İstanbul Büyükşehir Belediyesi Atık Toplama Sisteminin Modellenmesi ve İyileştirilmesi

Transkript

1 İstanbul Büyükşehir Belediyesi Atık Toplama Sisteminin Modellenmesi ve İyileştirilmesi İÇİNDEKİLER 1 Önsöz 3 2 Projenin Tanımı ve Amaçları 3 3 Proje Kapsamında Gerçekleştirilen Çalışmalar 6 4 Rotalama Modeli Rotalama Algoritmaları Coğrafi Bilgi Veri Tabanı Çözüm Çizelgeleme Modeli Değişkenler Hedefler Kısıtlar Bilgisayar Programı Değiştirgelerin Hazırlanması Arcgis Kullanım Atık Yönetim Sistemi Rotalama Programının Çalıştırılması Rota Bilgilerinin İzlenmesi Bu rapor László Németh ve Dilay Çelebi nin İstanbul Büyükşehir Belediyesi için yaptığı Atık Toplama Sisteminin Modellenmesi ve İyileştirilmesi çalışmasının açıklamasını içerir. Raporun tamamı Dilay Çelebi tarafından yazılmış ve düzenlenmiştir. 1

2 6.3.3 Rota Haritasının İzlenmesi Çizelge Değiştirge Dosyasının Açılması Çizelge Hesaplama Bölge Detay İzleme Sonuç Raporları Toplama Çizelgesi Toplam Maliyet Çalışan Sayıları Biriken Atık Miktarı Sonuç ve Katkılar 39 2

3 ŞEKİL LİSTESİ 1 Bağcılar İlçesi Krokisi Katı Atık Toplama Sistemi Önerilen İlişkisel Veri Tabanı Bağlar Mahallesi İçin Örnek Güzergahlar Değiştirge Excel Dosya Düzeni ArcMap Çalışma Ekranı ArcMap Çalışma Ekranı ArcMap Çalışma Ekranı ArcMap Çalışma Ekranı ArcMap Çalışma Ekranı Rotalama Çalışma Ekranı Rotalama Çalışma Ekranı Rotalama Çalışma Ekranı Rotalama Çalışma Ekranı Rotalama Çalışma Ekranı Rotalama Çalışma Ekranı Toplama Çizelgesi Toplam Maliyet Çalışan Sayıları Biriken Atık Miktarı

4 1 Önsöz Bu projenin oluşturulmasında gerek duyduğumuz İstabul elektronik haritasını sağlayan İTÜ Şehir ve Bölge Planlama Bölümü Öğretim Görevlisi Prof. Dr. Handan Türkoğlu na teşekkürü bir borç biliriz. Ayrıca, sistem analizleri ve bilgi toplanması için bizlere her zaman hiç tereddüt etmeden hızla yardımcı olmaya çalışan ve kapısı her zaman açık olan Bağcılar Belediyesi Çevre Koruma ve Kontrol Müdürü Sayın Hasan Sarı ya da çok teşekkür ederiz. 2 Projenin Tanımı ve Amaçları Katı atık, toplumun her tabakasında üreticisi olan ve bu üreticiler tarafından atılmak istenen, toplumun huzuru ile özellikle çevrenin korunması bakımından düzenli bir şekilde bertaraf edilmesi gereken maddeleri tanımlamaktadır. Günlük yaşantının kaçınılmaz sonucu olarak oluşan katı atıkların, düzenli aralıklarla ve en uygun zaman dilimleri içerisinde yerleşim bölgelerinden, evlerden, sokaklardan ve caddelerden uzaklaştırılması gerekmektedir. Katı atık yönetimi, geniş anlamda, katı atıkların üretildikleri noktada biriktirilmesi, toplanması, transferi, işlenmesi, geri kazanımı ve uzaklaştırılması konularını içermektedir. İstanbul sınırları içinde faaliyet gösteren belediyelerin katı atık yönetiminde oluşan maliyetlerinin ortalama olarak yüzde yetmişe yakını, katı atıkların toplanması ve taşınmasıyla ilgilidir [Kar02]. Belediyelerce yürütülen katı atıkların toplanması ve bertaraf edilmesi oldukça maliyetli ve yönetimi güç olan bir işlemdir. Özellikle, atıkların düzensiz boşaltımı ve kaynakların yetersizliği ve etkin kullanılamaması nedeniyle hizmet vermenin zor olduğu gelişmekte olan ülkelerde, atık toplama maliyetleri çok yüksek seviyelerde gerçekleşebilmektedir. Gelişmekte olan ülkeler arasında sayılan Türkiye de katı atık toplama maliyetlerinin YTL/ton seviyesinde olduğu tahmin edilmektedir [KGA + 00]. Bu durumda kaba bir yaklaşımla 12 milyon nüfuslu İstanbul için günde kişi başına 1 kg katı atık oluştuğu ve katı atık toplama maliyetinin 40 YTL/ton olduğu kabul edilirse, yıllık toplama maliyeti 175 milyon YTL mertebesine ulaşmaktadır. Gelişmiş ülkelerde yapılmış çalışmalar göz önüne alınarak, atık toplama maliyetinin 20 YTL/ton mertebesine düşürülebileceği söylenebilir [KGA + 00]. Böylece iyi bir katı atık yönetim sistemi ile yılda yaklaşık 87.5 milyon YTL kadar tasarruf sağlanabilecektir. Belediyelerce yürütülen çöp organizasyon maliyetinin önemli bir kısmını çöplerin toplanması ve taşınması teşkil et- 4

