SPATIAL ASPECTS OF WASTE COLLECTION IN GIS

Transkript

1 SPATIAL ASPECTS OF WASTE COLLECTION IN GIS Vlastimil Kostkan, Jana Laciná, Monika Mazalová, Petr Hekera 1 Vít Voženílek, Jan Heisig 2 ABSTRACT The aim of this paper is focused on waste collection modeling in geographic information system (GIS). It was created and tested a waste collection model. The model is described including its advantages and disadvantages. The model is focused on spatial datasets, their format and accessibility for case studies in Olomouc and other cities of the same size. KEY WORDS model, data, waste collection, GIS LANGUAGE OF THE PAPER Czech REVIEWERS Ing. Petra Bártová, Ph.D. petra.bartova@upce.cz doc. Ing. Ivo Drahotský, Ph.D. ivo.drahotsky@upce.cz 1 Vlastimil Kostkan, Jana Laciná, Monika Mazalová, Petr Hekera, Palacký Univesity Olomouc, Faculty of Science, Department of Ecology & Environmental Sciences, t. Svobody 26, Olomouc, Czech Republic, kost@prfnw.upol.cz, lacinypapousek@ .cz, mazalka.m@seznam.cz, petr.hekera@upol.cz 2 Vít Voženílek, Jan Heisig, Palacký University Olomouc, Faculty of Science, Department of Geoinformatics, t. Svobody 26, Olomouc, Czech Republic, vit.vozenilek@upol.cz, Jan.Heisig@seznam.cz 285

2 PROSTOROVÉ ASPEKTY SVOZU KOMUNÁLNÍHO ODPADU Úvod V PROST EDÍ GIS Svoz odpad je proces, p i kterém jsou jednotlivé oblasti a lokality obsluhovány svozovým vozidlem za ú elem svozu a p epravy odpadu z t chto míst do místa uložení. P eprava zajiš uje fyzické p emíst ní výrobk z místa výroby do místa spot eby. Podílí se áste n na p ínosu asu. Zárove však p eprava generuje jedny z nejvyšších náklad logistiky a asto se významn podílí na prodejní cen, p edevším u produkt s nízkou hodnotu na hmotnostní jednotku (Hýblová, 2006). Optimalizace svozu odpadu je pak proces, p i kterém dochází na základ analýzy stávajícího stavu k jeho zefektivn ní a ekonomické úspo e náklad p edevším pomocí prostorové a asové úprav vedení tras svozu a p epravy odpad. Protože ešení problematiky optimalizace svozu odpad je prostorov založená úloha, je vhodné použít prostorová data a prostorov založené metody. Pro modelování problematiky v prostoru jsou vhodné informatické systémy pracující v geografickém prostoru - geografické informa ní systémy (zkrácen GIS). Podle Voženílek (1998) je GIS organizovaný, po íta ov založený systém hardwaru, softwaru, geodat a lidí vyvinutý ke vstupu, správ, analytickému zpracování a prezentaci prostorových dat s d razem na jejich prostorové analýzy. GIS umož uje pracovat s reálnými geografickými daty, které jsou reprezentovány jak vektorov -objektov, tak i rastrov -obrazov. Každému objektu nebo pixelu obrazu je možné p i adit alespo jednu neprostorovou informaci ve form uložení atributu v databázi. Další nedílnou ástí GIS jsou metody a algoritmy, které jsou do n j implementovány pomocí programovacích jazyk, a pomocí kterých je možno modelovat a ešit prostorovou úlohu. Nejrozší en jším programovým prost edkem z prost edí GIS se jeví program ArcGIS od americké spole nosti ESRI se svými nadstavbami Network Analyst. Tento software je využívám v mnoha aplika ních oborech, v etn dopravn -svozové problematice. 286

