基于物聯(lián)網(wǎng)的電子廢棄物處置回收安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

瞿國慶++徐勝++瞿峰

摘要：隨著電子電器產(chǎn)品的日益普及，電子廢棄物的處置回收成為全球的一個共同難點問題。本文圍繞電子廢棄物的處置回收生產(chǎn)過程中存在的問題，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的電子廢棄物處置回收安全監(jiān)控系統(tǒng)，對監(jiān)控系統(tǒng)中所涉及的無線傳感網(wǎng)絡(luò)、RFID技術(shù)等進(jìn)行介紹及設(shè)計。本文提出的電子廢棄物處置回收安全監(jiān)控系統(tǒng)可對廢棄物進(jìn)行全流程的監(jiān)控和管理，為各級環(huán)保部門的日常監(jiān)管和基金補貼審核工作提供技術(shù)保障，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 電子廢棄物 安全監(jiān)控

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）09-0000-00

隨著電子產(chǎn)品快速更新?lián)Q代，大量的電子廢棄物隨之產(chǎn)生，處置不當(dāng)會對環(huán)境造成重大破壞，目前我國電廢棄物處置行業(yè)仍處于發(fā)展初期，存在相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善、處置生產(chǎn)經(jīng)驗不足、拆解處理作業(yè)欠規(guī)范等問題，對廢棄電器電子產(chǎn)品污染防治和基金使用安全造成不良影響[1]。

本文針對以上問題，結(jié)合國外先進(jìn)管理經(jīng)驗，開發(fā)基于WEB的綜合監(jiān)管平臺，平臺包括系統(tǒng)自動處理聯(lián)動、過程監(jiān)控、前端監(jiān)控功能設(shè)計，將部分處置企業(yè)違規(guī)處理現(xiàn)象進(jìn)行抓拍和過程管理，為各級環(huán)保部門對廢棄電器電子產(chǎn)品的日常監(jiān)管和基金補貼審核工作提供技術(shù)保障，系統(tǒng)對于提高我國廢棄電器電子產(chǎn)品處理處置具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 電子廢棄物特點

電子廢棄物，俗稱電子垃圾，是各種接近其“使用壽命”終點的電子產(chǎn)品的通稱，包括各種生活用電器及生產(chǎn)所淘汰的電子儀器儀表等，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電子技術(shù)不斷升緩和價格不斷下降，電子產(chǎn)品壽命周期越來越短，電子垃圾的產(chǎn)生量迅速增大。電子廢棄物具有[2]：（1）數(shù)量多。電子廢棄物是世界上增長最快的垃圾，比總廢物量的增長速度快3倍，據(jù)專家預(yù)測，到2015年底我國電子廢棄物產(chǎn)量將達(dá)到驚人的500萬噸。（2）危害大。電子廢棄物中含有大量有害物質(zhì)，首先是鹵素阻燃劑，由于其在燃燒或加熱過程中會成為潛在的二惡英來源，需要特殊處理，以降低環(huán)境危害。其次是重金石污染，包括汞、鎳、鎘鉛、鉻等，會破壞人的神經(jīng)、血液系統(tǒng)以及腎臟。（3）潛在價值高。電子廢棄物具有很高的回收利用價值，其開發(fā)成本和所需能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于礦山一次資源，被人們稱為“城市礦山”，是有色金屬行業(yè)的陽光產(chǎn)業(yè)目前世界上主要發(fā)達(dá)國家的再生資源回收總值已達(dá)到一年2500億美元，并且僅每年15%-20%的速度增長。

所以，電子廢棄物是既特殊又寶貴的資源，理應(yīng)得到廣泛的重視和利用。利用科學(xué)合理的方法實現(xiàn)電子廢棄物的資源化處理對促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展具有十分重要的意義。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)與視頻流技術(shù)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）采用自身的微型自動裝置，可在沒有任何已確定的架構(gòu)幫助下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，具有組網(wǎng)簡單、節(jié)點布置方面、耗能少、壽命長的特點，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在收集關(guān)于物理世界的參數(shù)信息方面以獲得廣泛應(yīng)用。

視頻流不同于傳統(tǒng)的多媒體，它的主要特點是運用可變帶寬技術(shù)，以流的形式進(jìn)行數(shù)字媒體的傳送，從幾Kbps到若干Mbps的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，人們在都可以在線欣賞到連線不斷的一定品質(zhì)的視頻節(jié)目，在服務(wù)器端將視頻數(shù)據(jù)打包后通過包交換網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過多次路由傳送到客戶端，客戶端將接受到額數(shù)據(jù)重新組裝后播放出來。

在電子廢棄物處置安全監(jiān)控過程中，將無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與視頻流技術(shù)相結(jié)合，加快了數(shù)據(jù)和視頻信息的傳輸效率，實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)與視頻流數(shù)據(jù)實時同步，從而自動采集視頻信息，為前端處理提供問題追溯依據(jù)。

2.2 RFID與圖形處理技術(shù)

RFID技術(shù)是智能識別技術(shù)的一種，主要由標(biāo)簽、讀寫器和天線三部分組成，其工作機理是當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，通過天線接收器發(fā)出的信號，或是以自身能量源主動發(fā)送某一頻率的信號，讀寫器接收標(biāo)簽信息并譯碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理。

