PRIMENA GIS TEHNOLOGIJE I LBS SISTEMA ZA UPRAVLJANJE FLOTOM VOZILA U PROCESU OPTIMIZACIJE PRIKUPLJANJA I PREVOZA OTPADA

APPLICATION OF GIS TECHNOLOGY AND AN LBS SYSTEM FOR VEHICLE FLEET MANAGEMENT WITHIN A PROCESS OF OPTIMIZATION OF WASTE COLLECTING

AND TRANSPORT

Miloš Vojinović, Građevinski fakultet u Beogradu, Katedera za geodeziju i geoinformatiku milosv@grf.bg.ac.rs Željko Cvijetinović, Građevinski fakultet u Beogradu, Katedera za geodeziju i geoinformatiku, zeljkoc@grf.bg.ac.rs

Miroslav Đokić, JKP Mediana Niš, miroslav.djokic@jkpmediana.rs Aleksandar Obradović, JKP Mediana Niš, aleksandar.obradovic@jkpmediana.rs

Apstrakt: Prikupljanje i prevoz otpada je aktivnost za

koju se izdvajaju značajna sredstva. Sistemi i modeli

organizacije posla koji se primenjuju su vrlo često

zasnovani na višegodišnjem iskustvu u organizaciji ovog

posla. Teorijska istraživanja i praktični rezlutatu su

pokazali da se od celokupnog sistema za upravljanje

otpadom 35% do 65% troškova odnosi na prikupljanje i

prevoz otpada. Optimizacija sakupljanja i odnošenja

otpada se može obaviti na strateškom (izbor tehnologija -

način odlaganja i prihvatanja otpada, tip transoprta,

tretman otpada, itd.), taktičkom (uvođenje pretovarnih

stanica) i operativnom nivou (izbor rasporeda kontejnera,

broja, veličine i oblika rejona i optimizacija ruta). GIS i

LBS tehnologije imaju važnu ulogu pri optimizaciji, a u

ovom radu se tretiraju one metode i funkcionalnosti koje

se primenjuju na operativnom nivou upravljanja. Ključne reči: Upravljanje otpadom, GIS, LBS,

Upravljanje flotom vozila, optimizacija ruta. Abstract: Waste collecting and transport is an activity

for which significant resources are assigned for. Systems

and models of organizing business that are applied are

usually based on long term experience in organizing this

business. Theoretical research and practical results have

demonstrated more somewhere between 35% and 65% of

costs for the whole system of waste management is related

to the waste collecting and transport. Optimization of the

process of waste collecting and transport can be done on

strategic (selection of technologies – way how the

disposal and acceptance of the waste is done, transport

type, waste treatment, etc.), tactical (introduction of waste

transfer stations) and operational level (distribution plan

for garbage containers, number, size and shape of zones

and touting optimization). GIS and LBS technologies have

important role within the process of optimization and

those methods and functionalities that are applied on

operational level of management are treated within this

paper. Keywords: Waste management, GIS, LBS, Fleet

Management, route optimization.

1. UVOD Sveobuhvatan pristup upravljanju otpadom zahteva sistemski pristup ovom problemu, pri čemu se optimizacija radi na svim nivoima upravljanja (Slika 1).

Slika 1. Nivoi optimizacije upravljanja otpadom [1]

Primena GIS-a, kao visoko sofisticirane moderne tehnologije za prikupljanje, čuvanje, upravljanje, analizu i prezentaciju prostornih podataka [2], u kombinaciji sa LBS (eng. Location based services) tehnologijom kojom je omogućeno telemetrijsko prikupljanje podataka o položaju i parametrima vožnje i ponašanja vozila, je postala nezaobilazan alat bez koga je nemoguće optimizovati rad na sva tri nivoa optimizacije upravljanja otpadom.

