CN113361957A - 基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法及系统 - Google Patents
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Abstract
基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法及系统，属于市政工程与遥感领域。本发明解决了现有垃圾日产生能量过多而不能对其及时收运的问题。本发明方法包括：获取OSM路网数据、DEM高程数据、人口密度和居民点数据；连接OSM路网断点；获取垃圾分类产生量比，根据垃圾分类产生量比计算设施得分权重；计算宜步性距离衰减指数；根据距离衰减指数和设施得分权重得到回收功能指数；将待计算区域经纬度、OSM路网数据和DEM高程数据代入WalkScore算法计算得到步行环境指数；将回收功能指数和步行环境指数归一化，加和得到宜步性指数；可视化宜步性指数，垃圾空间分布位置，设定阈值，对不高于阈值的空间分布位置增设垃圾回收设施。本发明用于垃圾分类回收设施的增设。
Description
技术领域
本发明涉及基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法及系统。属于市政工程与遥感技术领域。
背景技术
生活垃圾规划管理，已经在国内外发展为了重要的新兴产业，引发了广泛的关注。生活垃圾从被投放开始，经收集到被运至中转站或处理场的过程，是垃圾的收集过程。收集过程主要在居民区、商业区等城区范围内完成，直接影响着居民的生活环境。近年来我国逐步加大对环卫的投入，环卫基础设施和环卫装备有了较大发展，我国生活垃圾收运系统己经初具规模。当前针对于生活垃圾产储运过程的研究，往往着眼于城市尺度下中大规模转运站以及收集运输路线的规划研究，对于垃圾从居民到生活垃圾收集点这一细致庞杂的过程鲜有探索。
针对我国当前生活垃圾分类制度的如火如荼的推行，不同种类生活垃圾的收集、处理的资源和能力不匹配，成为了当前分类制度广泛推行的瓶颈。本发明借鉴宜步指数(Walkability Index)的概念，对生活垃圾从居民点到不同种类生活垃圾垃圾桶的便捷性进行分析，进而以定量的形式判断居民对不同种类可再生生活垃圾的回收的便捷性是否达到要求，得到城市发展过程中不同种类生活垃圾收集能力的均衡性，提出一种结合Python语言、ArcGIS软件的生活垃圾收集便捷性的高效分析方案。
发明内容
本发明是为了解决现有垃圾日产生能量过多而不能对其及时收运的问题，现提出基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法及系统。
基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法，包括：
步骤一、获取待计算区域的OSM路网数据、DEM高程数据、联合国Worldpop100*100m网格内人口密度数据和居民点数据；
步骤二、连接待计算区域的OSM路网的断点，得到完整的OSM路网数据；
步骤三、计算100*100m网格内垃圾总产量，根据100*100m网格内垃圾总产量计算得到待计算区域的垃圾分类产生量比，并根据垃圾分类产生量比计算设施得分权重；
步骤四、根据回收设施和居民点的直线空间距离，计算得到回收设施的宜步性距离衰减指数；根据宜步性距离衰减指数和设施得分权重计算得到回收功能指数；
步骤五、将待计算区域的经纬度、完整的OSM路网数据和DEM高程数据代入WalkScore算法中计算得到待计算区域每个网格内的步行环境指数；
步骤六、将同一网格内的回收功能指数和步行环境指数分别进行归一化处理，得到归一化后的回收功能指数和归一化后的步行环境指数；将归一化后的回收功能指数和归一化后的步行环境指数加和，得到各居民点的垃圾回收宜步性指数；
步骤七、对垃圾回收宜步性指数进行三维可视化处理，得到每个100*100m网格内的回收宜步性指数对应的垃圾空间分布位置，设定宜步性指数阈值，对不高于宜步性指数阈值的空间分布位置进行垃圾回收设施的增设。
基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设系统，所述系统用于执行基于宜步指数改良的生活垃圾分类回收设施增设方法。
有益效果
本发明技术方案提出了一种基于对国际公认的宜步性评估进行改良的生活垃圾步行回收适宜性方法，可以用于判断生活垃圾回收能力的便利性方法，判断居民生活垃圾回收设施布设的合理性，并且评估结果有较高的空间精度，服务于城市的智能、精细化数据治理。
附图说明
图1是基于宜步指数改良的生活垃圾分类回收便捷性判别方法流程图；
图2是各类生活垃圾回收点示意图；
