Titrik Ádám

Szelektív hulladékgyűjtés új real-time alapú

infokommunikációs támogatású rendszerének

kifejlesztése és közlekedési szempontú

optimalizálása doktori tézisek

Témavezető:

Dr. Lakatos István

Széchenyi István Egyetem

Infrastrukturális Rendszerek Modellezése és Fejlesztése

Multidiszciplináris Műszaki Tudományi Doktori Iskola

Titrik Ádám

Szelektív hulladékgyűjtés új real-time alapú

infokommunikációs támogatású rendszerének

kifejlesztése és közlekedési szempontú

optimalizálása

Doktori tézisek

Témavezető: Dr. habil. Lakatos István, egyetemi docens

Széchenyi István Egyetem

Közúti és Vasúti Járművek Tanszék

Infrastrukturális Rendszerek Modellezése és Fejlesztése

Multidiszciplináris Műszaki Tudományi Doktori Iskola

2

1. BEVEZETÉS

Az energiatakarékosság, megújuló erőforrások, újrahasznosítás és

környezetvédelem is kiemelkedő fontossággal bír a műszaki területen is. A

kimerülő energiaforrások, a növekvő lakosságszám, a környezetvédelmi problémák

mind a környezettudatos tervezés, felhasználás és újrahasznosítás fontosságát

helyezték előtérbe.

A környezeti terhelések nagy területe a lakossági felhasználás során keletkező

háztartási hulladék, így annak szelektív gyűjtése kiemelkedő fontosságú lett. A

szelektív hulladékok begyűjtése komoly logisztikai, egészen pontosan inverz

logisztikai feladat. A törvények és kormányrendeletek nagymértékben átalakították

a hulladékgyűjtéssel kapcsolatos gondolatokat, hiszen hazánk EU-hoz való

csatlakozása során már nem csak hazai érdek, hanem EU-s előírás is, a

hasznosítható anyagok visszagyűjtési arányának az EU-s irányelveknek megfelelő

növelése.

A szolgáltatás elvégzéséhez szükséges kiadások mértékét nagyságrendileg

kénytelenek voltak csökkenteni a szolgáltatók, így az ürítési rend optimalizálása

helyett, inkább „késleltetett” begyűjtés alkalmazására került sor. Ezzel azonban

veszélybe került a tisztább élhetőbb város kialakulásának lehetősége.

A lakossági szelektív hulladékgyűjtés egyik kulcskérdése a szolgáltatási színvonal

növelésének lehetősége a hulladék elhelyezés területén. Ennek alapfeltétele a

megfelelő ürítési rend biztosítása az edényzetekhez. A különböző gyűjtési

módszerek mellett – melyek statisztikai módszerekkel kerültek definiálásra a

begyűjtés hatékonyságának vizsgálata is egy fontos kérdés. Egészen pontosan az,

hogy a meglévő gyűjtési módok ténylegesen tudják-e teljesíteni feladatot akkor,

amikor az indokolt és mindezt minimális energiafelhasználással.

3

A környezetvédelem egyik kiemelt területe a szelektív hulladékgyűjtés, amellyel

szemben állnak a fosszilis energiát felhasználó hulladékbegyűjtő járművek, melyek

begyűjtő útjuk során jelentős környezetterhelést okoznak, közvetlenül és

közvetetten egyaránt. Ilyen például a zaj- és légszennyezés, ezért kiemelt hangsúlyt

kell fektetni az edényzetek elérésének útvonal-optimalizálására.

2. MOTIVÁCIÓK A SZELEKTÍV HULLADÉKGYŰJTÉS OPTIMALIZÁ-

LÁSÁHOZ

Eddigi tapasztalatok alapján elmondható, hogy a szelektív hulladékgyűjtés

területén inverz logisztikai folyamatokat felhasználva, komoly nehézségekbe

ütközik a szelektív hulladékgyűjtő edényzet optimális ürítési ciklusának, és

magasabb szintű elérési útvonalának definiálása.

Az edényzetek ürítési ciklusa a gyakorlatban tapasztalati értékek alapján kerültek

meghatározásra, és mindössze nyári és téli változat figyelhető meg az ürítési

rendben. A hulladékbegyűjtési feladat értelmében a járattervező központ által előre

meghatározott útvonalon található edényzetek ürítése még csekély telítettség esetén

is végrehajtandó, azaz nincs definiálva az az edényzet telítettség minimum, mely

esetén az edényzet ürítési folyamata nem indokolt.

Az útvonal-definiálás és -optimalizálás területén a szolgáltatók számítógép

támogatású eszközöket vesznek igénybe, azonban a kereskedelmi forgalomban

fellelhető szoftverekre jellemzőbb a logisztikai problémák megoldására történő

fókuszálás, így az inverz logisztikai optimalizálás területén nehézségekbe ütközik

például a járműtelítettség maximalizálása alapján történő útvonalterv definiálása.

