Geri Dön

Smart waste management techniques and their performance under various scenarios

Akıllı atık yönetim teknikleri ve farklı senaryolardaki başarımları

PDF İndir

  1. Tez No: 554369
  2. Yazar: DAMLA GÜLEN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SEMA FATMA OKTUĞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 115

Özet

2050 yılına kadar şehirlerde yaşayan insan sayısının toplam nüfusa oranının üçte ikiye ulaşacağı öngörülmektedir. Şehir merkezlerinde hızla artan popülasyon ve bireylerin değişen tüketim alışkanlıkları, hayat kalitesini arttıracak platformların yaratılma ihtiyacını doğurmaktadır. Bilim ve İletişim Teknolojileri'nin ana konularından biri olan Nesnelerin İnterneti, ihtiyaç duyulan bu platformları sağlama konusunda güçlü bir aday olarak gösterilmektedir. Nesnelerin interneti, cihazların ve sensörlerin birbirleri ile veri transferi yoluyla iletişimini sağlamaktadır. Nesnelerin interneti teknolojisi sayesinde insanlar ve nesneler arasındaki etkileşim sağlandığı için nesnelerin interneti akıllı şehir uygulamalarının hayata geçirilmesinde oldukça önemli bir rol oynamaktadır. Burada Akıllı Şehirler kavramı karşımıza çıkmaktadır. Akıllı Şehirler yaşam standartlarını yükseltmek amacıyla hayata geçirilmiş şehir yaşamında ihtiyaç duyulan bir takım servisleri konu almaktadır. Akıllı şehirlerin uygulama alanlarından bazıları sağlık, eğitim, ulaşım, kütüphaneler, bilişim sistemleri ve atık yönetimi olarak sayılabilir. Akıllı şehir uygulamaları yalnızca bu alanlarla kısıtlı kalmaz fakat en önem verilen alanlardan bazıları bu şekildedir. Akıllı şehir uygulamalarının hayata geçirilmesinde nesnelerin internetini temel alan sensörlere ihtiyaç duyulur. Bu sensörler ise bir araya getirilerek kablosuz sensör ve aktüatör ağı ve/veya kablosuz sensör ağlarında kullanılarak verimli ve gerçekleştirilebilir akıllı şehir servislerinin oluşmasını sağlarlar. Akıllı şehir çözümlerinin sunulacağı sürdürülebilir bir alt yapı oluşturma pek çok araştırmanın konusu olmuştur. Bu tez çalışmasında akıllı şehirlerin pek çok farklı uygulama alanları arasında yer alan ve en önemlilerinden biri olan atık yönetimi bulunmaktadır. Hızla artan kentsel nüfus üretilen atık miktarının da artmasına yol açmaktadır. Atık yönetim problemine, bir karar verme mekanizması kullanılarak çöp konteynerlerinin optimize bir rota ile toplanması çözümü sunulmuştur. Problem tanımına göre kablosuz sensör ağlarından oluşturulan bir akıllı şehir ortamında, çöp konteynerlerine yerleştirilmiş sensörler algıladıkları çöp seviyelerine göre alarm tetiklemektedirler. Benzer konuda ve atık yönetimi problemine getirilen farklı yaklaşımlar üzerinde derinlemesine araştırmalar yapılmış, tez çalışması çerçevesinde sunulmuştur. Pek çok çalışma atık yönetimi konusunun farklı alanlarını ele almaktadır. Katı atık ayırma, donanımsal anlamda çözüm sunma, gelişen ülkelerde atık yönetimi ve çöp toplamada optimizasyon alanları bunlardan en çok üzerinde araştırma yapılan alanlardır. Biz yukarıda tanımı verilen probleme altı farklı sezgisel yöntem ile çözüm sunduk. Bu altı