Waste Management Model with Timed Colored Petri Nets

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorRozhkov, Hryhorii
dc.contributor.authorKlymenko, Iryna
dc.date.accessioned2026-02-05T12:05:49Z
dc.date.available2026-02-05T12:05:49Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractWaste management is a key element in the functioning of modern cities.This paper presents a new model of a waste collection system, described as a discrete-event system (DES), implemented using Timed Colored Petri Nets (TCPNs) in combination with an integrated Python server. The model is developed with consideration of container filling dynamics and variable routes, which ensures alignment with real urban conditions.A key element of the developed model is the interface of a vehicle routing problem with capacity constraints, multiple trips, and time windows (MTCVRPTW), which enables vehicles to service containers multiple times during a scheduled period while adhering to volume and time restrictions. The model supports configuration of parameters such as operational delays, container filling and overflow volumes, and vehicle load capacity. The simulation is implemented in CPN IDE using time series as input data, partitioned for efficient processing. Information about container filling levels and road conditions is periodically updated during real-time simulation, enhancing scalability and performance. The model generates event logs—movement, unloading, overflow, and servicing—which are processed by Python scripts to calculate performance metrics.The main performance metrics of the waste collection system were defined, including route distance and time, unloading efficiency, container overflow volume, servicing efficiency, and deviations of planned routes from the schedule.To demonstrate the operation of the model, an experiment was conducted using synthetic data approximating real-world conditions. The locations of 10 containers, unloading points, and depots were determined using the Google My Maps service based on coordinates of real objects in Kyiv. Realistic route distances and travel times were generated using the Google Distance Matrix API. The MTCVRPTW algorithm for two vehicles scheduled two trips per week according to static routes. The simulation of the model generated event logs, which were then used to calculate performance metrics. The analysis of these metrics revealed significant limitations of static route planning and highlighted the need for adaptive strategies that account for the actual state of containers and traffic.The proposed model is a flexible tool for evaluating, analyzing, and improving waste collection strategies in cities
dc.description.abstractotherУправління відходами є ключовим елементом функціонування сучасних міст. У статті представлено нову модель системи збору відходів, що описується як дискретно-подійна система (DES), реалізована за використанням часових кольорових мереж Петрі (TCPNs) у поєднанні з інтегрованим сервером на Python. Модель розроблена з урахуванням зміни динаміки заповнення контейнерів та змінних маршрутів, що дозволяє досягти відповідності реальним міським умовам. Ключовим елементом розробленої моделі є інтерфейс алгоритму планування маршрутів транспортних засобів з обмеженнями на вантажомісткість, з кількома поїздками та часовими вікнами (MTCVRPTW), що дозволяє транспортним засобам багаторазово обслуговувати контейнери за плановий період, дотримуючись обмежень за обсягом і часом. Модель підтримує налаштування таких параметрів, як затримки в роботі, обсяг заповнення та переповнення контейнерів, а також вантажомісткість кузова автомобіля. Симуляцію реалізовано в CPN IDE з використанням часових рядів як вхідних даних, розділених на партиції для ефективної обробки. Інформація про наповнення контейнерів і дорожні умови періодично довантажується під час моделювання в реальному часі, що підвищує масштабованість і продуктивність. Модель генерує логи подій: рух, розвантаження, переповнення та обслуговування, які обробляються Python-скриптами для розрахунку метрик ефективності. Було визначено основні метрики ефективності системи сміттєзбору, що включають відстань та час маршрутів, ефективність розвантаження, обсяг переповнення контейнерів, ефективність обслуговування і відхилення запланованих маршрутів від графіка. Для демонстрації роботи моделі було проведено експеримент із використанням синтетичних даних, наближених до реальних умов. Розташування 10 контейнерів, точки розвантаження та депо було визначено за допомогою сервісу Google My Maps на основі координат реальних об’єктів у місті Київ. Генерація реалістичних маршрутних відстаней і часу виконувалася за допомогою Google Distance Matrix API. Алгоритм MTCVRPTW для 2-х автомобілів запланував по два виїзди на тиждень відповідно до статичних маршрутів. Симуляція моделі згенерувала логи подій, які були використані для підрахунку метрик ефективності. Аналіз метрик показав значні обмеження статичного планування маршрутів і підкреслив необхідність впровадження адаптивних стратегій, що враховують реальний стан контейнерів і трафік. Запропонована модель є гнучким інструментом для оцінки, аналізу і покращення стратегій збору відходів у містах.
dc.format.pagerangeP. 132-151
dc.identifier.citationRozhkov, H. Waste Management Model with Timed Colored Petri Nets / Hryhorii Rozhkov, Iryna Klymenko // Information, Computing and Intelligent systems. – 2025. – No. 6. – P. 132-151. – Bibliogr.: 13 ref.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2786-8729.6.2025.333736
dc.identifier.orcid0009-0009-5343-8974
dc.identifier.orcid000-0001-5345-8806
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/78668
dc.language.isoen
dc.publisherNational Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
dc.publisher.placeKyiv
dc.relation.ispartofInformation, Computing and Intelligent systems, No.6, 2025
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectмоделювання збору сміття
dc.subjectоптимізація збору сміття
dc.subjectдискретні системи
dc.subjectмережі Петрі
dc.subjectзадача маршрутизації транспортних засобів
dc.subjectwaste management
dc.subjectwaste management optimization
dc.subjectdiscrete event systems
dc.subjectPetri nets
dc.subjectvehicle routing problem
dc.subject.udc004.94, 628.477
dc.titleWaste Management Model with Timed Colored Petri Nets
dc.title.alternativeМодель системи управління відходами з використанням часових кольорових мережі Петрі
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
132-151.pdf
Розмір:
1.74 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Information, Computing and Intelligent systems, No. 6