基于物联网技术的城市生活垃圾转运管理系统研究

郭雪白　郭兴利　樊万选

（郑州工商学院，河南郑州451400）

基于物联网技术的城市生活垃圾转运管理系统研究

郭雪白郭兴利樊万选

（郑州工商学院，河南郑州451400）

我国城镇化建设进程快，人口基数大，城市生活垃圾产量越来越多，垃圾转运系统承担的压力与日俱增。物联网技术的发展和应用在解决该问题上表现出优势。本文分析了国内外物联网背景下城市生活垃圾转运系统的应用及现状，结合城市餐厨垃圾进行案例分析，取得了较好的效果。

垃圾转运系统；物联网；餐厨垃圾；信息化管理平台

当前城市生活垃圾产生量的增速迅猛，对人们的生存环境和健康构成了严重的威胁。城市生活垃圾转运系统是垃圾综合处理的一个重要环节，决定着垃圾收集、转运、处置的一系列问题，占据着不可取代的地位。对其收运过程进行有效管理，可使城市生活垃圾处理实现生态化运作，并收获环境保护和经济效益双收益。利用物联网技术实时跟踪、动态监测等优势，将城市生活垃圾转运系统与物联网技术结合应用会大大加强城市生活垃圾整个转运过程的数据收集、信息处理、动态监测能力，从而提高生活垃圾转运效率，更好地服务于人们日常生活。

1　城市生活垃圾转运系统

城市生活垃圾转运系统是垃圾综合管理的一个重要环节，无论是垃圾的收集还是运输都决定转运效率、运行可行性。垃圾中转站是一个重要的组合点，在整个城市生活垃圾运输系统中起着关键的作用。在大多数情况下，垃圾通过中转站压缩的手段实现垃圾封闭、减量的运输，另一方面也大大提高了废物运输的环境保护。不仅提高了长途运输的经济性要求，还减少了长途运输的车流量。近年来，在我国众多城市的生活垃圾转运系统中，垃圾中转站的建设越来越多、功能越来越全、应用也越来越广泛。

城市生活垃圾收集和运输系统，有良性种转运方式：无中转收运方式和中转收运方式，后者包括一次和多次中转。不同的垃圾收运方式下，其收集、运输工具也有差别，但基本上都包含三个环节：收集、清运和转运。在这三个环节里，可根据垃圾收集点到处置点的运输距离、垃圾产量的多少、清运车辆的运营能力来确定是否需要转运环节，或进一步优化转运线路，进而提高转运过程的经济高效性。

中转收运模式中，经常使用的收集容器有：果皮箱、垃圾桶、垃圾池等；经常使用的清运车辆有三轮车、小型可卸载厢式货车等；经常使用的运输设备有：坑式采集站和摆臂式垃圾车组合、起重车站和垃圾车组合、垂直运输站和密封垃圾车组合、横向运输站和密封垃圾车组合、移动站和大型汽车倾倒式垃圾车组合以及大型转运站和大型车厢可卸式垃圾车组合等。

无中转收运模式中，除了收集容器、清运车辆与中转收运模式一样外，经常使用的设备有后装、侧装压缩式垃圾车。这种收运模式的特点是：流动性大、收集灵活且快速；车辆封闭，清洁卫生；机械化程度高，减少了环卫工人的劳动强度。不利的一面是在收集过程产生的噪声、粉尘会对收集点区域的环境造成短时间的影响，而且运输距离较远时，运营成本增加，经济性差。

现阶段，我国城市生活垃圾转运系统建设的模式各城市因地制宜，有的城市兼有两种模式。在此情况下，也暴露出一些问题，比如：城市生活垃圾转运系统的建设落后、设施设备的投入不足、运营管理缺乏现代化手段等。在国内外的城镇人口现实情况下，城市生活垃圾产量越来越大，生活垃圾的转运系统所承受的压力也越来越大，所以，城市生活垃圾的转运设备必须满足社会需要，其管理跟得上时代的步伐。

2　物联网技术基础及其应用

物联网是在互联网概念的基础上，将其终端用户延展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。通过无线射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、激光扫描器等信息传感设备，按照约定协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是让所有的物品都与网络连接在一起，将人与物、物与物联系起来，方便识别和管理。其核心是将互联网扩展应用到我们生活的方方面面，从而提高人们生活水平，改善人们居住环境的一种新的网络。

物联网技术是建立信息化智能平台的基础，核心技术包括RFID技术、传感器技术、网络通信技术和云计算（传输数据计算）等。RFID技术就是不需要任何中介设备的接触，利用无线电讯号识别目标对象并获取相关对象信息的技术。