További problémának számít az, hogy az edényzetben fellelhető hulladék

tömörítési állapotáról (a tömörítés mértékéről, a csomagolás formájáról, stb.) nem

rendelkezünk információval, –– így nem tudjuk meghatározni a hulladékgyűjtő

járműbe gyűjtött hulladék továbbtömöríthetőségi lehetőségét. Ez a tömöríthetőségi

4

illetve továbbtömöríthetőségi kérdés nagy jelentőségű a hulladékgyűjtő jármű

telítődés időpontjának prognosztizálására.

3. A KUTATÁS CÉLJA

A kutatás célja alapvetően a mindennapi inverz logisztikai gyakorlatban jól

használható optimalizáló módszer és modell kidolgozása, annak érdekében, hogy a

vizsgálati módszerrel definiálhatók legyenek főbb szempontok és paraméterek

alapján az optimalizált begyűjtési folyamatok.

A kutatás fő célja az edényzetek telítettségi vizsgálata alapján az ürítési rend

optimalizálása. A kutatás további célja, hogy a kifejlesztett vizsgálati módszerrel

magasabb szintű (több paramétert is figyelembe vevő) útvonal optimalizáció

kerüljön definiálásra, az ürítésre indokolt edényzetek elérése érdekében.

További cél, hogy olyan real-time alapú infokommunikáció kerüljön alkalmazásra,

amely során olyan edényzetek ürítése is bekerüljön az előzetesen definiált

útvonaltervbe, amelyek a hulladékbegyűjtés folyamata alatt telítődtek. Azaz

ilyenkor útvonal módosítás, új útvonal generálás történik, a kérdéses edényzet

elérése-ürítése érdekében.

A vizsgálati módszer három fő pillére épül:

a jelenleg is használatban lévő edényzet GPS koordinátái valamint az

úthálózat,

az edényzetek telítettségének jelzése illetve lekérdezési lehetősége,

az ürítésre kerülő edényzetek eléréséhez útvonal definiálása a szükséges

INPUT-adatok és különböző optimalizációs algoritmusok alapján, a külső

rendszerek integrációjával.

5

A kutatás folyamata során a vizsgálatoknak, szimulációknak a következő

kérdésekre kell választ adniuk:

1. Melyek azok a telítettségi szintek, amely esetén elég egyoldalú

kommunikációt biztosítani az edényzet és járattervező központ

között?

2. Milyen nagyságrendű az edényzetbe elhelyezett hulladék tömeg-

térfogat paraméterének pontossága a továbbtömöríthetőség

szempontjából?

3. Milyen beavatkozás – útvonal újradefiniálás - szükséges a

hulladékgyűjtő jármű nem prognosztizált telítődése folyamán?

4. Mely az az optimális távolság, amely esetén célszerű a

hulladékbegyűjtés során az útvonaltervében nem szereplő éppen

telítődő edényzet felvétele?

A következő feltételek kiemelkedő jelentőségűek az egyedi szoftver

definiálásához, illetve a meglévő szoftver továbbfejlesztéséhez:

1. Kezelői felülete felhasználóbarát és egyszerűen kezelhető legyen.

2. Megfelelő adattárolási algoritmussal rendelkezzen és real-time

dolgozza fel az adatokat.

3. Az optimalizálás közben különböző kritériumokat figyelembe véve

több megoldást nyújtson a felhasználónak, esetlegesen rangsorolva

azokat, segítve a felhasználót abban, hogy az éppen esedékes

helyzethez tudja illeszteni az eredményt.

6

A kutatás további lépéseinek a céljai az optimalizáló szoftver előállításával

kapcsolatosak, és a következő kérdésekre kell választ adniuk:

1. Milyen releváns adatok jelenjenek meg a felhasználó számára, milyen

felületen, milyen paramétereket ismertessen a felhasználóval?

2. A real-time alapon történő kommunikációt alkalmazva a begyűjtő

jármű(vek) az esetleges módosításoknak, milyen tartalmát kapják?

3. A külső rendszerekkel real-time alapon történő kommunikáció milyen

formájú legyen? Az esetleges beavatkozások mennyire legyenek

automatizálva.

További cél még az információ publikussá tétele a szolgáltatási színvonal

növelés érdekében:

1. Az információáramlás meddig zárt rendszerű?

2. Melyek azok az adatok, amelyek publikussá tehetők?

3. Az adatok nyitottá válásával nem növekszik-e meg az elidegenítések

száma?

A feltett kérdéseket a kutatás során kívánom megválaszolni, amely ismerteti az

egyedi és új megoldásokat tartalmazó, működő vizsgálati módszert.

