|
58. Fejezet: ELHELYEZÉS ÉS HOZZÁRENDELÉS HÁLÓZATOKBAN
Magyar változat: Sárközi András (BME Általános Geodéziai Tanszék)
A. BEVEZETÉS
Hálózati problémák
Elhelyezési és hozzárendelési feladatok
Célkitűzések
Alkalmazások
B. PÉLDA - OLAJkiTERMELÉSi HULLADÉKok ELHELYEZÉse
Szennyvízelhelyezés
Elhelyezési lehetőségek
Az elhelyezési-hozzárendelési probléma
C. KÖLTSÉGEK
A csövek költsége
Szállí
tási költség
Az elhelyezendő kút költsége
D. FIR IMPLEMENTÁLÁS
E. ELHELYEZéS-HOZZárendelés ELEMZő MODUL
Érzékenység elemzés
Problémák a csomópont-összeköttetés modellel
IRODALOM
ellenőrző KéRDésEK
MEGJEGYZÉSEK
58. Fejezet: ELHELYEZÉS ÉS HOZZÁRENDELÉS HÁLÓZATOKBAN
Magyar változat: Sárközi András (BME Általános Geodéziai Tanszék)
A. BEVEZETÉS
Hálózati problémák
- egy hálózat digitálisan csomópontokkal (elágazásokkal) és a csomópontok közötti összeköttetésekkel (kapcsolatokkal) í
rható le
- közönséges hálózatok pl.: a városi utcahálózat, a repülési útvonalak, vasútvonalak
- a FIR alkalmas eszköz hálózati információk tárolására
- a hálózatok vizsgálata során számos analitikus problémát sikerült megoldani, pld.:
- a "legrövidebb út problémája" - algoritmusai segí
tségével meghatározható a hálózatban a legrövidebb út adott kiinduló és rendeltetési pont esetén
- az "utazó ügynök problémája" - algoritmusai a legrövidebb utat adják meg a hálózatban abban az esetben, ha nemcsak a kiinduló és a végpont adott, hanem rajtuk kí
vül még több rendeltetési helyet is fel kell keresni a hálózatban
- a "szállí
tási probléma" megoldása olyan szállí
tási terv készí
tése több termelő és felhasználó között, amely esetén a szálltási költség minimális
- a "közlekedés beosztás problémája" arra a kérdésre ad megoldást, hogy adott útvonalak és adott járatszám esetén útvonalanként hány járműre van szükség.
- ezek közül néhányat pld. a legrövidebb út problémáját beépí
tették FIR termékekbe is pld. az ARC/INFO NETWORK vagy a Caliper TRANSCAD moduljába
- mások mint önálló program csomagok kapcsolhatók a FIR-hez
- a FIR biztosí
tja a bevitelt, kivitelt, megjelení
tést ‚és az egyszerű elemző függvényeket
- az önálló program csomag tartalmazza a probléma megoldására szolgáló algoritmust
- ez a fejezet a hálózati problémákat egy példa segí
tségével vizsgálja
Elhelyezési-hozzárendelési feladatok
- olyan szolgáltatások nyújtásával foglalkoznak, melyek térbelileg megoszló igényt elé-gí
tenek ki
- a szolgáltatás iránti igény nagyszámú, erősen szétszórt helyen jelenik meg
- a szolgáltatást lehetetlen mindenütt biztosí
tani
- pl. minden háztartásnak szüksége van fűszerre, de nem lehet minden háztartás mellett egy fűszerüzletet nyitni
- gazdaságossági okokból (optimális üzletnagyság) a szolgáltatást néhány központi telephelyről kell nyújtani
- néha a telephelyek száma előre ismert, pld. a McDonalds x városban három éttermet kíván telepíteni
- más esetekben a telephelyek optimális száma is részét képezi a megoldásnak
- a probléma két eleme:
1. Elhelyezés
- hová kell elhelyezni a szolgáltató létesítményeket (mennyit és milyen kapacitásút)
2. Hozzárendelés
- az igény melyik részhalmazát fogják kielégí
teni az egyes telephelyek (bevásárló körzet, szolgáltató körzet)
Célkitűzések
- fontos összetevők:
- a létesítmények működtetésére fordított költségek - építési és működési költ-ségeket is tartalmaznak, melyek - függetlenek is lehetnek a választott helytől
