Simulace.info - User contributions [en]

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:51:06Z

Kovs04: /* Nastavitelné parametry a ukazatele */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''Autor:''' Štěpán Kovařík - kovs04

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

'''Stav projektu:''' PROJEKT DOKONČEN

=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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn (je dán práh vyčištění na x < 5, aby se alespoň nějakým způsobem zohlednily uniklé plasty - žádný systém není dokonalý). V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = 7,7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1: 5 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2 10 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3: 5 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář: 10 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

==O problému==

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

==O simulaci==

Autor narazil na nespočet problému při práci s NetLogem. Hlavní překážkou, kvůli které musel model procházet přibližně 10-ti verzemi (a to pouze pro účely distribuce plastu a jeho hmotnosti), jelikož se model stával výpočetně velmi složitým, což nebylo možné v hardwarových perferiích autora zvládnout. Z toho důvodu se model, byť funkční, spoléhá na pouhé odhady chování, a není možné do něj pronést skutečných 108 miliard želv, jak po jednom, tak po shlucích (shluky vyžadují arrays do kterých byly vnášeny hodnoty, což opět vedlo k technickým překázkám. Čím přesnější měřítko a přesné hodnoty, tím přesnější a realističtější chování simulace - pokud by se našel stroj dostatečně výkonný, dokázal by realitu spolehlivě odrazit. Simulace přesto spolehlivě ukazuje přibližné chování sběrných lodí, umožňuje škálovatelnost a mnohé scénáře, a je možné na tomto modelu stavět a rozšiřovat ho, případně zdokonalovat. Největší posun v modelu by bylo řešení, které by nemělo významnou výpočetní zátěž, ale stále by reflektovalo realitu spolehlivě - autor vyzkoušel přes 5 možných přístupů, a veškeré skončily se stejným problémem - nakonec se usnesl na přístupu, který dává smysl, a je teoreticky správný. Z hlediska počtu systémů - sběrných lodí, které projekt The Ocean Cleanup plánuje nasadit, se 10 jeví rozumných, což lze podložit i výsledky této simulace, kdy byl projekt čištění významě rychlejší ve scénářích, kdy bylo použito lodí 10. Scénáře s rychlostmi sběru 10km/h jsou sice optimistické, ale již nyní aktuální design sběrných lodí v realitě občas vynechává plasty, což by větší rychlostí mohlo tento nedostatek pouze zhoršit.<ref name = eighth> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/ </ref>

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:49:17Z

Kovs04: /* Výsledky */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''Autor:''' Štěpán Kovařík - kovs04

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

'''Stav projektu:''' PROJEKT DOKONČEN

=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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn (je dán práh vyčištění na x < 5, aby se alespoň nějakým způsobem zohlednily uniklé plasty - žádný systém není dokonalý). V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = 7,7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1: 5 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2 10 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3: 5 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář: 10 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

==O problému==

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

==O simulaci==

Autor narazil na nespočet problému při práci s NetLogem. Hlavní překážkou, kvůli které musel model procházet přibližně 10-ti verzemi (a to pouze pro účely distribuce plastu a jeho hmotnosti), jelikož se model stával výpočetně velmi složitým, což nebylo možné v hardwarových perferiích autora zvládnout. Z toho důvodu se model, byť funkční, spoléhá na pouhé odhady chování, a není možné do něj pronést skutečných 108 miliard želv, jak po jednom, tak po shlucích (shluky vyžadují arrays do kterých byly vnášeny hodnoty, což opět vedlo k technickým překázkám. Čím přesnější měřítko a přesné hodnoty, tím přesnější a realističtější chování simulace - pokud by se našel stroj dostatečně výkonný, dokázal by realitu spolehlivě odrazit. Simulace přesto spolehlivě ukazuje přibližné chování sběrných lodí, umožňuje škálovatelnost a mnohé scénáře, a je možné na tomto modelu stavět a rozšiřovat ho, případně zdokonalovat. Největší posun v modelu by bylo řešení, které by nemělo významnou výpočetní zátěž, ale stále by reflektovalo realitu spolehlivě - autor vyzkoušel přes 5 možných přístupů, a veškeré skončily se stejným problémem - nakonec se usnesl na přístupu, který dává smysl, a je teoreticky správný. Z hlediska počtu systémů - sběrných lodí, které projekt The Ocean Cleanup plánuje nasadit, se 10 jeví rozumných, což lze podložit i výsledky této simulace, kdy byl projekt čištění významě rychlejší ve scénářích, kdy bylo použito lodí 10. Scénáře s rychlostmi sběru 10km/h jsou sice optimistické, ale již nyní aktuální design sběrných lodí v realitě občas vynechává plasty, což by větší rychlostí mohlo tento nedostatek pouze zhoršit.<ref name = eighth> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/ </ref>

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:47:53Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''Autor:''' Štěpán Kovařík - kovs04

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

'''Stav projektu:''' PROJEKT DOKONČEN

=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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn (je dán práh vyčištění na x < 5, aby se alespoň nějakým způsobem zohlednily uniklé plasty - žádný systém není dokonalý). V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1: 5 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2 10 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3: 5 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář: 10 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