farklı yöntemin her biri tanımlanan problemi farklı açılardan çözüme ulaştırmaya çalışmaktadır. Önceliklendirme ve eşik değeleri kullanımı bu farklı yöntemlerin özelliklerindendir. Atık yöntemi için sunulan yöntemler İlk Önce En Yakın Araç(İÖEYA), Önceliklendirmeli İlk Önce En Yakın Araç (ÖİÖEYA), Üst Eşiğe Göre Toplama (ÜEGT), Önceliklendirmeli Üst Eşiğe Göre Toplama (ÖÜEGT), Üst ve Alt Eşiklere Göre Toplama (ÜAEGT), Önceliklendirmeli Üst ve Alt Eşiklere Göre Toplama (ÖÜAEGT) olarak adlandırılmıştır. Bu yöntemler birbirine göre bazı farklılıklarla iyileştirilmeye çalışılmış olup atık yönetimi ve çöp toplama optimizasyonuna farklı yönlerden çözüm sağlamayı amaçlamaktadır. İÖEYA ve ÖİÖEYA yöntemlerinde, ortamdan belirli sayıda alarm sinyali alındığında, alarmları oluşturan konteynerler birbirlerine olan konumlarına göre optimize bir şekilde rota oluşturularak bir araca atanırlar. Bu yöntemlerde yalnızca bir eğiş değerine ulaşıp alarm sinyali gönderen çöp konteynerlerindeki atıkların toplanması hedef alınır. Bu eşik değeri konteyner kapasitesinden yüksek olmamak kaydıyla belirlenmelidir. Bu çalışma için kullanılan eşik değeri konteyner kapasitelerinin yarısı kadardır. ÜEGT ve ÖÜEGT yöntemlerinde ise alınan alarmlar sayesinde bir rota oluşturulacağı zaman, henüz alarm durumuna ulaşmamış fakat oluşacak olan rota güzergahı üzerinde konumlanmış olan diğer konteynerler de araçlar tarafından ziyaret edilir ve buradaki çöpler de toplanır. Böylece yakıt ve zaman tasarrufu yapmak amaçlanmıştır. ÜAEGT ve ÖÜAEGT yöntemlerinde ise bir önceki yönteme bir karar mekanizması eklenir. Bu karar mekanizması araçların güzergahı üzerinde bulunan fakat alarm durumuna gelmemiş konteynerlerdeki güncel çöp seviyesini kontrol eder. Bu seviye eğer belirlenen alt eşik değerinin üstünde ise bu konteynerlerdeki çöpler de aynı araç tarafından toplanır. Böylece zaman tasarrufu iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bir önceki yöntemde konteynerlerdeki çöp miktarına bakılmaksızın konteynerler ziyaret edilirken oluşabilecek gereksiz masraflar bu yöntem ile azaltılmaya çalışılmıştır. Ek olarak, önceliklendirme kullanımı ise ÖİÖEYA, ÖÜEGT ve ÖÜAEGT yöntemleriyle sağlanmıştır. Önceliklendirme sistemi bir çöp konteynerlerinin kendi kapasitelerine ulaşması veya bir araç tarafından ziyaret edildiği sırada tamamen boşaltılamaması nedenleriyle bu konteynere öncelik atanmasıyla sağlanır. Bir çöp konteyneri ziyaret edildiği sırada, ziyaret eden araç kendi kapasitesine ulaşırsa derhal bu araç çöp boşaltım alanına gider. Yükünü boşaltan aracın ilk görevi ise tamamen boşaltamadığı ve en son ziyaret ettiği konteynere gitmek olur. Daha sonra ziyaret edeceği konteynerler sistem tarafından yakınlıkları göz önünde bulundurularak tekrar belirlenir. Bunun yanında, kendi kapasitesine ulaşan bir konteyner henüz bir araç tarafından ziyaret edilmediyse öncelik alır. Öncelik alan konteynerler atandıkları araçlar tarafından daha önce ziyaret edilecek şekilde ilgili rotalar ayarlanır. Sunulan yöntemlerin performansları bir simülasyon ortamı yaratılarak pek çok farklı