Simulace plastového znečištění oceánů

Název simulace: Simulace plastového znečištění oceán

Autor: Štěpán Kovařík - kovs04

Modelovací nástroj: NetLogo

Stav projektu: NA PROJEKTU SE PRACUJE, STRÁNKA NENÍ DOKONČENA

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 , 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) , 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 , 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

• 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 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

Sběrné lodě

boats-num: Nastavení počtu sběrných lodí, které se úklidu účastní. [1-10]

• Kapacita lodě*

boat-capacity: Nastavení kapacity sběrných lodí. Každá loď má zásobník na 8 kontejnerů, ale viditelně je místa dostupného víc. [8 000 kg - 2 0000 kg] [8 - 20 kontejnerů]

Ukazatel: Počet kontejnerů s kapacitou 1000 kg: Kolik kontejnerů je sběrná loď schopná pojmout [boat-capacity / 1 000]

boat-speed: Rychlost lodě při běžném cestování [20 - 60 km/h]

Ukazatel: Rychlost lodě při běžném cestování v uzlech [boat-speed / 1.82]

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [1 - 10 km/h

Ukazatel: Rychlost lodě při sběru plastu v uzlech [boat-speed-while-harvesting / 1.82]

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu [emptying-speed / 10000]

number-of-plastics: Vstupní hodnota vyjadřující úvodní počet plastu v shluku [Realita: 108 000 000 000 ks]

Ukazatel: Shoda s realitou [%] [(number-of-plastics / 108000000000) * 100]

total-plastics-weight: Vstupní hodnota vyjadřující úvodní celkovou hmotnost plastů v shluku [Realita: 77 116 393 kg]

Ukazatel: Shoda s realitou [%] ((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]

selected-port: Přístav [Victoria / San Francisco / Los Angeles]

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]

Aktuální počet plastu v oceánu updated-plastics-count

Kolik je v oceánu plastu [tuny] updated-plastics-weight-sum / 1000

Celkem uraženo kilometrů total-distance-traveled

Celkem uraženo kilometrů sběrem total-distance-spent-harvesting

Podíl sběrné vzdálenosti k celku [%] (total-distance-spent-harvesting / total-distance-traveled) * 100

total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting

Celkem uraženo kilometrů cestováním total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting

Podíl cestovací vzdálenosti k celku [%] ((total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting) / total-distance-traveled) * 100

Uplynulý čas [měsíce] total-time-passed / 720

Uplynulý čas [dny] total-time-passed / 24

Uplynulý čas [hodiny] total-time-passed

Čas strávený sběrem [h] total-time-spent-harvesting / boats-num

Čas strávený sběrem [%] (total-time-spent-harvesting / boats-num) / total-time-passed * 100

Čas strávený cestováním [h] total-time-spent-cruising / boats-num

Čas strávený cestováním [%] (total-time-spent-cruising / boats-num) / total-time-passed * 100

Čas strávený v přístavu [h] total-time-spent-unloading

Čas strávený v přístavu [%] total-time-spent-unloading / total-time-passed * 100