi trong thực tế.
Khởi tạo
Khởi tạo mô hình gồm 2 xe có thể tích thùng 35m3 vào 50m3 đều xuất phát từ bãi rác thành phố đi 2 trục đường chính qua các điểm thu gom. 2 xe di chuyển qua tổng cộng 33 điểm tập kết theo mô hình thực tế và mô hình tối ưu.
Dữ liệu đầu vào
Dữ liệu đầu vào mô hình bao gồm:
- Bản đồ tuyến đường thành phố Hà Giang
Hình 3.7: Bản đồ thành phố Hà Giang
- Dữ liệu GIS các điểm tập kết xe chạy qua
Dữ liệu GIS các điểm tập kết rác trên địa bàn thành phố Hà Giang được đo với hệ tọa độ VN 2000, kinh tuyến trục 105o 30’ 0.0” ở 2 múi chiếu 3o và 6o như bảng dưới:
Bảng 3.9: Dữ liệu GIS các điểm tập kết rác thành phố Hà Giang
STT Tên điểm MÚI 3O( x:y) MÚI 6O( x:y)
1 Sau sở điện 2525690 : 0446558 2524932: 0446574
2 Kiểm lâm 2525467 : 0446401 2524691 : 0446416
3 Cổng tỉnh ủy 2525961 : 0446751 2525203 : 0446767 4 Cầu Gạc đì 2526408 : 0446205 2525650 : 0446221 5 Ngõ 39 tổ 8 2525255 : 0446752 2524497 : 0446768 6 Ao Lâm Nghiệp 2525045 : 0445770 2524287 : 0445786
7 Hà Yên 2524796 : 0445051 2524039 : 0445067
8 Cầu Km 3 2525261 : 0444450 2524504 : 0444467
9 Cây xăng Hà Yên 2524845 : 0445464 2524088 : 0445480 10 Chợ Cầu trắng 2524627 : 0446596 2523869 : 0446612
11 Sư phạm 2523712 : 0446737 2522955 : 0446753
12 Cầu Mè 2522674 : 0446270 2521917 : 0446286
13 Đường 19/5 2524130 : 0446364 2523373 : 0446380 14 Trường Hồng Quân 2526671 : 0447834 2525913 : 0447840 15 Bãi quất 2526635 : 0448835 2525876 : 0448851 16 Nhà VH tổ 5 2526543 : 0449434 2525785 : 0449449 17 Quyết Thắng 2525567 : 0449871 2524809 : 0449886 18 Cầu Độc Lập 2526420 : 0450209 2525662 : 0450224
19 Thái Hà 2527653 : 0450331 2526895 : 0450346
20 Cầu 3/2 2526889 : 0449469 2626131 : 0449484
21 HIV 2527298 : 0448784 2526540 : 0448800
22 Cầu phát 2523862 : 0447494 2523105 : 0447510 23 Vườn ươm 2524388 : 0446812 2523631 : 0446828 24 Cổng trường Hoa Lê 2526382 : 0447679 2525624 : 0447694 25 Chợ Trung tâm 2525980 : 0447013 2525222 : 0447029
26 Bãi bắn 2525810 : 0447542 2525052 : 0447559
27 C10 2525976 : 0447345 2525226 : 0447346 b
28 Nhà quản trang 2523648 : 0447336 2522891 : 0447352 29 Trại Giam Phú Linh 2523212 : 0447990 2522455 : 0448005 30 Phương Thiện, Đường K8 2520674 : 0445878 2519918 : 0445894 31 Nhà hàng Hạnh phúc 2525708 : 0447337 2524950 : 0447353 32 Y học cổ truyền 2526956 : 0449456 2526198 : 0449472 33 Bệnh Viện 2524708 : 0446938 2523950 : 0446954
Tổng số điểm tập kết rác của thành phố là 33 điểm trong đó có 27 điểm
là điểm tập kết xe đẩy tay, 6 điểm còn lại là các xe không hoạt động, hoặc thùng rác cố định được để tại nơi phát sinh nhiều rác thải (nhà hàng, trường học, bênh viện…)
Dữ liệu GIS dùng để kết hợp với bản đồ tuyến đường thành phố, định vị một cách chính xác vị trí các điểm tập kết trên bản đồ.
