基于NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建自然風(fēng)景區(qū)智慧環(huán)衛(wèi)

摘 "要：為順應(yīng)“十四五”時期經(jīng)濟社會發(fā)展主要目標(biāo)，大力推動生態(tài)文明建設(shè)實現(xiàn)新進步，該文通過查找資料、問卷調(diào)查、實地調(diào)研等各種方式，進一步明確推進自然風(fēng)景區(qū)智慧環(huán)衛(wèi)的重要性。智慧環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)運用的主要技術(shù)是NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，因其性能高、成本低、低功耗、覆蓋面廣、性價比高，運用在自然風(fēng)景區(qū)非常適合，近幾年其發(fā)展趨勢越來越好，國內(nèi)建設(shè)NB-IoT基站的力度也不斷地加大。該項目愿景是建立“制度+科技+責(zé)任”的管理體系，讓智慧環(huán)衛(wèi)真正落實到環(huán)衛(wèi)一線，把景區(qū)環(huán)衛(wèi)打造成為一個真正的系統(tǒng)聯(lián)動、業(yè)務(wù)協(xié)同的指揮中心平臺。

關(guān)鍵詞：NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智慧環(huán)衛(wèi)；自然風(fēng)景區(qū)；環(huán)衛(wèi)管理；智慧建設(shè)

中圖分類號：TP391 " " "文獻標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2023）20-0117-04

Abstract： In order to comply with the main objectives of economic and social development during the 14th Five-year Plan Period and vigorously promote the construction of ecological civilization to achieve new progress， this paper makes it clear that it is important to promote smart sanitation in natural scenic spots through various ways such as searching materials， questionnaire survey， field investigation and so on. The main technology used in the smart sanitation system is the NB-IoT technology. Because of its high performance， low cost， low power consumption， wide coverage and high performance-to-price ratio， it is very suitable for natural scenic spots. In recent years， its development trend is getting better and better， and the domestic construction of NB-IoT base stations is also increasing. The vision of the project is to establish a management system of \"system + science and technology + responsibility\"， so that smart sanitation can be truly implemented in the front line of sanitation， and make the sanitation of scenic spots into a real command center platform with system linkage and business coordination.

Keywords： NB-IoT technology; smart sanitation; natural scenic spots; sanitation management; smart construction

近幾年，我國出臺了一系列關(guān)于建設(shè)智慧城市的相關(guān)政策，例如《智慧城市-信息技術(shù)運營指南》《關(guān)于促進智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》等。順應(yīng)“十四五”時期經(jīng)濟社會發(fā)展主要目標(biāo)之一，即“生態(tài)文明建設(shè)實現(xiàn)新進步”，產(chǎn)品需要遵循尊重自然、順應(yīng)自然、保護自然的原則來發(fā)展智慧環(huán)衛(wèi)，依靠智慧環(huán)衛(wèi)，實現(xiàn)人與自然的和諧相處。目前自然景區(qū)環(huán)境大大被破壞，降低了人們物質(zhì)享受和精神享受的質(zhì)量，影響人們旅游的心情，生態(tài)受到了極大的破壞，所以更需要發(fā)展生態(tài)環(huán)保、以人為本的智慧環(huán)衛(wèi)環(huán)保技術(shù)。

自然風(fēng)景區(qū)智慧環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)的主要技術(shù)為NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，目前在國內(nèi)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢良好。而環(huán)衛(wèi)管理涉及環(huán)衛(wèi)設(shè)施（垃圾箱、轉(zhuǎn)運站、處理廠等）、車輛、工地和人員等元素的動態(tài)管理，如果能夠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對垃圾實現(xiàn)從源頭、轉(zhuǎn)運、處理的全過程跟蹤管理，一方面可以提高垃圾管理的水平，另一方面也可以推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。政策的陸續(xù)出臺明確了我國建設(shè)智慧城市的決心，奠定了智慧環(huán)衛(wèi)可以為我國智慧城市實現(xiàn)可持續(xù)化發(fā)展的地位[1]，由此也為建設(shè)自然景區(qū)智慧環(huán)衛(wèi)提供契機。

