摘 要：本文針對我國城市化進(jìn)程中不可回避的餐廚廢棄物、“地溝油”等環(huán)保問題的如何回收監(jiān)管進(jìn)行了全面研究，分析了目前國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了回收監(jiān)管系統(tǒng)研究的方向、主要研究內(nèi)容及涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，為改善城市環(huán)境“變廢為寶”給出了解決方案，利用GIS、GPS、車載移動視頻、智能手持終端等技術(shù)，建立餐廚垃圾收運(yùn)綜合監(jiān)管系統(tǒng)，實現(xiàn)了收運(yùn)過程全程業(yè)務(wù)監(jiān)管。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；餐廚廢棄物；監(jiān)管系統(tǒng)；研究

中圖分類號：TP391 X5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言（Introduction）

餐廚垃圾是家庭、餐飲單位拋棄的剩飯菜的通稱，是城市生活垃圾的重要組成部分。一方面，餐廚垃圾是生活廢棄物，極易發(fā)生腐爛，其性狀和氣味都會對環(huán)境衛(wèi)生造成惡劣的影響，易滋長病原微生物、霉菌毒素等有害物質(zhì)；另一方面，餐廚垃圾又具有資源特性，主要成分是油脂和蛋白質(zhì)，是“放錯了地方的資源”。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市規(guī)模的日益擴(kuò)大，城市化程度不斷深入，餐廚垃圾處理與監(jiān)管問題越來越受到人們的關(guān)注，人們對人文居住環(huán)境的要求愈發(fā)強(qiáng)烈，城市環(huán)境衛(wèi)生管理面臨許多新的課題和任務(wù)。根據(jù)國家的“十三五”規(guī)劃中節(jié)能環(huán)保的指標(biāo)要求，提高與規(guī)范我國餐廚垃圾處理技術(shù)和綜合利用水平，建立綜合的全面的信息化監(jiān)管平臺勢在必行。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（Research status at home and

abroad）

2.1 國外餐廚垃圾信息化監(jiān)管建設(shè)研究現(xiàn)狀

由于生活習(xí)慣和政治體制的不同，國外特別是歐美等發(fā)達(dá)國家的餐廚垃圾處理方式和管理模式與我國的情況差異較大。但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，國外發(fā)達(dá)國家在同類信息監(jiān)管系統(tǒng)中，正在嘗試結(jié)合新的技術(shù)，探尋新的解決方案。目前主要有幾個發(fā)展趨勢：

（1）提出綜合性監(jiān)管平臺概念，整合各種信息資源

當(dāng)今，發(fā)達(dá)國家的信息化監(jiān)管建設(shè)的趨勢是建設(shè)整合各種信息資源的綜合性監(jiān)管平臺。全面收集各個環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)處理數(shù)據(jù)，有效地實現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)的共享，提高管理與決策的準(zhǔn)確性和高效性。

（2）結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等最新技術(shù)，提高信息化監(jiān)管的效率

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，信息化監(jiān)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式正由人力轉(zhuǎn)為自動化方式，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性。通過機(jī)器對機(jī)器（Machine-to-Machine）通信（以下簡稱M2M）通用網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)多種終端設(shè)備（如傳感器、RFID射頻識別設(shè)備、攝像頭、車載稱重設(shè)備、IC卡、地磅設(shè)備等）的接入，并且隨著終端與系統(tǒng)通訊的并發(fā)性、可靠性的不斷提高，可接入系統(tǒng)的終端數(shù)量也在快速增加[1]。

（3）及時、準(zhǔn)確地統(tǒng)計數(shù)據(jù)，挖掘有效信息，優(yōu)化調(diào)度決策支持

目前，國外先進(jìn)的信息化監(jiān)管系統(tǒng)，已經(jīng)融合了數(shù)據(jù)挖掘與輔助決策技術(shù)。在提供真實、科學(xué)的數(shù)據(jù)的同時，通過整合、分析數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計的精確性和可信度，為控制中心決策者提供了分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的環(huán)境，調(diào)用各種信息資源和分析工具，幫助決策者提高決策水平和質(zhì)量[2]。