- Dữ liệu GIS bãi rác thành phố
Dữ liệu GIS bãi rác thành phố Hà Giang được với hệ tọa độ VN 2000, kinh tuyến trục 105o 30’ 0.0” ở 2 múi chiếu 3o và 6o cụ thể:
Múi chiếu 3o có tọa độ XY (X:Y): 2523093 : 0447490 Múi chiếu 6 o có tọa độ XY (X:Y): 2522336 : 0447501
Cũng giống như dữ liệu GIS của các điểm tập kết rác, dữ liệu GIS trên để định vị vị trí của bãi rác thành phố trên bản đồ
- Thể tích thùng các xe
Có tổng cộng 2 xe chạy trong mô hình xe bé thể tích thùng 35m3 và xe to thể tích 50m3.
- Lịch trình chạy xe thực tế
- Thể tích rác thực tế
3.3.5. Kết quả của mô hình
Mô hình thực tế
Mô hình được xây dựng trên số liệu thực tế. Khởi tạo mô hình 2 xe thể tích thùng cố định chạy qua các điểm tập kết rác thu gom rác theo quy tắc đã nêu ở phần trên. Thời gian thực hiện mô hình 180 ngày.
Hình 3.8: Kết quả số liệu xuất ra sau khi chạy mô hình thực tế Kết quả thu được khi chạy mô hình thực tế ta thu được:
- Số ngày đã diễn ra : 180,0 ngày
- Tổng số lần đổ rác 2198 lần
- Tổng số lần quay về giữa chừng 1118 lần
- Tổng số lần quay về mà xe không đầy 1080 lần
- Tổng số quãng đường phải đi là 16.497,0 km
- Tổng số quãng đường đi khi quay về mà xe không đầy ( quãng đường lãng phí) là 2009,0 km
- Tổng số rác thu thập được là 65515,4 m3
- Thể tích rác trung bình một ngày là 362,0 km
Trong kết quả mô hình xuất hiện một số trị số được giải thích như sau:
- Tổng số lần quay về giữa chừng là tổng số lần xe chưa đi hết lịch trình nhưng đầy rác phải quay về.
- Tổng số lần xe quay về mà xe không đầy là tổng số lần xe đổ rác mà xe không đầy
- Tổng số lần đi đổ rác là tổng số lần xe đổ rác tại bãi rác thành phố trong suốt lịch trình.
Như trong kết quả ta có tổng 2 giá trị Tổng số lần quay về giữa chừng và tổng số lần xe quay về mà không đầy bằng Tổng số lần đi đổ rác, như vậy có nghĩa là không có lần nào kết thúc lịch trình mà xe đầy. Đây cũng chính là cơ sở cho mô hình tối ưu.
Trong các kết quả tính toàn của mô hình trên tối ưu hóa tất cả các giá trị tuy nhiên chú trọng tối ưu hóa 2 giá trị bao gồm: Tổng số quãng đường phải đi và tổng số quãng đường lãng phí. Mô hình chạy theo giả thiết được coi là tối ưu khi 2 trị số tối ưu là tổng số quãng đường phải đi và tổng số quãng đường lãng phí giảm so với mô hình thực tế và lượng rác thu được ở mô hình tối ưu cao hơn hoặc bằng lượng rác thu được ở mô hình thực tế.
Nhìn vào hình trên ta có thể thấy mô hình tính toán gồm có các trị số cụ thể. Đây cơ ở để so sánh với mô hình tối ưu
Mô hình tối ưu
Dựa vào kết quả của mô hình thực tế ta có không có lần nào kết thúc lịch trình mà xe đầy. Vì vậy ta xây dựng mô hình tối ưu với các dữ liệu đầu vào và nguyên tắc như mô hình thực tế. Tuy nhiên ở mô hình tối ưu khi một xe đã hoàn thành lịch trình của mình mà xe vẫn chưa đầy sẽ sang thu gom cho xe còn lại.