1 "國內(nèi)外研究情況

1.1 "國外研究情況

國外的智慧環(huán)衛(wèi)建設(shè)與景區(qū)結(jié)合的起步較早，如芬蘭一家公司研發(fā)的Enevo One系統(tǒng)、佛羅里達海洋研究組織建設(shè)的富營養(yǎng)化監(jiān)測平臺MARVIN、垃圾回收獎勵計劃Recycle Bank等應(yīng)用于景區(qū)[2]，全面提升了自然風(fēng)景區(qū)環(huán)境保護的能力，將智慧環(huán)衛(wèi)與智慧環(huán)保相結(jié)合，著力打造景區(qū)生態(tài)化、環(huán)衛(wèi)智慧化，從而減輕環(huán)衛(wèi)工作。通過調(diào)查顯示，一些國家智慧環(huán)衛(wèi)已經(jīng)達到智能化、信息化、生態(tài)化、社會化，智慧環(huán)衛(wèi)技術(shù)已經(jīng)成熟，曹曼博士在2018中國智慧環(huán)衛(wèi)高峰論壇指出：對比加拿大、瑞典、日本、愛爾蘭和美國智慧環(huán)衛(wèi)等應(yīng)用實例，最值得我國環(huán)衛(wèi)借鑒的首先是源頭和機制，其次是后端排放和運營，再者是技術(shù)裝備。所以智慧環(huán)衛(wèi)的建設(shè)還需要不斷完善，通過完善環(huán)衛(wèi)質(zhì)量管理機制、提升系統(tǒng)安全性、升級提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等途徑，讓智慧環(huán)衛(wèi)真正落實到環(huán)衛(wèi)一線[3]。

1.2 "國內(nèi)研究情況

國內(nèi)目前智慧景區(qū)正在不斷建設(shè)中，發(fā)展態(tài)勢較好，但目前對于“將景區(qū)與智慧環(huán)衛(wèi)結(jié)合起來”方面的調(diào)查甚少，比較成功的案例有一項，即建設(shè)蜀岡——瘦西湖風(fēng)景名勝區(qū)，于2020年8月份啟動智慧環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)建設(shè)[4]。通過市場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)研究主要集中在應(yīng)用探索階段，對于智慧環(huán)衛(wèi)建設(shè)仍處在不斷摸索完善過程，例如張秀芳等[5]對環(huán)衛(wèi)清掃保潔在O2O新用工形勢下的應(yīng)用進行探索，以期把智慧環(huán)衛(wèi)切實推行到環(huán)衛(wèi)一線。同時國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)還不是很成熟，所以政府和景區(qū)需要不斷研發(fā)智能產(chǎn)品更好地打造自然風(fēng)景區(qū)智慧環(huán)衛(wèi)。

2 "產(chǎn)品概述

產(chǎn)品主要結(jié)合智慧城市建設(shè)，運用NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進技術(shù)，從而打造智慧環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)。主要技術(shù)是采用NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，該技術(shù)的特點是低功耗、廣覆蓋、大連接及性價比高。主要的用戶群體是環(huán)境保護部門、環(huán)境衛(wèi)生保護局、技術(shù)開發(fā)商、生態(tài)景區(qū)和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)。產(chǎn)品主要競爭對手是其他智慧環(huán)衛(wèi)管理系統(tǒng)研發(fā)商。產(chǎn)品宗旨是：建立“制度+科技+責(zé)任”的管理體系，致力于建設(shè)融智能化感知、大數(shù)據(jù)檢測、精細化管理和科學(xué)化模式為一體的智慧環(huán)衛(wèi)管理系統(tǒng)。愿景在于讓智慧環(huán)衛(wèi)真正落實到環(huán)衛(wèi)一線，從而改善景區(qū)生態(tài)質(zhì)量、提升游客體驗、增強游客滿意度等，把景區(qū)環(huán)衛(wèi)打造成為一個真正的系統(tǒng)聯(lián)動、業(yè)務(wù)協(xié)同的指揮中心平臺。整個智慧環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)包括建設(shè)智慧環(huán)衛(wèi)管理平臺、智能分類垃圾系統(tǒng)、智慧環(huán)衛(wèi)智能手環(huán)。其大體運行機制如下。

自然風(fēng)景區(qū)管理平臺裝入智慧環(huán)衛(wèi)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)接收信息，管理人員在平臺電腦上能夠看到相關(guān)大數(shù)據(jù)顯示，綜合管理環(huán)保環(huán)衛(wèi)各板塊事務(wù)。