2. PRIMENA GIS-A I LBS-A NA STRATEŠKOM I TAKTIČKOM NIVOU UPRAVLJANJA Za potrebe strateškog i taktičkog planiranja su razvijene metodologije [3] koje precizno opisuju procedure rada sa ciljem da olakšaju i što preciznije formalizuju proces projektovanja i odlučivanja. Primena GIS i LBS tehnologije u ovim projektima i studijima je deo procedure, a GIS i LBS se koriste za prikupljanje podatka i kao alati koji pomažu u donošenju odluka. Na primer, bez pripremljenih podataka o optimalanim rutama koje su karkteristične za određena alternativna rešenja nije moguće precizno oceniti varijante kod strateškog planiranja vezanog za optimalne rute. Bez podataka o načinu korišćenja zemljišta, geografskom položaju pojedinih lokacija, statističkih i demografskih podataka koji imaju prostornu komponentu, nije moguće doneti optimalno rešenje na ovim nivoima planiranja.

Slika 2. Analiza karakteristika populacije u okolini stanice

za skupljanje otpada Pored ostalih, razvijena je i metodologija izbora lokacije za deponije koja je u svojoj osnovi zasnovana na GIS pristupu [2], a jedan od primera (Slika 2.) je i analiza nacionalnih karakeristika populacije koja živi u okolini stanice za skupljanje otpada i koja je u osnovi tipična GIS analiza [4]. 3. PRIMENA GIS-A I LBS-A NA OPERATIVNOM NIVOU UPRAVLJANJA Taktički i strateški nivo unapređenja ili optimizacije gradskog sistema za upravljanje otpadom su ograničeni pravnim, ekonomskim, ali i političkim okvirom i kao takvi prevazilaze mogućnosti koje proizilaze iz potrebe tipičnog komunalnog servisa za sopstvenim unapređenjem [5]. Zato je operativni nivo, i optimizacije koje se u tom procesu planiranja primenjuju, često jedina mogućnost za unapređenje koja se može ostvariti u vremenski određenom roku. Na ovom nivou centralna

pitanja optimizacije su: problem rutiranja kretanja vozila za prevoz otpada (što je u direktnoj vezi sa problemom kreiranja rejona) i određivanje mesta za prikupljanje otpada. Proces sagledavanja problema, pribavljanja podataka, stvaranja radne okoline za evaluaciju postojećeg stanja plana ruta i dizajniranje optimalnih planova ruta predstavlja zahtevan zadatak koji se može uspešno rešiti multidisciplinarnim pristupom problemu (Slika 3).

Slika 3. Komponente sistema za optimizacije upravljanja

otpadaom na operativnom nivou 3.1 Pripremna faza – analiza postojećeg sistema Početni uslov za bilo kakvu vrstu analize postojećeg sistema je da kompanija koja ulazi u proces optimizacije poseduje transportni informacioni sistem koji minimalno ima evidenciju o vozilima, rejonima i mestima za prikupljanje otpada. Sledeći korak je uvođenje GIS i LBS sistema. Primenom GIS tehnologije informacioni sistem dobija prostornu komponentu. Vrlo važan korak je da se, pored softvera, koji je sastavni deo sistema, obezbede i adekvatni

prostorni podaci. Pre svega se to odnosi na mape i podatke adresnog sistema koji mogu da pomognu u kreiranju prostorne baze podataka o mestima za prikupljanje otpada (Slika 4). Ovaj posao može da se obavim korišćenjem GPS prijemnika niže i srednje klase ili digitalizacijom podataka sa postojećih mapa.

Slika 4. GIS podaci – evidencija o kontejnerima, ortofoto

i adresni sistem (primer JKP Mediana Niš) Adresni sistem čini važnu komponentu za praćenje realizacije i analize izvršenog posla. Jedan od primera za ovo je i analiza kojom je moguće otkriti korisnike sistema koji nisu u evidenciji, odnosno ne plaćaju uslugu odnošenja otpada (Slika 5).

