農(nóng)村生活垃圾管理的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究

孫大偉，吳 克，王傳華，趙海洋

(1.合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，合肥 230601；2.勁旅環(huán)境科技有限公司，合肥 230011)

農(nóng)村生活垃圾管理的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究

孫大偉1，吳 克1，王傳華2，趙海洋1

(1.合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，合肥 230601；2.勁旅環(huán)境科技有限公司，合肥 230011)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一項(xiàng)新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因其可追溯性、動態(tài)性等特點(diǎn)，在解決農(nóng)村生活垃圾收集和清運(yùn)方面表現(xiàn)出高效、便捷等優(yōu)勢。以安徽省全椒縣為研究對象，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)村生活垃圾清運(yùn)工作運(yùn)行機(jī)制,以50L垃圾收集桶、三輪新能源全密封收運(yùn)車、環(huán)保深埋收集站及16噸多功能清運(yùn)車為基礎(chǔ)設(shè)施，集成并綜合利用GIS、GPS、RFID技術(shù)、無線視頻監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行設(shè)計研發(fā)，形成視頻展示、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能調(diào)度、統(tǒng)計查詢等諸多功能于一體的垃圾收運(yùn)在線監(jiān)控系統(tǒng)。

農(nóng)村生活垃圾；垃圾清運(yùn)；物聯(lián)網(wǎng)

0 引 言

近年來，我國對城鎮(zhèn)居民生活廢棄物的管理尤為重視，采取了一系列管理整治措施，取得了顯著的效果。但工作重點(diǎn)尚在城市以及與城市環(huán)境緊密聯(lián)系的周邊郊區(qū)。隨著我國農(nóng)村環(huán)境污染問題的日益凸顯，國家也陸續(xù)開展了農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生連片整治工作，對廣大農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生問題逐步重視起來。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)面積占據(jù)國土主要地位，農(nóng)村人口占全國人口的七成[1]，所以農(nóng)村環(huán)境治理是一項(xiàng)極其重要的工作。據(jù)統(tǒng)計，我國農(nóng)村每年產(chǎn)生約3億噸的生活垃圾，其中有約1.2億噸生活垃圾露天堆放，全國農(nóng)村生活垃圾處理率約為10%，大部分農(nóng)村的生活垃圾還普遍處于粗放的“無序”管理狀態(tài)。[2-5]目前，我國農(nóng)村生活垃圾治理主要面臨以下幾個難題：(1)我國農(nóng)村面積大，(2)農(nóng)村居民居住地分散，(3)資金不足,4)技術(shù)手段落后；總體上說，村鎮(zhèn)生活垃圾收運(yùn)處理設(shè)施缺乏，在技術(shù)、資金和管理方面存在較大的問題。[6-7]針對此類問題，安徽省近年來也加強(qiáng)了農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生管理工作，發(fā)布了《安徽省人民政府辦公廳關(guān)于改善農(nóng)村人居環(huán)境的實(shí)施意見》《安徽省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳安徽省環(huán)境保護(hù)廳安徽省農(nóng)業(yè)委員會關(guān)于印發(fā)安徽省改善農(nóng)村人居環(huán)境規(guī)劃綱要(2015—020年)的通知》，加大了對農(nóng)村環(huán)境保護(hù)的投入和研究，相關(guān)農(nóng)村及流域的居民生活垃圾研究工作也逐步開展，取得了一些研究成果，[8]先進(jìn)的垃圾管理方式也得到了社會的關(guān)注。

隨著科技進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步應(yīng)用到諸多領(lǐng)域，其中涉農(nóng)領(lǐng)域效益更為明顯，為農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。環(huán)境保護(hù)也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的典型領(lǐng)域，國家工業(yè)和信息化部于2012年發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，智能環(huán)保是“十二五”期間中國物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)發(fā)展的九大應(yīng)用之一。把物聯(lián)網(wǎng)充分利用在環(huán)境保護(hù)方面，構(gòu)建信息化的環(huán)境保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，提升環(huán)境監(jiān)管的現(xiàn)代化水平是當(dāng)代環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)工作之一。[9]因此，物聯(lián)網(wǎng)具有可追溯性、動態(tài)性等優(yōu)點(diǎn)可以運(yùn)用到農(nóng)村生活垃圾管理中，從而解決生活垃圾的收運(yùn)過程中的信息收集、智能監(jiān)控等問題，不僅有利于管理，而且大大提高了收運(yùn)效率。

圖1 全椒縣地圖

本文以全椒縣利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建農(nóng)村生活垃圾收運(yùn)體系和智能監(jiān)管為例，介紹該縣的垃圾管理現(xiàn)狀以及垃圾管理的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建特點(diǎn)和運(yùn)行機(jī)制，同時對存在的問題提出了優(yōu)化方案。