==O problému==

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

==O simulaci==

Autor narazil na nespočet problému při práci s NetLogem. Hlavní překážkou, kvůli které musel model procházet přibližně 10-ti verzemi (a to pouze pro účely distribuce plastu a jeho hmotnosti), jelikož se model stával výpočetně velmi složitým, což nebylo možné v hardwarových perferiích autora zvládnout. Z toho důvodu se model, byť funkční, spoléhá na pouhé odhady chování, a není možné do něj pronést skutečných 108 miliard želv, jak po jednom, tak po shlucích (shluky vyžadují arrays do kterých byly vnášeny hodnoty, což opět vedlo k technickým překázkám. Čím přesnější měřítko a přesné hodnoty, tím přesnější a realističtější chování simulace - pokud by se našel stroj dostatečně výkonný, dokázal by realitu spolehlivě odrazit. Simulace přesto spolehlivě ukazuje přibližné chování sběrných lodí, umožňuje škálovatelnost a mnohé scénáře, a je možné na tomto modelu stavět a rozšiřovat ho, případně zdokonalovat. Největší posun v modelu by bylo řešení, které by nemělo významnou výpočetní zátěž, ale stále by reflektovalo realitu spolehlivě - autor vyzkoušel přes 5 možných přístupů, a veškeré skončily se stejným problémem - nakonec se usnesl na přístupu, který dává smysl, a je teoreticky správný. Z hlediska počtu systémů - sběrných lodí, které projekt The Ocean Cleanup plánuje nasadit, se 10 jeví rozumných, což lze podložit i výsledky této simulace, kdy byl projekt čištění významě rychlejší ve scénářích, kdy bylo použito lodí 10. Scénáře s rychlostmi sběru 10km/h jsou sice optimistické, ale již nyní aktuální design sběrných lodí v realitě občas vynechává plasty, což by větší rychlostí mohlo tento nedostatek pouze zhoršit.<ref name = eighth> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/ </ref>

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:47:27Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''Autor:''' Štěpán Kovařík - kovs04

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

'''Stav projektu:''' PROJEKT DOKONČEN

=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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn (je dán práh vyčištění na x < 5, aby se alespoň nějakým způsobem zohlednily uniklé plasty - žádný systém není dokonalý). V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1: 5 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2 10 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3: 5 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář: 10 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

==O problému==

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

==O simulaci==

Autor narazil na nespočet problému při práci s NetLogem. Hlavní překážkou, kvůli které musel model procházet přibližně 10-ti verzemi (a to pouze pro účely distribuce plastu a jeho hmotnosti), jelikož se model stával výpočetně velmi složitým, což nebylo možné v hardwarových perferiích autora zvládnout. Z toho důvodu se model, byť funkční, spoléhá na pouhé odhady chování, a není možné do něj pronést skutečných 108 miliard želv, jak po jednom, tak po shlucích (shluky vyžadují arrays do kterých byly vnášeny hodnoty, což opět vedlo k technickým překázkám. Čím přesnější měřítko a přesné hodnoty, tím přesnější a realističtější chování simulace - pokud by se našel stroj dostatečně výkonný, dokázal by realitu spolehlivě odrazit. Simulace přesto spolehlivě ukazuje přibližné chování sběrných lodí, umožňuje škálovatelnost a mnohé scénáře, a je možné na tomto modelu stavět a rozšiřovat ho, případně zdokonalovat. Největší posun v modelu by bylo řešení, které by nemělo významnou výpočetní zátěž, ale stále by reflektovalo realitu spolehlivě - autor vyzkoušel přes 5 možných přístupů, a veškeré skončily se stejným problémem - nakonec se usnesl na přístupu, který dává smysl, a je teoreticky správný. Z hlediska počtu systémů - sběrných lodí, které projekt The Ocean Cleanup plánuje nasadit, se 10 jeví rozumných, což lze podložit i výsledky této simulace, kdy byl projekt čištění významě rychlejší ve scénářích, kdy bylo použito lodí 10. Scénáře s rychlostmi sběru 10km/h jsou sice optimistické, ale již nyní aktuální design sběrných lodí v realitě občas vynechává plasty, což by větší rychlostí mohlo tento nedostatek pouze zhoršit.<ref name = eighth> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/ </ref>

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:46:26Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''Autor:''' Štěpán Kovařík - kovs04

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

'''Stav projektu:''' PROJEKT DOKONČEN

=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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn (je dán práh vyčištění na x < 5, aby se alespoň nějakým způsobem zohlednily uniklé plasty - žádný systém není dokonalý). V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1: 5 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2 10 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3: 5 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář: 10 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

==O problému==

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

==O simulaci==

Autor narazil na nespočet problému při práci s NetLogem. Hlavní překážkou, kvůli které musel model procházet přibližně 10-ti verzemi (a to pouze pro účely distribuce plastu a jeho hmotnosti), jelikož se model stával výpočetně velmi složitým, což nebylo možné v hardwarových perferiích autora zvládnout. Z toho důvodu se model, byť funkční, spoléhá na pouhé odhady chování, a není možné do něj pronést skutečných 108 miliard želv, jak po jednom, tak po shlucích (shluky vyžadují arrays do kterých byly vnášeny hodnoty, což opět vedlo k technickým překázkám. Čím přesnější měřítko a přesné hodnoty, tím přesnější a realističtější chování simulace - pokud by se našel stroj dostatečně výkonný, dokázal by realitu spolehlivě odrazit. Simulace přesto spolehlivě ukazuje přibližné chování sběrných lodí, umožňuje škálovatelnost a mnohé scénáře, a je možné na tomto modelu stavět a rozšiřovat ho, případně zdokonalovat. Největší posun v modelu by bylo řešení, které by nemělo významnou výpočetní zátěž, ale stále by reflektovalo realitu spolehlivě - autor vyzkoušel přes 5 možných přístupů, a veškeré skončily se stejným problémem - nakonec se usnesl na přístupu, který dává smysl, a je teoreticky správný. Z hlediska počtu systémů - sběrných lodí, které projekt The Ocean Cleanup plánuje nasadit, se 10 jeví rozumných, což lze podložit i výsledky této simulace, kdy byl projekt čištění významě rychlejší ve scénářích, kdy bylo použito lodí 10. Scénáře s rychlostmi sběru 10km/h jsou sice optimistické, ale již nyní aktuální design sběrných lodí v realitě občas vynechává plasty, což by větší rychlostí mohlo tento nedostatek pouze zhoršit.<ref name = eighth> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/ </ref>