Tổng số lần đi đổ rác = Tổng số lần quay về giữa chừng + Tổng số lần xe quay về mà không đầy + Tổng số lần kết thúc lịch trình mà xe đầy
Ta thu được kết quả :
Hình 3.9: Kết quả số liệu xuất ra sau khi chạy mô hình tối ưu Như vậy, kết quả khi chạy mô hình tối ưu là:
- Số ngày đã diễn ra : 180,0 ngày
- Tổng số lần đổ rác 2117
- Tổng số lần quay về giữa chừng 1217 lần
- Tổng số lần quay về mà xe không đầy 876 lần
- Tổng số quãng đường phải đi là 15.746,0 km
- Tổng số quãng đường đi khi quay về mà xe không đầy ( quãng đường lãng phí) là 1835,0 km
- Tổng số rác thu thập được là 65730,5 m3
- Thể tích rác trung bình một ngày là 363,2 km Nhìn vào kết quả ta có bảng so sánh:
Bảng 3.10: Kết quả so sánh giữa mô hình thực tế và mô hình tối ưu
STT Trị số Đơn vị
tính
Mô hình thực tế
Mô hình tối
ưu
Trị số chênh lệch
1 Số ngày đã diễn ra Ngày 180 180 0
2 Tổng số lần đổ rác Lần 2198 2117 81
3 Tổng số lần xe quay về
giữa chừng Lần 1118 1217 99
4 Tổng số lần quay về mà xe
không đầy Lần 1080 876 204
5 Tổng quãng đường phải đi
Km 16.497,0 15.746,
0 751
6 Tổng số quãng đường đi khi quay về mà xe không đầy (quãng đường lãng phí)
Km 2009,0 1835,0 174
- Tổng số lần đổ rác giảm 81 lần
- Tổng số lần xe quay về giữa chừng tăng 99 lần
- Tổng số lần quay về giữa chừng mà xe không đầy giảm 204 lần
- Tổng quãng đường giảm 751 km
- Tổng số quãng đường đi khi quay về mà xe không đầy ( quãng đường lãng phí) giảm 174 km
Như đã nêu công thức Tổng số lần đi đổ rác ta có:
Áp vào kết quả đầu ra mô hình tối ưu ta thấy Tổng số lần kết thúc lịch trình mà xe đầy là 24 lần ở mô hình tối ưu, trong khi ở mô hình thực tế trị số này bằng 0.
Tổng số lần đi đổ rác = Tổng số lần quay về giữa chừng + Tổng số lần xe quay về mà không đầy + Tổng số lần kết thúc lịch trình mà xe đầy
Ngoài ra lượng rác của mô hình tối ưu cũng lớn hơn lượng rác thu được ở mô hình thực tế. Sự khác biệt này là do biến ngẫu nhiên ± 20% được thiết lập ở đầu bài toán, cho các tác động bên ngoài khách quan ảnh hưởng đến quá trình thu gom rác: điều kiện môi trường, thời tiết…
So sánh kết quả của mô hình thực tế và mô hình tối ưu ta có biểu đồ sau:
Hình 3.10: Biểu đồ so sánh trị số đầu ra mô hình thực tế và mô hình tối ưu
Nhìn vào biểu đồ trên ta thấy nhìn chung các trị số mô hình tối ưu đều giảm so với mô hình thực tế. Đặc biệt là là hai trị số quan trọng nhất: tổng quãng đường phải đi giảm 4,8%, tổng quãng đường lãng phí giảm 8,6%.
3.3.6. Kiểm chứng mô hình
Để kiếm chứng tính đúng đắn của mô hình tối ưu ta có đồ thị :
Hình 3.11: Đồ thị thể tích thu gom rác của mô hình thực tế và mô hình tối ưu
Nhìn vào đồ thị có 2 đường màu xanh và màu đỏ : đường màu đỏ biểu diễn thể tích rác trung bình trong một ngày theo số liệu thống kê thực tế, đường màu xanh biểu diễn thể tích rác trung bình trong mô hình tối ưu. Khi đường màu xanh tiệm cận với đường màu đỏ thể tích rác thu được ở mô hình và thực tế là tương đương nhau hay nói cách khác là hiệu quả thu gom rác của mô hình và thực tế tương đương nhau. Khi hiệu quả mô hình tương đương với thực tế mà các chỉ số khác được tối ưu so với thực tế, ta có thể kết luận mô hình là đúng đắn và kết quả mô hình có tể chấp nhận được.
3.4. Đánh giá tính khả thi của hệ thống thu gom rác được tối ưu hóa bằng mô hình, mô phỏng Đa Tác Tử
Tính khả thi của mô hình và mô phỏng Đa Tác tử trong tối ưu thu gom rác thải sinh hoạt tại thành phố Hà Giang được đánh giá như sau:
Công nghệ thông tin đang phát triển với tốc độ cao, ngày càng được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực khoa học khác nhau. Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý môi trường đảm bảo tính chính xác, tính toán khoa học, logic trong thời gian ngắn. Mô hình và mô phỏng Đa tác tử trong tối ưu
thu gom rác thải sinh hoạt tại thành phố Hà Giang cho phép chúng ta thử nghiệm nhiều kịch bản cho kết quả trong thời gian ngắn.