图3为可回收垃圾产生比例；
图4为计算结果效果图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式基于宜步指数改良的生活垃圾分类回收设施增设方法，包括：
步骤一、获取待计算区域的OSM路网数据、DEM高程数据和联合国Worldpop100*100m网格内人口密度、居民点数据；
步骤二、连接待计算区域OSM路网的断点，得到完整的OSM路网数据；
步骤三、计算100*100m网格内垃圾总产量，根据100*100m网格内垃圾总产量计算得到待计算区域的垃圾分类产生量比，并根据垃圾分类产生量比计算设施得分权重；
步骤四、根据回收设施和居民点的直线空间距离，计算得到回收设施的宜步性距离衰减指数；根据宜步性距离衰减指数和设施得分权重计算得到回收功能指数WalkScoreF；
步骤五、基于API和Python语言将所分析区域的经纬度、OSM路网数据和高程数据代入WalkScore计算公式，计算得到待计算区域每个网格内的步行环境指数WalkScoreE；
步骤六、将同一网格内的回收功能指数和步行环境指数分别进行归一化处理，得到归一化后的回收功能指数和归一化后的步行环境指数，将归一化后的回收功能指数和归一化后的步行环境指数进行加和计算，得到不同居民点的垃圾回收宜步性指数；
步骤七、对回收宜步性指数进行三维可视化处理，得到每个100*100m空间网格内的回收宜步性指数对应的空间分布位置，设定宜步性指数阈值，对不高于宜步性指数阈值的空间分布位置进行垃圾回收设施的增设。。
本实施方式中，需要构建应用于回收宜步性评价的数据指标体系；回收宜步性评价方法改良自宜步指数(Walk Score)评价方法，宜步性评价旨在通过评价居民与步行设施的可达性与步行相关公共设施的服务品质，来感知居民步行出行的便利性与积极性。本发明所述的回收宜步性评价，旨在通过不同指数，评价居民自主步行回收生活垃圾的便捷性，其中，回收功能指数，改良自原宜步指数计算过程的步行功能指数(Walk Function Score，记为WalkScoreF)，用于表征回收设施的回收功能是否与居民的垃圾产生状况相协调；步行环境指数(Walk Environment Score，记为WalkScoreE)，与宜步指数计算过程中的步行环境指数相同，表征步行回收过程的环境美观性、舒适性程度。为明确各指数计算过程中的数据种类与数据应用场景所构建的数据指标体系如下表1所示：
表1-村镇生活垃圾回收宜步性评价数据指标体系
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤二中待计算区域的OSM路网的断点利用transtar软件连接。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述步骤三计算100*100m网格内垃圾总产量，根据100*100m网格内垃圾总产量计算得到待计算区域的垃圾分类产生量比，并根据垃圾分类产生量比计算设施得分权重；具体过程为：
通过联合国100*100mWorldpop人口密度数据和居民的人均垃圾产生量相乘，得到100*100m网格内的垃圾总产量；根据垃圾总产量得到各种垃圾产量产生比例，计算各种垃圾的产生量比，例如，其中网格内玻璃、纸张、塑料、金属和衣物等可回收垃圾的产生量比为a1:a2:a3:a4:a5，并根据各种垃圾的产生量比确定对应的基础回收设施设施得分权重比，回收玻璃、纸张、塑料、金属、衣物的设施对应的设施基础得分权重比例亦为a1:a2:a3:a4:a5；取最少一类德吉得分权重占比，赋值为1，根据上述比例得到该类垃圾对应回收设施的基础得分权重，再基于得分权重比例，得出其他类别回收设施的基础得分权重；并将所有类别垃圾回收设施的基础得分权重进行归一化处理，得到设施得分权重。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，所述步骤四根据回收设施和居民点的直线空间距离，计算得到回收设施的宜步性距离衰减指数；根据宜步性距离衰减指数和设施得分权重计算得到回收功能指数；具体过程为：
将各居民点的步行小于100m、100-200m、200-300m、300-400m、400-500m距离内的各自垃圾回收设施分别赋值1、0.8、0.6、0.4、0.2的衰减指数，将单个居民点附近500m内的回收设施得分权重乘以距离衰减指数并加和，得到各居民点基于宜步性的回收功能指数计算结果。
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，所述各居民点的回收功能指数计算公式如下：
