Optimizing Municipal Waste Collection: a Case Study of a City in Poland

• Autorzy: Roman Monika , Waśkiewicz Michał

Identyfikatory

DOI

10.37055/slw/176021

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja zbiórki odpadów komunalnych: studium przypadku miasta w Polsce

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main problem of waste management is the increasing amount of municipal waste, and one of the key processes generating high costs is the waste collection process. The aim of the article was to optimize the route of a garbage truck using information technology (IT) software in one of the most populated Polish cities. The article tests the study hypothesis: the use of route optimization software will reduce the route length traveled by the garbage truck of the MZO in Pruszków. The data for the study was made available with the consent of the Municipal Treatment Plant in Pruszków. The received materials included information on, among others, Global Positioning System (GPS) readings of the garbage truck, including route start and end times, route length, average speed, driving time, and time of stops, points selected by the planners to collect waste along the route, information on the amount of waste collected during the implementation of the route, technical data on the moving vehicle and characteristics of the sorting plant were received. The article proposes the optimization of the routes of collection and transportation of municipal waste using the traveling salesman problem (TSP). The minimization of route length was assumed as the optimization criterion. All calculations were made in the Routimo program dedicated to route planning and optimization. As a result of the optimization, the route length was reduced by nearly 32%, and the working time by 9%. Thus, the research hypothesis stated in the article was positively verified.

PL

Głównym problemem gospodarki odpadami jest rosnąca ilość odpadów komunalnych, a jednym z kluczowych procesów generujących wysokie koszty jest proces zbierania odpadów. Celem artykułu była optymalizacja trasy przejazdu śmieciarki z wykorzystaniem oprogramowania informatycznego w jednym z najbardziej zaludnionych miast Polski. W artykule weryfikowano hipotezę badawczą: zastosowanie oprogramowania optymalizującego trasę skróci długość trasy pokonywanej przez śmieciarkę MZO w Pruszkowie. Dane do badań zostały udostępnione za zgodą Miejskiego Zakładu Oczyszczania w Pruszkowie. Otrzymane materiały zawierały informacje m.in. o odczytach Global Positioning System (GPS) śmieciarki, w tym o czasie rozpoczęcia i zakończenia trasy, długości trasy, średniej prędkości, czasie jazdy i czasie postojów, zbiór wybranych przez planistów punktów odbioru odpadów na trasie, informację o ilości odpadów zebranych w trakcie realizacji trasy, dane techniczne poruszającego się pojazdu oraz charakterystykę sortowni. W artykule zaproponowano optymalizację trasy odbioru i transportu odpadów komunalnych z wykorzystaniem problemu komiwojażera (TSP). Jako kryterium optymalizacji przyjęto minimalizację długości trasy. Wszystkie obliczenia wykonano w programie Routimo przeznaczonym do planowania i optymalizacji tras. W wyniku optymalizacji długość trasy uległa skróceniu o blisko 32%, a czas pracy o 9%. Tym samym zweryfikowano pozytywnie postawioną w artykule hipotezę badawczą.

Słowa kluczowe

EN

waste collection; municipal waste; route optimization; traveling salesman problem; transportation

PL

zbiórka odpadów; odpady komunalne; optymalizacja tras; problem komiwojażera; transport

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Systemy Logistyczne Wojsk
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 58, no. 1
• Strony: 197--218
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Roman Monika

• Department of Logistics, Warsaw University of Life Sciences, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1799-0445