5 mekte ve bunlar toplam bertaraf maliyetinin %70 90 ını oluşturmaktadır [AD05]. Bu bakımdan, çöp toplama ve taşıma maliyetindeki tasarruf, çöp bertaraf sisteminin toplam maliyetini etkilemektedir. Bu sebeplerle, araştırma projemizin konusunu ve Depolama Optimizasyonu başlığı altında ele aldığımız İstanbul İçin Atık Toplama İBB Katı Atık Toplama Sisteminin Modellenmesi ve İyileştirilmesi çalışması oluşturmaktadır. İstanbul Büyükşehir Belediyesi için geliştirilmesi planlanan Katı Atık Toplama İşlemlerinin İyileştirilmesi Projesi kapsamında; atık toplama işleminin iyileştirilmesi kullanılacak kapsamlı bir model oluşturulması planlanmaktadır. Katı atık toplama çalışmalarında iki çeşit kısıt önem arz etmektedir: araç kapasitesi ve rota kapasitesi. Araç kapasitesi her aracın alabileceği hacim ve ağırlığa bağlı azami yük miktarını temsil eder. Rota kapasitesi ise, her sürücü için günlük çalışma saatlerini, azami ve asgari duruş nokta sayısını, toplayıcıların günlük hacim ve/veya ağırlık tabanlı toplama kapasitelerini ve benzeri etkenleri içerir. Araç kapasiteleri, araçların boşaltma için gerçekleştirdikleri turları etkilemektedir. Eğer, rotanın kapasitesi, aracın kapasitesinden düşükse, boşaltım işlemi için aracın yalnız bir kere, park alanına gitmeden önce kendisine en yakın aktarma istasyonuna gelmesi yeterlidir. Fakat eğer rotanın kapasitesi araç kapasitesinden yüksekse, aracın birden fazla boşaltma yapması gerekli olacaktır. Bu işlem için, mevcut çok sayıda aktarma istasyonundan en uygun olanının seçilmesi gereklidir. Geliştirilecek olan model aşağıda verilen verilerin bir araya getirilmesi ve analizi aracılığıyla oluşturulacaktır: 1. Harita: Pilot çalışma alanı kapsamında bulunan sınırlar içerisinde tüm yolların, katı atık toplama noktalarının, trafik işaretlerinin ve yönlerinin, trafik tabanlı ve yasal kısıtlamaların, başlangıç ve bitiş noktalarının belirtildiği bir elektronik harita veya bu haritanın oluşturulabileceği ilgili veri. 2. Araçlar: Atık toplama işleminde kullanılan mevcut araçların çeşitleri ve sayısı. Bu araçlara ait kapasite ve benzeri kısıtlar. Araçlarda kullanılan veri toplama teknolojileri: kullanılan araç takip sistemi, toplanan atığa ait ağırlık ve hacim ölçüm sistemleri ve bu sistemlerin duyarlılığı, mevcut iletişim sisteminin yapısı 3. Mevcut İşlem Yapısı: Sistemin mevcut çalışma yapısında bulunan tüm işlemler ve sistem kısıtları: Mevcut katı atık toplama yönteminin ve rotalarının belirlenmesi için kullanılan yöntemler, toplama zaman ve sıklıklarına 5

6 dair sosyal, yasal ve teknik kısıtlar, mevcut durumda karşılaşılan özel sorunlar, önemli ve/veya problemli toplama noktaları. Katı atık toplama maliyet yapısı. Proje balangıcından çalışmanın amaçları aşağıdaki gibi tanımlanmıştır: 1. Katı atık toplama sistemini tam olarak yansıtacak ve yönetim performansının ölçümüne olanak sağlayacak uygun performans kriterlerinin belirlenmesi. 2. Katı atık toplama bilgi sistemi için veritabanı altyapısının oluşturulması ve mevcut bilgi kaynaklarında bu veritabanına düzenli ve kullanılabilir veri akışını sağlayacak tasarımın yapılması. Elde edilen bilgilerin, ileriki analiz ve raporlama çalışmalarında kullanılabilecek şekilde düzenlenmesi için, özniteliklerinin ve ilişkilerinin analizi. Bu analize bağlı olarak ilişkisel veri tabanı tablolarının oluşturulması. 3. Katı atık toplama sistemini etkileyen önemli etkenlerin ortaya çıkarılması. Sistem yapısının ve kısıtlarının belirlenmesi. Belirlenen etkenler ve kısıtlar çerçevesinde, katı atık toplama sisteminin kapsamlı bir modelinin oluşturulması. (a) Model tarafından ele alınacak temel unsurların ve modele eklenecek ana bileşenlerin belirlenmesi (b) Tüm bileşenleri ve bu bileşenler arasındaki ilişkileri ele alacak şekilde bir model oluşturulması 4. Oluşturulan model kapsamında senaryo analizlerinin gerçekleştirilmesi. Katı atık toplama sistemi için iyileştirme önerilerinin hazırlanması: Oluşturulan modelin yapısına göre iyileştirme için gerekli strateji, önlemler ve/veya algoritmaların oluşturulması. Çalışmanın sonucunda elde edilmesi beklenen fayda ve katkılar şu şekilde listelenebilir: 1. Proje sonucunda mevcut sistemde bulunan ve uygun bir bilgi toplama aracı ile elde edilebilecek verilerin analizi ve çalışmanın diğer aşamalarında kullanılabilmesi amacıyla bütünleşik bir veritabanı oluşturulacaktır. Planlanan iyileştirme çalışması dışında, hazırlanması düşünülen bu veritabanı, 6

