Ottimizzazione dei cicli di raccolta di rifiuti urbani

L’esigenza dell’Impresa

Nell’ambito del progetto O.N.D.E.-UWC (Optimization for Networked Data in Environmental Urban Waste Collection), il partner di progetto Cidiu Servizi SpA ha identificato la necessità di ottimizzare i propri cicli di raccolta del rifiuto sul territorio di competenza, continuando ad assicurare ai Comuni e ai cittadini lo svuotamento dei contenitori, prima che questi siano pieni oltre una determinata soglia di accettabilità.

Il problema scientifico

Sviluppo di una metodologia per stimare il livello di riempimento di ogni singolo contenitore, basandosi sullo storico delle pesate in fase di svuotamento. Conseguente identificazione, per ogni turno di lavoro, del set ottimale di contenitori da svuotare e delle risorse da utilizzare, vincolata al numero e alla capacità dei veicoli di raccolta disponibili, alla durata del turno di lavoro, alla tipologia di rifiuto e alla soglia minima di riempimento del singolo contenitore. La metodologia fornisce la pianificazione delle risorse settimanali.

Metodologie e soluzioni sviluppate

A partire dai dati prelevati durante i cicli di raccolta dei rifiuti dai mezzi dotati di transponder, di bilancia e di localizzatore GPS sviluppati dal partner di progetto Nord Engineering, è stato possibile progettare e sviluppare un software di pianificazione, integrato con le banche dati e con il gestionale dell’azienda di raccolta rifiuti. Questo software permette al personale di Cidiu Servizi SpA di pianificare ogni giorno i turni per i giorni successivi. Il cuore di questo software è un algoritmo di ottimizzazione, sviluppato dal gruppo ORO del Politecnico di Torino. Partendo dai dati raccolti e dalla stima dei riempimenti, l’algoritmo costruisce e ottimizza il modello matematico del problema corrispondente, in tre fasi. Nella prima, le dimensioni del modello sono ridotte tramite tecniche di clustering, successivamente, un solver commerciale ne calcola la soluzione ottima e una fase di post-processing rifinisce la soluzione ottimizzando il routing tra i singoli contenitori. Le principali difficoltà affrontate riguardano la dimensione del problema reale che si è risolto. Il numero di contenitori considerati nel modello non permetteva la risoluzione del problema in tempi compatibili con quelli delle attività giornaliere. L’utilizzo di tecniche di clustering e di un processo di post-ottimizzazione hanno permesso di ridurre i tempi di calcolo garantendo, allo stesso tempo, la bontà delle soluzioni trovate. L’ottimizzatore è stato inserito all’interno di un sistema più complesso, sviluppato dal partner moltosenso, che ha integrato e gestito banche dati eterogenee per tipologia e modalità di condivisione del dato (è stato necessario lo sviluppo di interfacce ad hoc di comunicazione tra i diversi database del partner Cidiu Servizi). La complessità è stata determinata anche dalla gestione dei Big Data di progetto, con metodologie di query innovative in real time e ottimizzate per lavorare in ambiente cloud PaaS. Inoltre, gli output del pianificatore sono stati standardizzati ed elaborati per essere fruiti a valle da diversi applicativi, adatti a utilizzare dati con semantiche molto diverse:

1. l’interfaccia di validazione dei percorsi, ad uso dei capi-squadra di Cidiu Servizi, mediante la quale chi pianifica riceve già una stima della ripartizione dei costi tra i Comuni serviti;

2. l’App che mostra i percorsi validati agli autisti dei mezzi e li guida passo passo nell’attuazione del servizio, offrendo strumenti di segnalazione delle problematiche connesse alla raccolta;

3. il gestionale del partner Cidiu Servizi, che necessita di trasformare i percorsi validati in dati gestionali, quali Ordini di Servizio, bolle di scarico, ecc.;

4. l’App ad uso dei cittadini, che possono visionare in tempo reale la posizione dei mezzi di raccolta (per evitare congestioni del traffico) e il quantitativo medio di CO2 spesa per svuotare il singolo contenitore, in confronto al quantitativo speso senza l’ottimizzatore;

5. la dashboard pensata per le amministrazioni, che possono accedere a dati aggregati, utili alla pianificazione dei servizi sul proprio territorio.

Infine, il sistema è stato dotato della funzionalità grazie alla quale adesso è possibile, per il partner Cidiu Servizi, suddividere in maniera precisa a ogni Comune servito tanto il peso prelevato sul suo territorio, quanto il tempo impiegato per effettuare il servizio. Questa suddivisione oggettiva (basata sui dati monitorati durante il ciclo di raccolta), permette ulteriori ottimizzazioni dei cicli stessi, in quanto è possibile ovviare agli scarichi intermedi tra il servizio ad un Comune e quello al successivo, in quanto la suddivisione dei costi di smaltimento è oggettivamente calcolabile utilizzando le pesature intermedie di ogni contenitore visitato. In particolare, l’attribuzione dei tempi per singolo Comune, ha visto moltosenso e Cidiu Servizi sviluppare un algoritmo innovativo e piuttosto complesso, di analisi e gestione di serie temporali discrete (e talvolta frammentate), direttamente prelevate dal localizzatore GPS a bordo mezzo.

Risultati e benefici per il cliente

Il sistema sviluppato permette a Cidiu Servizi SpA una riduzione di circa il 30% dei turni in fase di pianificazione e – come conseguenza – restituisce ai cittadini un risparmio di circa il 20% di emissioni di CO2.

Partner dello Sportello Matematico: ORO