1 全椒縣的垃圾管理現(xiàn)狀

全縣境內(nèi)10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝跀?shù)382 623、總面積約為1 500平方公里。轄區(qū)的居民生活垃圾管理按“戶收集、村集中、鎮(zhèn)轉(zhuǎn)運(yùn)、縣處理”的處理模式(圖1所示)。以村為單位，村鎮(zhèn)居民為主體。采取三級管理模式：縣負(fù)責(zé)統(tǒng)籌安排，鎮(zhèn)負(fù)責(zé)具體實(shí)施，村組負(fù)責(zé)一線操作。如表1所示是全椒縣十個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人口分布和垃圾日產(chǎn)量，所產(chǎn)垃圾全部運(yùn)往滁州市三官集垃圾焚燒廠焚燒處理。

表1 全椒縣十個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人口分布和垃圾日產(chǎn)量

圖2顯示全椒縣十個鄉(xiāng)鎮(zhèn)2015年內(nèi)每個月的生活垃圾產(chǎn)量情況。數(shù)據(jù)表明十個鄉(xiāng)鎮(zhèn)每月生活垃圾產(chǎn)量變化不大，只有在二月份和三月份因過春節(jié)才導(dǎo)致生活垃圾產(chǎn)量稍微變大。正常的每日生活垃圾產(chǎn)量人均0.3千克左右。

圖2 全椒縣農(nóng)村生活垃圾每月產(chǎn)生量

2 全椒縣智能垃圾管理體系的硬件配置

依據(jù)全椒縣村鎮(zhèn)和人口分布的特點(diǎn)，按2～3戶布置一個50L塑料垃圾桶(山區(qū)獨(dú)居的村戶一家門口可以放一個50L塑料垃圾桶)，300～500人配備一輛500L三輪全密封智能收運(yùn)車，2 500人布置一個5m3智能深埋桶(圖3以十字鎮(zhèn)為例，5m3深埋桶布點(diǎn)情況) ，一個鎮(zhèn)配備一輛16噸的智能清運(yùn)車，具體配置情況如表2所示。

表2 收集和清運(yùn)設(shè)備配置

圖3 十字鎮(zhèn)環(huán)保深埋桶布置點(diǎn)

與此同時，按照村鎮(zhèn)的地理位置和人口分布的情況，配備專職保潔人員，負(fù)責(zé)將50L塑料垃圾桶的垃圾通過容積500L的三輪收運(yùn)車運(yùn)至5m3的深埋桶，再由16噸的智能清運(yùn)車轉(zhuǎn)運(yùn)至滁州市三官集垃圾焚燒廠，如圖4所示。

3 垃圾管理的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建

全椒縣垃圾管理物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺構(gòu)建由垃圾清運(yùn)管理平臺(前端人工保潔收集)，信息傳輸與識別單元和管理平臺構(gòu)成的(圖5所示)。

圖4 農(nóng)村垃圾收集、轉(zhuǎn)運(yùn)路線圖

圖5 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的垃圾清運(yùn)管理體系

圖6 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的垃圾清運(yùn)線路圖

5m3深埋桶上裝有滿桶發(fā)訊系統(tǒng)裝置和GPS定位裝置，該滿桶發(fā)訊系統(tǒng)包括傳感器信息采集模塊、信息處理模塊和通信模塊。滿桶發(fā)訊系統(tǒng)通過移動無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時把采集到的信息發(fā)送到垃圾收運(yùn)在線監(jiān)控中心，當(dāng)深埋桶達(dá)到滿桶時，監(jiān)控中心的平臺立刻發(fā)出該深埋桶報警信號，監(jiān)控平臺就會調(diào)度總質(zhì)量16噸的垃圾清運(yùn)車前往清運(yùn)5m3環(huán)保數(shù)字化深埋桶里的生活垃圾。每一個5m3深埋桶配裝具有唯一識別碼的RFID標(biāo)簽，當(dāng)16噸的垃圾清運(yùn)車進(jìn)行收運(yùn)時，其車上搭載的RFID閱讀器自動識別該深埋桶的信息，記錄深埋桶的位置、編號、收運(yùn)時間等信息。[10]清運(yùn)車輛把獲得的信息實(shí)時回傳在線監(jiān)控中心，系統(tǒng)自動生成報表存入數(shù)據(jù)庫。16噸的垃圾清運(yùn)車上裝上車載稱重系統(tǒng)，車載稱重系統(tǒng)能夠在調(diào)度屏上實(shí)時顯示該車現(xiàn)在載重多少，還能繼續(xù)載重多少等信息，同時把這些信息實(shí)時傳送到在線監(jiān)控平臺。駕駛員可以根據(jù)這些信息判斷能否繼續(xù)清運(yùn)下一個深埋桶的生活垃圾。垃圾清運(yùn)車上還裝有GPS定位系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、速度傳感器、油耗傳感器、調(diào)度屏、監(jiān)控視頻等裝置，這些系統(tǒng)裝置實(shí)時把信息發(fā)送到在線監(jiān)控中心，在清運(yùn)車的調(diào)度屏上實(shí)時顯示要清運(yùn)的5m3環(huán)保數(shù)字化深埋桶位置以及最優(yōu)路線，垃圾清運(yùn)車根據(jù)調(diào)度屏上的信息把已滿的深埋桶清運(yùn)以后，直接送往垃圾填埋場或垃圾焚燒廠。在每一個16噸的垃圾清運(yùn)車配裝具有唯一識別碼的RFID標(biāo)簽，在垃圾填埋場或焚燒廠配裝RFID閱讀器，當(dāng)16噸的垃圾清運(yùn)車進(jìn)入廠區(qū)時，RFID閱讀器自動識別16噸的垃圾清運(yùn)車的信息，如車牌號、車載垃圾重量、出入時間等信息，同時把這些信息傳送到在線監(jiān)控中心，系統(tǒng)會自動統(tǒng)計生成報表，為每月垃圾處理費(fèi)用提供參考依據(jù)。[11]圖6所示基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的垃圾清運(yùn)線路圖。