圖形圖像處理技術(shù)最主要的組成部分就是計算機的硬件設(shè)備與圖形圖像處理軟件。一般情況下，計算機的硬件設(shè)備的性能越高，處理圖形的效果越好，圖形圖像處理軟件的作用主要是將計算機與顯示終端之間建立聯(lián)系。

在電子廢棄物處置過程中，采用RFID標(biāo)簽保證電子產(chǎn)品前端、過程、末端的唯一性，防止廢棄品處理工藝流程的重復(fù)和遺漏，同時結(jié)合圖像處理技術(shù)對現(xiàn)場處理圖像進(jìn)行分析，判斷廢棄品信息是否對應(yīng)，防止人為目的所產(chǎn)生的重復(fù)處理和遺漏處理想象的發(fā)生，有利于處理合格率和基金補貼審核工作的管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)的電子廢棄物處置回收安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集的地磅稱重系統(tǒng)、集成視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析的管理端平臺組成[3]，包括用于廢棄電子電器處理企業(yè)的回收處理前端采集裝置和廢棄電子電器處理企業(yè)的流程智能分析控制裝置。這些裝置或設(shè)備通過4G、3G或Internet網(wǎng)絡(luò)與位于處理企業(yè)或環(huán)保部門的廢棄電子電器環(huán)保處理綜合管理監(jiān)管平臺相連，通過監(jiān)管軟件實現(xiàn)對廢棄電子電器環(huán)保處理的科學(xué)、高效、智能化管理。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.1 前端采集裝置設(shè)計

廢棄電子電器處理企業(yè)是廢棄電子電器處理的源頭，必須在源頭就對廢棄電子電器進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)管，避免處理過程不達(dá)標(biāo)或其他違規(guī)行為造成的環(huán)境污染行為。采用半有源RFID技術(shù)，通過門口RFID、各流程RFID識別，獲取、傳輸運輸車輛和廢棄電子電器產(chǎn)品的身份信息、進(jìn)出時間、有無進(jìn)入各流程及各流程處理時間等信息。系統(tǒng)前端采集裝置設(shè)計如圖2所示。

圖2 前端采集裝置設(shè)計

通過前端廢棄電子電器配備的RFID標(biāo)簽，實時獲取廢棄電子電器位置、流程階段信息；通過各流程階段的RFID信息，智能分析出各流程處理所用時間信息； 通過各流程階段配置的攝像機獲取廢棄電子電器實時處理進(jìn)度流程的現(xiàn)場圖片信息；通過RFID信息和進(jìn)度流程現(xiàn)場圖片信息的比對，綜合判斷流程是否合格；基于云計算和大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，將廢棄電器電子產(chǎn)品處理處置、運輸、回用等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析，實現(xiàn)廢棄電器電子產(chǎn)品處理過程多方位監(jiān)控，防止廢棄電器電子產(chǎn)品處理過程中造成環(huán)境污染和擅自丟棄等現(xiàn)象[4]。

3.2 系統(tǒng)軟件平臺設(shè)計

系統(tǒng)軟件平臺采用開源WEB開發(fā)框架Struts，采用了MVC模式“分離顯示邏輯和業(yè)務(wù)邏輯”能夠有效的減弱業(yè)務(wù)邏輯接口和數(shù)據(jù)接口之間的耦合，并讓視圖層更富于變化。Struts包括了框架類、幫助類和定制的JSP標(biāo)簽庫，以及大量基于JAVA EE Model2設(shè)計模式的應(yīng)用技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)是其具有多種優(yōu)點。系統(tǒng)軟件平臺架構(gòu)見圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件平臺架構(gòu)

系統(tǒng)平臺應(yīng)用層提供基于廢棄電子電器處理監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計分析等一系列計算機智能處理服務(wù)，為提煉和抽象出廢棄電子電器流程處理情況，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時分析、歷史數(shù)據(jù)分析[5]。智能處理層由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)接入模塊、數(shù)據(jù)訪管理模塊、安全管理以及智能分析模塊五個部分組成，其中數(shù)據(jù)接入模塊主要有拆解生產(chǎn)管理信息模塊、環(huán)保部廢舊家電監(jiān)管模塊、危廢處理生產(chǎn)管理模塊、環(huán)境在線監(jiān)測管理信息模塊等，本監(jiān)管平臺可實現(xiàn)已有監(jiān)管信息模塊的無縫銜接，并對后期可能增加接入的數(shù)據(jù)模塊留有接口。

4 結(jié)語

本文圍繞電子廢棄物的特點及處置生產(chǎn)過程中所存在的問題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的電子廢棄物安全處置監(jiān)控系統(tǒng)，對監(jiān)控系統(tǒng)中所涉及的無線傳感器與視頻流技術(shù)、RFID與圖形處理技術(shù)等進(jìn)行介紹，最后對系統(tǒng)中的前端采集裝置、系統(tǒng)平臺進(jìn)行設(shè)計。本文 提出的電子廢棄物處置安全監(jiān)控系統(tǒng)對于我國廢舊家電有序回收的發(fā)展，減少自然資源的消耗，實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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[4] 趙潤瑞.我國電子廢棄物再制造現(xiàn)狀及問題分析[J].經(jīng)營管理者，2012（06）.

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收稿日期：2015-08-18

作者簡介：瞿國慶（1976—）男，江蘇南通人，碩士，南通博士未來信息科技有限公司副總經(jīng)理，職稱：高級工程師，研究方向：計算機及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。