7 ileride yapılacak analiz ve iyileştirme çalışmalarına temel oluşturabilecek şekilde tasarlanacaktır. Örneğin, oluşturulacak düzenli bilgi besleme ve veri depolama sistemleri ile düzenli olarak beslenen veritabanının, katı atık yönetiminde önemli bir yeri olan tahminleme sistemlerinde kullanılması mümkün olabilecektir. 2. Katı Atık Toplama faaliyetlerinin bağlı olduğu ana etkenleri yansıtacak şekilde kapsamlı bir model elde edilecektir. Oluşturulacak bu model aracılığıyla katı atık toplama sisteminin iyileştirilmesine dair öneriler sunulacaktır. 3. Oluşturulan model, optimizasyon, tahminleme, hizmet yönetimi ve senaryo analizi gibi ileriki çalışmalara temel teşkil edecektir. Model sonucunda önemli ve kritik bulunan etkenlerin öncelikli olarak ele alınması sağlanabilecektir. 4. Çalışma sonuncunda elde edilecek olan analizler ve senaryo çalışmaları sisteminin iyileştirilmesi amaçlı önemli çalışmalar için yeni kapılar açılacak ve yol gösterici olacaktır. 5. Sunulan önerinin uygulamaya geçirilmesi ile, katı atık toplama faaliyetlerinin iyileştirilmesi ile kullanılan araç sayısı azaltılabilecek, toplama zamanları düşürülecek, araçlar arasında iş yükü dengelemesi yapılabilecek, İstanbullulara daha iyi bir atık toplama hizmeti ve hijyenik, estetik ve sağlık açısından daha iyi çevre koşulları sağlanacaktır. 3 Proje Kapsamında Gerçekleştirilen Çalışmalar İstanbul Büyükşehir Belediyesi Atık Toplama Sisteminin Modellenmesi ve İ- yileştirilmesi projesi kapsamında, projenin yönünün tayin edilebilmesi ve sistem hakkında temel bilgilerin alınması için Çevre Koruma ve Kontrol Daire Başkanlığı/ Atık Yönetimi Müdürlüğünde bir toplantı düzenlenmiştir. Toplantıda harita mühendisi İsmail Ak, çevre mühendisi Veysel Erol ve çevre mühendisi Özge Nilay Çiftçi ile görüşülmüştür. Yürütücüler tarafından projenin amaçları ve kapsamı bu yöneticiler ile paylaşılmış ve onların mevcut sistem hakkındaki sorunları ve projeye yaklaşımları hakkında bilgi alınmıştır. 7

8 Toplantı sonucunda aşağıda verilen üç ana husus ön plana çıkmıştır: İlçe belediyelerinden gelen çöplerin toplanmasını ve düzenli depolama alanlarına çevreye zarar vermeden taşınmasını sağlayan 6 adet transfer istasyonunun (Yenibosna, Baruthane, Halkalı, Aydınlı, Hekimbaşı, Küçükbakkalköy) özellikle boşaltım işleminin yoğun olduğu saatlerde uzun kuyruklar oluştuğu belirtilmiştir. İlçe belediyeleri kendi sınırları içerisinde bir transfer istasyonu bulunmasını istemediği için yeni transfer istasyonlarının açılmasında zorluklar yaşanmaktadır. Bu kuyrukların azaltılması için belediyelerle koordineli çalışılarak çöp transfer saatlerinin ayarlanması mümkün olmamaktadır. Bunuun sebebi, ilçe belediyeleri çöp toplama işlemlerini yaşayanların taleplerine ve ilçelerinin trafik durumuna göre ayarlamaları sonucu büyükşehir belediyesinden gelen talepleri yerine getirmekte isteksiz oluşlarıdır. Yapılan bu toplantıdan elde edilen bilgiler ışığında, daha önce yapılan ulusal ve uluslararası ([EPA, Sty, Aar05, GDS06, EPA97, TTV93, MWFH01, TP00]) çalışmalar incelenmiş ve proje kapsamında gerekliliği belirtilen verilerin bir araya getirilmesi ve analizi için yerel belediyeler hakkında bilgi almaya faydalı olacak bir anket oluşturulmuştur. Anketin uygulanması için Katı Atık Yönetim Müdürlüğünce Bağcılar ve Bakırköy Belediyeleri pilot bölge olarak seçilmiştir. Bu belediyelerin Temizlik İşleri Müdürlükleri ile iletişime geçilmiş ve Bağcılar Belediyesi Çevre Koruma ve Kontrol Müdürü Hasan Sarı ile görüşülmüştür. Bakırköy Belediyesi Temizlik İşleri Müdürü Arif Mahmut Yazıcıoğlu na ulaşılamamış, vakit kaybetmemek için Maltepe Belediyesi Temizlik İşleri Müdürü Turan Pir ve yardımcıları ile görüşülmüştür. Bu görüşmelerde Belediyelerin mevcut atık toplama işlemleri, belediye yapısı ve hizmet amaç ve önceliklerine dair bilgi alınmıştır. Bilgi toplamak için kullanılan anket Ek-A de bilginize sunulmuştur. Yapılan görüşmeler ile pilot olarak belirlenen iki belediyelerin evsel atık toplama sistemlerinin mevcut çalışma yapısında bulunan tüm işlemler ve sistem kısıtları, mevcut katı atık toplama yönteminin ve rotalarının belirlenmesi için kullanılan yöntemler, toplama zaman ve sıklıklarına dair sosyal, yasal ve teknik kısıtlar, mevcut durumda karşılaşılan özel sorunlar, önemli ve/veya problemli 8

