基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)村生活垃圾收運系統(tǒng)的設(shè)計方案

張利 顧涓涓

摘 要：為了實現(xiàn)安徽省全椒縣農(nóng)村生活垃圾智能化管理，本文利用物聯(lián)網(wǎng)、GPS導(dǎo)航、GIS等技術(shù)來實現(xiàn)農(nóng)村生活垃圾收運過程信息化，并提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)村生活垃圾收運系統(tǒng)的設(shè)計方案。通過該系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)深埋收集站的滿桶報警以及收運車輛行駛路線的智能化規(guī)劃，并實現(xiàn)對運輸車輛以及工作人員的實時監(jiān)管，從而實現(xiàn)農(nóng)村生活垃圾從收集到運輸整個階段的智能化、信息化。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村生活垃圾；物聯(lián)網(wǎng)；信息化

中圖分類號 X799.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）08-134-03

Abstract：In order to intelligently manage the rural household garbage in Quanjiao County of Anhui Province，we combine the GPS navigation，GIS technology，and the internet of things to realize the informatization of the process of rural garbage collection and transportation. In this paper，we design a rural household garbage collection system using the technology of the internet of things. Our system will automatically activate the alarm when the garbage containers are full at the collection station and will also provide an optimal driven route for the garbage truck. We can also monitor the garbage truck and the workers in real time through this system. The proposed design scheme provides a way to realize the informatization and intelligentialization of the whole procedure of rural household waste collection and transportation.

Key words：Rural living garbage； Internet of things；Informatization

近些年來，基于生活垃圾對人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)的影響越來越明顯，各級政府開始高度重視生活垃圾的管理問題，全國各地大中城市陸續(xù)興建了一批生活垃圾處理設(shè)施，陸續(xù)出臺一些關(guān)于城市生活垃圾管理的措施，開始對城市居民收取垃圾處理費，城市生活垃圾處理率迅速得到了提高，城市生活環(huán)境得到了大大改善[1]。但是，當前對農(nóng)村生活垃圾處理的關(guān)注卻遠遠不夠，絕大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)的生活垃圾還處于無人管理的狀態(tài)，農(nóng)村“臟、亂、差”的現(xiàn)象普遍存在，很多村莊甚至出現(xiàn)了“垃圾圍村”的現(xiàn)狀[2]。

很多農(nóng)村沒有指定的垃圾堆放場所、專門的垃圾處理處置系統(tǒng)，農(nóng)村生活垃圾隨意傾倒于村前屋后的溝道、街道兩旁，并且農(nóng)村生活垃圾處置方式也僅依靠焚燒、掩埋、堆積等簡單的措施，這樣容易導(dǎo)致有毒、有害物質(zhì)通過大氣、土壤、地表、地下水體等進入生態(tài)系統(tǒng)，形成化學(xué)物質(zhì)型污染，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，而且加大了疫情、疾病的傳播風(fēng)險，危害農(nóng)民身體健康[3]。

為了進一步推動新農(nóng)村建設(shè)，切實解決“三農(nóng)問題”，2015年6月安徽省住建廳、環(huán)保廳、農(nóng)委聯(lián)合印發(fā)《安徽省農(nóng)村生活垃圾3年治理行動方案》。根據(jù)這一行動方案，全椒縣率先組織開展了“向垃圾宣戰(zhàn)”活動，采取PPP模式，打出“政府購買服務(wù)+第三方參與治理”的組合拳，對全縣農(nóng)村垃圾開展全區(qū)域一體化治理。全縣范圍內(nèi)每2～3戶配置一個垃圾收集桶，每村至少配備一個深埋收集站，每鎮(zhèn)配1臺壓縮式運輸車，對保潔員收運車、深埋收集站、壓縮式運輸車全程“數(shù)字化、視頻化”定位監(jiān)控、平臺管理。

基于全椒縣生活垃圾數(shù)字化管理平臺的建立，本文旨在運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來解決農(nóng)村生活垃圾收運過程的信息化問題，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可追溯性、動態(tài)性等優(yōu)點來加強運輸過程的信息收集、動態(tài)監(jiān)控能力，提高收運效率[4]，從而實現(xiàn)農(nóng)村生后垃圾的信息化管理，為決策部門提供決策依據(jù)。

1 垃圾收運系統(tǒng)概述

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）是通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、傳感器、GPS/北斗系統(tǒng)、二維碼系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[5-6]。

本系統(tǒng)旨在利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)生活垃圾的智能化收運，為深埋收集站配置紅外傳感器，并通過傳感器來監(jiān)測深埋收集站內(nèi)生活垃圾的量，當收集站內(nèi)的生活垃圾量達到收集站容量的80%時，收集站向系統(tǒng)發(fā)出滿桶預(yù)警，系統(tǒng)通過滿桶的收集站的位置分布利用GIS系統(tǒng)為運輸車輛智能規(guī)劃行駛路徑，從而提高生活垃圾的收運效率，實現(xiàn)收運過程的智能化。該系統(tǒng)的功能覆蓋農(nóng)村生活垃圾從產(chǎn)生到處理或回收利用的全過程，包括為各環(huán)節(jié)配備的必要設(shè)施進行管理、對收運流程進行實時監(jiān)管以及對工作人員的信息管理等[7-8]。