4. A KUTATÁS MÓDSZERTANI ISMERTETÉSE

A kutatás első lépéseként részletes szakirodalom kutatást és elemző értékelést

végeztem. A kutatás statisztikai adatok, trendek vizsgálatára is kiterjedt. A kutatási

témával kapcsolatosan a statisztikai adatbázisban fel nem lelhető adatok

felmérésére is sor került. Az adatok kiértékelése nélkülözhetetlen INPUT-ot

nyújtott az egyes vizsgálatok végrehajtásához. Az ismertetett célokat szem előtt

tartva az elméleti alapon történő kutatás a további részekben laboratóriumi

vizsgálatokkal, szimulációkkal került kiegészítve.

7

5. TÉZISEK

1. TÉZIS: Definiáltam egy új, szelektív hulladékgyűjtő rendszert, amely info–

kommunikációs csatolással analizálja az edények telítettségi állapotát, ezzel

maximalizálva a hulladékgyűjtő járatok hatékonyságát [1, 2, 4] (5. fejezet).

A validálásommal alátámasztottam, hogy az általam definiált új hulladékgyűjtő

rendszer a szakirodalomban fellelhető–, és a jelenlegi gyakorlatban alkalmazottnál

is hatékonyabb.

1. ábra: a megalkotott real-time alapú infokommunikációs rendszer

telített edényzetekdetektálása

begyűjtő járműtelítődésének

optimalizálása

útvonaloptimalizáció

útvonalterv definiálása

statisztikai adatok

tömöríthetőségi paraméterek

közelben lévő nemtelített edényzetek

statisztikai adatok

közterületfenntartóadatai

közelben lévő telítésrekerült edényzetek

útvonaltervújradefiniálása

közterület-fenntartóadatai

statisztikai adatok

jármű telítettségvizsgálata

Real-timerendszer

ÚJR

AT

ER

VE

ZÉ

S

adott típusú hulladékbegyűjtése

TE

RV

EZ

ÉS

BE

GY

ŰJT

ÉS

ÜR

ÍTÉ

SI

RE

ND

ÉS Ú

TV

ON

AL

OP

TIM

AL

IZÁ

CIÓ

8

2. TÉZIS: Új összetett mérési módszer megalkotása, majd alkalmazása

segítségével a jármű kapacitás-kihasználtságot maximalizáltam a bejárási

útvonalhossz optimalizálása mellett [2, 3] (7. fejezet).

A kutatás kiterjedt a szelektív hulladékgyűjtő edénybe elhelyezett hulladék térfogat

és továbbtömöríthetőség analizálására. A vizsgálat kiterjedt arra, hogy a

felhasználó által különböző módon előtömörített csomagolóanyag milyen

mértékben tömöríthető tovább. A továbbtömöríthetőségi érték nagy jelentőséggel

bír a szelektív hulladékgyűjtő jármű telítődésének időpontjára.

2.1. Definiáltam és megalkottam egy összetett mérési rendszert, amely

képes az edénybe bedobott hulladék pontos tömöríthetőségét

ismertetni a járattervező központtal.

2.2. Az új mérési rendszer alkalmazásával nagy pontossággal

meghatározható az edénybe elhelyezett hulladék térfogata és tömege.

Ennek alapján lehet következtetni a továbbtömöríthetőségről, így

prognosztizálni lehet a hulladékgyűjtő jármű telítődésének

időpontját.

2.3. A járműkapacitás-kihasználtság folyamatos monitoringozása során a

tervezett edényfelvételeket követően, szabad hely esetén, további

edények felvételére kerül sor az optimális kiválasztást szem előtt

tartva.

3. TÉZIS: A hulladékgyűjtés logisztikai teljesítményének analízisével komplex

rendszert alkottam meg: real–time alapon további rendszereket integrálva a

folyamatba, ezzel optimalizálva a hatékonyságot. Az infokommunikációs

rendszer alkalmazása lehetővé teszi hulladékgyűjtés során a további telítődésre

került edények ürítését [6] (8. fejezet).

9

Az új szelektív hulladékgyűjtő rendszer hatásfokát tovább növeltem külső

rendszerek kapcsolatával, amely szintén real–time alapon képes a rendszerbe

INPUT adatokat küldeni.

3.1. Az edény felvételének döntési kritériumát a hulladékgyűjtő jármű

telítődéséhez rendeltem, mint a járatterv újraoptimalizálásának

változóját.

3.2. A gyakori telítettségű edény kapacitás bővítésének (edény darabszám)

optimalizálását a rendszermodell segítségével alátámasztottam.

A továbbfejlesztésnek köszönhetően a nem telített és nem várható telítődésű edény,

a begyűjtés folyamán történt telítődése esetén a begyűjtési folyamatba integrálásra

kerül – a paraméterek megvizsgálását követően.