9 toplama noktaları hakkında bilgi alınmıştır. Ayrıca katı atık toplama maliyet yapısı için bir analiz dosyası hazırlanmıştır. Bu dosya Ek-B de bulunabilir. Bu çalışmalardan sonra Çevre Koruma ve Kontrol Daire Başkanlığı/ Atık Yönetimi Müdürlüğünde bir toplantı daha düzenlenmiştir. Projenin içeriği yönetim ile paylaşılmış ve kendilerinin proje taslağına onayı ve tavsiyeleri ile Bağcılar İlçesi nin pilot bölge seçilerek çalışmanın bu bölge üstüne yoğunlaşması kararı alınmıştır. Ayrıca kendilerinden edinilan bilgiye göre Sabancı Üniversite sinden bir grup bilim adamı tarafından da aynı konu üstüne bir proje yürütüldüğü öğrenilmiş ve aynı çalışmaların tekrar edilmemesi ve bilimsel ortaklık için ortak bir toplantı yapılması sonucuna varılmıştır. 30 Kasım 2008 tarihinde Sabancı üniversitesi öğretim görevlileri ve Çevre Koruma ve Kontrol Daire Başkanlığı/ Atık Yönetimi Müdürlüğü yönetici ve görevli personelin katıldığı bir toplantı daha düzenlenmiştir. Toplantıda, Sabancı Üniversitesi nin Şişli ilçesi için gerçekleştirdiği çalışma incelenmiş ve bu proje kapsamında yapılan çalışmalar özetlenmiş ve proje hedefleri yönetimin yönlendirmesiyle düzenlenip, ortak olarak oluşturulmuştur. Bu toplantıda ayrıca İstanbul Büyükşehir Belediyesi sınırları içinde bulunan tüm yolların, katı atık toplama noktalarının, trafik işaretlerinin ve yönlerinin, trafik tabanlı ve yasal kısıtlamaların, başlangıç ve bitiş noktalarının belirtildiği bir elektronik haritanın var olduğu öğrenilmiştir. İlgili birimlerle iletişime geçilerek pilot bölgeler için elektronik haritanın elde edilmesine çalışılmıştır fakat hiç bir makamdan olumlu sonuç alınamamıştır. Son olarak İTÜ Şehir ve Bölge Planlama Bölümü nden Prof. Dr. Handan Türkoğlu ile iletişime geçilmiş ve kendisinden İstanbul bölgesine ait bir yol haritası sağlanmıştır. Ancak bu harita güncel olmaması sebebiyle mevcut sistemle birebir ölçüşmemektedir ve yeterli trafik bilgisi içermemektedir. Bu haritada tek yönlü sokaklar, bölünmüş yollar ve dönüş kuralları ile ilgili bilgi mevcut değildir. Aynı zamanda Bağcılar Belediyesi Çevre Koruma ve Kontrol Müdürü Hasan Sarı ile bir görüşme daha ayarlanmış ve kendisinden mevcut konteynır yerleri ve taranmış ilçe haritaları alınmıştır. Ayrıca projenin Çizelgeleme bölümü için gerek duyulan bilgiler talep edilmiştir. Proje dahilinde herhangi bir ara ödeme alınmadığı için veri toplamak için düşünülen GPS sistemi alınamamıştır. Bu sebeple manuel olarak aşağıda detayları belirtilen veri toplama işine başlanmıştır. 1. Mevcut çalışma koşullarında, bir günde her tur için (1tur=Kamyonun boş olarak atık toplamaya başlamasından, boşaltıp geri dönüşü) 9

10 (a) Her kamyonun izlediği rota (b) Atık toplama başlangıç yeri ve zamanı (c) Kamyonun dolduğu yer ve zaman (d) Kamyonun transfer istasyonuna (istasyon adı ile birlikte) varış, boşaltım zamanı ve bolşalttığı atık miktarı 2. (Eğer bilgi mevcutsa) Mahallelerin nüfus yoğunlukları 3. Düzenli aralıklarla toplanması gereken caddeler ve toplama sıklıkları 4. Kamyonların belli bir süre içinde kat ettikleri toplam mesafe. Bilgiler şu anda toplanma aşamasındadır. Bilgi toplama işleminin uzun sürebileceği düşünülerek, bilgiler hazırlandığında kullanıcılar tarafından ve yalnız Bağcılar İlçesi için değil herhangi bir bölge için çalışabilecek bir sistem iyileştirme programı geliştirilmiştir. Bu programın detayları ileriki bölümlerde açıklanmıştır. Aşağıda projenin öneri aşamasında verilen amaçların karşılanması için yapılan işlemler ve bu işlemlerin detaylarının anlatıldığı ilgili bölümler özetlenmiştir. 1. Katı atık toplama sistemini tam olarak yansıtacak ve yönetim performansının ölçümüne olanak sağlayacak uygun performans kriterlerinin belirlenmesi: (a) Bağcılar Belediyesi Çevre Koruma ve Kontrol Müdürü Hasan Sarı ile yapılan görüşmelerde en önemli performans kriterleri maliyet ve hizmet seviyeleri olarak belirlenmiştir. Bu belediye ile yapılan anket sonuçları Ek-A da bulunmaktadır. (b) İlçeye ait birim atık toplama maliyetlerinin hesaplanmasına yardımcı olmak için bir Excel dökümanı geliştirilmiştir. Bu dosya da Ek-B de görülebilir. 2. Katı atık toplama bilgi sistemi için veritabanı altyapısının oluşturulması ve mevcut bilgi kaynaklarında bu veritabanına düzenli ve kullanılabilir veri akışını sağlayacak tasarımın yapılması. Elde edilen bilgilerin, ileriki analiz ve raporlama çalışmalarında kullanılabilecek şekilde düzenlenmesi için, özniteliklerinin ve ilişkilerinin analizi. Bu analize bağlı olarak ilişkisel veri tabanı tablolarının oluşturulması: 10