传感器是获取信息的关键器件，指那些对被测对象的某一确定信息具有感应与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。使用GPS可提供实时、全天候和全球导航服务。因其讯号穿透能力强、三维定速定时精度高已广泛应用于转运车辆的定位、动态跟踪及紧急情况的救援等方面。应用GIS能够实现垃圾转运过程数据的收集、存储、处理、分析和显示输出等功能。在城市生活垃圾转运系统的管理中，收集、转运车辆的使用管理、路线设计及优化、中转站及处置厂的选址等都与特定区域的地理空间相联系，具有显著的时间和空间分布特征，这也使得GIS和城市生活垃圾管理系统具有较强的互补性和应用的可能性。

物联网作为新一代无线通信技术，随着其快速崛起，已被广泛应用于各行各业。目前在我国，RFID主要应用于电子票证、门禁管理、仓库、物流、车辆管理、工业生产线管理、动物识别、高速公路出入口等方面，未来还会在居民身份证、交通一卡通、校园一卡通、火车票等购票防伪系统等项目中得到广泛应用。

物联网的应用可以提升对物理世界、经济社会各种活动的洞察力，实现智能化的决策和控制，提高相关行业的经济效益。物联网技术在环保领域的应用已经成为推动整个环境产业管理升级，环境信息资源高效利用的重要手段。RFID的应用，有效地提高了工作效率，规范了管理秩序。特别是在固体废弃物转运领域的应用优势显著。

3　物联网在城市生活垃圾处理系统中的应用

随着物联网的核心技术应用越来越广泛，这一现象也慢慢地解释了物联网发展的本质就是物联网技术的应用创新。在物联网技术应用于固体废物的收集和运输管理中，取得了一定的成效。因此，可借鉴其经验将物联网技术应用到城市生活垃圾的转运系统应用中来。

德国是世界上第一个将无线射频识别技术应用于固体废物收集和运输管理的国家之一。在具体应用中，就是“标示、读取、分配、存储、汇总”的过程。需要标示的是：垃圾桶的生产厂家和产品序列号；读取：使用无线射频识别技术读取垃圾桶信息；分配：德国联邦废弃物处理协会把读取到的信息提供并分配给各个所属的垃圾运输公司，公司把信息分配给对应的垃圾收集车辆和垃圾收集车手动读取设备；存储：车辆负载后，用随车无线识别装置记录、存储信息；汇总：信息再汇总到处理协会进行统计分析。在欧洲，一些城市已经建立了无线射频识别技术应用的城市生活垃圾转运体系，从垃圾产生的源头进行监管，并根据家庭产生垃圾的数量，采取适当的奖惩措施进行控制，取得了一定的成效。但是为了提高工作效率和全面的数据管理，可以将收集环节的垃圾箱和清运环节的运输车辆，运用载体上搭载的无线射频识别标签、GPS等信息化处理设备、车载自动称重系统建立了自动化的固体废弃物动态检测系统，进而对固体废弃物进行有效跟踪和实时监测。

在城市生活垃圾信息化智能收运管理平台中，物联网技术的应用提高了生活垃圾处理系统整体处理水平。国内方面，李祥［1］指出了利用红外遥感器、RFID技术和GPS、GIS等信息技术可为武汉再生资源管理提供基础信息的即时采集、智能收运与处理等功能，实现了对再生资源的全过程监管，一定程度上提高了各项工作效率。谢瑞林［2］阐述了物联网技术在苏州生活固体废弃物监管中的应用。在对垃圾焚烧厂终端的监管中，垃圾进场时的称重数据、焚烧过程生产设施的关键参数、焚烧排放烟气成分和含量数据等都可以通过监管系统进行远程控制、动态监测。垃圾填埋处置监管方面，在各自动监测设施实时运行数据的基础上，监管系统可实现自动采集数据实时传输、信息管理、信息综合分析和提取以及表格、图形、图像等显示输出功能，以达到垃圾填埋场运行、作业情况综合监管的效果，实现填埋作业管理的信息化和精细化。

4　基于物联网下的城市餐厨垃圾转运系统研究

城市生活垃圾中，餐厨垃圾水分、盐分和有机质含量都比较高，占有机成分的比重很大，并且油脂含量也远远高于其他有机垃圾，有极高的资源回收利用价值。它的收集、运输、处置、管理工作复杂，存在垃圾源头处理不畅，中途运输成本高、运输效率低等问题，运用物联网技术打造餐厨垃圾信息化监管平台，可从现场收集、运输过程、终端处置全过程对餐厨垃圾收运进行规范化管理。因此，可构建城市再生资源管理平台，其系统功能结构如下：

图1　城市再生资源管理信息平台功能结构图

利用红外感应技术采集垃圾信息，或利用重力实现垃圾自动分类。然后将无线射频识别标签贴在收集装置上，在转运过程中通过运输设施上的无线射频识别读写器、GPS装置及时与管理信息平台相互联系、更新信息，从而实现智能化处理垃圾的收集、清运和管理的全过程监管。