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:42:20Z

Kovs04: /* Chování simulace */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''Autor:''' Štěpán Kovařík - kovs04

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

'''Stav projektu:''' PROJEKT DOKONČEN

=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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn (je dán práh vyčištění na x < 5, aby se alespoň nějakým způsobem zohlednily uniklé plasty - žádný systém není dokonalý). V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1: 5 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2 10 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3: 5 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář: 10 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

==O problému==

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

==O simulaci==

Autor narazil na nespočet problému při práci s NetLogem. Hlavní překážkou, kvůli které musel model procházet přibližně 10-ti verzemi (a to pouze pro účely distribuce plastu a jeho hmotnosti), jelikož se model stával výpočetně velmi složitým, což nebylo možné v hardwarových perferiích autora zvládnout. Z toho důvodu se model, byť funkční, spoléhá na pouhé odhady chování, a není možné do něj pronést skutečných 108 miliard želv, jak po jednom, tak po shlucích (shluky vyžadují arrays do kterých byly vnášeny hodnoty, což opět vedlo k technickým překázkám. Čím přesnější měřítko a přesné hodnoty, tím přesnější a realističtější chování simulace - pokud by se našel stroj dostatečně výkonný, dokázal by realitu spolehlivě odrazit. Simulace přesto spolehlivě ukazuje přibližné chování sběrných lodí, umožňuje škálovatelnost a mnohé scénáře, a je možné na tomto modelu stavět a rozšiřovat ho, případně zdokonalovat. Největší posun v modelu by bylo řešení, které by nemělo významnou výpočetní zátěž, ale stále by reflektovalo realitu spolehlivě - autor vyzkoušel přes 5 možných přístupů, a veškeré skončily se stejným problémem - nakonec se usnesl na přístupu, který dává smysl, a je teoreticky správný. Z hlediska počtu systémů - sběrných lodí, které projekt The Ocean Cleanup plánuje nasadit, se 10 jeví rozumných, což lze podložit i výsledky této simulace, kdy byl projekt čištění významě rychlejší ve scénářích, kdy bylo použito lodí 10. Scénáře s rychlostmi sběru 10km/h jsou sice optimistické, ale již nyní aktuální design sběrných lodí v realitě občas vynechává plasty, což by větší rychlostí mohlo tento nedostatek pouze zhoršit.<ref name = eighth> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/ </ref>

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:37:54Z

Kovs04: /* Závěr */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''Autor:''' Štěpán Kovařík - kovs04

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

'''Stav projektu:''' PROJEKT DOKONČEN

=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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1: 5 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2 10 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3: 5 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář: 10 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

==O problému==

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

==O simulaci==

Autor narazil na nespočet problému při práci s NetLogem. Hlavní překážkou, kvůli které musel model procházet přibližně 10-ti verzemi (a to pouze pro účely distribuce plastu a jeho hmotnosti), jelikož se model stával výpočetně velmi složitým, což nebylo možné v hardwarových perferiích autora zvládnout. Z toho důvodu se model, byť funkční, spoléhá na pouhé odhady chování, a není možné do něj pronést skutečných 108 miliard želv, jak po jednom, tak po shlucích (shluky vyžadují arrays do kterých byly vnášeny hodnoty, což opět vedlo k technickým překázkám. Čím přesnější měřítko a přesné hodnoty, tím přesnější a realističtější chování simulace - pokud by se našel stroj dostatečně výkonný, dokázal by realitu spolehlivě odrazit. Simulace přesto spolehlivě ukazuje přibližné chování sběrných lodí, umožňuje škálovatelnost a mnohé scénáře, a je možné na tomto modelu stavět a rozšiřovat ho, případně zdokonalovat. Největší posun v modelu by bylo řešení, které by nemělo významnou výpočetní zátěž, ale stále by reflektovalo realitu spolehlivě - autor vyzkoušel přes 5 možných přístupů, a veškeré skončily se stejným problémem - nakonec se usnesl na přístupu, který dává smysl, a je teoreticky správný. Z hlediska počtu systémů - sběrných lodí, které projekt The Ocean Cleanup plánuje nasadit, se 10 jeví rozumných, což lze podložit i výsledky této simulace, kdy byl projekt čištění významě rychlejší ve scénářích, kdy bylo použito lodí 10. Scénáře s rychlostmi sběru 10km/h jsou sice optimistické, ale již nyní aktuální design sběrných lodí v realitě občas vynechává plasty, což by větší rychlostí mohlo tento nedostatek pouze zhoršit.<ref name = eighth> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/ </ref>

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:37:26Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''Autor:''' Štěpán Kovařík - kovs04