Slika 5. Sistem kontrole evidencije baze korisnika (primer JKP Mediana Niš)

U kombinaciji sa statističkim podacima (na primer vezanim za gustinu stanovništva) podaci adresnog sistema

mogu da se upotrebe i kod izbora pozicija mesta za prikupljanje otpada. Važan korak je i modeliranje GIS baze podatka i kastomizacija izabrane GIS platforme koja treba da bude prilagođena scenariju upravljanja otpadom. Komponenta koja može da podigne kvalitet i značajno poveća efikasnost čitavog sistema je lokacijski bazirani sistem (eng. Location Based Services, skraćeno LBS) koji je najpogodniji za ovu primenu – sistem za upravljanje flotom vozila (eng. Fleet Management, skraćeno FM). Uvođenjem ovog sistema se postižu dva globalna cilja – pod kontrolu se stvalja korišćenje vozila i na taj način se razne vrste zloupotreba i neefikasnosti svode na minimum, a dobija se informacija o realizaciji planiranih aktivnosti (Slika 6) koja može da služi i za analizu rada sistema i za planiranje i optimizaciju narednih aktivnosti.

Slika 6. Kontrola stepena izvršenosti radnog naloga – u izveštaju se vidi da je vozilo u određeno vreme obišlo

predviđenu lokaciju na kojoj se nalaze pobrojani kontejneri (primer JKP Mediana Niš)

Kada se obezbede podaci o mreži saobraćajnica i odgovarajući GIS moduli koji se bave mrežnim analizama ulazi se u pripremu za fazu optimizacije. Na osnovu ovih podataka je moguće izvršiti analizu postojećih ruta i podela na rejone.

Slika 7. Kontrola obilaska reona (primer JKP Mediana

Niš) Kada se upostavi veza između sve tri komponente (Transportni informacioni sistem, GIS i FM), pored uspostavljanja nadzora nad čitavim sistemom prikupljanja i transporta otpada, dobija se i mogućnost analize korišćenja sistema zasnovane na egzaktnim merenjima. Ovo je vrlo važna činjenica, jer se na osnovu toga mogu doneti relevantne ocene o stanju postojećeg sistema, a na osnovu toga se mogu napraviti planovi daljeg razvoja. 3.2 Faza optimizacije Može se reći da od tog trenutka (kada se sve komponente sistema postave i uvedu pomenute procedure) postoji jasna slika o tome u kakvom je stanju sistem za upravljanje otpadom na operativnom nivou. Na osnovu tih informacija je moguće odrediti da li i kada je potrebno da se uđe u fazu optimizacije.

Slika 7. CVRP, ograničenja i izvedeni problemi [6]

Optimizacija ruta i rejona sakupljanja otpada pripada modelu problema rutiranja vozila – VRP (eng. Vehicle

routing problem). Približnije, radi se o modelu problema rutiranja vozila sa ograničenjima kapaciteta CVRP (eng. Capacitated VRP) [6]. U ovom problemu svi korisnici i njihovi zahtevi su unapred poznati, vozila su identična, a zajednička polazna tačka im je na jednom mestu. Jedino

ograničenje koje postoji je kapacitet pojedinog vozila. Funkcija cilja izražava zahtev za minimiziranje ukupnog troška (npr. težinska funkcija broja ruta i njihove ukupne dužine ili vremena) pri obilasku svih korisnika. Obzirom na ograničenja vezana i na vremena obilaska, problem se svodi na rutiranje vozila s vremenskim ograničenjima VRPTW (eng. VRP with Time Windows) [7]. Ovaj slučaj optimizacije je proširenje CVRP gde, osim kapacitivnih ograničenja svakog vozila, postoje i vremenska ograničenja vezana za svakog korisnika. Oblizak svakog korisnika mora započeti u vremenskom okviru (prozoru), a dodatni uslov može da bude i da vozilo mora mirovati u slučaju da dođe do korisnika pre predviđenog vremena. Osim tih vremena, kod ovog slučaja može da bude zadano i vreme kada vozilo izlazi iz dispečerskog centra, kao i vreme koje vozilo treba da provede između svakog mesta koje treba da obiđe. Radi se, dakle, o jasno definisanom problemu za koji postoje teoretska i konkretna rešenja. Praktični problemi nastaju zbog toga što je potrebno obezbediti neophodne resurse za rešenje ovog zadatka (Slika 8.).