autor

Waśkiewicz Michał

• Faculty of Economics, Warsaw University of Life Sciences, Poland

• https://orcid.org/0009-0008-7629-8946

Bibliografia

• [1] Amal, L., Son, L.H., Chabchoub, H., 2018. SGA: spatial GIS-based genetic algorithm for route optimization of municipal solid waste collection. Environ Sci Pollut Res 25, 27569–27582. https://doi.org/10.1007/s11356-018-2826-0.
• [2] Amponsah, S.K, Salhi, S., 2004. The investigation of a class of capacitated arc routing problems: the collection of garbage in developing countries. Waste Management, 24(7) 711-721. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2004.01.008.
• [3] Apaydin, O., Gonullu, M.T., 2007. Route Optimization for Solid Waste Collection: Trabzon (Turkey) Case Study. Global NEST Journal, 9 (1), 6-11.
• [4] Boskovic, G., Jovicic, N., Jovanovic, S., Simovic, V., 2016. Calculating the costs of waste collection: A methodological proposal. Waste Management & Research, 34(8):775-783. 10.1177/0734242X16654980.
• [5] Bui, T-D., Tseng, J-W., Tseng, M-L., Wu, K-J., Lim, M.K. 2023. Municipal solid waste management technological barriers: A hierarchical structure approach in Taiwan. Resources, Conservation and Recycling, 190, 106842. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2022.106842.
• [6] Das, S., Bhattacharyya B. Kr., 2015. Optimization of municipal solid waste collection and transportation routes. Waste Management. 43, 9-18. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.06.033.
• [7] Dumitrescu, A., Toth, C.D., 2016. The Traveling Salesman Problem for Lines, Balls, and Planes. ACM Transactions on Algorithms, 12, 325, 1–29. https://doi.org/10.1145/2850418.
• [8] Ghiani, G., Manni, A., Manni, E., Moretto, V., 2021. Optimizing a waste collection system with solid waste transfer stations. Computers & Industrial Engineering, 161, 107618, https://doi.org/10.1016/j.cie.2021.107618.
• [9] Greco, G., Allegrini, M., Lungo, C.D., Savellini, P.G., Gabellini, L. 2015. Drivers of solid waste collection costs. Empirical evidence from Italy. Journal of Cleaner Production, 106, 364-371. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.07.011.
• [10] Greene, D.L., Ogden, J.M., Lin, Z., 2020. Challenges in the designing, planning and deployment of hydrogen refueling infrastructure for fuel cell electric vehicles. eTransportation. 6, 100086, https://doi.org/10.1016/j.etran.2020.100086.
• [11] Han, H., Ponce-Cueto, E., 2015. Waste Collection Vehicle Routing Problem: Literature Review. Promet, 27, 4, 345-358.
• [12] Hanczar, P., Michniewska, K., 2006. Modelowanie sieci selektywnej zbiórki odpadów w aglomeracji miejskiej. Logistyka, 6, 34-36.
• [13] Jakubiak, M., Hanczar, P., 2016. Optymalizacja tras zbiórki odpadów komunalnych na przykładzie MPO Kraków. Prace Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego we Wrocławiu, nr 446, 83-92.
• [14] Jędrczak, A. (Eds.). 2021. Analiza kosztów gospodarki odpadami komunalnymi. Warsaw: Instytut Ochrony Środowiska – Państwowy Instytut Badawczy.
• [15] Kanh, Y. O. Kang, Yabar, H., Mizunoya, T., Higano, Y., 2023. Environmental and economic performances of municipal solid waste management strategies based on LCA method: A case study of Kinshasa. Heliyon, 9 (3). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e14372.
• [16] Kinobe, J.R., Bosona, T., Gebresenbet. G., Niwagaba, C.B., Vinnerås, B., 2015. Optimization of waste collection and disposal in Kampala city. Habitat International, 49, 126-137.
• [17] Khan, D., Samadder, S.R., 2014. Municipal solid waste management using Geographical Information System aided methods: A mini review. Waste Management & Research, 32(11),1049-1062. doi:10.1177/0734242X14554644.
• [18] Khanh, N-T., Anh, N-T-N., Doanh, N-N., Van, D-T-H., 2017. Optimization of municipal solid waste transportation by integrating GIS analysis, equation-based, and agent-based model. Waste Management, 59, 14 – 22. 10.1016/j.wasman.2016.10.048.
• [19] Castro, A. L., Özkil, A. G., Schuldt-Jensen, J., 2017. Smart cities: A case study in waste monitoring and management. In Proceedings of the 50th Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS 2017). (pp. 1392-1401) https://doi.org/10.24251/HICSS.2017.167.
• [20] Malakahmad, A., Bakri, P.M., Mokhtar, M.R.M., Khalil, N., 2014. Solid waste collection routes optimization via GIS techniques in Ipoh City, Malaysia. Procedia Engineering, 77, 20–27.
• [21] Mrówczyńska, B., Nowakowski, P., 2015. Optymalizacja tras przejazdu przy zbiórce zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego dla zadanych lokalizacji punktów zbiórki. Logistyka, 2, 593-604.
• [22] Munir, M.T., Li, B., Naqvi, M., 2023. Revolutionizing municipal solid waste management (MSWM) with machine learning as a clean resource: Opportunities, challenges and solutions.
• [23] Oliskevych, M., Danchuk, V., 2023. An Algorithm for Garbage Truck Routing in Cities with a Fixation on Container Filling Level. Transport Problems: an International Scientific Journal, 18 (1), 75-87.
• [24] Piernikarski, D., 2021. [online] Electric garbage trucks enter the streets. Available at: https://samochody-specjalne.pl/2021/02/26/elektryczne-smieciarki-wjezdzaja-na-ulice/ [Accessed: 30 June 2023].
• [25] Rada, E.C., Ragazzi, M., Fedrizzi, P. 2013. Web-GIS oriented systems viability for municipal solid waste selective collection optimization in developed and transient economies. Waste Management. 33(4), 785-792. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2013.01.002.
• [26] Renaud, J., Boctor, F.F., Laporte, G. 2002. Perturbation heuristics for the pickup and delivery traveling salesman problem. Computers & Operations Research, 29 (9), 1129-1141. https://doi.org/10.1016/S0305-0548(00)00109-X.
• [27] Rybnytska, O., Burstein, F., Rybin, A.V., Zaslavsky, A. 2018. Decision support for optimizing waste management, Journal of Decision Systems, 27:1, 68-78. 10.1080/12460125.2018.1464312
• [28] STATISTA. 2023. [online] Generation of municipal waste worldwide as of 2021, by select country. Available at: https://www.statista.com/statistics/916749/global-generation-of-municipal-solid-waste-by-country/ [Accessed: 15 June 2023].
• [29] Sulemana, A., Donkor, E.A., Forkuo, E.K., Oduro-Kwarteng, S., 2018. Optimal Routing of Solid Waste Collection Trucks: A Review of Methods. Journal of Engineering. 2018, 4586376, 1-12. https://doi.org/10.1155/2018/4586376
• [30] T-MASTER. 2023. [online] O systemie. Available at: https://t-master.pl/produkty-t-master#inteligentnepojemniki. [Accessed: 30 June 2023].
• [31] Weng, Y-Chi., Fujiwara, T., 2011. Examining the effectiveness of municipal solid waste management systems: An integrated cost–benefit analysis perspective with a financial cost modeling in Taiwan. Waste Management, 31 (6), 1393-1406. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2011.01.016.
• [32] Wu, H., Tao, F., Yang, B., 2020. Optimization of Vehicle Routing for Waste Collection and Transportation. Int J Environ Res Public Health. 9:17(14):4963. 10.3390/ijerph17144963.
• [33] Zilka, M., Stieberova, B., Scholz, P., 2021. Sustainability evaluation of the use of cargo-trams for mixed municipal waste transport in Prague. Waste Management, 126, 97-105. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2021.02.053.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).