农村生活垃圾管理的物联网技术应用研究

孙大伟，吴 克，王传华，赵海洋

(1.合肥学院 生物与环境工程系，合肥 230601；2.劲旅环境科技有限公司，合肥 230011)

农村生活垃圾管理的物联网技术应用研究

孙大伟1，吴 克1，王传华2，赵海洋1

(1.合肥学院 生物与环境工程系，合肥 230601；2.劲旅环境科技有限公司，合肥 230011)

物联网技术作为一项新兴的网络技术，因其可追溯性、动态性等特点，在解决农村生活垃圾收集和清运方面表现出高效、便捷等优势。以安徽省全椒县为研究对象，建立基于物联网技术的农村生活垃圾清运工作运行机制,以50L垃圾收集桶、三轮新能源全密封收运车、环保深埋收集站及16吨多功能清运车为基础设施，集成并综合利用GIS、GPS、RFID技术、无线视频监控、物联网等关键技术进行设计研发，形成视频展示、数据采集、远程监控、智能调度、统计查询等诸多功能于一体的垃圾收运在线监控系统。

农村生活垃圾；垃圾清运；物联网

0 引 言

近年来，我国对城镇居民生活废弃物的管理尤为重视，采取了一系列管理整治措施，取得了显著的效果。但工作重点尚在城市以及与城市环境紧密联系的周边郊区。随着我国农村环境污染问题的日益凸显，国家也陆续开展了农村环境卫生连片整治工作，对广大农村环境卫生问题逐步重视起来。我国是农业大国，农业面积占据国土主要地位，农村人口占全国人口的七成[1]，所以农村环境治理是一项极其重要的工作。据统计，我国农村每年产生约3亿吨的生活垃圾，其中有约1.2亿吨生活垃圾露天堆放，全国农村生活垃圾处理率约为10%，大部分农村的生活垃圾还普遍处于粗放的“无序”管理状态。[2-5]目前，我国农村生活垃圾治理主要面临以下几个难题：(1)我国农村面积大，(2)农村居民居住地分散，(3)资金不足,4)技术手段落后；总体上说，村镇生活垃圾收运处理设施缺乏，在技术、资金和管理方面存在较大的问题。[6-7]针对此类问题，安徽省近年来也加强了农村环境卫生管理工作，发布了《安徽省人民政府办公厅关于改善农村人居环境的实施意见》《安徽省住房城乡建设厅安徽省环境保护厅安徽省农业委员会关于印发安徽省改善农村人居环境规划纲要(2015—020年)的通知》，加大了对农村环境保护的投入和研究，相关农村及流域的居民生活垃圾研究工作也逐步开展，取得了一些研究成果，[8]先进的垃圾管理方式也得到了社会的关注。

随着科技进步，物联网技术逐步应用到诸多领域，其中涉农领域效益更为明显，为农业的经济发展做出了贡献。环境保护也是物联网技术应用的典型领域，国家工业和信息化部于2012年发布了《物联网“十二五”发展规划》，智能环保是“十二五”期间中国物联网重点发展的九大应用之一。把物联网充分利用在环境保护方面，构建信息化的环境保护网络，提升环境监管的现代化水平是当代环境保护的重点工作之一。[9]因此，物联网具有可追溯性、动态性等优点可以运用到农村生活垃圾管理中，从而解决生活垃圾的收运过程中的信息收集、智能监控等问题，不仅有利于管理，而且大大提高了收运效率。

图1 全椒县地图

本文以全椒县利用物联网技术构建农村生活垃圾收运体系和智能监管为例，介绍该县的垃圾管理现状以及垃圾管理的物联网构建特点和运行机制，同时对存在的问题提出了优化方案。

1 全椒县的垃圾管理现状

全县境内10个乡镇，总人口数382 623、总面积约为1 500平方公里。辖区的居民生活垃圾管理按“户收集、村集中、镇转运、县处理”的处理模式(图1所示)。以村为单位，村镇居民为主体。采取三级管理模式：县负责统筹安排，镇负责具体实施，村组负责一线操作。如表1所示是全椒县十个乡镇的人口分布和垃圾日产量，所产垃圾全部运往滁州市三官集垃圾焚烧厂焚烧处理。

表1 全椒县十个乡镇的人口分布和垃圾日产量

图2显示全椒县十个乡镇2015年内每个月的生活垃圾产量情况。数据表明十个乡镇每月生活垃圾产量变化不大，只有在二月份和三月份因过春节才导致生活垃圾产量稍微变大。正常的每日生活垃圾产量人均0.3千克左右。

图2 全椒县农村生活垃圾每月产生量

2 全椒县智能垃圾管理体系的硬件配置

依据全椒县村镇和人口分布的特点，按2～3户布置一个50L塑料垃圾桶(山区独居的村户一家门口可以放一个50L塑料垃圾桶)，300～500人配备一辆500L三轮全密封智能收运车，2 500人布置一个5m3智能深埋桶(图3以十字镇为例，5m3深埋桶布点情况) ，一个镇配备一辆16吨的智能清运车，具体配置情况如表2所示。