Slika 8. Potrebni resursi za optimizaciju ruta [6]

U praksi je umesto nekoliko desetina vozila, nekoliko stotina lokacija za prikupljanje otpada i simulirane mreže saobraćajnica, problem potrebno rešiti za nekoliko desetina hiljada lokacija, nekoliko desetina ili stotina vozila i za mrežu saobraćajnica dužine više hiljada kilometara (koja treba da uzme u obzir i ograničenja vezana za smer vožnje i ograničenja vezana za težinu i gabarit vozila i dr.). Zato snaga GIS tehnologije i u ovoj fazi optimizacije dolazi do punog izražaja. Jedan od ključnih zadataka, i svakako najveći po obimu, je da za program koji se bavi optimizacijom obezbedi matricu udaljenosti koja je

neophodna za optimizaciju ruta po VRPTW modelu (slika 8). Primenom ovakvo osmišljenog pristupa (slika 3) moguće je pripremiti sve neophodne resurse na osnovu kojih se vrši optimizacija ruta, a kao posledica te optimizacije i optimizacija rejona (slika 9).

Slika 9: Izgled rejona pre i posle optimizacije ruta [7]

Ovako dobijene podatke je potrebno dodatno analizirati (slika 3) i na osnovu relevantnih parametara (pređeni put, vreme vožnje, angažovani ljudski resursi, utrošak goriva, emisija štetnih gasova) izvršiti evaluaciju predloženih rešenja koja su zasnovana na optimizovanim rutama i rejonima. 4. OPTIMIZACIJA UPRAVLJANJA U JKP MEDIANA NIŠ JKP Mediana je u posao vezan za optimizaciju na operativnom nivou upravljanja otpadom ušla pre godinu dana. Preduzeće je odgovorno za upravljanje otpadom na teritoriji 600 km2 na kojoj živi oko 250.000 stanovnika. Dnevno se prikupi 176 tona koji se odlaže na deponiju površine 311.000 m2.

Slika 10. Instalacija GPS/GPRS modema (vozila JKP Mediana Niš)

U procesu pripreme za ovaj posao su nabavljeni podaci za GIS (ortofoto, adresni sistem, mape), osnovni GIS softver, a napravljena je i evidencija o mestima za

prikupljanje otpada (slika 4). Svi podaci su objedinjeni u GIS okruženju (Slika 10).

Slika 10. GIS podaci – evidencija o kontejnerima i

postojećim rutama U oktobru 2011. je instaliran FM sistem MobTrack:24 [8] koji je instaliran na 35 vozila koja su uključena u prevoz otpada.

Slika 11. Praćenja rada dizalice za podizanje kontejnera

(primer korišćenja telemetrijskih podataka) Izvršeno je osnovno povezivanje modema, a dodatno je ostvarena veza i sa sistemima za identifikaciju vozača. U toku projekta je primenjena metodologija korišćenja GIS i FM sistema (slika 3) opisana u ovom radu. Nekoliko dana nakon instalacije sistem je pušten u operativnu primenu i koristi se za celokupunu flotu vozila. Tokom primene se radilo na finom podešavanju

sistema i dodavanju novih funkcionalnosti (npr. očitavanje podataka sa sistem za podizanje i spuštanje kontejnera, slika 11).