2.2 國內(nèi)餐廚垃圾信息化監(jiān)管現(xiàn)狀

由于環(huán)衛(wèi)行業(yè)的特殊性，目前我國環(huán)衛(wèi)行業(yè)管理模式相對“粗放”，隨著城市管理信息化的快速發(fā)展以及技術(shù)集成理論的日趨成熟，環(huán)衛(wèi)行業(yè)信息化建設(shè)也成為了發(fā)展的趨勢。與發(fā)達(dá)國家相比，我國環(huán)衛(wèi)行業(yè)信息化起步晚、發(fā)展相對滯后，同時在信息化建設(shè)過程中，缺乏經(jīng)驗，缺少完整的信息化規(guī)劃。目前，國內(nèi)餐廚廢棄物信息化監(jiān)管建設(shè)存在一定的問題。

（1）餐廚廢棄物監(jiān)管信息化建設(shè)處于起步階段，沒有整體化方案

目前國內(nèi)市場上，還沒有一整套針對餐廚廢棄物信息化監(jiān)管的解決方案，基本都停留在某個業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，例如針對車輛行駛路線的GPS監(jiān)管系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這導(dǎo)致很多地區(qū)在信息化過程中只能走一步算一步，甚至是業(yè)務(wù)過程中感覺需要什么就去建設(shè)什么，這種模式無疑讓讓環(huán)衛(wèi)管理無法真正走上信息化，而是在不斷地“拍腦袋”式建設(shè)。

（2）餐廚廢棄物信息化綜合監(jiān)管的技術(shù)手段落后

隨著城市化水平的深入，城市管理內(nèi)容趨于多樣化，餐廚廢棄物產(chǎn)生、收運(yùn)等各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的問題越來越多。如產(chǎn)生量與收集量無法掌控、餐廚垃圾收運(yùn)車輛的作業(yè)違章等。目前，餐廚廢棄物監(jiān)管的手段單一、技術(shù)含量不高，甚至很多環(huán)節(jié)還是依賴人力進(jìn)行監(jiān)管，造成數(shù)據(jù)上報滯后、問題處理不及時等問題[3]。

（3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計的精確度、及時性缺乏，無法提供決策支持

餐廚垃圾處理作為垃圾處理的一種，具有分割作業(yè)等特點，由于缺乏綜合的信息化管理所造成的管理標(biāo)準(zhǔn)不一、管理方法多樣化，這些都增加了餐廚垃圾數(shù)據(jù)的統(tǒng)計難度。具體體現(xiàn)在收運(yùn)環(huán)節(jié)沒有實時的產(chǎn)生計量數(shù)據(jù)采集、作業(yè)環(huán)節(jié)缺乏現(xiàn)場實時監(jiān)管、數(shù)據(jù)統(tǒng)計難度較高等。由于目前餐廚廢棄物管理的信息化監(jiān)管手段缺乏，城市環(huán)境衛(wèi)生管理部門無法實時、準(zhǔn)確的獲得相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，更談不上就餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理管理工作提供輔助決策支持[4]。

總體來說，無論國內(nèi)國外，餐廚垃圾的減量化、無害化和資源化是總的發(fā)展趨勢。在此過程中，借助于現(xiàn)有的先進(jìn)的新一代信息技術(shù)，對餐廚垃圾的產(chǎn)生、收集、運(yùn)輸、分類、處理進(jìn)行全方位的信息化管理，將大大提高環(huán)衛(wèi)政府部門的工作效率、提升其部門的監(jiān)管水平，促進(jìn)餐廚垃圾的無害化與資源化處理。

3 系統(tǒng)研究的方向、內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)（The direction，

content and key technology of system research）

3.1 系統(tǒng)研究方向

3.1.1 實現(xiàn)餐廚垃圾產(chǎn)生單位信息的有效監(jiān)管

如何能準(zhǔn)確、及時的獲得各產(chǎn)生單位的餐廚垃圾產(chǎn)生量及其變化情況，是環(huán)境衛(wèi)生管理部門關(guān)心的一個重要問題。在國內(nèi)，33個試點城市中大部分都建立了相應(yīng)的餐廚垃圾收運(yùn)體系。但由于普遍缺少信息化監(jiān)管平臺，產(chǎn)生單位信息無法全面、準(zhǔn)確地獲取。有些餐飲企業(yè)為了牟取私利，存在違規(guī)私自販賣餐廚垃圾的現(xiàn)象，造成合法的餐廚垃圾收運(yùn)企業(yè)收不到餐廚垃圾，而規(guī)劃建設(shè)的餐廚垃圾處置廠“吃不飽”的現(xiàn)象。