3 Obr. 1. Modelování reálného sv ta v GIS pomocí datových vrstev. (zdroj: DATA A DATOVÝ MODEL SVOZU KOMUNÁLNÍHO ODPADU V problematice systému nakládání s tuhými komunálními odpady je jejich svoz nejnákladn jším položkou v rámci celkových náklad na likvidaci odpadu. Za ú elem snížení celkových náklad na likvidaci tuhých komunálních odpad je nutné provedení optimalizace svozových tras na základ analýzy vedení stávajících tras (Apaydin, O. a Gonullu MT., 2007). D vodem vytvo ení modelu je optimalizace stávajícího stavu odpadového hospodá ství m sta Olomouce, který vychází ze zažitého stavu, jenž dosud nebyl analyzován ani optimalizován pomocí po íta ov založeného systému. Model svozu komunálního dopadu vychází ze skute nosti, kdy je každý majitel nemovitosti zodpov dný dokladovat, jak nakládá s vyprodukovaným komunálním odpadem. V praxi to znamená, že vlastní nebo má pronajmuty nádoby na komunální odpad a sjednává si službu pravidelného svozu komunálního odpadu. Hlavním cílem je p i adit každému (svozovému) vozidlu podmnožinu míst k obsluze a vytvo it tak sled obsluhovaných míst, který minimalizuje celkové náklady na dopravu a svoz. Výsledkem je asoprostorová optimalizace stávajícího stavu vedení svozových tras. Základem tohoto modelu jsou informace o p edpokládaném množství vyprodukovaného komunálního odpadu na úrovni podrobnosti adresy a jeho prostorové diferenciaci v m stském prostoru. Optimální GIS model pro vedení tras vychází z parametr, jako je hustota obyvatelstva, množství vyprodukovaného odpadu, silni ní sí v etn rozd lení na typy komunikací, nádob na odpad a svozová vozidla apod. je vyvinut a používán 287

4 k trasování svozových vozidel s minimálními náklady/vzdáleností pro efektivní sb r p epravu odpad na skládky (Ghose MK, 2006). Nádoby na komunální odpad jsou umíst ny podle p íslušnosti k adresám (adresním bod m) z nichž je komunální odpad svážen. Komunální odpad je do asn skladován v nádobách, které jsou dostupné v n kolika objemových variantách od 110 l až po 5000 l. Volba typu a po tu jednotlivých nádob a etnost vývozu odpadu jsou provád ny na základ žádosti majitele. Svoz komunálního odpadu z jednotlivých adresních míst je provád n svozovým vozidlem po svozové trase. Svozové vozidlo má se pohybuje m stským prostorem ulicemi (uli ní sítí) a svozová trasa je seznamem míst (adres), které jsou svozovým vozidlem obsluhovány. Z pohledu typu vstupních dat tento model pracuje s neprostorovými i prostorovými daty v GIS (obr. 2). Obr. 2. Datový model s vazbami mezi jednotlivými datovými sadami pro ešení svozu komunálního odpadu v Olomouci. Vzájemná vazba mezi prostorovými a neprostorovými daty je skrze adresu, která je zde jedine ným identifikátorem. P esná informace o adrese je vždy obsažena v seznamu obsluhovaných adres (obr. 5) tak i v datové sad adresních bod (obr. 4). 288

5 Tab. 1 Vstupní datové sady pro svoz komunálního odpadu na p íkladu m sta Olomouce. Datová sada Popis Formát uli ní sí (sí ulic) Prostorová liniová vektorová datová sada pro sí ové analýzy shapefile adresní body svozové trasy (seznam tras) svozová vozidla svozové trasy Prostorová vektorová bodová datová sada v etn po tu trvale p ihlášených obyvatel v každém dom (adrese) Seznam tras s podrobným vý tem obsluhovaných adres. Datová sada obsahuje data o vyvážených nádobách na odpad a frekvenci svozu odpad pro každou adresu Neprostorová datová sada technický parametr svozových vozidel v etn kapacity ložného prostoru (objem a nosnost) Prostorová liniová datová sada s svozových tras shapefile xls (ms excel) seznam xml/gpx (p evod ze záznam GPS) ULI NÍ SÍ Uli ní sí lze obecn chápat jako vektorovou datovou vrstvu, která reprezentuje ulice v prostorovém modelu. V terminologii teorie graf jde o ekvivalent hran grafu, po kterých je vykonáván modelový pohyb svozovým vozidlem. Nejd ležit jšími kritérií pro použití dat je prostorová a atributová p esnost, od kterých se odvíjí ú el, ke kterému byla data p vodn vytvo ena. Prostorová p esnost (obr. 3) je d ležitá pro metrickou p esnost výpo tu trasy. Obr. 3. Uli ní sí z r zných zdroj s r znou prostorovou p esností. 289