4.TÉZIS: Megmutattam, hogy szekvencionálisan végrehajtott optimalizációs

folyamat esetén nem mindig elegendő az egyes feladatok optimumát

meghatározni, mert ezen „részoptimumok” összessége nem adja meg a teljes

optimumot, azaz egy adott időszakra vonatkozó operáció sorozat megoldható

kevesebb összköltséggel, ha az egyes járatterv optimuma nem csak az adott körre

vonatkozik, hanem figyelembe veszi az adott körök paramétereit [6] (8. fejezet).

Az INPUT adat figyelembe vételével a programozási feladat nem csak egy adott

begyűjtési kört optimalizál, hanem egy operáció sorozat kerül optimalizálásra.

10

6. ÖSSZEFOGLALÓ ÉRTÉKELÉS, TOVÁBBI FEJLESZTÉSI LEHETŐ-

SÉGEK

A szelektív hulladékgyűjtés területére definiált új módszer jól alkalmazható kis és

nagyobb területeken történő hulladékbegyűjtésre. A kutatásban nem csak az ürítési

rend optimalizálására került sor, hanem az egész folyamatra, amely végig kíséri a

csomagoló termék hulladékká válásától az utat az újrahasznosításra történő

gyűjtésig, és ebbe a folyamatba intelligens eszközök kerültek alkalmazásra a

folyamat többparaméteres optimalizálásához.

Az általam megalkotott módszer további fejlesztési lehetőségeit is kijelöltem. Ezek

az alábbiak:

egyes magas bizonytalansági szinttel rendelkező tényezők értékének

statisztikai illetve magasabb szintű laboratóriumi vizsgálaton alapuló

pontosítása. Ezeknek az értékeknek a vizsgálatára a rendszer valós

körülmények közötti tesztelése, validálása során is lehetőség nyílik.

A szelektív hulladékgyűjtés optimalizálási módszerének kiterjesztése

olyan rendszerekre, ahol a hulladékbegyűjtő járművek kapacitása eltérő.

A begyűjtő útvonal definiálása ilyenkor több változó alapján történik,

tekintettel arra, hogy csak a ténylegesen indokolt edényzetek ürítése

realizálódjon különböző kapacitású hulladékgyűjtő járműpark

segítségével.

Az általam definiált új begyűjtési módszer a jelenlegi stádiumban is magas

hatásfokkal alkalmazható. Eredményként megfelelő hulladék elhelyezési

lehetőséget biztosít, amely kulcsfontosságú a tisztább élhetőbb városok fenntartása

szempontjából.

11

7. PUBLIKÁCIÓS JEGYZÉK

1 Titrik Ádám–Széchenyi István Egyetem: Hulladékgyűjtés logisztikájának

optimalizálására szolgáló rendszer, Szabadalmi bejelentés: P 11 00734. (2011)

2 Ádám Titrik, István Lakatos, Dávid Czeglédi: Saturation Optimization of

Selective Waste Gathering Vehicle Based on Real–Time Info–Communication

System, In: ASME (szerk.) 2015 ASME/IEEE International Conference on

Mechatronic and Embedded Systems and Applications. Konferencia helye, ideje:

Boston, Amerikai Egyesült Államok, 2015.08.02–2015.08.05. New

York: American Socety of Mechanical Engineers (ASME), 2015. Paper

DETC2015–46720. 7 p. (Volume 9) (ISBN:978–0–7918–5719–9) (2015)

[3] Titrik Ádám, Lakatos István: PET palackok paramétereinek vizsgálata a real–

time alapú infokommunikációs hulladékgyűjtés hatékonyságának növeléséhez. In:

Péter Tamás (szerk.) Innováció és fenntartható felszíni közlekedés: IFFK 2015.

Konferencia helye, ideje: Budapest, Magyarország, 2015.10.15–2015.10.16.

Budapest: Magyar Mérnökakadémia, 2015. Paper 07. (ISBN:978–963–88875–3–5;

978–963–88875–2–8). (2015)

4 Titrik Ádám, Real–time alapú infokommunikációs eszköz alkalmazása a

szelektív hulladékgyűjtésben, Journal of Central European Green Innovation 3 (4)

pp. 117–124 (2015)

5 Ádám Titrik, Sign-in-time Based Info-communication System for Collecting

Selective Waste, Periodica Polytechnica Transportation Engineering, 44(1), pp. 1-

4, DOI: 10.3311/PPtr.8086 (2016)

[6] Ádám Titrik, István Lakatos, Adrián Horváth: Logistic conception for real–time

based info–communication system applied in selective waste gathering, studia

OECOLOGICA, Studia Oecologica 9(1). pp. 56–67 (2015)