- az oda- és visszautazáso költségeit - a szolgáltatás jellegétől függően - vagy a fogyasztó vagy a szolgáltató viseli
- a szolgáltatás minősége
- pl. fontos a tűzoltó szolgáltatás biztosításánál, és erősen függ a tűzoltóság válaszidejétől
- a különböző célkitűzéseknek az elhelyezési-hozzárendelési probléma különböző változatai felelnek meg
Alkalmazások
- kiskereskedelem - üzletek, éttermek elhelyezése
- vészhelyzetben szolgáltató intézmények - mentők, tűzoltóság
- iskolák
- áruházak
- kormányszervek helyi hivatalai
- pihenési létesítmények - nyilvános strandok
B. PéLDA - OLAJKITERMELéSi HULLADéKok ELHELYEZéSE
- ez a példa mind az elhelyezésre, mind hozzárendelésre vonatkozik, és egyben bemutatja a hálózati modell felhasználását
- Petrolia, az 1850-es évek óta termelő ontarioi olajmaző hulladék elhelyezési problémáit tárgyalja
- az olajkitermelés során nagy mennyiségű folyékony halmazállapotú hulladék keletkezik
- a hulladék folyadék mennyisége nő, ahogy a terület lebányászottsága fokozódik
- a hulladék folyadék vagy szennyvíz igen sós, rossz szagú
- a szennyvíz mennyisége elérheti a kitermelt mennyiség 90-97%-át, míg az olaj csak 3-10%-ot tesz ki
- az olajmezőn 14 aktív kitermelő dolgozik
- minden kitermelő 30 kutat működtethet
- minden kitermelő üzemeltet egy olajgyűjtő berendezést, melybe csőveken szállítják a kitermelő valamennyi kútjából felhozott teljes folyadék mennyiséget
- az olajat és a meddőt minden kitermelő a saját olajgyűjtő berendezésében vélasztja szét, egyszerű gravitációs szeparálással
- az olajat teherautóval szállítják a finomítóba
A hulladék folyadékok elhelyezése
- a kitermelés során meddőnek bizonyuló folyadékok elhelyezését az egyéni kitermelők végzik
- néhány ma is használt módszer nem felel meg a vidék környezetvédelmi szabványainak
- a hulladékvíz mezőkre, vagy felszíni vízfolyásokba folyhat
- jobb elhelyezési módszerre van tehát szükség
- az egyetlen hatékony elhelyezési módszer, ha az olajtermelő réteg alatti geológiai képződménybe pumpálják e folyadékot
- az egyéb módszerek igen költségesek vagy nem praktikusak, pld. tisztítás fordított ozmózissal, vagy felszíni tárolókból való elpárologtatással
Elhelyezési lehetőségek
- az alábbi megoldások közül lehet választani
1. központi gyűjtő és elhelyező létesítmény
- legkisebb beruházási költség
- legnagyobb szállítási költség
2. minden kitermelő saját elhelyezőt létesít
- legnagyobb beruházási költség
- minimális szállítási költség
3. közbülső megoldás: részben közösen használt létesítmények
Az elhelyezési-hozzárendelési feladat
- helyezzünk el egy vagy több központi létesítményt, és rendeljük úgy hozzájuk a kitermelőket, hogy a beruházási és szállítási költségek összege minimális legyen
- a folyadékszállítás két alternatívája a teherautó és a csővezeték
- tételezük fel, hogy a szállítás mindkét módszerrel azonos hálózat mentén történik
C. KöLTSéGEK
kiosztandó: Hulladék folyadék elhelyezési tanulmány (2 lap)
Csővezeték költségek
- a vezetékért fizetni kell egész várható élettartamára, amihez még a folyadék szivattyúzási költsége járul
Teherautó költségek
- fizetni kell a tároló tartályokért, melyek kapacitás tervezésénél figyelemmel kell lenni a téli késésekre, a rakodási és szállítási költségekre, valamint a becsült menetidőre
Az elhelyező kutak költsége
