Difference between revisions of "Simulace plastového znečištění oceánů"
(→Nastavitelné parametry a ukazatele) |
|||
| Line 100: | Line 100: | ||
*Počet mikroplastů v oceánech: 24 400 000 000 000 | *Počet mikroplastů v oceánech: 24 400 000 000 000 | ||
*Hmotnost mikroplastů v oceánech: 82 000 000 kg až 578 000 000 kg <ref name = twelfth> <i>Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting </i> https://www.sciencedaily.com/*releases/2021/10/211027122120.htm </ref> | *Hmotnost mikroplastů v oceánech: 82 000 000 kg až 578 000 000 kg <ref name = twelfth> <i>Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting </i> https://www.sciencedaily.com/*releases/2021/10/211027122120.htm </ref> | ||
| − | *Průměrná hmotnost mikroplastů v oceánech: (82 000 000 / 578 000 000) / 2 = | + | *Průměrná hmotnost mikroplastů v oceánech: (82 000 000 / 578 000 000) / 2 = 330 000 000 kg |
| − | *Hmotnost jednoho mikroplastu = | + | *Hmotnost jednoho mikroplastu = 330 000 000 / 24 400 000 000 000 = 0,0000135 kg |
*Celková hmotnost mikroplastů v GPGP = 0,0000135 * 1 692 000 000 000 = 22 883 607 kg | *Celková hmotnost mikroplastů v GPGP = 0,0000135 * 1 692 000 000 000 = 22 883 607 kg | ||
| − | *Celková hmotnost makroplastů v GPGP = 100 000 000 - 22 883 607 = '''77 116 393''' | + | *Celková hmotnost makroplastů v GPGP = 100 000 000 - 22 883 607 = '''77 116 393 kg''' |
'''Kontrola souladu vstupních hodnot pro generování shluku s reálnými hodnotami ve světě''' | '''Kontrola souladu vstupních hodnot pro generování shluku s reálnými hodnotami ve světě''' | ||
| − | *Ukazatel: Shoda s realitou [%] [(number-of-plastics / 108000000000) * 100] | + | *Ukazatel: Shoda s realitou - počet [%] [(number-of-plastics / 108000000000) * 100] |
| − | *Ukazatel: Shoda s realitou [%] [((total-plastics-weight / 77116393) * 100)] | + | *Ukazatel: Shoda s realitou - hmotnost [%] [((total-plastics-weight / 77116393) * 100)] |
*Ukazatel: Celková shoda úvodního počtu a hmotnosti plastů s realitou [%] [(((number-of-plastics / 108000000000) * 100) + ((total-plastics-weight / 77116393) * 100)) / 2] | *Ukazatel: Celková shoda úvodního počtu a hmotnosti plastů s realitou [%] [(((number-of-plastics / 108000000000) * 100) + ((total-plastics-weight / 77116393) * 100)) / 2] | ||
Revision as of 21:08, 16 June 2024
Název simulace: Simulace plastového znečištění oceánů
Autor: Štěpán Kovařík - kovs04
Modelovací nástroj: NetLogo
Stav projektu: NA PROJEKTU SE PRACUJE, STRÁNKA NENÍ DOKONČENA
Contents
Definice problému
Vynálezem plastu člověk zhotovil zcela nový problém, který tkví v samotné podstatě plastových výrobků - jejich vlastnosti, které jsou pro konzumní společnost tak lákavé, jsou zároveň velkým trnem v oku přírody, jelikož rozklad takového plastu trvá neprakticky dlouho. Jedním z dopadů neschopnosti lidstva bezpečně a spolehlivě zpracovávat plastové odpady na makroekonomickém měřítku je znečištění řek a oceánů. Tato práce se pokouší pomocí simulace takového znečištění přinést užitečný vhled do problematiky jak pro laika, který nemá o základních skutečnostech povědomí, tak pro zkušené experty, kteří mohou potenciálně výsledky simulace a spojitosti v ní vytvořené použít pro podporu rozhodovacího procesu v rámci definice klíčových faktorů nejen na samotné znečištění oceánů, ale i na jeho mitigaci. Jednou z organizací, která si dala za úkol tento problém řešit, je Ocean Cleanup [1], z jejichž přístupu a metod tato simulace vychází. Oblast zaměření simulace je orientována na největší shluk plastu v oceánu, kterým je Great Pacific Garbage Patch (GPGP) [2], který se nachází západně od Kalifornie, USA.