智能垃圾分類回收系統(tǒng)裝入NB-IoT模塊后，使該系統(tǒng)中的傳感器、監(jiān)控攝像頭、RFID射頻識別系統(tǒng)和GPS定位器等功能部件相互連接與配合。若出現(xiàn)垃圾裝滿情況則會將信息傳送到管理平臺，管理平臺便把信息傳輸?shù)江h(huán)衛(wèi)工人所佩戴的智能手環(huán)上，自動為環(huán)衛(wèi)工人規(guī)劃最佳回收路線，并調(diào)動車輛迅速回收垃圾。該系統(tǒng)能識別垃圾的屬性，若出現(xiàn)垃圾投放錯誤，智能垃圾桶能自動把分類錯誤的垃圾進行重新分類。

而智慧環(huán)衛(wèi)智能手環(huán)可以使環(huán)衛(wèi)工人接收管理平臺發(fā)出的指令，也可以通過該手環(huán)發(fā)送信息給管理平臺。還能從中看出景區(qū)分布的垃圾的大體位置，方便他們尋找污染物并及時處理。若環(huán)衛(wèi)工人處在景區(qū)例如山崖、河流等不安全位置時，手環(huán)能發(fā)出警報，并將定位信息發(fā)送至管理平臺。此外還有檢測環(huán)衛(wèi)工人健康情況、查看天氣預(yù)報的功能，為讓他們在枯燥的工作中增添一絲樂趣，該手環(huán)還添加了如聽歌、聽話劇等娛樂功能。

3 "技術(shù)概況

3.1 "NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

采用NB-IoT新型物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)，打造成本低、覆蓋范圍大、功耗低、高效率、便于進行全流程的動態(tài)感知的物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域，使景區(qū)內(nèi)人、車、智能垃圾分類回收系統(tǒng)、管理平臺有效連接，形成完整體系。即對環(huán)衛(wèi)相關(guān)信息進行可視化引擎服務(wù)，建設(shè)智能云終端，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的調(diào)控管理[6]。

3.2 "傳感器檢測技術(shù)

采用基于傳感器的檢測技術(shù)，主要通過垃圾桶滿溢設(shè)備、傳感器等裝置對垃圾進行自動分類識別，即壓力傳感器采集垃圾重量數(shù)據(jù)，異味傳感器實時監(jiān)測污染，紅外傳感器識別垃圾種類從而實現(xiàn)垃圾自動投放到準(zhǔn)確位置，超聲波傳感器檢測桶內(nèi)垃圾是否滿溢。然后將一系列檢測數(shù)據(jù)傳到控制單元，控制單元傳送信息到中央處理器，中央處理器發(fā)送指令，控制智能分類垃圾箱等設(shè)施進行工作。

3.3 "GPS定位技術(shù)

采用GPS定位信息技術(shù)，分不同場景靈活采用建設(shè)GPS天線和GPS定位器采集環(huán)衛(wèi)人員、環(huán)衛(wèi)車輛、環(huán)衛(wèi)設(shè)施定位信息，特別是在一些地形復(fù)雜、地貌多樣的景區(qū)區(qū)域。

3.4 "GIS定位信息技術(shù)

結(jié)合GIS技術(shù)，可以監(jiān)測景區(qū)范圍內(nèi)的垃圾分布、狀態(tài)、數(shù)量信息，并通過NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將信息傳輸至智能手環(huán)以及管理平臺上。

3.5 "RFID射頻識別技術(shù)

通過在垃圾桶和垃圾收運車輛等安裝RFID標(biāo)簽，并在環(huán)衛(wèi)車輛及垃圾中轉(zhuǎn)站等處理設(shè)施安裝RFID讀寫器，并配上地磅，RFID讀寫器可通過射頻識別技術(shù)識別RFID電子標(biāo)簽，從而得到垃圾桶及垃圾車的編號、數(shù)量、時間和地點等信息，地磅可以得到垃圾桶相關(guān)的重量信息[7]。

4 "智慧環(huán)衛(wèi)管理系統(tǒng)分項目

4.1 "智能垃圾分類回收系統(tǒng)