6 V atributové ásti jsou uloženy parametry komunikace jako nap. jednosm rnost (zákaz vjezdu), typ a t ída komunikace, funk ní kategorizace komunikace, íslo komunikace, zda jde o komunikaci v obci i mimo obec, zda je úsek komunikace zpoplatn n apod. Tyto parametry jsou d ležité pro správné trasování vozidel blízké reálnému provozu. ADRESNÍ BODY Adresní bod je bod reprezentující adresní místo budovy, který je definován jako adresa, tedy jedine nou kombinací obvykle názvu obce, ulice a ísla popisného nebo eviden ního. Adresní bod se obvykle volí tak, aby v mapovém podkladu adresní místo vhodn reprezentoval, nap. byl blízký reálného vchodu a leží sm rem k ulici a ve ejnému prostranství, které je sou ástí p íslušné adresy (neexistuje-li íslo orienta ní), a dále aby každopádn byl vnit ním bodem budovy (neexistuje-li ani UVP), tj. aby byl volen tak, aby svojí polohou co nejlépe vystihoval adresní místo [1]. Vedle ist lokaliza ní funkce adresní body obsahují i informace nap. o po tu byt, p íslušnosti k místní ásti m sta apod. Každá obec, kde je vedena matrika uchovává informace v tzv. Registru obyvatel (Rob), kde je uložena i informace o trvalém bydlišti každého ob ana. Záznam v Registru obyvatel má však jen registra ní hodnotu, nijak ne eší to, kde se ob an obvykle nej ast ji zdržuje. Je však zárove jedinou informací o alespo p ibližném po tu obyvatel, který se na dané adrese (budov ) obvykle zdržuje. 290

7 Obr. 4. Adresní body z r zných zdroj (MMOL, SÚ). TÉMATICKÁ DATA Tématická data obsahují záznamy jednotlivých adres (p íp. majitel objekt ), ze kterých je svážen komunální odpad. U každého záznamu (adresy) je uveden po et nádob a typ nádob na komunální odpad. Dále je pak zaznamenána frekvence svozu a konkrétní den (dny) svozu v rámci týdne. Na základ tohoto seznamu jsou pak provád ny v ur ité dny svozy. 291

8 Obr. 5. P íklad neprostorových dat svozové trasy (seznamu adres) na p íkladu Technických služeb m sta Olomouce, a.s. VÝHODY A NEVÝHODY DATOVÉHO MODELU Výhodou tohoto modelu je snadná prostorová identifikace vzniku odpad a podrobnost dat až na úrove adresy. Koncept modelu lze dob e aplikovat na jakékoliv zájmové území, k n muž jsou dostupné datové sady (tab. 1). V prost edí GIS je možné v rohodn modelovat impedance pro pohyb po síti ve i form asu, v etn plánování délek zastávek. Hlavní nevýhodou je nejistota skute ného množství odpad na míst jeho vzniku (adrese). Tuto nejistotu však lze alespo z ásti odstranit odhadem množství vznikajícího odpadu. Lze totiž p edpokládat, že nádoba na komunální odpad je vždy maximáln napln na anebo se lze skute né množství vypo ítat za pomocí kvóty produkce odpad na osobu a den. Tato kvóta bývá definovaná nap. formou ve ejné vyhlášky ú adu samosprávy. Celkový výpo et množství vyprodukovaného odpadu pak lze pronásobit po tem trvale p ihlášených obyvatel a zjistit tak po et nádob, které jsou zahrnuty do svozu komunálního odpadu, jejich úhrnným objemem a frekvencí svozu. Další nevýhodou m že být také zna ná asová náro nost na zpracování vstupních dat, které jsou uloženy v r zných vstupních formátech (tab. 1) a jejichž konverze m že být asov významným faktorem p i aplikaci modelu v praxi. Na p íkladu datových sad odpadového hospodá ství m sta Olomouce jde o neúplnost adresy (chyb jící íslo popisné, p ípadn jen p ibližný textový popis lokality), výskyt sdružených zápis po tu n kolika 292