表2 收集和清运设备配置

图3 十字镇环保深埋桶布置点

与此同时，按照村镇的地理位置和人口分布的情况，配备专职保洁人员，负责将50L塑料垃圾桶的垃圾通过容积500L的三轮收运车运至5m3的深埋桶，再由16吨的智能清运车转运至滁州市三官集垃圾焚烧厂，如图4所示。

3 垃圾管理的物联网技术构建

全椒县垃圾管理物联网技术平台构建由垃圾清运管理平台(前端人工保洁收集)，信息传输与识别单元和管理平台构成的(图5所示)。

图4 农村垃圾收集、转运路线图

图5 基于物联网技术的垃圾清运管理体系

图6 基于物联网技术的垃圾清运线路图

5m3深埋桶上装有满桶发讯系统装置和GPS定位装置，该满桶发讯系统包括传感器信息采集模块、信息处理模块和通信模块。满桶发讯系统通过移动无线网络实时把采集到的信息发送到垃圾收运在线监控中心，当深埋桶达到满桶时，监控中心的平台立刻发出该深埋桶报警信号，监控平台就会调度总质量16吨的垃圾清运车前往清运5m3环保数字化深埋桶里的生活垃圾。每一个5m3深埋桶配装具有唯一识别码的RFID标签，当16吨的垃圾清运车进行收运时，其车上搭载的RFID阅读器自动识别该深埋桶的信息，记录深埋桶的位置、编号、收运时间等信息。[10]清运车辆把获得的信息实时回传在线监控中心，系统自动生成报表存入数据库。16吨的垃圾清运车上装上车载称重系统，车载称重系统能够在调度屏上实时显示该车现在载重多少，还能继续载重多少等信息，同时把这些信息实时传送到在线监控平台。驾驶员可以根据这些信息判断能否继续清运下一个深埋桶的生活垃圾。垃圾清运车上还装有GPS定位系统、GIS系统、速度传感器、油耗传感器、调度屏、监控视频等装置，这些系统装置实时把信息发送到在线监控中心，在清运车的调度屏上实时显示要清运的5m3环保数字化深埋桶位置以及最优路线，垃圾清运车根据调度屏上的信息把已满的深埋桶清运以后，直接送往垃圾填埋场或垃圾焚烧厂。在每一个16吨的垃圾清运车配装具有唯一识别码的RFID标签，在垃圾填埋场或焚烧厂配装RFID阅读器，当16吨的垃圾清运车进入厂区时，RFID阅读器自动识别16吨的垃圾清运车的信息，如车牌号、车载垃圾重量、出入时间等信息，同时把这些信息传送到在线监控中心，系统会自动统计生成报表，为每月垃圾处理费用提供参考依据。[11]图6所示基于物联网技术的垃圾清运线路图。

4 运行实践存在的问题

通过1年的实践，取得了经验，但是还是存在一些问题，比如适应于农村环境中的垃圾清运的软件管理系统问题，垃圾清运过程中各操作单元的信号输送与识别的问题，还有从业人员的专业意识、素质与技能等问题。对这些问题的梳理，可以提高管理效率，降低运行成本。主要表现在以下几个方面。

(1)软件的优化。在经过1年的实际运行表明整个方案设计合理、软件系统运行正常。由于全椒县村镇分布较为零散，物联网技术依赖的通讯信号的强弱直接影响到系统的运行质量，造成有些地方的系统功能不能很好的实现。此外对现有的垃圾清运的路径与车辆的进一步合理管理等方面，都需要进行软件优化，满足实际需要的要求。

(2)单元数据采集与信息识别的优化。单元数据采集主要体现在深埋桶满桶发讯方面，因超声波传感器装在桶盖上，由于桶盖掀起与盖上，会导致传感器采集数据误差大，甚至损坏，需要找到更好的解决办法进行优化。清运车辆对深埋桶的识别是通过清运车辆上RFID读写器读取在深埋桶上RFID标签上的信息实现信息的对接，在实际操作过程中会出现信息对接不够灵敏。

(3)工作人员需要专业培训。由于采用物联网技术智能管理垃圾的清运，这就要求对从业人员开展专业培训。需要经常化和制度化，配套行之有效的奖惩考核制度。

5 结 语

基于物联网技术的生活垃圾清运模式已经在我国一些城市开始实施了，但我国大多农村生活垃圾几乎还处于无人管理现状。全椒县开始了基于物联网技术的农村生活垃圾清运工作，虽然还存在一些问题，但已经开启了农村生活垃圾信息化清运的新模式，随着对垃圾清运系统的不断优化完善，基于物联网技术的农村生活垃圾清运工作效果会更加凸显，到时可以面向我国农村大范围的推广这种模式，利用物联网技术处理生活垃圾收运管理工作，势必成为农村垃圾收运管理的未来趋势。

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[责任编辑：张永军]

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

安徽省教育厅固体废弃物创新团队“环巢湖集镇城市生活垃圾收集转运工程”项目(H13087)资助。

孙大伟(1990— )，男，安徽亳州人，合肥学院生物与环境工程系2014级硕士研究生；研究方向：固体废弃物处理及资源化。

X705

A

2096-2371(2017)02-0074-05