2 系統(tǒng)模塊功能

本收運系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、車輛調(diào)度管理模塊以及系統(tǒng)管理模塊，如圖1所示。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集模塊 本系統(tǒng)中所要采集數(shù)據(jù)主要包括包含深埋收集站的基本信息、車輛的基礎(chǔ)信息、車輛在收運過程中的狀態(tài)、運輸人員的基本信息。由于數(shù)據(jù)是系統(tǒng)正常運作的基礎(chǔ)，因此要求數(shù)據(jù)的采集具有實時性和準確行。將深埋收集站的地理位置、車輛的車牌號以及所歸屬的管理區(qū)域、運輸人員的基本信息等寫入RFID標簽中，并給深埋收集站、運輸車輛、運輸人員分配相應(yīng)的RFID標簽，并通過讀取RFID標簽的方式來完成數(shù)據(jù)的采集[9]。通過GPS定位、攝像裝置等來實現(xiàn)車輛的實時監(jiān)控。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊 本模塊包括了對深埋收集站的信息管理、運輸車輛信息管理、運輸人員信息管理和對收運途中的其他相關(guān)信息的管理[10]。

2.2.1 深埋收集站的信息管理 深埋收集站作為生活垃圾的起源點，是對農(nóng)村生活垃圾管理信息化的源頭，通過傳感器來實現(xiàn)填埋桶的預(yù)警功能，當垃圾收集量達到收集桶容積的80%的時候，填埋桶通過無線通信向系統(tǒng)發(fā)出滿桶預(yù)警信息，系統(tǒng)通過判斷需要轉(zhuǎn)運垃圾的收集站的位置進行車輛及人員的調(diào)度以及車輛收集路線的規(guī)劃。

2.2.2 運輸車輛信息管理 運輸車輛在運輸過程中是動態(tài)的，通過GPS對車輛的位置信息進行管理[11]，同時通過對車輛行駛速度、油耗、載重等信息的監(jiān)管來實現(xiàn)對車輛的監(jiān)管。當車輛不在規(guī)定的形式路線行駛時系統(tǒng)會提示管理人員對車輛狀態(tài)進行查看，以規(guī)范運輸車輛的管理，減少運輸成本。

2.2.3 運輸人員的管理 每個運輸人員由管理員進行駕駛車輛的分配，在車輛進行調(diào)度時，根據(jù)運輸人員的工作狀態(tài)來進行人員的調(diào)度，當駕駛員在同一天駕駛時間達到設(shè)定值時，系統(tǒng)將不會給該工作人員進行任務(wù)分派，從而避免駕駛員疲勞駕駛[12]。

2.3 車輛調(diào)度管理模塊 本模塊包括地圖信息管理、車輛運輸歷史路線信息管理、運輸車輛動態(tài)信息管理、運輸車輛報警信息管理等功能。

2.3.1 地圖信息管理 主要包括地圖的擴大或縮小的管理，在后期運營中隨著填埋式收集桶的增多或減少，地圖信息會發(fā)生變化，管理人員可在此模塊中進行地圖的修改[13]。

2.3.2 車輛運輸歷史路線信息管理 通過對歷史路線的查詢，可實時掌控運輸人員是否按規(guī)操作，加強車輛及運輸人員的規(guī)范性管理，為管理部門提供科學(xué)的管理依據(jù)。

2.3.3 運輸車輛動態(tài)信息管理 清運車的動態(tài)管理實現(xiàn)對清運車輛的遠程實時監(jiān)控，需要借助現(xiàn)代信息技術(shù)，調(diào)度中心向車載終端發(fā)出指令，終端會依照指令不間斷的傳輸定位數(shù)據(jù)給調(diào)度中心，經(jīng)GIS做必要處理后，將車輛的實時位置顯示于電子地圖上，以達到對車輛的跟蹤定位[14-15]。

2.3.4 運輸車輛報警信息管理 運輸車輛在遇到緊急情況時，會向系統(tǒng)發(fā)出警報信號，后臺管理人員根據(jù)實際情況向車輛發(fā)出相應(yīng)的指令，這樣有利于車輛運輸過程中的安全管理[16]。

2.4 系統(tǒng)管理模塊 本模塊是為了方便后臺管理而設(shè)計的，工作人員考勤信息管理主要是為了考察工作人員是否按時上下班以及在上班時間是否在自己的工作區(qū)域內(nèi)，以此來對工作人員進行監(jiān)管。上層管理人員可在此模塊中對下級管理人員的權(quán)限進行設(shè)置[17]。

上述系統(tǒng)功能在技術(shù)上采用“平臺化、組件化”的設(shè)計思路，集成并綜合利用“3S”（GIS、GPS、RS）、智能手機嵌入式開發(fā)、無線視頻監(jiān)控、多源數(shù)據(jù)交換、物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、SCADA等關(guān)鍵技術(shù)進行設(shè)計開發(fā)，形成集多媒體展示、動態(tài)交互、無線數(shù)據(jù)采集、可視化管理、遠程監(jiān)控、智能引導(dǎo)、應(yīng)急指揮調(diào)度、統(tǒng)計查詢、決策分析等諸多功能于一體的收運數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)[18-20]，為進一步實現(xiàn)農(nóng)村生活垃圾收運信息化提供了技術(shù)上的支持。

3 結(jié)語

運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立智能化的生活垃圾收運體系，不僅能夠?qū)ι罾幚淼幕A(chǔ)數(shù)據(jù)資料的進行智能化采集、統(tǒng)計、分析保存，還能為生活垃圾處置的綜合調(diào)度、運行管理、遠程監(jiān)控、輔助決策、處理經(jīng)費提供可靠可信的依據(jù)，為各級領(lǐng)導(dǎo)提供決策支持，為生活垃圾運輸車輛規(guī)范化管理提供科技手段，提高垃圾運輸處理監(jiān)管水平和垃圾調(diào)度的科學(xué)性、合理性。

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