為解決上述問題，就要求我們環(huán)境衛(wèi)生管理部門采用全新的管理模式以應(yīng)對。本研究基于計算機(jī)信息、RFID身份識別、智能手持終端等技術(shù)，旨在實現(xiàn)產(chǎn)生單位信息在線申報與管理、智能垃圾桶身份識別與管理、移動監(jiān)管等功能，為餐廚廢棄物的日常管理與長遠(yuǎn)規(guī)劃提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.1.2 實現(xiàn)餐廚垃圾收運(yùn)環(huán)節(jié)各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的車載一體化采集

目前，在餐廚垃圾收運(yùn)環(huán)節(jié)普遍缺乏信息化監(jiān)管手段，有些城市雖然建設(shè)了一些諸如GPS、視頻監(jiān)控等的信息化系統(tǒng)，但這類系統(tǒng)彼此孤立，無法實現(xiàn)收運(yùn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的綜合監(jiān)管。本研究計劃研制出餐廚垃圾運(yùn)輸車輛的車載一體化數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實現(xiàn)車輛的GPS坐標(biāo)、車載移動視頻、垃圾桶RFID身份識別數(shù)據(jù)和車載稱重計量數(shù)據(jù)的同時采集與回傳，為餐廚垃圾收運(yùn)的綜合監(jiān)管提供數(shù)據(jù)采集技術(shù)保障[5]。

3.1.3 建立餐廚垃圾收運(yùn)綜合監(jiān)管系統(tǒng)

綜合應(yīng)用GIS、GPS、車載移動視頻、智能手持終端等技術(shù)，建立餐廚垃圾收運(yùn)綜合監(jiān)管系統(tǒng)，可實現(xiàn)收運(yùn)過程進(jìn)行全程業(yè)務(wù)監(jiān)管。主要實現(xiàn)如下功能：

（1）餐廚垃圾計量監(jiān)管

基于車載一體化數(shù)據(jù)采集設(shè)備回傳的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可分類統(tǒng)計出各產(chǎn)生單位的產(chǎn)生量、收集車輛的收運(yùn)量等餐廚垃圾量等信息，并提供GIS可視化展示與監(jiān)管。

（2）收運(yùn)作業(yè)規(guī)范監(jiān)管

當(dāng)有違規(guī)作業(yè)現(xiàn)象發(fā)生時，系統(tǒng)自動保存或提供相關(guān)違規(guī)證據(jù)，如照片圖像、作業(yè)路線、稱重數(shù)據(jù)等。通過智能手持終端的巡查管理軟件，環(huán)境衛(wèi)生管理部門的工作人員可隨時上路巡查餐廚垃圾收集車的作業(yè)規(guī)范遵守情況，如發(fā)現(xiàn)違規(guī)現(xiàn)象也可利用手持終端完成現(xiàn)場取證和違規(guī)上報[6]。

（3）數(shù)據(jù)挖掘與輔助決策

運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，分析系統(tǒng)中存儲的大量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為餐廚廢棄物的產(chǎn)生與收運(yùn)管理提供輔助決策支持。例如可按產(chǎn)生單位類型、分布區(qū)域等維度挖掘分析餐廚垃圾收運(yùn)量數(shù)據(jù)，為餐廚垃圾收運(yùn)管理提供輔助決策依據(jù)。

3.2 主要研究內(nèi)容

基于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，建設(shè)一個全方位餐廚垃圾收運(yùn)監(jiān)管系統(tǒng)，并運(yùn)用全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、數(shù)據(jù)挖掘作為核心技術(shù)，為餐廚垃圾的產(chǎn)生、收集等過程提供可視化、智能化的管理手段。感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成了基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)總體框架，如圖1所示。系統(tǒng)在感知層構(gòu)建了一套信息采集感知車載終端，網(wǎng)絡(luò)層保證感知層獲取到的信息準(zhǔn)確地傳送回綜合平臺，應(yīng)用層對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和挖掘，綜合監(jiān)管餐廚垃圾收運(yùn)過程。

