Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Tehokkuutta jätehuoltoon : tyhjennysreittien optimointi pääkaupunkiseudulla

Show full item record

Title: Tehokkuutta jätehuoltoon : tyhjennysreittien optimointi pääkaupunkiseudulla
Author(s): Aalto, Tomi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geosciences and Geography
Discipline: Geography
Language: Finnish
Acceptance year: 2013
Abstract:
Optimization is usually seen as searching and finding the best possible solution or policy for a given problem. Reaching cost effective ways to operate is a key factor to any sector of economy – whether it is private or public sector. The role of economic competitiveness is crucial nowadays. Due to the cost structure of a transportation company, using the best possible routes to distribute goods or such from point A to point B is very important in order to survive in this the competition. Every saved mile will save certain amount of different costs. No matter whether those costs are fixed or varied. The aim is to provide the best service at the least cost. Vehicle routing problem with waste management is based on an old problem such as Travelling salesman problem (TSP) and vehicle routing problem (VRP). There are some special attributes considering optimization of waste collection routes. For example a huge amount of geographically scattered costumer points, fixed capacities of waste hauler vehicles, emptying of vehicles, changing volumes of waste and time windows associated with some costumers. In this research the focus was on optimization of five different waste collection routes using ArcGIS and comparing the results with empirically collected GPS data. The main research questions are following: Is it possible to gain economic and environmental benefits with computerized software route optimization compared to knowledge based routing (now in use)? What are and how great are the possible benefits? What are the factors (real-life) that need to be considered with the route optimization? In order to solve vehicle routing problem, several different algorithms have been developed. An algorithm is an effective method expressed as a finite list of well-defined instructions for calculating a function. Waste collection problems are one of the most difficult operational problems to solve. This is because of the number of possible solutions. Going through all the solutions would take huge amount of computing time. That is why reaching a solution with exact algorithms is usually out of question. Thus heuristics methods are more appropriate. VRP heuristics can be divided into three categories: construction-, improvement- and meta-heuristics. Optimization for the five collection routes were performed with ArcGIS tools. Especially with its network analyst –toolset. ArcGIS network analyst (NA) uses tabu search metaheuristics to find the optimal solution in a network set (Digiroad network). GPS data was collected from the five driven routes and they were compared to ArcGIS NA optimized routes. An excel table was gathered from the results and also the actual transport costs were included for the comparison. ArcGIS NA optimized routes were on average eight percent shorter than the empirical routes. Special importance was on the capacity of the collection vehicle. The greater the capacity the less emptying stops needs to be done. Also scheduling and compactness of collection points have major impact on driven miles and number of emptying of waste bins. Some elements of the real world dynamics attributes are difficult to take into accounts with GIS optimization.
Optimoinnilla tarkoitetaan yleensä parhaimman ratkaisun tai toimintaperiaatteen etsimistä ja löytämistä. Taloudellisten etuisuuksien saavuttaminen on tärkeä tekijä minkä tahansa talouden, niin yksityisen kuin julkisenkin, kilpailukyvyn kannalta. Kuljetusyritysten kustannusrakenteesta johtuen käytettävien reittien ja kuljetusten optimoinnilla on erityisen tärkeä osuus yritysten kilpailukyvyn kannalta. Jokainen ajokilometri vähemmän säästää tietyn määrän muuttuvissa ja mahdollisesti jopa kiinteissä kustannuksissa. Jätehuollon reititysongelma pohjaa tunnettuihin kauppamatkustajan (Travelling Salesman Problem - TSP) -ja ajoneuvon reititysongelmaan (Vehicle Routing Problem - VRP). Jätteenkuljetusreittien optimoinnin erityispiireisiin kuuluvat muun muassa asiakaspisteiden runsas lukumäärä ja maantieteellinen levinneisyys, kuljetusajoneuvojen rajallinen kapasiteetti, tyhjennykset, vaihtelevat tavaravolyymit ja usein myös tehtävien suorittamisen aikaikkunat. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin viiden kuljetun reitin optimointia. Tutkimuksen tarkat tutkimuskysymykset ovat seuraavat: Voidaanko ohjelmallisella reitinoptimoinnilla saavuttaa kuljetustaloudellisia säästöjä verrattuna nykyiseen 'kokemusperäiseen' optimointiin? Ja jos voidaan niin kuinka suuria mahdolliset säästöt voisivat olla? Minkälaisia reaalisia tekijöitä tulisi huomioida ohjelmallisessa reitinoptimoinnissa? Ajoneuvon reititysongelmien ratkaisemiseksi on kehitetty erilaisia algoritmeja, eli eräänlaisia konekielisiä kaavoja. Kuljetusongelmien ratkaisujoukon laajuus on aiheuttanut sen, että tarkkojen menetelmien sijasta täytyy käyttää epätarkempia, mutta huomattavasti nopeampia ratkaisumenetelmiä eli heuristiikkoja. Ne voidaan jakaa kahteen menetelmään eli heuristisiin ja metaheuristisiin menetelmiin. Viiden reitin osalta optimointi tehtiin ArcGIS -paikkatieto -ohjelmiston Network Analyst -laajennusosalla. ArcGIS NA käyttää reittiongelmien ratkaisemiseksi tabuetsintä –metaheuristiikkaa. Kuljettujen reittien GPS -pistedataa vertaamalla optimoitujen reittien tuloksiin ja yhdistämällä ne kuljetustaloudellisella laskelmalla saatuihin tuloksiin, voitiin vertailua tehdä kilometrien lisäksi euromääräisillä kuljetuskustannuksilla. Optimoimalla kuljetut reitit saavutettiin keskimäärin kahdeksan prosentin vähennys ajettuihin kilometreihin. Erityisen suureksi tekijäksi muodostui kuljetuskaluston kapasiteetti. Suuremman kapasiteetin omaavan ajoneuvon tarvitsee tehdä vähemmän tyhjennysmatkoja. Myös aikatauluttamisella ja siten tyhjennyspisteiden tiiviydellä on huomattava merkitys ajoreittien pituuksiin ja tyhjennysten lukumäärään.


Files in this item

Files Size Format View
Gradu_final_Tomi_Aalto.pdf 10.93Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record