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

'''Stav projektu:''' PROJEKT DOKONČEN

=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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1: 5 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2 10 lodí / 5km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3: 5 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář: 10 lodí / 10km/h sběrná rychlost===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

'''O problému'''

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

'''O simulaci'''

Autor narazil na nespočet problému při práci s NetLogem. Hlavní překážkou, kvůli které musel model procházet přibližně 10-ti verzemi (a to pouze pro účely distribuce plastu a jeho hmotnosti), jelikož se model stával výpočetně velmi složitým, což nebylo možné v hardwarových perferiích autora zvládnout. Z toho důvodu se model, byť funkční, spoléhá na pouhé odhady chování, a není možné do něj pronést skutečných 108 miliard želv, jak po jednom, tak po shlucích (shluky vyžadují arrays do kterých byly vnášeny hodnoty, což opět vedlo k technickým překázkám. Čím přesnější měřítko a přesné hodnoty, tím přesnější a realističtější chování simulace - pokud by se našel stroj dostatečně výkonný, dokázal by realitu spolehlivě odrazit. Simulace přesto spolehlivě ukazuje přibližné chování sběrných lodí, umožňuje škálovatelnost a mnohé scénáře, a je možné na tomto modelu stavět a rozšiřovat ho, případně zdokonalovat. Největší posun v modelu by bylo řešení, které by nemělo významnou výpočetní zátěž, ale stále by reflektovalo realitu spolehlivě - autor vyzkoušel přes 5 možných přístupů, a veškeré skončily se stejným problémem - nakonec se usnesl na přístupu, který dává smysl, a je teoreticky správný. Z hlediska počtu systémů - sběrných lodí, které projekt The Ocean Cleanup plánuje nasadit, se 10 jeví rozumných, což lze podložit i výsledky této simulace, kdy byl projekt čištění významě rychlejší ve scénářích, kdy bylo použito lodí 10. Scénáře s rychlostmi sběru 10km/h jsou sice optimistické, ale již nyní aktuální design sběrných lodí v realitě občas vynechává plasty, což by větší rychlostí mohlo tento nedostatek pouze zhoršit.<ref name = eighth> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/ </ref>

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:36:04Z

Kovs04:

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''Autor:''' Štěpán Kovařík - kovs04

'''Modelovací nástroj:''' NetLogo

'''Stav projektu:''' PROJEKT DOKONČEN

=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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

'''O problému'''

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

'''O simulaci'''

Autor narazil na nespočet problému při práci s NetLogem. Hlavní překážkou, kvůli které musel model procházet přibližně 10-ti verzemi (a to pouze pro účely distribuce plastu a jeho hmotnosti), jelikož se model stával výpočetně velmi složitým, což nebylo možné v hardwarových perferiích autora zvládnout. Z toho důvodu se model, byť funkční, spoléhá na pouhé odhady chování, a není možné do něj pronést skutečných 108 miliard želv, jak po jednom, tak po shlucích (shluky vyžadují arrays do kterých byly vnášeny hodnoty, což opět vedlo k technickým překázkám. Čím přesnější měřítko a přesné hodnoty, tím přesnější a realističtější chování simulace - pokud by se našel stroj dostatečně výkonný, dokázal by realitu spolehlivě odrazit. Simulace přesto spolehlivě ukazuje přibližné chování sběrných lodí, umožňuje škálovatelnost a mnohé scénáře, a je možné na tomto modelu stavět a rozšiřovat ho, případně zdokonalovat. Největší posun v modelu by bylo řešení, které by nemělo významnou výpočetní zátěž, ale stále by reflektovalo realitu spolehlivě - autor vyzkoušel přes 5 možných přístupů, a veškeré skončily se stejným problémem - nakonec se usnesl na přístupu, který dává smysl, a je teoreticky správný. Z hlediska počtu systémů - sběrných lodí, které projekt The Ocean Cleanup plánuje nasadit, se 10 jeví rozumných, což lze podložit i výsledky této simulace, kdy byl projekt čištění významě rychlejší ve scénářích, kdy bylo použito lodí 10. Scénáře s rychlostmi sběru 10km/h jsou sice optimistické, ale již nyní aktuální design sběrných lodí v realitě občas vynechává plasty, což by větší rychlostí mohlo tento nedostatek pouze zhoršit.<ref name = eighth> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/ </ref>

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip

2024-06-17T21:35:41Z

Kovs04: Kovs04 načetl novou verzi File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip

== Summary ==
* [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar

2024-06-17T21:35:40Z

Kovs04: Kovs04 načetl novou verzi File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:31:22Z

Kovs04: /* Závěr */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

'''O problému'''

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

'''O simulaci'''

