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原文传递基于近似动态规划的随机需求下城市生活垃圾分类收运路线优化研究

论文题名：	基于近似动态规划的随机需求下城市生活垃圾分类收运路线优化研究
关键词：	城市生活垃圾;需求随机;分类收运;路线优化;近似动态规划
摘要：	在城市化步伐逐渐加快和人们生活水平日益提升的时代背景下，我国跻身成为世界最大的垃圾产生国，城市生活垃圾的产生量与日俱增。为提高垃圾的资源价值和经济价值，垃圾分类问题逐渐得到全社会的关注。而垃圾分类的收运物流是衔接前端分类投掷垃圾和末端分类处理垃圾的关键一环，直接决定垃圾回收的运营成本，并对垃圾分类政策的落实起着关键性作用。因此，如何进行垃圾分类收运过程车辆配置和路径优化成为值得关注的问题。　　由于我国垃圾分类政策全面推行的时间较短，目前在垃圾收运路径优化问题的研究中缺少对分类收运模式的考虑，大部分研究仍停留在垃圾混装混运阶段。此外，现实生活中垃圾收运过程存在着很多不确定性，其中各垃圾收集点产生各类垃圾的数量是随机的，收运车在到达该点时才能知道其确切需求。由于各节点的需求量以信息流的形式随时间推移逐步显现，且科技的进步已让信息实时交互和实时决策成为可能，因此，本文考虑垃圾收集点需求波动而导致的收运路线动态调整，运用马尔科夫决策过程分别建立分装、统装两种分类收运模式下的实时路径决策模型，并采用近似动态规划（Approximate Dynamic Programming，ADP）求解。近似动态规划可解决求解复杂问题中的“维度灾”问题，近年来迅速发展并逐步运用到交通领域，本文运用Boltzmann探索策略对值函数近似迭代算法进行改进，分别求解分装、统装制模型，并讨论其优缺点和适用范围，为各环卫部门分类收运垃圾提供运营方案的参考。　　论文的主要工作如下：首先，对垃圾分类收运VRP问题、随机需求VRP问题、ADP算法展开基础性研究，总结垃圾分类收运VRP问题的特殊性，并基于Vosviewer文献计量软件分析ADP的研究现状和其在VRP问题中的应用情况。　　其次，从时间、决策、状态、成本等方面入手，综合考虑途径中转站多次作业、多类型垃圾、满意度约束等复杂条件，构建分装、统装制两种模型。模型求解方面，运用值函数近似迭代算法求解，并采用Boltzmann探索策略对算法进行改进。　　最后，运用南京市江北生活垃圾中转站垃圾收运作业的真实数据，进行算例分析。通过对两种收运模式和算法的对比分析，得出以下结论：（1）相较于分装收运，统装制收运使用的车辆较少，运输成本减少了25.9%，总成本减少13.9%，收运效率更高，但时间惩罚成本比分装制高44.4%。（2）在垃圾收集点密集的区域更适合继续采用分装制收运，以更准时完成收运任务，而统装制模式更适合在垃圾收集点分散的区域实行以减少收运成本。（3）通过将基于 Boltzmann 探索策略的 ADP 算法与 Q-learning、基于后决策变量的值函数近似迭代策略对比分析，发现基于Boltzmann探索策略的ADP算法收敛速度更快，执行效率更高，得到的结果更优。
作者：	沈洁漪
专业：	物流工程
导师：	刘杨
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京农业大学
学位年度：	2021