其中，WalkScoreF表示回收功能指数；a表示设施得分权重；m表示设施个数；i表示第i个设施；ai表示第i个设施得分权重；bi表示第i个设施的距离衰减指数；ci表示设施贡献权重，即不同回收设施的日回收规模。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，所述步骤六将同一网格内的回收功能指数和步行环境指数分别进行归一化处理，得到归一化后的回收功能指数和归一化后的步行环境指数，将归一化后的回收功能指数和归一化后的步行环境指数进行加和计算，得到不同居民点的垃圾回收宜步性指数；具体计算公式如下：
WalkScore＝0.5×WalkScoreF+0.5×WalkScoreE。
其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，所述步骤七对垃圾回收宜步性指数进行三维可视化处理是基于Geoscene Pro软件实现的。
其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是，所述根据设施得分权重计算宜步性距离衰减指数，是基于Python语言和GIS系统实现的。
其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是，所述宜步性指数阈值为0.4。
其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式基于宜步指数改良的生活垃圾分类回收设施增设系统，所述系统用于执行基于宜步指数改良的生活垃圾分类回收设施增设方法。
其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
实施例
(1)数据采集
首先，进行香港特别行政区的相关数据收集，其中，包含2021年最新的OSM路网数据、联合国100*100mWorldpop居民点数据、居民生活垃圾回收点经纬度数据、转运站经纬度数据，利用研究区域乡镇级别行政边界轮廓进行裁剪，得到研究区域边界内相关数据，数据于ArcGIS10.7软件进行统一处理，本次分析包含的生活垃圾回收点包括了衣物、金属、再生电池、玻璃、纸张、塑料以及综合回收点等类型，其分布情况，如图3所示。
(2)点线要素空间关系建立
使用transtar软件，对于收集到的OSM路网数据线要素进行完整性分析，连接了居民点、垃圾回收点等点要素与路网之间的断点，建立了居民点-道路-垃圾回收点的网络矢量关系，以便于后续的分析。
(3)垃圾产量权重计算
于环境保护署公开固废管理公报的纸张、金属、塑胶、厨余、玻璃等六种垃圾产生量的比例作为，不同种类回收站点进行宜步指数分析时的设施得分权重指数计算的基础；将不同种类生活垃圾回收点的回收能力(吨/天)归一化后作为不同种类垃圾桶的设施贡献权重。
(4)计算宜步指数距离衰减情况
计算宜步性距离衰减指数，以联合国居民点数据中的各个居民点为分析核心，设置步行100m距离内的垃圾桶权重系数为1，200m以内的垃圾桶权重系数为0.8，依次类推，500米以外的垃圾桶将不作计算，以此形成五级衰减系数，使用缓冲区分析，计算不同距离缓冲区内的各类回收点位数量，得到基于宜步性距离衰减指数的设施加权指数情况。
(5)步行环境指标计算
出于垃圾弃置过程道路环境行走适宜性考虑的分析，使用各个空间网格的经纬度、路网含量、高程状况，使用基于Python语言的API计算步行环境指数。
(6)基于宜步指数改良的生活垃圾分类回收便捷性指数加和计算
利用Python语言，编写程序代码，分别对不同种类垃圾进行上述步骤的运算，并将上述宜步距离衰减指数与步行安全性指数进行归一化加和，得到步行环境指数计算结果，并与弃置功能指数计算结果进行求和，得到不同种类生活垃圾的弃置便捷性指数。
(7)进行结果可视化
利用Geoscene Pro软件对各个居民网格的便捷性指数进行可视化，得到每一种垃圾弃置便捷性较低的空间分布位置，基于本发明方法产生的可视化结果，可以得到垃圾桶增设时的种类选择与位置选择方案辅助优化建议。如图4所示，香港每年产生约600万公吨都市固体废物，经过演算分析后得出，香港特别行政区，整体垃圾回收便捷性较高，纸张、塑料、金属回收体系较为完善，衣物、玻璃回收有待加强，离岛区域回收收运体系有待发展。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、获取待计算区域的OSM路网数据、DEM高程数据、联合国Worldpop100*100m网格内人口密度数据和居民点数据；
步骤二、连接待计算区域的OSM路网的断点，得到完整的OSM路网数据；
步骤三、计算100*100m网格内垃圾总产量，根据100*100m网格内垃圾总产量计算得到待计算区域的垃圾分类产生量比，并根据垃圾分类产生量比计算设施得分权重；