Autor narazil na nespočet problému při práci s NetLogem. Hlavní překážkou, kvůli které musel model procházet přibližně 10-ti verzemi (a to pouze pro účely distribuce plastu a jeho hmotnosti), jelikož se model stával výpočetně velmi složitým, což nebylo možné v hardwarových perferiích autora zvládnout. Z toho důvodu se model, byť funkční, spoléhá na pouhé odhady chování, a není možné do něj pronést skutečných 108 miliard želv, jak po jednom, tak po shlucích (shluky vyžadují arrays do kterých byly vnášeny hodnoty, což opět vedlo k technickým překázkám. Čím přesnější měřítko a přesné hodnoty, tím přesnější a realističtější chování simulace - pokud by se našel stroj dostatečně výkonný, dokázal by realitu spolehlivě odrazit. Simulace přesto spolehlivě ukazuje přibližné chování sběrných lodí, umožňuje škálovatelnost a mnohé scénáře, a je možné na tomto modelu stavět a rozšiřovat ho, případně zdokonalovat. Největší posun v modelu by bylo řešení, které by nemělo významnou výpočetní zátěž, ale stále by reflektovalo realitu spolehlivě - autor vyzkoušel přes 5 možných přístupů, a veškeré skončily se stejným problémem - nakonec se usnesl na přístupu, který dává smysl, a je teoreticky správný. Z hlediska počtu systémů - sběrných lodí, které projekt The Ocean Cleanup plánuje nasadit, se 10 jeví rozumných, což lze podložit i výsledky této simulace, kdy byl projekt čištění významě rychlejší ve scénářích, kdy bylo použito lodí 10. Scénáře s rychlostmi sběru 10km/h jsou sice optimistické, ale již nyní aktuální design sběrných lodí v realitě občas vynechává plasty, což by větší rychlostí mohlo tento nedostatek pouze zhoršit.<ref name = eighth> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/ </ref>

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:31:16Z

Kovs04: /* Závěr */

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:20:32Z

Kovs04: /* Závěr */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

'''O problému'''

Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

'''O simulaci'''

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:20:23Z

Kovs04: /* Závěr */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

'''O problému'''
Plastové znečištění je významným problémem, který se s lidstvem táhne už dlouho. Je dozajista vhodné podporovat podobné projekty jako The Ocean Cleanup, které uklidí nepořádek po ostatních, nicméně autor projektu se domnívá, že pokud se problém nevyřeší u zdroje, tak se jedná pouze o "náplastové řešení". Můžeme pouze doufat, že se plán vyčistit 90% plovajícího plastu v oceánu do roku 2040 povede, a že se plastové znečištění více dostane do povědomí.<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>

'''O simulaci'''

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:12:44Z

Kovs04: /* Kód a přílohy */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:12:39Z

Kovs04: /* Kód a přílohy */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v .zip: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]
Zdrojový kód a mapa v .rar: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar]]

=Reference a použité zdroje=

File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.rar

2024-06-17T21:12:27Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:10:45Z

Kovs04: /* Kód a přílohy */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v jednom: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Pouze zdrojový kód:

Pouze mapa: [[File:MapaV5.png]]

=Reference a použité zdroje=

File:MapaV5.png

2024-06-17T21:10:13Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:09:51Z

Kovs04: /* Kód a přílohy */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v jednom: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

Pouze zdrojový kód:

Pouze mapa:

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:09:37Z

Kovs04: /* Kód a přílohy */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a mapa v jednom: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]
Pouze zdrojový kód:
Pouze mapa:

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:07:54Z

Kovs04: /* Kód a přílohy */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 1 a 2:'''
*Počet lodí má významný vliv na trvání projektu (265 dní při 5-ti lodích / pouhých 101 dní při 10-ti lodích).
*Počet lodí nemá žádný vliv na poměry % ve vztahu k cestování vs sběr - což dává smysl.
*Křivka sběrných km je mnohem blíže ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky k scénáři 3 a 4:'''
*Celkový čas projektu je opět relativně výrazně menší u menšího počtu lodí.
*Křivka sběrných km je opět blízko ke křivce cestovaných km v případě 5-ti lodí

=Závěr=

=Kód a přílohy=

Zdrojový kód a příloha - mapa: [[File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip]]

=Reference a použité zdroje=

File:Kovs04 - simulation - OceanCleanup.zip

2024-06-17T21:06:52Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T21:00:27Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách */

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T20:48:49Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
*
*
*

=Závěr=

=Kód a přílohy=

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T20:48:24Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG]]

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG]]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

[[File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
*
*
*

=Závěr=

=Kód a přílohy=

=Reference a použité zdroje=

File:Scénáře 3 - 10 lodě 10 sběr.JPG

2024-06-17T20:47:20Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

File:Scénáře 3 - 5 lodě 10 sběr.JPG

2024-06-17T20:47:19Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

File:Scénáře 3 - 10 lodě 5 sběr.JPG

2024-06-17T20:47:18Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

File:Scénáře 3 - 5 lodě 5 sběr.JPG

2024-06-17T20:47:17Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T20:38:24Z

Kovs04: /* Výsledky */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných v realistických podmínkách==

Neměnné proměnné, které se dle získaných údajů nejvíce blíží skutečnosti:

*Přístav: Victoria
**Důvod: Přístav Victoria je aktuálně hlavní přístav The Ocean Cleanup.
*Kapacita lodě: 20 000 [kg]
**Důvod: Na palubě je zřetelně velké množství místa dle dostupných videí pojme 20 000kg bez problému.
*Rychlost vykládání: 12 000[kg/h]
**Důvod: Ačkoliv se jedná o odhad, autor považuje přemístění metrového balíku do 5-ti minut jako realistický scénář.
*Rychlost lodě při cestování: 45 [km/h]
**Důvod: Dle dostupných informací je toto běžná cestovací rychlost pro nákladní lodě středního typu - viz kapitola o parametrech a ukazatelích.

===Scénář 1===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

===Scénář 2===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]

===Scénář 3===

*Počet lodí: 5
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

===Scénář 4===

*Počet lodí: 10
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]

'''Hlavní poznatky:'''
*
*
*

=Závěr=

=Kód a přílohy=

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T20:20:00Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

===Scénář 1: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

===Scénář 1: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky:'''
* Celková doba trvání je v průměru o (1 - (((52 + 52 + 57) / 3) / ((1419 + 1420 + 1276) / 3)) * 100 = (1-(5(3,66 / 1 371)) * 100)= '''96 %''' delší než scénář, kdy jsou proměnné na maximálních hodnotách.