智慧環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)包含的智能垃圾分類系統(tǒng)，是通過NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使系統(tǒng)內(nèi)各部分相互連接，相互配合工作。該智能垃圾分類系統(tǒng)可以識別游客投擲的垃圾種類，并語音提示游客手中的垃圾該投放在哪里。如果沒有投放正確，系統(tǒng)會發(fā)出警告聲，并將垃圾自動投放到正確的垃圾箱里面。該回收系統(tǒng)還會記錄垃圾重量，并在垃圾快滿溢時通過NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將該信息傳送到管理平臺，管理平臺則會派清潔工以及收運車前來處理。不僅如此，該系統(tǒng)還能檢測到一定范圍內(nèi)的不良行為，并接收警報，將警報發(fā)送到管理平臺。該系統(tǒng)會根據(jù)記錄游客投放區(qū)域多的位置以及投放數(shù)量多的垃圾類別，靈活設(shè)計智能垃圾分類回收箱的擺放地點、擺放種類[8]。

4.2 "智慧環(huán)衛(wèi)智能手環(huán)

智慧環(huán)衛(wèi)智能手環(huán)是為了方便景區(qū)環(huán)衛(wèi)工人而設(shè)置的。管理人員佩戴的手環(huán)可以使環(huán)衛(wèi)信息一圖展示，集中展示所有環(huán)衛(wèi)工人的分布情況、出勤情況等，方便監(jiān)督管理自動化：環(huán)衛(wèi)工人佩戴該手環(huán)，可以方便他們接收管理平臺發(fā)出的指令，也可以通過該手環(huán)發(fā)送信息給管理平臺。當(dāng)他們進入工作范圍后就會自動考勤，若有違規(guī)行為手環(huán)也會自動發(fā)出警報，并會告知管理人員。該手環(huán)還有一鍵對講功能：即管理人員使用APP或手環(huán)對講，一鍵通知需要通知的環(huán)衛(wèi)工人，以便快速調(diào)度。此外，該手環(huán)還有SOS緊急求救、天氣預(yù)報、測量健康情況等功能，以及添加了一些娛樂功能，例如可以聽歌，從而能讓他們在枯燥的工作中增添一絲樂趣。

4.3 "智慧環(huán)衛(wèi)管理平臺

裝入智慧環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)的管理平臺運用NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使整個自然風(fēng)景區(qū)各板塊形成統(tǒng)一連接、萬物互聯(lián)、便于管理的一個體系。管理平臺可通過GIS圖層、大數(shù)據(jù)技術(shù)收集環(huán)衛(wèi)工作整體運行數(shù)據(jù)、各環(huán)衛(wèi)板塊（包括環(huán)衛(wèi)車輛、環(huán)衛(wèi)設(shè)施、環(huán)衛(wèi)工作人員）數(shù)據(jù)和垃圾回收處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以及對其進行分析，以便調(diào)整管理模式。同樣，平臺會接收各板塊的信息，并且做出指示與處理。此外，該系統(tǒng)平臺還可以對員工工作進行考核，統(tǒng)一管理各板塊的資源傳輸與工作任務(wù)，把景區(qū)環(huán)衛(wèi)打造成為一個真正的系統(tǒng)聯(lián)動、業(yè)務(wù)協(xié)同的指揮中心平臺。

5 "產(chǎn)品設(shè)備

運用傳感器、攝像頭、PC視屏電話、RFID、智能終端、無線網(wǎng)關(guān)和GPS等裝置，通過NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)傳輸給監(jiān)管人員電腦，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測管理功能，具體見表1。

6 "產(chǎn)品運行機制

從數(shù)據(jù)流向角度可將整個系統(tǒng)分為3個層次，分別為物聯(lián)感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、應(yīng)用服務(wù)層。主要采用NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)模塊進行開發(fā)和設(shè)計，采用各層分離的方式使層次之間達到低耦合，從而增加程序的靈活性，并降低了維護的成本，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和服務(wù)采用模型驅(qū)動的方式進行開發(fā)。系統(tǒng)分層如圖1所示。

物聯(lián)感知層：數(shù)據(jù)采集服務(wù)，主要包括智能移動終端、車載一體機設(shè)備、多功能傳感器和行車記錄設(shè)備等IoT硬件的數(shù)據(jù)采集。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層：NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)模塊、互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)和2G/3G/4G等。

應(yīng)用服務(wù)層：結(jié)合環(huán)衛(wèi)作業(yè)實際特點和管控需求的各類應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。