parametre ile farklı senaryolar kurularak izlenmiştir. Sonuçlar maliyet, gecikme süresi, rota sayısı ve taşan atık miktarları ölçütleri açısından karşılaştırılmıştır. Oluşturulan simülasyon ortamında pek çok farklı harita kullanılmıştır. Bu haritalardaki konteyner sayıları 20 ile 160 konteyner arasında değişiklik gösterir. Önerilen yöntemlerin karşılaştırılmasında kullanılan senaryolar ise kullanılan haritalar, konteyner sayıları, konteyner ve araç kapasiteleri, araç görevlendirme yöntemleri, bölgelendirme ve gelen çöp oranları anlamında değişiklikler gösterir. Önerilen yöntemlerin sunduğu sonuçlara bakıldığında tüm sonuçların yeterli ölçüde olduğu gözlemlenmiştir. Yöntemler arası farklılıklar, her yöntemin güçlü ve zayıf yönleri, daha iyi çözüm getirdiği durumlar vurgulanmıştır. İncelenen sonuçlara göre, daha küçük alanlar göz önüne alındığında ve konteyner sayılarının az olması durumunda ÜEGT en yüksek maliyetli çözümü, İÖEYA ise en düşük maliyetli çözümü sunmaktadır. İÖEYA ve ÜAEGT yöntemlerinin maliyet açısından çoğunlukla yakın sonuçlar sağladığı görülse de genel olarak İÖEYA yönteminin hem daha düşük maliyet sağladığı hem de daha az miktarda taşan çöp miktarına ulaştığı görülmektedir. İÖEYA yöntemi az miktarda çöp bulunduran konteynerlerin ziyaretini engellediği için ve alarm sinyali gönderen konteynerlere de yeterli sürede ulaşılabildiği için daha az karmaşık ortamlarda daha iyi sonuçlar vermektedir. Gecikme süreleri ve rota sayıları anlamında bu tür ortamlarda kayda değer bir değişim görülmemektedir. Bu durumda maliyetlerdeki farklılığı rota bazlı maliyet olarak da yorumlamak mümkündür. Alan büyüdüğü ve konteyner sayıları arttığı durumda karar mekanizmasının önemi görülmektedir. Bu durumlarda ÜEGT yöntemi maliyet anlamında en etkili sonuçları sunmaktadır. Fakat bunun sebebi gecikme sürelerindeki artış ve daha az sayıda rota izlenmesidir. Aynı zamanda en fazla taşan çöp miktarına da ÜEGT yöntemi sebep olur. Konteyner ve araç kapasiteleri arttırıldığında, daha karmaşık sistemlere servis verilebilir hale getirildiğinde ÜAEGT yönteminin en düşük maliyetleri sağladığı görülmektedir. Ek olarak, araçların görevlendirmelerindeki farklılıklar ve bölgelendirme göz önüne alındığında oluşan sonuçlar gözlemlenmiştir. Her aracın sorumlu olduğu bölgeye ait konteynerler aynı oranda gelen çöp yüzdelerine sahip ise maliyet açısından daha düşük sonuçlar sunulmaktadır. Fakat bu düşüşün sebebi artan gecikme süreleri ve azalan rota sayılarıdır. Bir yandan da taşan çöp miktarlarında artış gözlemlenmiştir. Önceliklendirme yöntemleri göz önüne alındığında ise genel olarak maliyetlerde artış gözlemlenmektedir. Fakat bu yöntemlerin amacı ortaya çıkan taşan çöp miktarını azaltmaktır ve sonuçlara bakıldığında bunun sağlandığı görülmektedir. Pek çok farklı kriter ve değerlendirme ölçütlerine göre sonuçlar incelenmiş ve önerilen yöntemler karşılaştırılmıştır. Uygulama anlamında hangi yöntemin seçileceği uygulanacak ortam koşullarına ve uygulamanın hedeflerine göre seçilebilir. Yöntem ve durum eşleştirilmeleri ayrıntılı olarak sunulmuştur.