圖1 系統(tǒng)平臺架構(gòu)圖

Fig.1 System platform architecture

3.2.1 感知層的信息采集感知終端

物聯(lián)網(wǎng)感知層處于三層架構(gòu)的最底層，具有物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力。餐廚垃圾收運(yùn)車輛——作為餐廚垃圾收集的主體，它在整個系統(tǒng)中是一個重要的信息采集環(huán)節(jié)。現(xiàn)有解決方式往往局限于單項技術(shù)在車載端的應(yīng)用，如GPS監(jiān)控、視頻監(jiān)控，不能達(dá)到全方位實時數(shù)據(jù)信息采集的目的。本研究根據(jù)需求分析，結(jié)合了RFID、GPS、車載視頻、車載稱重等技術(shù)，構(gòu)建了一套一體化信息采集感知車載終端，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與控制中心網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息共享。采集感知終端可同時獲取各種前端傳感器感知到的數(shù)據(jù)信息，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，提取有效信息，通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸回控制中心。終端采用了嵌入式的設(shè)計思想，具有小體積、低功耗、高抗震性、高可靠性、拓展性強(qiáng)等特點，同時一體化的采集感知思路發(fā)揮了多項監(jiān)管技術(shù)在

系統(tǒng)中的作用，滿足了系統(tǒng)監(jiān)控需求，充分利用了各種傳感器信息的在空間和時間上的互補(bǔ)性和冗余性，大大提高了監(jiān)管效率，獲得了單項技術(shù)應(yīng)用簡單“1+1”模式不具有的功效。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)通信質(zhì)量保障技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)中，要求網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知層感知到的數(shù)據(jù)無障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送，解決的是感知層所獲取的數(shù)據(jù)向應(yīng)用層系統(tǒng)平臺的傳輸問題?？紤]到終端連接方便性、信息基礎(chǔ)設(shè)施的可用性以及應(yīng)用場景的需要，在本研究中感知層的各種終端設(shè)備多采用無線通信網(wǎng)絡(luò)作為傳輸載體。

在物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)層是基于現(xiàn)有的通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上建立起來的，其關(guān)鍵技術(shù)既包含了現(xiàn)有的通信技術(shù)（如2G/3G移動通信技術(shù)、有線寬帶技術(shù)、PSTN技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)等），也包含終端技術(shù)（如連接傳感網(wǎng)與通信網(wǎng)結(jié)合的網(wǎng)關(guān)設(shè)備），為各種行業(yè)終端提供通信能力的通信模塊等。

3.2.3 應(yīng)用層收運(yùn)綜合監(jiān)管平臺

餐廚垃圾收運(yùn)監(jiān)管系統(tǒng)是一個云架構(gòu)的車輛運(yùn)行信息平臺，是圍繞餐廚垃圾產(chǎn)生單位、收運(yùn)車輛的數(shù)據(jù)匯聚、計算、調(diào)度、監(jiān)控、管理與應(yīng)用的復(fù)合體系。監(jiān)管系統(tǒng)通過感知層的一體化信息采集感知終端獲取餐廚垃圾收運(yùn)車的位置、運(yùn)輸量、作業(yè)信息等，通過網(wǎng)絡(luò)層將信息傳送回綜合平臺，應(yīng)用層將結(jié)合產(chǎn)生單位的類型、規(guī)模、所屬區(qū)域、歷史收運(yùn)記錄等相關(guān)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚、融合處理及數(shù)據(jù)挖掘；依據(jù)這些數(shù)據(jù)及其之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)餐廚垃圾運(yùn)輸車的全程監(jiān)管、就近調(diào)度等綜合管理功能。同時系統(tǒng)將結(jié)合智能手持終端，進(jìn)一步提高移動監(jiān)控和管理能力，主要方式為突擊稽查與巡檢。