Cílem simulace je zkoumat mitigační schopnosti úklidových lodí v oblasti Great Pacific Garbage Patch a navrhnout hrubý plán projektu, který by symbolizoval optimální počet nasazených úklidových lodí pro efektivní odbyt plastu a hlavní faktory příspívající do navyšujícího se znečištění a efektivity samotného úklidu.
Metoda
Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo [3], který slouží pro modelování agentních simulací. Agenti jsou jednotlivé subjekty v daném systému a prostředí, kteří spolu určitým způsobem interagují - stejně jako v oceánu interagují úklidové lodě a kusy plastu. Z důvodu podobnosti těchto jevů byl na základě autorova úsudku o vhodnosti zvolen právě tento program.
Agenti simulace:
- plastics = Jednotlivý kus plastu - v základu je staticky vygenerován, je však možné ho generovat jako přísun nového plastu.
- boats = Sběrné lodě, které sbírají kusy plastu, a odváží ho do přístavu.
- ports = Přístavy, ze kterých vyplouvají sběrné lodě, a kde vykládají svůj náklad.
Model
Mapa simulace
Simulace se odehrává v oceánských vodách pacifického oceánu mezi Havají a pobřežím Kalifornie, kde se shlukuje největší shluk oceánského plastového znečištění na světě. Měřítko mapy je 1 patch = 8km v realitě.
Výpočet měřítka:
- 1. Nejdříve byla analyzována vzdálenost mezi dvěma body na mapě pomocí nástroje FreeMapTools [4]
- 2. V dalším kroku byly stejné vzdálenosti analyzovány pomocí XY soustavy souřadnic přímo v NetLogu, kde byly totožné body zaznamenány ve formě X/Y souřadnic. Z nich pak byla pomoc nástroje CalculatorSoup [5] vypočítána vzdálenost, která se následně porovnala se vzdáleností v realitě. Výsledky porovnání byly pak zprůměrovány a zaokrouhleny. Pro větší kalibraci je vhodné zvolit vícero bodů, nicméně autorovi se číslo shodovalo i z předchozích iterací se starou verzí mapy, která měla velmi podobné měřítko. Veškeré vzdálenostní metriky které operují s kilometry je teda pro potřeby NetLoga, například rychlost sběrné lodě, vydělit osmi.
Nastavitelné parametry a ukazatele
Sběrné lodě
- boats-num: Nastavení počtu sběrných lodí, které se úklidu účastní. [1-10]
- Výpočet: The Ocean Cleanup počítá s plánem až 10 sběrných lodí, což určí strop počtu. [6]
Kapacita lodě
- boat-capacity: Nastavení kapacity sběrných lodí.
- Výpočet: Každá loď má zásobník na 8 kontejnerů po 1000kg, ale viditelně je místa dostupného víc. [8 000 kg - 2 0000 kg] [8 - 20 kontejnerů][7]
- Ukazatel: Počet kontejnerů s kapacitou 1000 kg: Kolik kontejnerů je sběrná loď schopná pojmout
- Výpočet: [boat-capacity / 1 000]
Rychlost lodě - cestování
- boat-speed: Rychlost lodě při běžném cestování [20 - 60]km/h]
- Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight[8] jedou rychlostí 16 - 24 uzlů.
- 16 * 1,852 = 29,632 = ~ 30 km/h
- 24 * 1,852 = 44,448 = ~ 45 km/h
- Přidány spodní i horní rezervy pro účely simulace.