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

==Soubor scénářů 4: Experimentování s přísunem plastu==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

=Závěr=

=Kód a přílohy=

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T20:11:16Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

===Scénář 2: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

===Scénář 3: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

'''Hlavní poznatky ze souboru scénářů:'''
* Přístav Victoria způsobí mírně menší hodnoty co se týče času stráveného sběrem, a atktéž podíl sběrné vzdálenosti se liší o 7 %.
* Křivka Pokles počtu plastu v čase je pro přístavy San Francisco a Los Angeles strmější než pro přístav Victoria.
* Křivka cestovaných kilometrů má větší výkyvy u přístavů San Francisco a Los Angeles
* Křívka cestovaných kilometrů a sběrných kilometrů se protne dříve u přístavů San Francisco a Los Angeles než u přístavu Victoria - což dává smysl, protože je nejdál.

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

Hlavní poznatek:

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

==Soubor scénářů 4: Experimentování s přísunem plastu==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

=Závěr=

=Kód a přílohy=

=Reference a použité zdroje=

File:All Low - Los Angeles.JPG

2024-06-17T20:01:58Z

Kovs04: Kovs04 načetl novou verzi File:All Low - Los Angeles.JPG

File:All Low - San Francisco.JPG

2024-06-17T20:01:57Z

Kovs04: Kovs04 načetl novou verzi File:All Low - San Francisco.JPG

File:All Low - Victoria.JPG

2024-06-17T20:01:56Z

Kovs04: Kovs04 načetl novou verzi File:All Low - Victoria.JPG

File:All High - Los Angeles.JPG

2024-06-17T20:01:55Z

Kovs04: Kovs04 načetl novou verzi File:All High - Los Angeles.JPG

File:All high - San Francisco.JPG

2024-06-17T20:01:54Z

Kovs04: Kovs04 načetl novou verzi File:All high - San Francisco.JPG

File:All high - Victoria.JPG

2024-06-17T20:01:53Z

Kovs04: Kovs04 načetl novou verzi File:All high - Victoria.JPG

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T19:55:51Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

Hlavní poznatek:

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Victoria.JPG]]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - San Francisco.JPG]]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All Low - Los Angeles.JPG]]

Hlavní poznatek:

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

==Soubor scénářů 4: Experimentování s přísunem plastu==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

=Závěr=

=Kód a přílohy=

=Reference a použité zdroje=

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T19:53:40Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - San Francisco.JPG]]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All High - Los Angeles.JPG]]

Hlavní poznatek:

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

==Soubor scénářů 4: Experimentování s přísunem plastu==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

=Závěr=

=Kód a přílohy=

=Reference a použité zdroje=

File:All Low - Los Angeles.JPG

2024-06-17T19:52:58Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

File:All Low - Victoria.JPG

2024-06-17T19:52:57Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

File:All Low - San Francisco.JPG

2024-06-17T19:52:57Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

File:All High - Los Angeles.JPG

2024-06-17T19:52:56Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

File:All high - San Francisco.JPG

2024-06-17T19:52:55Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T19:52:15Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

[[File:All high - Victoria.JPG]]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

==Soubor scénářů 4: Experimentování s přísunem plastu==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

=Závěr=

=Kód a přílohy=

=Reference a použité zdroje=

File:All high - Victoria.JPG

2024-06-17T19:51:50Z

Kovs04: * [https://www.simulace.info/index.php/Simulace_plastov%C3%A9ho_zne%C4%8Di%C5%A1t%C4%9Bn%C3%AD_oce%C3%A1n%C5%AF Simulace plastového znečištění oceánů (NetLogo)] - Štěpán Kovařík

Simulace plastového znečištění oceánů

2024-06-17T19:49:08Z

Kovs04: /* Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty */

'''Název simulace:''' Simulace plastového znečištění oceánů

'''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
<ref name = first> The Ocean Cleanup https://theoceancleanup.com/ </ref>, 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)
<ref name = second> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great-pacific-garbage-patch/ </ref>, 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.

Poznámka: Autor před začátkem projektu - tedy při vypracování projektového záměru - nebyl schopen přesně odhadnout technické překážky či proveditelnost / reference na určité aspekty projektového záměru, čili ačkoliv je záměr projektu a jeho oblast totožná, jedná se o úpravy ve formě proměnných, což však vzhledem k velké šíře náhodných vlivů v realitě nemá příliš velký dopad na účel simulace, která je tak či tak pouze odhadem a pomůckou.

=Metoda=

Pro zanesení myšlenky do funkčního prostředí byl využit program NetLogo <ref name = third > NetLogo, a multi-agent programmable modeling environment. https://ccl.northwestern.edu/netlogo/ </ref>, 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===
[[File:mapa simulace.png]]

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 <ref name =fourth> Measure Distance on a Map - FreeMapTools https://www.freemaptools.com/measure-distance.htm </ref>
[[File:Vzdalenost realita.png]]
* 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 <ref name =fifth> Distance Calculator 2D - CalculatorSoup https://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-plane/distance-two-points.php </ref> 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 přímo v kódu, vydělit osmi.
[[File:Vzdalenost vypocet.png]]

==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. <ref name = eleventh> The Ocean Cleanup - Expected impact https://theoceancleanup.com/oceans/ </ref>