自然風(fēng)景區(qū)的傳統(tǒng)環(huán)衛(wèi)模式帶來了許多弊端，例如環(huán)衛(wèi)管理難、環(huán)衛(wèi)工作效率低、垃圾處理難等環(huán)衛(wèi)環(huán)保難的問題，說明傳統(tǒng)模式難以滿足自然風(fēng)景區(qū)的生態(tài)文明發(fā)展，亟需創(chuàng)新傳統(tǒng)的環(huán)衛(wèi)模式，順應(yīng)大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的潮流，打造新型自然風(fēng)景區(qū)智慧環(huán)衛(wèi)管理系統(tǒng)。產(chǎn)品根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場景圖對景區(qū)進行建設(shè)，主要是要實現(xiàn)NB-IoT全覆蓋，建設(shè)完畢后，系統(tǒng)進行工作。

基于大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，管理平臺能夠收集環(huán)衛(wèi)工作整體運行數(shù)據(jù)、各環(huán)衛(wèi)板塊（包括環(huán)衛(wèi)車輛、環(huán)衛(wèi)設(shè)施、環(huán)衛(wèi)工作人員）數(shù)據(jù)、污染區(qū)域數(shù)據(jù)和垃圾收運管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。基于傳感器、NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能垃圾分類系統(tǒng)，實現(xiàn)垃圾箱內(nèi)垃圾自動分類，垃圾箱滿自動預(yù)警，并且及時對接負(fù)責(zé)清運的環(huán)衛(wèi)車輛、環(huán)衛(wèi)人員，便于垃圾回收處理；基于無線網(wǎng)絡(luò)、GPS定位系統(tǒng)技術(shù)，打造智慧環(huán)衛(wèi)智能手環(huán)，通過GIS技術(shù)，利用監(jiān)控管理平臺監(jiān)測范圍內(nèi)的垃圾分布、狀態(tài)、數(shù)量信息，將信息傳輸至智能手環(huán)上；基于互聯(lián)網(wǎng)、云計算、NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)，打造智慧環(huán)衛(wèi)管理系統(tǒng)，將系統(tǒng)收集到的大數(shù)據(jù)信息傳至自然風(fēng)景區(qū)的環(huán)衛(wèi)調(diào)動中心，環(huán)衛(wèi)調(diào)動中心根據(jù)所收集到的信息，把指示發(fā)送到環(huán)衛(wèi)人員所帶的智能手環(huán)，并為其規(guī)劃最佳垃圾回收處理路線，從而建立自然風(fēng)景區(qū)良性環(huán)衛(wèi)運行機制[9]。

7 "結(jié)束語

產(chǎn)品主要采用NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)，打造成本低、覆蓋范圍大、功耗低、高效率的自然風(fēng)景區(qū)智慧環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)。這樣一來，便于自然景區(qū)進行全流程的動態(tài)感知，對環(huán)衛(wèi)相關(guān)信息進行可視化引擎服務(wù)，建設(shè)智能云終端，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的調(diào)控管理，大大減輕了環(huán)衛(wèi)運營成本，產(chǎn)生一定的生態(tài)效益。

我國自然風(fēng)景區(qū)智慧環(huán)衛(wèi)主要集中于應(yīng)用探索實踐階段，對于智慧環(huán)衛(wèi)建設(shè)還在不斷摸索完善中，景區(qū)智慧環(huán)衛(wèi)的建設(shè)還需要不斷完善。產(chǎn)品采用NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，該技術(shù)的特點是低功耗、廣覆蓋、大連接及性價比高，有利于處理自然風(fēng)景區(qū)里垃圾隨處可見的現(xiàn)象，解決垃圾多、垃圾處理難等問題，實現(xiàn)我國對環(huán)境的整治，降低工作中的層層成本，從而實現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟的共贏?？傊?，產(chǎn)品致力于將智慧環(huán)衛(wèi)與智慧環(huán)保相結(jié)合，著力打造景區(qū)生態(tài)化、環(huán)衛(wèi)智慧化，創(chuàng)新環(huán)保環(huán)衛(wèi)模式，減輕環(huán)衛(wèi)工作，打造綠色和環(huán)保的社會發(fā)展機制，為可持續(xù)發(fā)展提供內(nèi)生動力。

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