Waste Collection Based on a Real Time Route Planning System

Recolha de Resíduos com Base num Sistema de Planeamento de Rotas em Tempo Real

Workshop: Smart Waste Collection — Results and Challenges

Workshop: Recolha Inteligente de Resíduos — Resultados e Desafios

Date: February 19th, 2020.

Schedule: 14:00 to 17:30.

Presentation(PDF): WSmartRoute_Workshop

Registration (free, limited to room capacity): https://forms.gle/Zpct7h7ydspAhnm46.

Program:
14h-14h30: Reception
14h30-14h40: General Presentation about the WSmart Route Project (Tânia Ramos, IST)
14h40-15h05: Selective Collection in Coastline Central Portugal (Mª João Conceição, ERSUC)
15h05-15h30: Volumetric Sensors and the 360Waste Platform (Hélio Silva, EVOX)
15h30-16h00: Main Results from the WSmart Route Project (Tânia Ramos, IST)
16h00-16h30: Coffee-Break
16h30-17h30: Debate - Recommendations and Challenges for a Smart(er) Waste Collection (Moderator: António Pais Antunes, Coimbra University)

Location: Hotel VIP Grand Lisboa.

Data: 19 de Fevereiro de 2020.

Horário: 14:00 às 17:30.

Apresentação(PDF): WSmartRoute_Workshop

Inscrições (gratuitas, limitadas à capacidade da sala): https://forms.gle/Zpct7h7ydspAhnm46.

Agenda:
14h-14h30: Receção aos Participantes
14h30-14h40: Apresentação Geral do Projeto WSmart Route (Tânia Ramos, IST)
14h40-15h05: Recolha Seletiva no Litoral Centro (Mª João Conceição, ERSUC)
15h05-15h30: Sensores de Volume e a Plataforma 360Waste (Hélio Silva, EVOX)
15h30-16h00: Principais Resultados do Projeto WSmart Route (Tânia Ramos, IST)
16h00-16h30: Coffee-Break
16h30-17h30: Debate - Recomendações e Desafios para uma Recolha (mais) Inteligente de Resíduos (Moderador: António Pais Antunes, Universidade de Coimbra)

Local: Hotel VIP Grand Lisboa.

Project Description

Descrição do Projecto

The WSmart Route project aims to explore a new paradigm that relies on smart waste management, where real time data plays a central role in changing the way operations are managed today, moving from a static to dynamic routes definition. The tool to be developed will integrate technology with management concerns contributing to improve the companies’ operations decision-making process.
Based on the team's experience in static waste collection optimization and on preliminary results obtained from seminal studies on dynamic waste collection, it is estimated that the usage of a planning tool like the one proposed should lower companies’ operational costs around 35% and increase their kg/km ratio by 40%.

O projeto WSmart Route tenciona explorar um novo paradigma baseado em gestão de resíduos inteligente, onde a informação em tempo real tem um papel central na alteração da forma como as operações são geridas hoje. A ferramenta a ser desenvolvida integrará a tecnologia com as preocupações de gestão, contribuindo para melhorar o processo de tomada de decisão.
Com base na experiência da equipa em otimização de rotas estáticas de recolha de resíduos e em alguns resultados preliminares obtidos a partir de estudos seminais sobre a recolha dinâmica de resíduos, estima-se que a utilização da ferramenta a desenvolver irá baixar os custos operacionais das empresas em cerca de 35% e aumentar o rácio kg/km em 40%.

Objectives & Tasks

Objectivos & Tarefas

The present project proposes an innovative tool for smart waste management aiming to improve the quality of the operational decisions in the waste collection business. To achieve such goal, the aim of this research project is to:

  1. Given the volumetric sensors in use by one of the project’s partners, validate the accuracy of the data measured and define the requirements, in terms of information, needed for the real time route planning tool;
  2. Develop and test a planning tool based on new mathematical models and state-of-the-art solution methods to define dynamic optimal routes considering the data provided by the sensors and accounting for the issues above mentioned;
  3. Assess the benefits of the real time route planning tool and develop a cost-benefit analysis comparing the as-is to the to-be situation in a real case study.