在管理餐厨垃圾转运系统方面，城市环卫信息中心采用射频识别技术和数据管理系统，完善了用于垃圾清运的交通工具进出餐厨垃圾处置厂的自动识别、全市餐厨垃圾处置厂的互相联网及餐厨垃圾流量统计、流向分析的功能。其运行结构图如下：

图2　餐厨垃圾流向结构图

在这个结构图中，餐厨垃圾转运车辆从各个收集点将收到的餐厨垃圾运送到指定的或就近的处理厂。运输时集控中心可以利用GIS系统实时获取车辆运行轨迹，并根据垃圾收集点的位置和车辆的位置进行最优化设计收集路线，减少垃圾收运时间和车辆行驶距离。进场时使用无线射频阅读器识别车辆进出厂的时间、车型、颜色、牌号等信息，事实上也就得到了各个处置厂的餐厨垃圾流向状态；然后，通过互联网实时信息交换，自动筛选后将相关信息上传到环卫信息处理系统的服务器上，再及时汇总给该中心的相关工作人员进行数据统计、报表分析等工作。要按照“十三五”规划对城市环境卫生管理的要求，建立科学、规范的餐厨垃圾转运管理系统，为未来城市的经济发展增添新的活力。用信息化管理平台管理餐厨垃圾的收运，可以保证日产、日清，固定容器、定时、定点的收集处置。图4是转运管理流程图。需要说明的是，在每个垃圾产生点，需要配备具有唯一识别码且有RFID标签的固定容器。当车辆收运工作时，其搭载的RFID识别设备自动识别该点的收运时间、容器标号信息。甚至可以使用车辆自带的称重系统，将垃圾源头产生点的数据信息自动传输给信息化管理平台。安装GIS、GPS装置的转运车辆，可以在运输过程中识别地理信息、获取道路动态，信息化平台会根据实施情况对转运车辆及时进行路线优化、随时调度。当车辆到达处置厂后，再利用无线识别基组，自动识别餐厨垃圾转运车辆信息、称重系统核对收运量信息。再确认上述信息无误后，终端垃圾处置企业或相关部门需向上级部门报告垃圾处置情况，并由主要负责人将信息输入信息化管理系统，从而规范餐厨垃圾进行资源化处理后的产物市场。

信息化处理平台统一收运、处理、管理餐厨垃圾和废弃油脂，可以保证监管人员能够远程在线及时掌握餐厨垃圾流向、流量信息，从而实现高效监管。在此基础上，完成转运车辆、垃圾称重、时间、地点信息的数据交换、信息存储、管理、分析和反馈等方面的工作。除此以外，系统还可以自动生成数据，进行数据统计、报表生成、智能查询等管理功能。

这种基于物联网下的城市生活垃圾（餐厨垃圾）转运管理系统可以实现源头生产、转运、处置、市场流通全过程的有效监管，大大提高了转运工作效率，降低了收运和处置成本。

物联网是一个新兴产业，发展物联网技术是一个动态的过程。新兴的信息技术在打破传统技术和思维模式下，也在逐渐被更多的人们接受和应用。物联网技术打破了物理基础设施与互联网技术分离的传统思维方式，建立了一个逐渐成熟的技术应用系统。为解决人们备受关注的环保问题、生态问题，特别是城市生活垃圾转运这一领域的问题，提供了一个新的思路和方向。

城市生活垃圾的信息化处理平台若能在全国范围内逐步落实实施，必将是物联网技术在垃圾转运领域的新的应用创新。可以从源头切断“地沟油”，从垃圾收集开始对整个城市生活垃圾转运系统提供监测服务，在一定程度上，对管理者或决策部门的工作提供规划、预测和决策指导。

［1］李祥.基于物联网技术的再生资源管理信息平台研究［J］.现代情报，2011，12.

［2］谢瑞林.物联网技术在城市生活固废处置监管中的应用分析［J］.资源节约与环保，2014，8.

Research on the MSW Transfer Management System based on INTERNET of Things Technology

GuoXuebaiGuoXingliFanWanxuan
（Zhengzhou Technology and Business University，Zhengzhou，Henan，451400）

China has a fast urbanization process andlarge population，thus more and more municipal solid wastes are produced，and the waste transfer system bearsincreasing pressure.The development and application of the Internet of things technologyshows the advantagesin solving this problem.Under the background of the Internet of things at home and abroad，this paper analyzed the application and the present situation of MSW transfer system.Combined with the case analysis of urban kitchen waste，it has achieved good results.

MSW transfer system，Internet of things，Kitchen waste，Information management platform.

X799

A

1671-0037（2016）04-54-4

2016-3-6

河南省重点科技攻关项目“城市生活垃圾资源化利用技术低碳化发展研究”（152102310001）；河南省政府招标研究项目“河南煤炭矿区生态环境损失评价及补偿研究”（2015B093）。

郭雪白（1986-），女，硕士，讲师，研究方向：环境污染与生态保护；郭兴利（1991-），男，本科，研究方向：资源与环境管理。