11 (a) En uygun atık toplama rotalarının belirlenmesi için pilot bölge sınırları içinde bir sokak ağ altyapısı ve buna bağlı atık toplama sisteminin temel alacağı bir ilişkisel veritabanı oluşturulmuştur. Oluşturulan bu veri tabanı yapısı Bölüm 4.2 de görülebilir. (b) Mevcut sistemde otomatik veri toplama sistemleri kullanımı söz konusu olmadığı için karmaşık ilişkisel bir veri tabanı sisteminden çok basit hiyerarşik bir veritabanı kullanımı uygun görülmüştür. Bunun için ilgili bilgilerin saklandığı bir Excel dosyası formatı oluşturulmuştur. Bu dosyaya ait özellikler Bölüm refexcel de açıklanmıştır. 3. Katı atık toplama sistemini etkileyen önemli etkenlerin ortaya çıkarılması. Sistem yapısının ve kısıtlarının belirlenmesi. Belirlenen etkenler ve kısıtlar çerçevesinde, katı atık toplama sisteminin kapsamlı bir modelinin oluşturulması. (a) Model tarafından ele alınacak temel unsurların ve modele eklenecek ana bileşenlerin belirlenmiş ve tüm bileşenleri ve bu bileşenler arasındaki ilişkileri ele alacak şekilde bir matematiksel model oluşturulmuştur. Ayrıca rotalama işlemleri için ArcGis tabanlı bir uygulama geliştirilmiştir. Bu modellere ve uygulamaya ilişkin detaylı açıklamalar 5 ve 4 bölümlerinde verilmiştir. 4. Oluşturulan model kapsamında senaryo analizlerinin gerçekleştirilmesi. Katı atık toplama sistemi için iyileştirme önerilerinin hazırlanması: Oluşturulan modelin yapısına göre iyileştirme için gerekli strateji, önlemler ve/veya algoritmaların oluşturulması. (a) Yapılan tüm çalışmaları içeren bir yazılım programı oluşturulmuştur. Bu program ile sistem içinde kullanılan tüm değiştirgelerin farklı değerleri ile kısa sürede ayrıntılı çözümler alınıp, senaryo analizleri yapılabilir. Ayrıca program sayesinde çalışmanın pilot bölge içinde sürekli kullanılabilirliği ve bu bölge dışındaki bölgelere de uyarlanabilirliği sağlanmıştır. 11

12 Şekil 1: Bağcılar İlçesi Krokisi 4 Rotalama Modeli Süreç üzerinde yapılan incelemeler sonucunda kamyonların haftalık toplama zaman çizelgelerinin, sisteme yeni toplama noktaları eklendikçe, belirli bilimsel verilere dayandırılmadan oluşturulduğu görülmüştür. Bu zaman çizelgeleri doğrultusunda her kamyonun gideceği rota, kamyon şoförünün kendisi tarafından belirlenmektedir. Mevcut toplama ağının takibi sonucunda toplama lojistiğinin yetersiz kaldığı görülmüş, iş gücü, mazot ve zamanın verimsiz kullanımından dolayı sürecin yüksek maliyetli olduğu gözlenmiştir. Bütün bu problemlerden dolayı, mevcut sistemde toplama süreçlerinin maliyetini azaltacak bir rotalama çalışmasına ihtiyaç duyulmaktadır. İşletim harcamaların en yüksek maliyetli kısmını oluşturduğundan belediyeler, daha sistematik çözümlere yönelmekte, bilimsel yöntemler araştırmaktadırlar. Bu nedenle çalışmamızda, İstanbul Büyükşehir Belediyesi, Katı Atık Yönetim Müdürlüğü tarafından belirlenen pilot bölgelerden Bağcılar ilçesinde, evsel atıkları toplama araçlarının tur optimizasyonu incelenmiş, her bir sokağı en az bir kez ziyaret eden, en düşük maliyetli turun uzunluğu tespit edilmeye çalışılmış ve duruma uygun sezgisel bir algoritma geliştirilerek uygulamaya konmuştur. Şekil 1 de krokisi görülen Bağcılar İlçesi, e yakın haneden oluşmaktadır. İlçe dağilinde oluşan evsel atıklar, belediye tarafından uygun noktalara yerleştirilmiş çöp bidonlarında toplanmakta ve bu bidonların içindeki 12