Slika 12. Praćenje realizacije radnih naloga i moto sati

Uspostavljanje ovakvog načina rada je omogućilo praćenje eksploatacije sistema za prikupljanje i prevoz otpada i analizu rezultata rada. Nakon šest meseci (period oktobar 2011. – april 2012.) napravljena je analiza koja je pokazala sledeće rezultate:

• Praćenje realizacije radnih naloga - pre uvođenja sistema oko 66% , a sada je 99% - poboljšanje više od 30% (slika 12)

• Kao posledica uspostavljanja kontrole i realizacije planiranih poslova broj moto sati je povećan za oko 11% (slika 12)

• Na osnovu smanjenja prosečne potrošnje napravljena je ušteda od oko 9.6% u količini potrošenog goriva

• Bolje ophođenje vozača prema vozilu – smanjen broj incidenata, kontrola vozača u realnom vremenu od strane dispečera

• Smanjene zloupotrebe korišćenja vozila – uvođenjem identifikacije vozača uspostavljena potpuna kontrola i onemogućeno korišćenja vozila u privatne svrhe

• Smanjeni troškovi održavanja – zahvaljujući boljem ophođenju prema vozilu smanjeni su troškovi održavanja vozila (egzaktni podaci se očekuju uskoro)

• Sistemom kontrole evidencije korisnika uočeni su korisnici koji nelegalno koriste komunalne usluge (slika 5)

Na osnovu ove analize su planirane sledeće aktivnosti:

• Integracija sa IS JKP Mediana koja treba da olakša i poveća efikasnost praćenja realizacije planiranih aktivnosti

• Povezivanje GPS/GPRS modema sa dodatnim senzorima – treba da poboljša kontrolu korišćenja vozila i da pod potpuni nadzor stavi trošenje goriva i način punjenja vozila otpadom

U JKP Mediana je urađen veći deo posla (ostala je još integracija GIS i FM sistema sa IS kompanije) na postavljanju sistema koji omogućava efikasno upravljanje sistemom za prikupljanje i prevoz otpada. GIS i FM sistemi su u tom poslu odigrali vrlo važnu ulogu. Na ovaj način su stvoreni dobri preduslovi da se uđe u sledeću fazu optimizacije upravljanja otpadom – proces zasnovan na VRPTW modelu optimizacije. REFERENCE [1] Erdelez A., Margeta J., Knezić S., “Integralni pristup upravljanja sustavom prikupljanja komunalnog otpada”, Građevinar, Vol. 59, No. 6, pp. 505-516, Zagreb, 2007. [2] Chalkias C., Lasaridi K., “Benefits from GIS Based Modelling for Municipal Solid Waste Management”, Integrated Waste Management - Volume I, Edited by Sunil Kumar, ISBN 978-953-307-469-6, Hard cover, 538 pages, Publisher: InTech, Published: August 23, 2011 [3] U.S. Environmental Protection Agency (EPA),“Waste Transfer Stations: A Manual for Decision-Making“, U.S.

EPA, Office of solid waste and emergency response,. Washington, DC, 2002. [4] Naphtali Z. S., Restrepo C., Zimmerman R., “Using GIS to Examine Environmental Injustice in the South Bronx The - Case of Waste Transfer Stations“, Connect:

Information Technology at NYU, 2007. [5] Jovičić N., Bošković G., Jovičić G., Milovanović D., Milentijević D., “Unapređenje energetske efikasnosti gradskog sistema za upravljanje čvrstim otpadom”, 4.

Nacionalna konferencija o kvalitetu života, Kragujevac, Srbija, maj 2009. [6] Carić T., “Unapređenje organizacije transporta primenom heurističkih metoda”, Doktorska disertacija, Sveučilište u Zagrebu, 2006. [7] Kim B., Kim S., Sahoo S., “Waste collection vehicle routing problem with time windows”, Computers &

Operations Research, Vol. 33, No. 12., pp. 3624-3642., 2006. [8] Vojinovic, M., Cvijetinovic, Ž., Mitrovic, M., Kovacevic, N, “The Development of Location Based Services for Fleet Management“, International Scientific

Conference and XXIV Meeting Of Serbian Surveyors

Professional Practice and Education and Geodesy and

Related Fields, Serbia, 2011.