4 運(yùn)行實(shí)踐存在的問題

通過1年的實(shí)踐，取得了經(jīng)驗(yàn)，但是還是存在一些問題，比如適應(yīng)于農(nóng)村環(huán)境中的垃圾清運(yùn)的軟件管理系統(tǒng)問題，垃圾清運(yùn)過程中各操作單元的信號輸送與識別的問題，還有從業(yè)人員的專業(yè)意識、素質(zhì)與技能等問題。對這些問題的梳理，可以提高管理效率，降低運(yùn)行成本。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)軟件的優(yōu)化。在經(jīng)過1年的實(shí)際運(yùn)行表明整個方案設(shè)計合理、軟件系統(tǒng)運(yùn)行正常。由于全椒縣村鎮(zhèn)分布較為零散，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)依賴的通訊信號的強(qiáng)弱直接影響到系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，造成有些地方的系統(tǒng)功能不能很好的實(shí)現(xiàn)。此外對現(xiàn)有的垃圾清運(yùn)的路徑與車輛的進(jìn)一步合理管理等方面，都需要進(jìn)行軟件優(yōu)化，滿足實(shí)際需要的要求。

(2)單元數(shù)據(jù)采集與信息識別的優(yōu)化。單元數(shù)據(jù)采集主要體現(xiàn)在深埋桶滿桶發(fā)訊方面，因超聲波傳感器裝在桶蓋上，由于桶蓋掀起與蓋上，會導(dǎo)致傳感器采集數(shù)據(jù)誤差大，甚至損壞，需要找到更好的解決辦法進(jìn)行優(yōu)化。清運(yùn)車輛對深埋桶的識別是通過清運(yùn)車輛上RFID讀寫器讀取在深埋桶上RFID標(biāo)簽上的信息實(shí)現(xiàn)信息的對接，在實(shí)際操作過程中會出現(xiàn)信息對接不夠靈敏。

(3)工作人員需要專業(yè)培訓(xùn)。由于采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能管理垃圾的清運(yùn)，這就要求對從業(yè)人員開展專業(yè)培訓(xùn)。需要經(jīng)?；椭贫然?，配套行之有效的獎懲考核制度。

5 結(jié) 語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的生活垃圾清運(yùn)模式已經(jīng)在我國一些城市開始實(shí)施了，但我國大多農(nóng)村生活垃圾幾乎還處于無人管理現(xiàn)狀。全椒縣開始了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)村生活垃圾清運(yùn)工作，雖然還存在一些問題，但已經(jīng)開啟了農(nóng)村生活垃圾信息化清運(yùn)的新模式，隨著對垃圾清運(yùn)系統(tǒng)的不斷優(yōu)化完善，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)村生活垃圾清運(yùn)工作效果會更加凸顯，到時可以面向我國農(nóng)村大范圍的推廣這種模式，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)處理生活垃圾收運(yùn)管理工作，勢必成為農(nóng)村垃圾收運(yùn)管理的未來趨勢。

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[責(zé)任編輯：張永軍]

Solid Waste Management in Rural Area: Application of IOT

SUN Da- wei1,WU Ke1, WANG Chuan- hua2，ZHAO Hai- yang1

(1.Department of Biological and Environmental Engineering, Hefei University, Hefei 230601;2.Jinglv Environmental Technology Limited Company, Hefei 230011,China)

Internet of things technology is a new network technology, because of its traceability, dynamic characteristics, in solving the rural living garbage collection and pickup performance advantages such as high efficiency, convenient. Based on Anhui Quanjiao county as the research object, this paper sets up the rural living garbage pickup work based on the technology of Internet of things running mechanism, to 50 L of garbage collection barrels, full seal collector car three rounds of new energy, environmental protection deep collection stations and 16 tons Qing- Yun- Che for infrastructure, integrated and comprehensive utilization of GIS, GPS and RFID technology, wireless video monitoring, Internet of design on the key techniques such as research and development, the formation of video display, data acquisition, remote monitoring, intelligent scheduling, statistical query, and many other functions in one of the garbage collector online monitoring system.

rural garbage；waste collection and transportation；Internet of things

2016-12-20

2017-03-10

安徽省教育廳固體廢棄物創(chuàng)新團(tuán)隊“環(huán)巢湖集鎮(zhèn)城市生活垃圾收集轉(zhuǎn)運(yùn)工程”項(xiàng)目(H13087)資助。

孫大偉(1990— )，男，安徽亳州人，合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系2014級碩士研究生；研究方向：固體廢棄物處理及資源化。

X705

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2096-2371(2017)02-0074-05