13 atıklar, belediye ekiplerince her gün (bazen günde bir kaç kere) tüm sokaklar dolaşılarak toplanmaktadır. Toplama işlemi, bir şoför ve iki toplayıcı olmak üzere, toplam üç kişi tarafından yapılmaktadır. Toplayıcılar, bidonları çöp toplama kamyonuna taşımak, araca yüklemek, boşaltılmasını sağlamak ve boşalan bidonu yerine götürmek işlemlerinden sorumludur. Bunun yanı sıra, ziyaret edilen sokaklarda bidonların yanına veya evlerin önüne bırakılan poşetleri araca taşıma işlemini de gerçekleştirmektedirler. Problem, bir serim üzerinde tüm araçlar tarafından katedilen toplam mesafeyi enküçükleyecek ve her düğüme bir defa uğranılacak şekilde, merkez düğüme bağlı, kapasite ve uzaklık kısıtlarını aşmayan k adet rotanın belirlenmesi problemi olarak ele alınmıştır. Genel olarak rota belirleme problemleri, Euler turlu problemler ve Hamilton turlu problemler olmak üzere iki başlıkta incelenmektedir. Euler turlu problemler, ayrıtları gezecek gezgin için tur belirlenmesi; Hamilton turlu problemler ise düğümleri gezecek gezgin için tur belirlenmesi problemidir. Her iki problem türü için farklı modeller ve farklı çözüm yaklaşımları geliştirilmiştir (Sipahioğlu, 1996). Bu projede, sınırları belli bir bölgede atık toplama aracının belirli bir kapasite dahilinde sokaklarda biriken atıkları toplama durumu söz konusu olduğundan, problemimiz basit araç rotalama probleminden çok yöneylem araştırması literatüründe iyi bilinen Kapasiteli Araç Rotalama Problemine (KARP) benzemektedir. Ancak KARP ta, araçların rotalarına başladıkları yere geri dönme zorunluluğu vardır. Katı atık toplama araçlarının rotalanmasında ise, toplama araçları genellikle tek bir sokaktan atık toplama işlemine başlayıp, transfer istasyonunun bulunduğu noktada atıkları boşaltarak turu tamamlarlar. Dolayısıyla araçların başlangıç noktasına geri dönme zorunluluğu yoktur. O halde KARP ta rotalar tur, ziyaret edilen sokaklar (konteynırlar) ise yol şeklindedir. Bağcılar belediyesi atık toplama işlemi araç rotalama problemi, V düğüm seti ve A ayrıt setini gösteren bir G = (V, A) serimi üzerinde, verilen bir başlangıç noktası (depo-0. düğüm) ve bir bitiş noktası (transfer istasyonu-n. düğüm) arasında tüm düğümlerin herhangi bir araç tarafından sadece bir defa ziyaret edildiği ve toplam dolaşım maliyeti enküçük olan turların bulunması problemi olarak ele alınmıştır. Bağcılar İlçesi için elde edebildiğimiz elektronik haritada yolların yönlerine ait bir bilgi bulunmadığından, tur belirleme problemi yönsüz KARP olarak ele alınmıştır. KARP NP (nondeterministic polynomial) karmaşıklığına sahip ve çözülmesi zaman alan bir problemdir. Bu sebeple, farklı alanlarda kullanılabilen ve kesin çözüme ulaşan tek bir ARP yaklaşımı bulunmamaktadır ve problemin çözümü 13

14 için kullanılan yaklaşımların çoğu sezgisel yaklaşımlardır. Sezgisel yaklaşımlar, probleme kesin bir çözüm bulmamakla beraber yaklaşık sonuç bulurlar. Problemin çözümüne başlamadan önce benzer özellikteki birçok çalışma incelenmiş ve lojistik alanındaki birçok somut vakada Coğrafi Bilgi Sistemleri nin (CBS) kullanıldığı görülmüştür. Lojistik problemleri yoğun coğrafi bilgi kullanımını gerektirmektedir. Uygulamanın yeri ve amacına göre bu bilgi, bir şehrin yol haritası, geniş bir kara parçasındaki yeryüzü şekilleri, dağıtım merkezlerinin bulunduğu yerler, sipariş noktaları arasındaki uzaklıklar vb. olabilmektedir. Kağıt haritalar, krokiler gibi alışılagelmiş araçlarla bu miktarda detaylı bilginin toplanması ve kullanılması oldukça zor olmaktadır. Başarılı lojistik uygulamaları için mekansal analiz çalışmaları önemli rol oynamaktadır. Coğrafi Bilgi Sistemleri nin gelişmesinin ve yaygın biçimde kullanılmasının gerisinde de coğrafi veri oluşturulması, veri yönetimi ve mekansal analiz işlerinde getirdiği ciddi kolaylık bulunmaktadır. Çalışmamızda CBS ve Yöneylem Araştırması yöntemlerinin birleştirilmiştir. Temel araç olarak yaygın bir CBS yazılımı olan ArcView GIS ve bu yazılımın bir uzantısı olan Network Analyst kullanılmıştır. Sayısal haritalar, ArcView ve benzeri yazılımların üzerinde çalışmaya imkan verdiği coğrafi veritabanları olarak işlev görmektedir. Örneğin bir şehir haritasında, cadde ve sokakların isimleri, uzunlukları, trafik bilgileri (günün saatlerine göre araç yoğunluğu, tek-yön, çıkmaz sokak vb.) hatta bina bilgileri (ismi, numarası, kat sayısı vb.) bulunabilmektedir. Bu veritabanının oluşturulması başlıbaşına bir çalışma olmaktadır. Ülkemizde özellikle İstanbul ve Ankara için bu tür çalışmalar yapılmıştır ve bu sayısal haritalar ücret karşılığında temin edilebilmektedir. İstanbul ilinin güncel bir elektronik haritası İBB kaynakları dahilinde bulunmasına ve projede kullanımı için birkaç kere talep edilmesine rağmen ilgili urumlar tarafından sağlanamamıştır. Bu sebeple çalışma için gerekli olan sayısal İstanbul haritası, İTÜ Şehir ve Bölge Planlama Bölümü nden ücretsiz olarak alınmıştır. Ancak bu harita güncel olmaması sebebiyle mevcut sistemle birebir ölçüşmemekedir. Ayrıca, yeterli trafik bilgisi içermemektedir. Elimizdeki haritada tek yönlü sokaklar, bölünmüş yollar ve binalar ile ilgili bilgi mevcut değildir. Tüm Bağcılar ilçesi için bu bilgileri tamamlamak, haritacılık teori ve pratik bilgisi gerektirdiği için, harita bilimciler tarafından hazırlanmalıdır ve bu çalışma kapsamında gerçekleştirilmesi mümkün değildir. Bu sebeple proje, bu bilgiler kullanılmadan çözüme ulaştırılmıştır. Fakat tarafımızca geliştirilen ArcGis eklentisi kullanılarak, daha sonra ilgili veriler elde edildiği takdirde kullanıcı tarafından güncellenmiş harita üstünden hesapla- 14