'''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 - 20 000 kg] [8 - 20 kontejnerů]<ref name = seventh> The Ocean Cleanup - System 03 Delivers: Our Biggest Plastic Extraction to Date https://www.youtube.com/watch?v=wjF0gB29OG4 </ref>

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 - 60km/h]
*Výpočet: Container ships dle webu Marine Insight<ref name = ninth> Marine Insight - What is The Speed of a Ship at Sea? https://www.marineinsight.com/guidelines/speed-of-a-ship-at-sea/ </ref> 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] <ref name = sixth> Jednotky.cz - Uzel https://www.jednotky.cz/rychlost/uzel </ref>

'''Rychlost lodě - sběr plastu'''

boat-speed-while-harvesting: Rychlost lodě při sběru plastu [5 - 10 km/h]
*Výpočet:
** Sběrná loď při sběru urazí tolik co člověk při chůzi. <ref name = eight> The Ocean Cleanup - System 03: A Beginner’s Guide https://theoceancleanup.com/updates/system-03-a-beginners-guide/</ref>
** Člověk při chůzi urazí cca 5 km/h. <ref name = tenth> MedicalNewsToday - What is the average walking speed? https://www.medicalnewstoday.com/articles/average-walking-speed </ref>

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]<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>
Důvod vybrání přístavu:
Victoria je aktivním přístavem v rámci operací projektu The Ocean Cleanup<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>
* San Francisco a Los Angeles jsou velkoměstské přístavy vhodné pro velké lodě a jsou v blízkých lokacích.<ref name = fourteenth> Searates - United States Sea Ports https://www.searates.com/maritime/united_states </ref>

emptying-speed: Rychlost vykládky plastu v přístavu [6000 - 20000 kg/h]
*Výpočet: Odhadový výpočet, aby vykládání trvalo 3-10 minut na kontejner. [(1000 * 60) / emptying-speed]

Ukazatel: Kontejnerů odbaveno za hodinu
*Výpočet: [emptying-speed / 1000]

Ukazatel: Kolik minut trvá vyložit jeden kontejner
*Výpočet: [(1000 * 60) / emptying-speed]

'''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"] <ref name = thirteenth> Great Pacific Garbage Patch https://theoceancleanup.com/great pacific-garbage-patch/</ref>

Ukazatel: Měřítko [1:X]: Měřítko vyjadřující kolikanásobně větší je situace v realitě. [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 <ref name = twelfth> Science Daily - Twenty-four trillion pieces of microplastics in the ocean and counting https://www.sciencedaily.com/**releases/2021/10/211027122120.htm </ref>
**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'''
**Průměrná hmotnost jednoho makroplastu = 108 000 000 000 / 77 116 393 = 0,000714041

'''Tlačítka pro měřítka reality'''

Tlačítko: Nastavit hodnoty na normu [vždy před nastavením měřítek]
*Akce:
**set number-of-plastics 0
**set boat-capacity 8 000
**set emptying-speed 6 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 100 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 1080

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 10 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 10 800

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 000 000 k realitě
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000

Tlačítko: Nastavit hodnoty na měřítko 1 : 1 k realitě [POZOR]
*Akce:
**set number-of-plastics 108 000 000 000

'''Přísun plastu do plastového shluku'''

plastic-income: Kolik plastu přibyde do shluku za hodinu. [0 - 1000]
*Výpočet: Experimentální hodnota. Ačkoliv máme odhad, kolik plastů či celkové hmotnosti přichází do oceánů, není možné spolehlivě určit, kolik z takového počtu / hmotnosti přijde do oblasti GPGP.

Ukazatel: Počet plastů za den [ks]
*Výpočet: [plastic-income * 24]

Ukazatel: Přísun plastu za den [kg]
*Výpočet: [plastic-income * 24 * 0.000714]

'''Obecné údaje o stavu simulace'''

Ukazatel: Aktuální počet plastu v oceánu [ks]
*Výpočet: [updated-plastics-count]

Ukazatel: Kolik je v oceánu plastu [tuny]
*Výpočet: [updated-plastics-weight-sum / 1000]

'''Údaje o uražených kilometrech'''

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled]

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů sběrem [km]
*Výpočet: [total-distance-spent-harvesting]

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

Ukazatel: Celkem uraženo kilometrů cestováním [km]
*Výpočet: [total-distance-traveled - total-distance-spent-harvesting]

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

'''Údaje o uplynulém čase'''

Ukazatel: Uplynulý čas [měsíce]
*Výpočet: [total-time-passed / 720]

Ukazatel: Uplynulý čas [dny]
*Výpočet: [total-time-passed / 24]

Ukazatel: Uplynulý čas [hodiny]
*Výpočet: [total-time-passed]

Ukazatel: Čas strávený sběrem [dny]
*Výpočet: [total-time-spent-harvesting / boats-num]

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

Ukazatel: Čas strávený cestováním [Dny]
*Výpočet: [total-time-spent-cruising / boats-num]

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

==Chování simulace==

'''1. Úvodní konfigurace - generování plastu, přiřazení proměnných, zvolení aktivního přístavu'''
Pro spuštění simulace je vhodné nastavit rozumné parametry umístěné nalevo od mapy. Po kliknutí na tlačítko "SPUSTIT SIMULACI" se vygeneruje shluk plastu s náhodným roztroušením, aby stav přibližoval realitu, v předem definovaném místě, které odpovídá přibližné lokalitě v realitě.<ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

pozn.: Je důležité si dávat pozor na hodnoty pohybující se v šesti-číselných rozměrech co se týče počtu plastu, jelikož se pak tvoří příliš mnoho entit. Z toho důvodu je simulace pouze v malých měřítkách oproti realitě. Byl vyzkoušen i plán 1 želva = x počtu plastu, ale i v tomto případě nebylo NetLogo schopné unést výraznou výpočetní složitost. Pro pomůcku je tedy vhodné používat měřítko.