Özet (Çeviri)

The rapid increase in the urban population and changes in consumption patterns of the individuals are leading to the necessity of systems that serve in order to increase the quality of lives. Internet of Things (IoT) being one of the major topics in Information and Communication Technology (ICT) is a strong candidate to implement these kinds of smart systems. The term smart city is introduced with the need of improving life standards of the individuals which refers to a set of smart applications in a city. The application field of smart cities includes but not limited to transportation systems, information systems, schools, hospitals, libraries and waste management system. In order to develop smart city applications, the IoT-driven sensors are required. With the use of these sensors the need for wireless sensor and actuator networks (WSAN) and wireless sensor networks (WSN) are inevitable since they provide productive and manageable service in a smart city environment. In this thesis study, the focus is on the field of waste management in terms of smart city concept. Since the increase in the urban population will lead to a frequent increase in the produced waste levels. The problem of waste management is addressed by introducing a decision mechanism to the route optimization for the collection of waste bins in a smart city environment. Where the environment considers a WSN with bins deployed and raising alarms for certain amounts of waste levels. Related researches and implementations are investigated in detail and a new approach to address this problem is presented. Six different heuristic approaches are introduced. Different aspects are considered in each of the methods including but not limited to prioritization and threshold values for current waste levels in the waste bins. These approaches are called; Closest Vehicle First (CVF), Closest Vehicle First with Priority (CVFwP), Collect based on Upper Threshold (CUT), Collect based on Upper Threshold with Priority (CUTwP), Collect based on Upper and Lower Threshold (CULT), Collect based on Upper and Lower Threshold with Priority (CULTwP). In CVF and CVFwP the only condition that a bin is added to the route of a truck which collects waste from bins, is that the bin triggering an alarm. An alarm is triggered when the current waste level inside the waste bin is reached to upper threshold value which is not higher than the bin capacity. In CUT and CUTwP, the bins which triggered the alarms are added to a route in a similar manner. However, the bins which are on the truck's route but have not yet triggered alarms are also added to the related routes. Moreover, when CULT and CULTwP is considered, the bins that triggered the alarms are added to a route but the other bins on the way of a truck's route are decided to be added to the route based on its' current waste level being higher than the lower threshold value. By this way the unnecessary travel of trucks is aimed to be reduced. In addition, the three methods which are CVFwP, CUTwP and CULTwP, are the ones that considers prioritization. The bins with priority are the ones who reach their capacity or the ones that are visited but could not be emptied because of the truck visiting the bin reached its' capacity. The bins with priority are visited earlier than the others. The performances of the proposed methods are evaluated under several scenarios in a simulation environment. The results are observed in terms of total cost, delay per route, route count and spilled waste amount values. It is seen that all the methods are providing sufficiently good results however each method has its' own advantages and disadvantages on a distinct scenario. When smaller area is considered with less number of waste bins, CUT provides the highest cost values. CVF and CULT provides similar results. However, in general CVF tends to provide more efficient solutions in this case since it results in with less amount of waste overflow. As the area gets larger and more bins are present, CUT generates the best result in terms of cost efficiency. However, the reason behind this behaviour is the increase in the delay values which also decreases the route counts. Besides, the waste overflow amount is high. When there is an enhancement in terms of bin and truck capacities, CULT tend to perform more cost efficiently. Moreover, the combinations of different truck assignments and zoning are considered. According to the results, if a single truck is responsible from an area of bins which have same waste arrival rates, the cost is reduced. However, this cost reduction occurs based on the increase in delay which also causes higher amount of waste spillovers. In addition, when the prioritization is considered, the total costs are increasing in general. However, the aim of prioritization technique is to reduce the spilled over waste amount which is achieved by the proposed approaches. The result of the various scenarios are presented and explained in detail in this thesis study. In order to implement these approaches in a real life scenario, the environment conditions need to be taken into consideration. The mapping of the environment conditions and effective technique for them are given in detail.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    46279

    Hava kirliliği konusunda çevre bilgi sistemi tasarımı ve gerçekleştirilmesi pilot projesi

    Design of an information system about air pollution

    HARUN İYİDİKER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1995

    Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. F. GÖNÜL TOZ

  2. Tez No

    904306

    Soğuk şekillendirilmiş kirişlerin gövdesinde açılmış dairesel deliklerin eğilme davranışının etkisi: Sonlu eleman analizleri

    Effect of flexural behavior of circular holes opened in the body of cold-formed beams: Finite element analyzes

    EKİN ABANOZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ZEYNEP YAMAN

    DOÇ. DR. MAHYAR MAALI

  3. Tez No

    517627

    Sürdürülebilir binalarda kritik başarı faktörlerinin incelenmesi

    Review of critical success factors for sustainable buildings

    EZGİ DERİNÖZLÜ BAYDUR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET MURAT ÇIRACI

  4. Tez No

    139400

    How cryptographic implementations affect mobile agent systems

    Şifreleme gerçekleştirmelerinin gezgin aracı internet sistemlerini nasıl etkilediği

    İSMAİL ULUKUŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi Üniversitesi

    Sistem ve Kontrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EMİN ANARIM

  5. Tez No

    75590

    Kalite geliştirmede yeni yöntemler ve uygulamaları

    Başlık çevirisi yok

    ESİN AYDIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Toplam Kalite Yönetimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET TANYAŞ

Geri Dön