步骤四、根据回收设施和居民点的直线空间距离，计算得到回收设施的宜步性距离衰减指数；根据宜步性距离衰减指数和设施得分权重计算得到回收功能指数WalkScoreF；
步骤五、将待计算区域的经纬度、完整的OSM路网数据和DEM高程数据代入WalkScore算法中计算得到待计算区域每个网格内的步行环境指数WalkScoreE；
步骤六、将同一网格内的回收功能指数和步行环境指数分别进行归一化处理，得到归一化后的回收功能指数和归一化后的步行环境指数；将归一化后的回收功能指数和归一化后的步行环境指数加和，得到各居民点的垃圾回收宜步性指数；
步骤七、对垃圾回收宜步性指数进行三维可视化处理，得到每个100*100m网格内的回收宜步性指数对应的垃圾空间分布位置，设定宜步性指数阈值，对不高于宜步性指数阈值的空间分布位置进行垃圾回收设施的增设。
2.根据权利要求1所述基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法，其特征在于，所述步骤二中待计算区域的OSM路网的断点利用transtar软件连接。
3.根据权利要求2所述基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法，其特征在于，所述步骤三计算100*100m网格内垃圾总产量，根据100*100m网格内垃圾总产量计算得到待计算区域的垃圾分类产生量比，并根据垃圾分类产生量比计算设施得分权重；具体过程为：
通过联合国Worldpop100*100m网格内人口密度数据和居民的人均垃圾产生量相乘，得到100*100网格内的垃圾总产量；根据垃圾总产量得到待计算区域中各种垃圾产量比例，根据各种垃圾产量比例计算得到各种垃圾的产生量比，并根据各种垃圾的产生量比确定对应的基础设施得分权重比；取最少的一类垃圾得分权重占比，赋值为1，从而得到该类垃圾对应回收设施的基础得分权重，并根据基础设施得分权重比得到其它类别回收设施的基础得分权重；将所有类别垃圾回收设施的基础得分权重进行归一化处理，得到设施得分权重。
4.根据权利要求3所述基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法，其特征在于，所述步骤四根据回收设施和居民点的直线空间距离，计算得到回收设施的宜步性距离衰减指数；根据宜步性距离衰减指数和设施得分权重计算得到回收功能指数；具体过程为：
将各居民点的步行小于100m、100-200m、200-300m、300-400m和400-500m各距离的各自垃圾回收设施分别赋值1、0、0.6、0.4、0.2的宜步性距离衰减指数，将各距离范围内的设施得分权重乘以距离衰减指数，并加和，得到各居民点的回收功能指数。
5.根据权利要求4所述基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法，其特征在于，所述各居民点的回收功能指数计算公式如下：
其中，WalkScoreF表示回收功能指数；a表示设施得分权重；m表示设施个数；i表示第i个设施；ai表示第i个设施得分权重；bi表示第i个设施的距离衰减指数；ci表示设施贡献权重，即不同回收设施的日回收规模。
6.根据权利要求5所述基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法，其特征在于，所述步骤六将同一路段的回收功能指数和步行环境指数分别进行归一化处理，得到归一化后的回收功能指数和归一化后的步行环境指数；将归一化后的回收功能指数和归一化后的步行环境指数加和，得到各居民点的垃圾回收宜步性指数；具体计算公式如下：
WalkScore＝0.5×WalkScoreF+0.5×WalkScoreE。
7.根据权利要求1所述基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法，其特征在于，步骤七对垃圾回收宜步性指数进行三维可视化处理是基于Geoscene Pro软件实现的。
8.根据权利要求1或4所述基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法，其特征在于，所述根据设施得分权重计算宜步性距离衰减指数，是基于Python语言和GIS系统实现的。
9.根据权利要求1所述基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设方法，其特征在于，所述宜步性指数阈值为0.4。
10.基于宜步指数改良的垃圾分类回收设施增设系统，其特征在于，所述系统用于执行权利要求1-权利要求9所述基于宜步指数改良的生活垃圾分类回收便捷性判别方法。
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