15 maların yapılması mümkündür. 4.1 Rotalama Algoritmaları ArcGis Network Analyst uzantısı iki nokta arasındaki en kısa mesafeyi hesaplamak için Dijkstra Algoritmasını kullanmaktadır. Edsger W. Dijkstra tarafından 1959 yılında geliştirilen ve yönlü graflara da uygulanabilen en düşük maliyetli yol çözümüdür. Bu algoritmada her düğüm için etiket verilir. Bu etiketler Geçici ve Kalıcı olarak değer alırlar. Daha iyi bir yol bulunana kadar etiket değeri Geçici dir. Eğer en iyi yol bulunmuşsa etiket Kalıcı ya dönüştürülür. Bu algoritma sadece, seçilen iki düğüm noktası arasındaki en kısa yolu verir. Örneğin A noktasından B noktasına olan en kısa yolun hesaplanması için S ile gösterilen düğüm kümesi oluşturulur. Bu küme içindeki her elemanın A noktasına olan en kısa yoluzaklığı önceden belirlenmiştir. Algoritma tekrarlı olarak kalan düğümler arasından en kısa yol uzaklığı tahminine sahip düğümleri seçerek S kümesine ekler ve bu düğüme komşu olan tüm düğümlerin en kısa yol tahminlerini günceller. ArcGis üstünde KARP problemi çözümü, önce ziyaret edilecek her konteynır çiftleri arasındaki en kısa mesafeleri Dijkstra algoritmasını kullanılarak hesaplanması ve matrise yazılması ile başlar. Daha sonra Tabu Arama algoritması kullanılarak kapasitelerin de dikkate alındığı en uygun ziyaret rotaları belirlenir. Tabu Arama (TA), Glover [Glo89a, Glo89b] tarafından kombinatoryal problemlerin çözümü için önerilmiş yüksek seviyeli bir sezgisel programlama tekniğidir. Teknik hakkında detaylı bilgiye Glover ve Laguna dan [GvL97] ulaşılabilir. Tabu Arama yı kombinatoryal bir probleme uygulamak için bir takım kararların alınması gereklidir. Bu kararlar ve ele alınan probleme göre farklılık göstermektedir. 4.2 Coğrafi Bilgi Veri Tabanı Ele aldığımız KARP nin içinde değişmeyen üç tane unsur vardır. Bunlar araçlar, depolar (Araç çıkış noktası ve transfer istasyonu) ve atık birikim merkezleridir (konteynır noktaları). Problemi uygulamak için bu üç unsurun sisteme ilave edilmesi gerekir. Araçlar, depolar ve şu temel özelliklere sahip olduğu varsayılmaktadır. 1. Araçlar; 15

16 (a) Hepsi aynı özelliklere sahiptir. (b) Sınırlı kapasiteleri vardır. (c) Belirli hızlara sahiptir. (d) Hepsi depodadır. 2. Depolar; (a) Transfer istasyonları sınırsız atık boşaltım kapasitesine sahiptir. (b) Depo araçların bulunduğu yerdir. (c) Bir düğüm üzerinde konumlandırılmışlardır. 3. Konteynırlar (a) Depo veya transfer istasyonunun bulunduğu düğüm dışında her düğüm bir konteynırı ifade etmektedir. (b) Noktalar, bulundurduğu konteynır sayılarına bağlı olarak farklı miktarda atık depolayabilirler. ArcGis programı kullanılarak oluşturulan bir coğrafi veri tabanına program içinden erişmek mümkündür. Coğrafi sistem veritabanı yanında katı atık toplama faaliyetlerinin iyileştirilmesi için bir bilgi sistemi veritabanı altyapısının oluşturulmuştur. Elde edilen bilgilerin, ileriki analiz ve raporlama çalışmalarında kullanılabilecek şekilde düzenlenmesi için, özniteliklerinin ve ilişkilerinin analizi yapılmış ve bu analize bağlı olarak ilişkisel veri tabanı tabloları Şekil 2 de görüldüğü şekilde oluşturulmuştur. 4.3 Çözüm Atık toplama rotalarının ve kamyon güzergahların belirlenmesinde mevcut haritanın Ağ haritası haline getirilmesi ilk aşamadır. Böylece sokakların uzunlukları ve kesişim yerleri belirlenerek, bu verinin yazılım tarafından kullanıma hazır olması sağlanmıştır. Sayısal haritalara eklenen her şekil, veritabanında bir kayda karşılık gelmekte ve o şekille ilgili özellikler veritabanında yeralmaktadır. Bu aşamadan sonra konteynırların Bağcılar ilçesi içindeki yerleri ve dağılımının görüntülenmesi yapılmıştır. Atıkların toplanması gereken noktalar Bağcılar genelinde dağınık bir şekilde olduğundan, bunların makul büyüklüklerde gruplandırılmıştır. Gruplandırma için ilçede bulunan mahalleler temel alınmıştır. 16