Mô hình và mô phỏng Đa tác tử trong tối ưu thu gom rác thải sinh hoạt tại thành phố Hà Giang đảm bảo tính mới và khả thi cao. Do việc xây dựng mô hình Đa tác tử chưa được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực môi trường nói chung và quản lý CTRSH nói riêng. Mặt khác, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào các lĩnh vực quản lý là xu hướng chung của toàn thế giới để thúc đẩy sự phát triển.
Mô hình và mô phỏng trên được xây dựng dựa trên số liệu thực tế được thu gom từ Công ty cổ phần môi trường đô thị Hà Giang. Mô phỏng sát thực tế công tác thu gom RTSH trên địa bàn thành phố Hà Giang. Kết quả thu được là các chỉ số đều được tối ưu, tuy hiệu quả tối ưu chưa cao. Sở dĩ hiệu quả tối ưu chưa cao do điều kiện nghiên cứu của khóa luận tốt nghiệp, chỉ có thể nghiên cứu trong phạm vi nhỏ như hệ thống thu gom RTSH trên địa bàn thành phố Hà Giang (trục đường chính ít, lượng rác và số điểm tập kết không cao).
Mô hình và mô phỏng Đa tác tử trong tối ưu thu gom rác thải sinh hoạt tại thành phố Hà Giang chưa đem lại hiệu quả cao nhưng đây được coi mà mô hình thử nghiệm cơ sở để dựa vào nó chúng ta toàn toàn có thể giải quyết các bài toán khác trong quản lý CTRSH ở các địa phương khác có phạm vi lớn hơn và hệ thống phức tạp hơn.
Trong quản lý CTRSH nói chung và hệ thống thu gom, vận chuyển rác nói riêng có rất nhiều bài toán tối ưu có thể sử dụng mô hình và mô phỏng Đa Tác Tử như: tối ưu đường đi của các xe thu gom, tối ưu hóa điểm tập kết rác, giảm số điểm tập kết rác, tối ưu hóa chi phí thu gom và vận chuyển, v.v… Vì vậy ngoài mở rộng về phạm vi, dựa vào cơ sở mô hình đã được xây dựng tại thành phố Hà Giang, chúng ta cũng có thể xây dựng các mô hình tối ưu với các thực thể khác đem lại hiệu quả thực tế.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Thành phố Hà Giang là một tỉnh thuộc vùng núi phía bắc, có vị trí chiến lược quan trọng. Thành phố là trung tâm văn hóa, chính trị của toàn tỉnh Hà Giang. Hà Giang thành phố có diện tích tương đối nhỏ 135,3 km2, xây dựng trên vùng địa hình tương đối bằng phẳng. Với khí hậu nhiệt đới gió mùa, mang đặc điểm của vùng Việt Bắc- Hoàng Liên Sơn, một mùa lạnh rõ rệt, lượng mưa nhiều, độ ẩm cao duy trì quanh năm. Thành phố Hà Giang có 2 con sống chính là sông Lô và sông Miện. Thành phố Hà Giang đang trên đà tăng trưởng kinh tế, giá trị tăng trưởng năm 2015 đạt 13,74% so với năm 2014. Cơ cấu kinh tế có chiêu hướng tăng tỷ trọng ngành công nghiệp - xây dựng và dịch vụ. Về xã hội, toàn thành phố Hà Giang có tổng cộng 52.135 người đăng kí thường chú với tốc độ gia tăng dân số hằng năm tương đối ổn định. Thành phố có 22 dân tộc với nguồn lực lao động dồi dào. Công tác giáo dục đào tạo và y tế đều được quan tâm đúng mức.
Toàn bộ rác thải sinh hoạt của thành phố được công ty cổ phần môi trường đô thị Hà Giang thu gom, vận chuyển và xử lý. Khối lượng rác của thành phố tính đến quý I năm 2016 là 70,38 tấn/ngày. Có sự biến động rác ở các tháng trong năm. Về công tác thu gom của công ty thực hiện dọn vệ sinh toàn thành phố với 150 xe đẩy tay, 2 xe cuốn ép rác hoạt động thường xuyên.
Về công tác xử lý, rác thải sau khi thu gom được vận chuyển về bãi rác thành phố với hình thức xử lý là chôn lấp thủ công. Tuy nhiên do được xây dựng từ năm 1998 nên lượng rác hiện nay đã cao gấp 10 lần công suất thiết kế.
Mô hình Đa Tác Tử đã được ứng dụng trong bài để tối ưu hóa đường đi thu gom rác theo năng lực của xe cuốn ép rác và thời gian thực. Kết quả đem