9 vchod jednoho domu (obr. 3) nebo nenalezení adresy ze seznamu svozové adresy v prostorové datové sad adresních bod z d vodu její relativní neaktuálnosti. PROCESNÍ MODEL Výsledky analýz pom rného zastoupení jednotlivých komodit v sm sném komunálním odpadu (SKO) ve ty ech urbanisticky odlišných ástech olomoucké aglomerace (obr. 6) vykazují pom rné r znorodé zastoupení jednotlivých komodit, které lze po následné separaci vhodn ji využít než je tomu dosud. Pro následné efektivn jší využití komunálního odpadu z r zných ástí m sta je vhodné, aby byl SKO z r zných urbanisticky odlišných ástí m sta svážen odd len. První krokem je vymezení m sta podle p evládající zástavby, v etn odhadu po tu obyvatel: Sídlištní zástavba (Olomouc, m stská ást Ne edín - ul. Jílová) Sídlištní zástavba, skládající se p edevším z bytových dom s centralizovaným zásobováním teplem, bez zahrádek, dvork. Po et obyvatel v tomto typu zástavby je cca 50 tisíc. Sídlištní zástavba se nachází p edevším v západní a jižní ástech m sta. Venkovská zástavba (obec Radíkov, ul. Malinovského, Zedníkova a Vrchní) Venkovská zástavba rodinných dom s dosud existujícím podílem lokálního vytáp ní a tedy i s v tší možnosti spalování odpadu v domovních topeništích na tuhá paliva. Prakticky u všech dom je možnost lokálního zahradního kompostování, asto i zkrmování potenciálních odpad domácím zví ectvem. Po et obyvatel okolo 5 tisíc izolovan od samotné zástavby m sta. Stará zástavba v centru m sta (Olomouc, ul. Riegerova, Pavel ákova, Horní a Dolní Nám stí) Historické centrum m sta s kombinací bytových dom s obchody, p ípadn dom s kancelá emi firem. Byty jsou opat eny smíšeným úst edním, etážovým i lokálním vytáp ním plynem i elekt inou. Vytáp ní tuhými palivy je výjime né. Po et obyvatel je p ibližn 15 tisíc, území je koncentrováno do st edu m sta a sm rem k nádraží. 293

10 Vilová zástavba (Olomouc, m stská ást Ne edín - ul. Na Vršku, Pod Letišt m, Klusalova, Keltská) Nová vilová zástavba rodinných dom v tšinou s etážovým i lokálním vytáp ním plynem nebo elekt inou. Vytáp ní tuhými palivy je výjime né. V tomto typu zástavby je možnost zahradního kompostování. Po et obyvatel asi 30 tisíc v r zných ástech m sta. Obr. 6. Rozd lení Olomouce podle p evládajícího typu zástavby pro ú ely optimalizace svozu na základ struktury sm sného komunálního odpadu. Dalším krokem je vizualizace stávajícího stavu svozových tras a umíst ní svozových nádob. Na základ záznam z GPS p ístroje GPSMAP 60Cx a konzultací s idi i vozidel byly graficky zrekonstruovány stávající svozové trasy. Posledním krokem je pak návrh optimální trasy pomocí GIS nástroje a srovnání p vodní a optimalizované trasy. Výpo et optimální trasy byl proveden v programu ArcGIS 9.3 s rozší ením (extenzí) Network Analyst pomocí Dijkstrova aloritmu pro nejkratší cestu s variantou pozm nit po adí obsluhy nádob na odpad a s p eddefinováním prvního a posledního adresního bodu (okružní jízda). 294