基于GPS和GIS技術(shù)，系統(tǒng)可實現(xiàn)餐廚垃圾收運(yùn)車輛的實時定位、軌跡回放以及用戶自定義報警機(jī)制（區(qū)域報警、停車超時報警、超速報警等）；平臺系統(tǒng)亦可實現(xiàn)餐廚垃圾收運(yùn)車輛的在線調(diào)度功能，支持的調(diào)度方式有語音調(diào)度、短信調(diào)度等如圖2所示。

圖2 餐廚垃圾收運(yùn)車輛監(jiān)管與調(diào)度

Fig.2 Supervision and dispatch of vehicle waste garbage

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）多傳感器信息一體化采集感知終端

本研究中，在物聯(lián)網(wǎng)感知層需要采集各種不同的數(shù)據(jù)信息，如RFID標(biāo)簽信息、GPS信息、視頻圖像信息、稱重數(shù)據(jù)信息等，如何支持多種數(shù)據(jù)終端的通信協(xié)議并保證系統(tǒng)接入終端的可擴(kuò)展性是本次課題需要解決的一項關(guān)鍵問題。

（2）餐廚廢棄物收運(yùn)綜合監(jiān)管平臺構(gòu)建技術(shù)

本研究開發(fā)的餐廚廢棄物收運(yùn)綜合監(jiān)管平臺應(yīng)滿足：①能方便地接入各種不同類型的數(shù)據(jù)采集設(shè)備；②能實現(xiàn)與各級政府管理部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的快速對接的業(yè)務(wù)需求。為保證整個平臺的先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、安全性，平臺架構(gòu)技術(shù)是我們需要考慮的一項重要關(guān)鍵技術(shù)問題。

（3）數(shù)據(jù)挖掘與輔助決策技術(shù)

選用適用于餐廚廢棄物收運(yùn)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)并實現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘軟件工具，對系統(tǒng)中存儲的海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，為餐廚廢棄物的產(chǎn)生與收運(yùn)管理提供輔助決策支持。

4 結(jié)論（Conclusion）

本文闡述了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)餐廚廢棄物回收處理監(jiān)控系統(tǒng)的研究，研究成果可快速形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模并產(chǎn)生以下社會效益：

（1）改善市容環(huán)境

從餐廚垃圾產(chǎn)生源頭至收運(yùn)作業(yè)實現(xiàn)全過程多角度監(jiān)管，有效杜絕隨意傾倒、不密閉車廂、拋灑滴漏等影響市容的現(xiàn)象，確保餐廚垃圾不會污染道路環(huán)境、民眾居住環(huán)境，保障市容環(huán)境的干凈整潔。

（2）遏制“地溝油”的黑色價值鏈

對餐廚垃圾的收集、運(yùn)輸過程進(jìn)行監(jiān)管，實現(xiàn)前端收集量和運(yùn)輸路線的實時監(jiān)控；與環(huán)衛(wèi)監(jiān)管平臺對接，實時對相關(guān)監(jiān)管數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集和上傳；與衛(wèi)生、環(huán)保等管理部門平臺對接，實現(xiàn)對餐廚垃圾各個環(huán)節(jié)的監(jiān)管。杜絕了將餐廚垃圾作為牲畜飼料、地溝油，再進(jìn)入食物鏈影響人體健康的危險因素。

（3）提升管理部門的管理水平

信息化助推餐廚垃圾監(jiān)管，城市市容和周邊環(huán)境明顯改善，居民正常生活得到保障，管理部門的重復(fù)清運(yùn)成本明顯降低，市民對管理部門工作滿意度提高。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 廖神海，婁承芝，田浩.基于物聯(lián)網(wǎng)平臺的太陽能熱水工程監(jiān)控系統(tǒng)[J].太陽能學(xué)報，2016，37（7）：1851-1856.

[2] 顏波，石平.基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2014，7（1）：58-65.

[3] 廖建尚.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32（11）：233-243.

[4] 練勝，王棟，朱祥賢.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].機(jī)電信息，2015（03）：126-127.

[5] 徐曉新，等.基于校園網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和管理方法[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2016（04）：109-110.

[6] 王家利，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計[J].山西電子技術(shù)，2015（02）：53-55.

作者簡介：

周子立（1963-），男，本科，高級工程師，副教授.研究領(lǐng)域：計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用.