'''2. Spuštění simulace'''
Poté, co je krok 1 úspěšně proveden, což lze ověřit vygenerovaným shlukem plastu na mapě, je možné spustit simulaci pomocí tlačítka "SPUSTIT SIMULACI". V tuto chvíli se začne shluk plastu pomalu pohybovat, což reprezentuje oceánské proudy, které způsobují samotné shlukování. <ref name = sixteenth> Coastal Interpretive Center - North Pacific Gyre, or How the Great Pacific Garbage Patch was Formed https://interpretivecenter.org/north-pacific-gyre-part-ii/ </ref>
Od zadaného přístavu vyplují směrem ke shluku sběrné lodě, které začnou tvořit pseudo-rojnici a začnou v bezprostřední blízkosti režim sběru, který zpomalí běžnou cestovací rychlost (tedy z 20-60 km/h na 1-10 km/h). Ve chvíli kdy sběrná loď dosbírá svojí linku a skončí na přibližném konci plastového shluku, udělá otáčecí manévr, a postupuje novou linku v rojnici. Tímto způsobem sběrné lodě minimalizují potřebné otáčky a sesbírají co nejvíce plastu, což v zásadě odpovídá realitě.

Pohyb sběrné lodi v realitě. <ref name = fifteenth> The Ocean Cleanup - Dashboard https://theoceancleanup.com/dashboard/#system03 </ref>

[[File:GPGP cruising.JPG]]

Názorná ukázka pohybu sběrných lodí.

[[File:Links.gif]]

Ve chvíli, kdy má sběrná loď plnou kapacitu jde se vyložit do přístavu, a poté se vrací zpět ke sběru plastu, dokud není oceán vyčištěn. V takovém případě obdrží uživatel hlášku "Oceán vyčištěn".

poznámka: Lze simulovat přísun plastu do oceánu každý den, nicméně je velmi náročné ne-li nemožné určit, kolik plastu do oblasti GPGP přibývá každý den - jedná se tak o experimentální hodnoty. Nicméně je vhodné zmínit že GPGP se časem zvyšuje a odhaduje se, že od roku 1945 se zvětšil 16x - nelze však určit, zda se jednalo o nepřesnou studii, a též nelze správně kalibrovat přísun plastu, jelikož studie na konkrétní velikost GPGP jsou od sebe časově velmi vzdálené. <ref name = seventeenth> Scientific Reports - Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic https://www.nature.com/articles/s41598-018-22939-w </ref><ref name = eighteenth> Our World in Data - How much plastic waste ends up in the ocean? https://ourworldindata.org/how-much-plastic-waste-ends-up-in-the-ocean </ref><ref name = nineteenth IUCN - Plastic pollution https://www.iucn.org/resources/issues-brief/plastic-pollution </ref><ref name = twentieth The Ocean Cleanup - Understanding The Problem https://theoceancleanup.com/research-old/ </ref>

=Výsledky=

Jelikož je účel simulace odrazit fenomén GPGP z reálného světa a zjistit důležité faktory mající vliv na výsledky simulace, především na čas strávený úklidem, je vhodné opět zmínit, že z důvodu technických překážek je velmi obtížné tuto realitu pronést do prostředí NetLogo v měřítku 1:1. Z toho důvodu je pro testování vztahů mezi proměnnými použito měřítko 1:10 000 000.

'''Realita:'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 [ks]
*Celková hmotnost: 77 116 393 [kg]

'''Testovaný vzorek při měřítku 1 : 10 000 000'''
*Počet plastů: 108 000 000 000 / 10 000 000 = 10 800 [ks]
*Celková hmotnost: 10 800 * 0.000714041 = ~ 7 [kg]

==Soubor scénářů 1: Veškeré proměnné na maximální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 10
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav Los Angeles===
*Počet lodí: 10
*Přístav: Přístav Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 60 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 10 [km/h]
*Kapacita lodě: 20000 [kg]
*Rychlost vykládání: 20000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

==Soubor scénářů 2: Veškeré proměnné na minimální hodnoty==

===Scénář 1: Přístav Victoria===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Victoria
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav San Francisco===
*Počet lodí: 1
*Přístav: San Francisco
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

===Scénář 1: Přístav Los Angeles ===
*Počet lodí: 1
*Přístav: Los Angeles
*Rychlost lodě při cestování: 20 [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: 5 [km/h]
*Kapacita lodě: 8 000 [kg]
*Rychlost vykládání: 6 000 [kg/h]
*Přísun plastu: 0 [ks/h]

Hlavní poznatek:

==Soubor scénářů 3: Zkoumání vlivů jednotlivých proměnných==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

==Soubor scénářů 4: Experimentování s přísunem plastu==
*Počet lodí:
*Přístav:
*Rychlost lodě při cestování: [km/h]
*Rychlost lodě při sběru plastu: [km/h]
*Kapacita lodě: [kg]
*Rychlost vykládání: [kg/h]
*Přísun plastu: [ks/h]

=Závěr=

=Kód a přílohy=

=Reference a použité zdroje=