- magában foglalja a kutak létesítését és a szivattyúk üzemeltetését
- a képződmények porozitása változó, s így fennáll annak a veszélye, hogy rossz helyen fúrják a kutat
- egy új kút költsége 50 - 75,000 $
- a siker valószínűsége 60/80 %
- a folyadék nehéz szénhidrogéneket / viaszokat / is tartalmaz, melyek lerakódva a kút, falára bizonyos idő elteltével elzárják a kutat
- a magas savtartalom miatt a csövek erősen korrodeálódnak
D.FIR IMPLEMENTáLáS
- az adatszerkezet leírja
- az úthálózatot és az út jogokat - a teherautók/csővezetékek lehetséges út-/nyomvonalait
- az összeköttetéseket - hosszúság attribútumokkal
- csomópontokat - kitermelt térfogat attribútumokkal / a csomópontok között szerepelnek a kitermelők telephelyei és a potenciális kútak helyei
- a FIR adatbázisa a csomópontokkal, kapcsolatokkal és a hozzájuk tartozó attribútumokkal ellátja
- az adatbeviteli funkciókat (szerkesztés)
- az adatmegjelenítést - grafikát, rajzolást
- a földrajzi adatok tárolását
- az elemző modult továbbítandó adatokkal
- az elemző modul a FIR adatbázisával kölcsönhatásban
- átveszi a FIR-ből a csomópontokat és összeköttetéseket
- végrehajtja az elemzést és az eredményeket közvetlenül a felhasználónak közli
- nagyszámú heurisztikus módszert alkalmaz a probléma optimális megoldására
- lehetővé teszi, hogy a felhasználó elérje a FIR megjelenítő-elemző függvényeit
- a FIR adatbázissal a fentiek szerint támogatott elemző modul lényegében egy olyan primitív térbeli döntés támogató rendszernek (TDTR) tekinthető, mely a térbeli elemzés ezen specifikus, fejlett formájához lett alakítva
- a térbeli döntés támogató rendszerről bővebben lsd. az 59. Fejezetet
E. eLHELYEZéS/HOZZárendeléS ELEMZő MODUL
Érzékenység elemzése
- sok paraméter értéke bizonytalan
- pld. a csövek beruházási költségei, a csövek és a kutak élettartama
- fontos ismerni a bizonytalanságok hatását az eredményekre
- pld., milyen hatással lesz az eredményekre, ha megkétszerezödik a csővezetékek költsége?
- az érzékenység elemzésében egyidejüleg mindig egy paraméter értékét változtatják, hogy megállapítsák hatását az eredményre
- az első sor minden esetben a d változatnak megfelelő értékeket tartalmazza (amikor a kút a kitermelő telephely‚n van)
- a következő sorok a paraméter változásának hatását adják meg
- pld. növekvő csőhálózati költség nagyobb létesítmény számot eredményez
Az összeköttetés-csomópont modell probléméi
- néhány hálózatot használó térbeli döntés nem jól működnek szabványos összeköttetés-csomópont modellel
- elképzelhető, hogy az események vagy létesítmények nem csak a kereszteződésekben találhatók, hanem a hálózat tetszőleges pontján
- azaz szükséges, hogy az összekötő szakaszok mentén is lehessen helyeket kijelölni
- ez a következő módokon valósítható meg:
- az összeköttetés mentén a csomóponttól mért távolságot kell figyelembe venni
- azaz ez a hálózat nem csomópontok és összeköttetések együttese, hanem egy olyan cimzőrendszer, mely az összeköttetés számát és a távolságot használja
- az összekötő szakaszt kettétörve és az adott helyen egy új csomópontot beiktatva
- pld. ezt a módszert dinamikus szegmentálásnak nevezik, ha a törés csak ideiglenes
IRODALOM
Ghosh, A. - RUSHTON, G. 1987. Spatial Analysis and Location-Allocation Models, Van Nostrand, Reinhold, New York.( Az elhelyezés-hozzárendelés módszerek sok alkalmazását tartalmazza.