O presente projecto propõe uma ferramenta inovadora para uma gestão de resíduos inteligente, visando aumentar a qualidade das decisões operacionais tomadas pelos operadores de resíduos. Para alcançar este objetivo, o presente projeto pretende:

  1. Dado os sensores volumétricos em utilização por um dos parceiros deste projeto, validar a precisão dos dados medidos e definir os requisitos, em termos de informação, necessários para a ferramenta de planeamento de rotas;
  2. Desenvolver e testar a ferramenta de planeamento baseada em novos modelos matemáticos e métodos de solução para definir rotas dinâmicas ótimas que levem em conta a informação transmitida pelos sensores volumétricos e as questões previamente mencionadas;
  3. Avaliar os benefícios da ferramenta e desenvolver uma análise custo-benefício, comparando a situação atual com a situação futura num caso de estudo real.

In order to achieve the objectives listed above, the project was broken down into several tasks. The interaction between the tasks and how they may lead to an eventual prototype is illustrated in the figure below.

Para alcançar os objectivos descritos em cima, o projecto foi dividido em várias tarefas. A interacção entre as várias tarefas e a forma como elas podem resultar no desenvolvimento de um protótipo está ilustrado na figura em baixo.

Overview of the project's tasks and phases.

Visão geral das tarefas e fases do projecto.

Findings

Resultados

Current route planners are seeing improvements in the mass-to-distance ratio of up to 20%, and improvements in profits of up to 7%, as shown in the graphs below.

O planeamento de rotas actual consegue atingir melhorias na proporção massa-para-distância até 20%, e melhorias nos lucros até 7%, como está ilustrado nos gráficos em baixo.

Improvements in operational efficiency and profits.

Melhorias na eficiência operacional e nos lucros.

Task 1: Technology and Information Management

Tarefa 1: Gestão de Tecnologia e de Informação

• Selecting the test containers.

• Selecção dos contentores de teste.

• Preparing the test containers.

• Preparação dos contentores de teste.

• Installing the sensors.

• Instalação dos sensores.

• Accessing the sensor data.

• Acesso aos dados dos sensores.

• The manual registration form.

• O formulário para registos manuais.

• Comparison between sensor readings and manual registrations.

• Comparação entre leituras dos sensores e registos manuais.

Task 2: Mathematical Models for Waste-TOP

Tarefa 2: Modelos Matemáticos para TOP na Recolha de Resíduos

• Published paper.

• Artigo publicado.

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Carregar redireciona à página web do editor.

• Approaches tested.

• Abordagens testadas.

Task 3: Solution Methods for Waste-TOP

Tarefa 3: Métodos de Solução para TOP na Recolha de Resíduos

• Simulated Annealing for 100 bins.

• Simulated Annealing para 100 contentores.

• Simulated Annealing for 226 bins without route distance balancing.

• Simulated Annealing para 226 contentores sem balanceamento da distância das rotas.

• Simulated Annealing for 226 bins with route distance balancing.

• Simulated Annealing para 226 contentores com balanceamento da distância das rotas.

Dissemination of Results

Divulgação de Resultados

• Presentation for the EURO Working Group on the Practice of Operations Research (EWG POR).

• Apresentação para o EURO Working Group on the Practice of Operations Research (EWG POR).

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• Presentation for the seventh meeting of the EURO Working Group on Vehicle Routing and Logistics Optimization (VeRoLog 2019).

• Apresentação para o sétimo encontro do EURO Working Group on Vehicle Routing and Logistics Optimization (VeRoLog 2019).

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• Presentation for the thirtieth European Conference on Operational Research (EURO 2019).

• Apresentação para a trigésima Conferência Europeia sobre Investigação Operacional (EURO 2019).

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• Presentations for the twentieth congress of the Portuguese Association for Operational Research (APDIO 2019).

• Apresentações para o vigésimo congresso da Associação Portuguesa de Investigação Operacional (APDIO 2019).

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• Presentation for the twelfth CITTA International Conference on Planning Research (CITTA 2019).

• Apresentação para a décima segunda Conferência Internacional do CITTA (CITTA 2019).

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Test instances

Instâncias de teste

The test instances that were used to obtain the results illustrated at the published papers cited above can be downloaded below.

As instâncias de teste que foram usadas para obter os resultados ilustrados nos artigos publicados acima podem ser descarregadas abaixo.

• Instances for the IRP.

• Instancias para o IRP.

- Morais, C. S., Ramos, T. R. P., Lopes, M. & Barbosa-Póvoa, A. P. (2022) A data-driven optimization approach to plan smart waste collection operations. International Transactions in Operational Research, DOI: 10.1080/23302674.2022.2086717.

Benchmark instances can be downloaded here and here.

- Morais, C. S., Ramos, T. R. P., Lopes, M. & Barbosa-Póvoa, A. P. (2022) A data-driven optimization approach to plan smart waste collection operations. International Transactions in Operational Research, DOI: 10.1080/23302674.2022.2086717.