17 Şekil 2: Katı Atık Toplama Sistemi Önerilen İlişkisel Veri Tabanı 17

18 Her bir bölgede, konteynırların bulundukları yerler toplama noktası olarak belirlenmiştir. Her bir konteynır için işçilerin kamyondan konteynıra olan yürüme mesafeleri de ihmâl edilebilir niteliktedir. Merkez düğümler arasındaki uzaklıklar, Dijkstra algoritması ile hesaplanmıştır. Bu hesaplamalarda, herhangi iki düğüm arasındaki uzaklık, bu düğümler arasındaki en kısa mesafe olarak belirlenmiştir. Konteynırların bölgelere göre bulundukları yerler, Bağcılar Belediyesi, Çevre Koruma ve Kontrol Müdürlüğü nden elde edilen jpg formatlı harita dosyalarından izlenerek elektronik harita üzerinde işaretlenmiştir. Elde edilen haritanın güncel olmamasından dolayı tüm noktalar tam bir kesinlikle işaretlenemiş, bu gibi noktalar yaklaşık olarak gösterilmiştir. Yine Bağcılar Belediyesinden alınana bilgilere göre ilçe dahilinde bulunan mahallelerin her biri bir bölge olarak kabul edilmiş ve bölgelerin atık üretim dağılımın özelliklerine göre gruplandırılıp, orantılanarak her konteynır için atık üretim miktarları oluşturulmuştur. Bütün basamaklarda kullanılan yöntemler ArcMap üzerinde kodlanarak, istenilen mekansal analizler ve bilgiler hızlı ve etkili bir şekilde elde edilmiştir. Yazılan programlar Bağcılar isimli bir proje dosyasında paketlenmiş ve bu projenin oluşturulan yazılım içinden çağırılması sağlanmıştır. Konteynır kapasiteleri belirlendikten sonra daha önce bahsi geçen Kapasiteli Araç Rotalama Problemi dir (KARP) probleminin çözümü yapılmıştır. Bu problem NP-Zor sınıfında yer alığı için, bu aşamada da eniyiye yakın sonuç verebilecek sezgisel yaklaşımlar üzerine yoğunlaşılmıştır. Konteynırlar ilgili dahil oldukları bölgelere göre gruplandıktan sonra, her grubun içinde bir güzergah elde etmek için ArcView adlı yazılımın Network Analyst uzantısında mevcut olan Find Best Route (En iyi Rotayı Bul) işlevi kullanılmıştır. Bu işlevin kullanılmasını kolaylaştırmak amacıyla bir de kullanım klavuzu hazırlanmıştır. Bir bölgeye ait konteynırlar seçili iken bu düğmenin çalıştırılması ile depodan bölgeye, bölge içinde ve bölgeden transfer istasyonuna en kısa yol çizilmektedir. Böylece bu bölgeye ait atık toplama güzergahına ulaşılmaktadır. Şekil 3 da Bağlar mahallesi için örnek güzergahlar gösterilmiştir. Görüldüğü gibi, en iyi rotalar oluşturulurken kamyonların kapasiteleri de göz önüne alınmıştır. 5 Çizelgeleme Modeli Yapılan görüşmelerde atık toplama faaliyetlerinin Belediye nin en yüksek maliyet kalemlerinden biri olduğu anlaşılmıştır. Bu sonuç projeyi, maliyetlerin azaltılması 18

19 Şekil 3: Bağlar Mahallesi İçin Örnek Güzergahlar için rotalama işleminin yanı sıra atık toplama sıklıklarının çizelgelenmesinin de iyileştirilmesi doğrultusuna yönlendirmiştir. Örneğin Bağcılar ilçesinde atık toplama işlemlerinin her gün yapılması yüksek hizmet seviyesi sağlamasına rağmen ilçe, nüfusa, sanayileşme ve gelişmişlik seviyesine bağlı olarak, atık üretim hızları açısından homojen olmadığı için her bölgede oluşan atıkların, her gün toplanması işlemsel etkinsizliklere yol açmaktadır. Bu sebeple tanımlanan bölgeler için en uygun atık toplama çizelgesini verecek bir matematiksel model geliştirilmiştir. Bu çalışmada önerilen çizelgeleme modeli aşağıdaki varsayımlar dahilinde oluşturulmuştur: 1. Planlama dönemi döngüsel ve sınırlıdır. 2. Her bir mahalle bir bölge olarak tanımlanmıştır. Fakat bu bölgeler sabit değildir ve kullanıcı tarafından değiştirilebilir. Örneğin, bir mahallenin bir bölümü veya bir kaç mahalleden geçen bir grup cadde veya sokak bir bölge olarak tanımlanabilir. 3. Her bölge için bir vardiyadalık zaman biriminde üretilen atık miktarı orta- 19

20 lama olarak bilinmektedir. 4. Yarım toplama yapılmamaktadır. Bir bölgede, bir vardiyada atık toplama işlemi gerçekleştiriliyorsa bölgedeki üm konteynırlar boşaltılmalıdır. Eğer bölgelerin belli bir oranda toplanması isteniyorsa bölgeler daha küçük gruplar halinde oluşturulabilir. 5. Kullanılacak işçi ve kamyon sayıları sınırlıdır ve bilinmektedir. 6. Her bir sokakta bulunan konteynırların toplanması için gereken süre bilinmektedir. Bu süre yolun uzunluğu ve yol üstünde bulunan konteynır sayısına bağlı bir fonksiyon olarak hesaplanabilir, fakat yolun trafik durumu mevcut projenin kapsamı dışında bırakılmıştır. 7. Transfer istasyonu bölge içindeki yolların uzunluğuna kıyasla büyük olduğu için bir bölge içindeki tüm noktaların transfer istasyonuna uzaklığı aynı kabul edilmiştir. 8. Bir bölgedeki toplam konteynır sayısı ve toplam kapasiteleri bilinmektedir. 9. Kullanılan kamyonların kapasiteleri bilinmektedir. 10. Birim zaman başına işçilik ve kamyon işletim maliyetleri bilinmektedir. Bu varsayımlara bağlı olarak Atama probleminin çözülmesi için bir Tam Sayılı Karışık Programlama modeli önerilmiş ve geliştirilmiştir. 5.1 Değişkenler Modelde kullanılan değişken, işaret ve değiştirgeler aşağıda listelenmiştir. 5.2 Hedefler Çizelgeleme probleminde hedef olarak toplam atık toplama maliyetlerin enazlanması hedef olarak seçilmiştir. Dikkat edilmesi gereken nokta, toplam maliyetler olarak tanımlanan kavramın yalnızca operasyonel maliyetlerden oluşmadığı, mahallelerde biriken çöp seviyesinin halk üzerinde yarattığı rahatsızlık seviyesi de ceza maliyeti olarak modele eklenmiştir. 20