Golden, B. L. - Bodin, L. 1986. "Microcomputer-based vehicle routing and scheduling software", Computers and Operations Research 13:277/85. (Áttekinti a hálózat elemző modulok mikroszámítógépre való alkalmasságát.)
Goodchild, M. F. - Donnan, J.A. 1987. "Optimum location of liquid waste disposal facilities: formation fluid in the Petrolia, Ontario oilfield", in Chatterji, M. (Szerk.) Hazardous Materials Disposal( Siting and Management, Gower, Aldershot, UK, pp 263/73.
ellenőrző KéRDéSEK
1. Értékeljük a Petrolia tanulmányt, mint egy objektív tudományos technika alkalmazási példáját. Milyen szempontokból volt a módszertan önkényes? Mely részeit volna nehezebb megvédeni a bíróságon és mely részeit volna könnyebb?
2. A Petrolia tanulmányt úgy mutattuk be, mint a döntéshozó folyamat egy elszigetelt lépcsőfokát. Vitassuk meg az ilyen tanulmányok eredményeinek realizálásával kapcsolatos kérdéseket, és azokat a lehetőségeket, ahogyan a modelleket és a kapcsolódó FIR-t be lehet építeni a megvalósítási folyamatba.
3. Milyen funkciókra van szüksége a FIR-nek, hogy eljátszhassa a fejezetben körvonalazott szerepet? Mely funkciók volnának fontosak, hogy a megoldás a politikai folyamat során "eladható" legyen, valamint arra, hogy új szempontok megjelenésére a megoldás módosítható legyen?
CSŐVEZETÉK KÖLTSÉG
Fizetni kell a csővezetékért figyelembevéve a várható élettartamát, valamint a hulladékfolyadék szivattyúzási költségeit.
A - csővezeték költsége ($/m); D0 - távolság (m); B - a csővezeték élettartama (év); C - szivattyúzási költség ($/év)
Hulladék folyadék elhelyezési terv költségei
KÖZÚTI SZÁLLÍTÁS KÖLTSÉGE
Fizetni kell a szállító kocsikért, a be- és kiszivattyúzásért, és a megbecsült vezetési időért.
E - a kocsik felhasználási ideje napokban; V0 a szállítandó hulladék folyadék mennyisége; Q - a teherautó költségei; P - a teherauto sebessége; D - a tarólás költsége; F - a tárolási időtartama, H - a betöltés, szivattyúzás ideje, G - a tehetautó kapacitása
1. Megtalálja a legrövidebb utat a hálózaton belül a pontok között (FIR függvény is lehetne)
2. Meghatározza és módosítja a modell paramétereit (pld. a csővezeték és teherautó költségegyenletek komponenseit)
3. A legrövidebb utat és paramétereit használja minden változatban a szállítási költségek számítására
4. Optimális megoldást keres, felhasználva a bővítés, a csökkentés és a cserélés heurisztikus módszereit
bővítés - létesítmények nélkül kezdi a számítást, majd minden következő lépésben arra a helyre helyez létesítményt, amely a legtöbb javulást idézi elő a célfüggvényben
csökkentés - a kiinduláskor minden csomóponton van létesítmény, ezután minden lépésben azt a létesítményt hagyja el, amelyik a legjobban rontja el a célfüggvényt
cserélés - megpróbálja javítani a célfüggvényt a létesítmények egyik csomópontról a másikra való áthelyezésével
5. Kiértékeli a megoldásokat‚ és megjeleníti az eredményeket
|