As instâncias podem ser descarregadas aqui e aqui.

• Instances for the VRPP.

• Instancias para o VRPP.

- Morais, C. S., Jorge, D. R. R., Aguiar A. R., Barbosa-Póvoa, A. P., Antunes, A. P. & Ramos, T. R. P. (2022) A solution methodology for a Smart Waste Collection Routing Problem with workload concerns: computational and managerial insights from a real case study. International Journal of Systems Science: Operations & Logistics, DOI: 10.1111/itor.13235.

Benchmark instances can be downloaded here. The file file_structure.txt demonstrates the structure of the file and the meaning of each field.

- Morais, C. S., Jorge, D. R. R., Aguiar A. R., Barbosa-Póvoa, A. P., Antunes, A. P. & Ramos, T. R. P. (2022) A solution methodology for a Smart Waste Collection Routing Problem with workload concerns: computational and managerial insights from a real case study. International Journal of Systems Science: Operations & Logistics, DOI: 10.1111/itor.13235.

As instâncias podem ser descarregadas aqui. O ficheiro file_structure.txt demonstra a estrutura do ficheiro e o significado de cada campo.

Our team

A nossa equipa

To accomplish the project’s goals a multidisciplinary team was assembled including members from two Portuguese Universities (IST-UL and UC), from the MIT, an industrial partner from the IT field, EVOX, and a recyclable waste collection company, ERSUC. The participation of the companies will enhance the innovative characteristics of the project, as it will enable the development of transferable solutions promoting the project's economic value while expanding academic knowledge.

Para alcançar estes objectivos, juntámos uma equipa multidisciplinar que inclui membros de duas Universidades portuguesas (IST-UL e UC), do MIT, um parceiro industrial da área das TI (EVOX) e um operador de resíduos (ERSUC). A participação das empresas enfatiza as características inovadoras do projecto, permitindo a transferência de conhecimento, o que promove o valor do projecto ao mesmo tempo que amplia o conhecimento académico.

Tânia Ramos

Tânia Ramos

Principal Investigator
Assistant Professor @ IST
Investigadora Principal
Professora Assistente @ IST

Ana Póvoa

Ana Póvoa

Research fellow
Full Professor @ IST
Investigadora
Professora Catedrática @ IST

Carolina Morais

Carolina Morais

Research fellow
PhD Student @ IST
Bolseira
Aluna de Doutoramento @ IST

Raquel de Aguiar

Raquel de Aguiar

Research fellow
PhD Student @ IST
Bolseira
Aluna de Doutoramento @ IST

Yoeri Brouwer

Yoeri Brouwer

Research fellow
MSc Student @ IST
Bolseiro
Aluno de Mestrado @ IST

António Pais Antunes

António Pais Antunes

Research fellow
Full Professor @ UCoimbra
Investigador
Professor Catedrático @ UCoimbra

Diana Jorge

Diana Jorge

Research fellow
Postdoc @ UCoimbra
Investigadora
Doutorada @ UCoimbra

Hélio Silva

Hélio Silva

Industry Partner
Founder @ Evox Technologies
Parceiro Industrial
Fundador @ Evox Technologies

Cynthia Barnhart

Cynthia Barnhart

Research fellow
Chancellor @ MIT
Investigadora
Chanceler @ MIT

Patrick Jaillet

Patrick Jaillet

Research fellow
Full Professor @ MIT
Investigador
Professor Catedrático @ MIT

Our partner

O nosso parceiro

ERSUC is a leading company in the Environmental Waste Treatment and Valuation sector in Portugal. As a member of the MOTA-ENGIL/URBASER Group, they are responsible for handling Waste Treatment and Valuation in a way which is environmentally correct and economically sustainable, thus contributing to improvements in quality of life and the environment.

A ERSUC é uma empresa de referência no setor Ambiental e Tratamento e Valorização de Resíduos em Portugal. Integrada no Grupo MOTA-ENGIL/URBASER, é responsável por assegurar o Tratamento e Valorização de Resíduos, da forma ambientalmente mais correta e economicamente sustentável, contribuindo para a melhoria da qualidade de vida e do ambiente.

Project Funding

Financiamento

This project has received funding from MIT Portugal and FCT (Fundação para a Ciência e Tecnologia).

Este projecto recebeu financiamento do MIT Portugal e da FCT (Fundação para a Ciência e Tecnologia).