Ukazatel: Rychlost lodě při běžném cestování v uzlech
- Výpočet: [boat-speed / 1.82] [9]
Rychlost lodě - sběr plastu
boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [1 - 10] km/h]
Ukazatel: Rychlost lodě při sběru plastu v uzlech
- Výpočet: [boat-speed-while-harvesting / 1.82]
Proměnné spojené s přístavem
selected-port: Přístav [Victoria / San Francisco / Los Angeles][12] Důvod vybrání přístavu: Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup[13]
- San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.[12]
emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
- Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-5 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]
Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu [ks]
- Výpočet: [emptying-speed / 1000]
Vstupní hodnoty pro generování plastového shluku
number-of-plastics: Vstupní hodnota vyjadřující úvodní počet plastu v shluku [Realita: 108 000 000 000 ks]
- Výpočet:
- Počet plastů v GPGP: 1 800 000 000 000
- 94% z 1 800 000 000 000 = 0,94 * 1 800 000 000 000 = 1 692 000 000 000 [počet mikroplastů - ty pro předmět simulace nejsou důležité, jelikož sběrnou lodí nejdou zachytit]
- 6% z 1 800 000 000 000 = 0,6 * 1 800 000 000 000 = 108 000 000 000 [počet makroplastů = v kontextu projektu nazývány pouze jako "plasty"] [14]
total-plastics-weight: Vstupní hodnota vyjadřující úvodní celkovou hmotnost plastů v shluku [Realita: 77 116 393 kg]
- Výpočet:
- Počet mikroplastů v oceánech: 24 400 000 000 000
- Hmotnost mikroplastů v oceánech: 82 000 000 kg až 578 000 000 kg [15]
- Průměrná hmotnost mikroplastů v oceánech: (82 000 000 / 578 000 000) / 2 = 330 000 000 kg
- Hmotnost jednoho mikroplastu = 330 000 000 / 24 400 000 000 000 = 0,0000135 kg
- Celková hmotnost mikroplastů v GPGP = 0,0000135 * 1 692 000 000 000 = 22 883 607 kg
- Celková hmotnost makroplastů v GPGP = 100 000 000 - 22 883 607 = 77 116 393 kg
Kontrola souladu vstupních hodnot pro generování shluku s reálnými hodnotami ve světě
- Ukazatel: Shoda s realitou - počet [%] [(number-of-plastics / 108000000000) * 100]
- Ukazatel: Shoda s realitou - hmotnost [%] [((total-plastics-weight / 77116393) * 100)]
- Ukazatel: Celková shoda úvodního počtu a hmotnosti plastů s realitou [%] [(((number-of-plastics / 108000000000) * 100) + ((total-plastics-weight / 77116393) * 100)) / 2]
Přísun plastu do plastového shluku
plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 100]
total-income-weight: Kolik celkové hmotnosti plastů přibyde do shluku za hodinu [0-100]
Obecné údaje o stavu simulace
Ukazatel: updated-plastics-count: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny] [updated-plastics-weight-sum / 1000]
Údaje o uražených kilometrech
Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [total-distance-traveled]
Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [total-distance-spent-harvesting]
Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]
Ukazatel: Podíl sběrné vzdálenosti k celku [%] [(total-distance-spent-harvesting / total-distance-traveled) * 100]
Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]
Ukazatel: Podíl cestovací vzdálenosti k celku [%] [((total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting) / total-distance-traveled) * 100]
Údaje o uplynulém čase
Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce] [total-time-passed / 720]
Ukazatel: Uplynulý čas [dny] [total-time-passed / 24]
Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny] [total-time-passed]
Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny] [total-time-spent-harvesting / boats-num]
Ukazatel: Čas strávený sběrem [%] [(total-time-spent-harvesting / boats-num) / total-time-passed * 100]
Ukazatel: Čas strávený cestováním [DNY] [total-time-spent-cruising / boats-num]
Ukazatel: Čas strávený cestováním [%] [(total-time-spent-cruising / boats-num) / total-time-passed * 100]
Chování simulace
Plasty
Sběrné lodě
Přístavy
Výsledky
Závěr
Kód a přílohy
Reference a použité zdroje
- ↑ The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/
- ↑ Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/
- ↑ NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/
- ↑ Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm
- ↑ Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php
- ↑ The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/
- ↑ The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4
- ↑ Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/
- ↑ Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel
- ↑ The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/
- Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h.
- ↑ MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed
- ↑ 12.0 12.1 Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states
- ↑ The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03
- ↑ Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/
- ↑ Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/*releases/2021/10/211027122120.htm