11 P ÍPADOVÁ STUDIE OLOMOUCE - POVEL Pro p ípadovou studii byla vybrána m stská ást m sta Olomouce sídlišt Povel. Toto sídlišt je dob e vymezitelné od okolí m sta a tudíž zde lze v rohodn vzájemn posoudit výsledky dosažené výsledky. Pro ást m sta Povel je charakteristická panelová zástavba, ve které žije více než 95 % z celkového po tu p ibližn 6,5 tisíc obyvatel. Území se nachází v jižní ásti m sta Olomouce a svoz komunálního odpadu zde probíhá dvakrát týdn, vždy v úterý a pátek. Obr. 8. P vodní trasa (vlevo) a optimalizovaná trasa (vpravo). P vodní trasa (obr. 8 vlevo) se skládá z šesti nespojitých úsek, které dohromady mají délku 8949 metr. Optimalizovaná trasa se skládá z jednoho úseku, který m í 7753 metr. Rozdíl mezi délkami p vodní a optimalizovanou délkou tras je 1196 metr. Optimalizovaná trasa p edstavuje p ibližn 87 % p vodní délky, tedy 13% úsporu délky p vodní trasy. 295

12 DISKUZE 11 th International Scientific Conference Výsledek práce m že být ovlivn n n kolika faktory. Zásadním faktorem p i modelování je aktuálnost dat, a to jak topografických (pr jezdnost komunikací, zm na dopravního zna ení), tak i tématických dat (zm na po tu/objemu nádob ve vztahu k po tu trvale p ihlášených obyvatel). Nemén d ležitá je i topologická p esnost, p edevším u dat uli ní sít a adresních bod, resp. jejich vzájemné vazby. P i je t eba mít na z eteli, že jde o modelové hodnoty, které je nutno ov it v praxi. Do modelu nebyly zahrnuty všechny faktory, které ovliv ují délku trasy svozu komunálního odpadu. Mezi nejvýznamn jší je pot eba zmínit nap. couvání, idi ova znalost místního území nebo jiná neo ekávaná událost nap. dopravní nehoda). ZÁV R Cílem toho lánku je vytvo ení modelu pro svoz odpad a jeho aplikace v p ípadové studii odpadového hospodá ství m sta Olomouce. Komentovány jsou výhody a nevýhody jednotlivých dat a jejich vzájemné vazby. Model byl ov en na konkrétní p ípadové studii svozu komunálního odpadu. Pod kování Publikované výsledky byly získány díky dotaci Ministerstva životního prost edí v rámci projektu VaV ev.. SP/2f1/166/08, za spolufinancování P írodov deckou fakultou UP v Olomouci a ve spolupráci s Magistrátem m sta Olomouce, Technickými službami m sta Olomouce a firmou EKOKOM, a. s. LITERATURE [1] APAYDINn, O, GONULLU MT: Route optimization for solid waste collection: Trabzon (Turkey) case study. Global NEST Journal, Vol 9, No 1, pp 6-11, [2] GHOSE, MK, DIKSHIT, AK, SHARMA SK: A GIS based transportation model for solid waste disposal - A case study on Asansol municipality. Waste Management. 2006; 26(11):

13 [3] HÝBLOVÁ, P.: Logistika: pro kombinovanou formu studia. Pardubice: Univerzita Pardubice, vydání. 59 s. ISBN: [4] VOŽENÍLEK, V.: Geografické informa ní systémy I : pojetí, historie, základní komponenty. Olomouc : Vydavatelství Univerzity Palackého, s. ISBN: X. [5] Adresní místo SÚ : [online]. [cit ]. Dostupné z: < POUŽITÉ ZKRATKY A TERMÍNY SÚ eský statistický ú ad GIS geografický informa ní systém - po íta ov založený informa ní systém pro získávání, ukládání, analýzu a vizualizaci dat, která mají prostorový vztah k povrchu Zem GPS global positioning system - je polohový družicový pomocí n hož je možno ur it polohu a p esný as kdekoliv na Zemi s p esností v jednotkám metr MMOL Magistrát m sta Olomouce pixel nejmenší jednotka digitální rastrové grafiky Registr obyvatel (Rob) jeden ze základních registr informa ního systému ve ejné správy, obsahuje záznamy o ob anech R v etn demografických, sociálních a ekonomických údaj o obyvatelstvu shapefile (shp) nejb žn jší vektorový datový formát pro ukládání prostorových dat (v GIS) 297