An arc routing problem of electric powered street sweepers with time windows and intermediate stop

Abstract

Atık toplama belediye hizmetleri içinde yer alır. Atık toplama problemleri gerçek hayatın içinden ve etkileri yüksek olduğundan, son zamanlarda bu problemler daha fazla çalışılmaya başlanmıştır. Atık toplama hizmetlerinin, karşılığında gelir olmadığından, kamu fonları ile minimum maliyetle gerçekleştirilmesi önemlidir. Sokak süpürme işlemi, belediye hizmetleri arasında atık yönetimi açısından önemli bir yer tutar. Son zamanlarda, elektrikli sokak süpürücüler, enerji verimlilikleri ve çevre koruma nedenleriyle artan bir oranda tercih edilmeye başlanmıştır. Bu çalışmada, atık boşaltım operasyonu, araç şarj planlaması, öğle yemeği ve dinlenme molaları gibi gerçekçi operasyonel kısıtları göz önünde bulundurarak, şehirdeki önceden belirlenmiş bir dizi sokağa hizmet vermek için elektrikle çalışan sokak süpürücülerinin rotalarını belirleme sorunu ele alınmaktadır. Sokak süpürme hizmetini gerçekleştirmek için farklı kapasitelere ve batarya seviyelerine sahip elektrikle çalışan heterojen bir araç filosunu ele alarak, verilen zaman pencereleri içerisinde süpürülme ihtiyacı olan caddelerden atıkları toplamak için, süpürücülerinin optimal rotalarını belirlemek amacıyla, yeni bir matematiksel model önerilmektedir. Kullanılan araçların zaman periyodunun başlangıcında bir depodan çıkması ve gün sonunda tekrar depoya geri dönmesi planlanmaktadır. Enazlanan amaç fonksiyonu, hizmeti kısıtlara göre sağlarken, seyahat ve atık boşaltım işlemlerinde kullanılan enerji tüketimini en aza indirmektir. Matematiksel modelin performansını ölçmek için, gerçek hayat örnekleri ile bir vaka çalışması ve deney tasarımı yapılmış, deney sonuçları incelenmiştir.

Waste collection is an important public service performed by municipalities. Since waste collection problems are in real life and their effects are high, these problems have been studied more recently. Since there is no income in return, it is important that waste collection services be carried out with public funds at minimum cost. Street sweeping is an important part of municipal services in terms of waste management. Recently, electric street sweepers have become increasingly popular for their energy efficiency and environmental protection. In this study, the problem of determining the routes of electric powered street sweepers to serve a predetermined set of streets in the city is considered, taking into account realistic operational constraints such as waste disposal operation, vehicle charge planning, lunch and rest breaks. A novel mathematical model is proposed in order to determine the optimal routes of the sweepers in order to collect waste from the streets that need to be swept within the given time windows by addressing a heterogeneous fleet of electric powered street sweepers with different capacities and battery levels to perform street sweeping service. It is planned that the vehicles used will leave a depot at the beginning of the time period and return to the depot at the end of the day. The objective is to provide this service according to the constraints, while minimizing the energy consumption used in travel and waste disposal operations. In order to measure the performance of the mathematical model, a case study and experimental design was made with real life examples and the results of the experiments were examined.