大数据背景下智慧环卫管理模式探究

罗成友 杨先绪 郑鑫 朱尚龙

摘要：智慧环卫在智慧城市的建设中起着举足轻重的作用。本文结合大数据背景，通过对重庆市环卫管理信息化现状及问题进行分析，在顶层设计、数据设计、生产管理和决策支持四方面探究了智慧环卫管理系统的设计模式，为今后更好地推进智慧环卫建设提供了参考。

关键词：智慧环卫;大数据;信息化;管理模式

1.引言

随着移动互联、智能终端、云计算等新一代信息技术的不断突破和广泛应用，以数据为驱动的智能化发展形势逐步形成，大数据智能时代已然到来。大数据和人工智能技术对于提高城市管理和服务的质量与效率具有巨大潜力，环卫工作作为城市管理的关键一环，面临着大数据和人工智能带来的机遇与挑战。为更好的应对这一变革，2015年，重庆市发布了《重庆市深入推进智慧城市建设总体方案（2015―2020年）》，明确指出大力推进智慧市容环卫管理系统的建设;2018年《重庆市城市综合管理提升行动方案》提出“大城智管”、“智慧环卫”的相关理念。智慧环卫是依托计算机技术、无线网络技术、GIS地理信息技术、GPS定位技术等多种技术，以及统计学、仿真学、控制学等多门学科，依托环卫管理信息系统平台，实现环卫管理的智能化和精细化[1] 。智慧环卫在智慧城市的建设中起着举足轻重的作用，不仅可以实现生产的全过程管控，降低生产成本，提高劳动效率，确保环境安全，还能够实现政府、企业和公众的即时互动，方便统筹、统管和市场化，提高废弃物的利用效率和综合效益，促进美丽中国和生态文明建设。

2.发展智慧环卫的必要性

智慧环卫，是以移动互联网和图联网技术为基础，实现对环卫管理的全过程进行实时管理，并对环卫工作中的所有事务进行合理的规划、设计，同时升级环卫工作中的管理模式，能够最大化的提高环卫工作中的作业质量，以此来减少城市卫生环境工作中的运营成本[2] 。发展智慧环卫是建设智慧城市中的基础一环，也是尤为重要的一环。在顺应时代趋势、满足人民需要、推动行业发展等方面均有着不可忽视的必要性。

1）顺应时代趋势

2015年，李克强总理在政府工作报告中首次提出“互联网+”的概念，而后“互联网+”概念迅速在各行各业生根发芽。互联网直接影响了人们的生活和生产方式，并从更深层次上改变着人们的思维方式和价值观。

随着大数据、云计算、物联网的广泛应用，“互联网+环卫”成为未来发展趋势。湖南省首个城区智慧环卫示范区落地天心区，黄山市智慧环卫系统运用使乡村垃圾无害化处理率100%，苏州太仓市智能垃圾分类项目上线，这些都是新兴科技与环卫结合的新尝试。2019年起，全国地级及以上城市全面启动生活垃圾分类工作，到2020年底46个重点城市将基本建成垃圾分类处理系统，2025年底前全国地级及以上城市将基本建成垃圾分类处理系统。

环卫产业是生态经济产业体系的一个重要组成部分，与人们的生活息息相关，环保行业专家认识到互联网是解决环境问题的利器，制定生态环境大数据规划刻不容缓，开展各种推动“互联网+环卫”的行动亟待提上日程。

2）满足人民需要

党的十九大报告明确指出，“中国特色社会主义进入新时代，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾”。这是继1956年党的八大及1981年党的十一届六中全会通过《关于建国以来党的若干历史问题的决议》对我国社会主要矛盾做出规范表述以来，执政党对社会主要矛盾表述的再次改变。

主要矛盾发生变化意味着伴随着人民生活水平整体提高，个体的需要层次也在不断提升。在生产力匮乏的状态下，人们满足于温饱并展望小康社会，而随着小康社会全面建成的目标已渐近达成，人们的需求早已超越了“经济”、“文化”两个传统需求领域，在民主、法治、公平、正义、安全、环境等方面的要求日益增长。

与此相对应，人民对于城市环境卫生的要求也随之提高。随着城市的不断扩展与发展，城市的面积越来越大，且城市居民人口大幅增长，城市设施和民生服务需求的急剧上升与城管制度滞后和资源供给不足形成尖锐矛盾[3] ，给环卫工作带来了更大的挑战和较大的压力。若无法提升环卫管理水平，使环卫工作跟得上居民需求，周边环境和人民生活将承受较大负担和压力。智慧环卫的构建，能够在城乡环卫一体化的过程中，降低城市周边的垃圾压力;促使人们进行生活垃圾分类，最大化的降低城市人口的生活垃圾源头总量。

3）推动行业发展

环卫工作是城市生活的重要组成部分，是城市环境卫生建设的基础和保障。当前，城市环卫工作已经形成了比较完整的产业链条，环卫产业的主要工作内容包括垃圾分类、垃圾回收处理、城市保洁、废弃物利用、循环回归等。智慧环卫是基于环卫产业链条来发展的，智慧环卫主要将把现代信息技术应用于环卫工作的各个环节，实现全产业链的网络化、可控化、信息化[4] 。

通过信息技术构建环卫管理系统，实现垃圾分类回收、生产运输、公开数据、生产管控、产品利用等全过程的平台架构，是智慧环卫发展的重要路径;实时对生产链条中的环境监测数据进行分析整体，避免生产过程中对环境的二次污染，是智慧环卫的首要任务。智慧环卫能够提升环卫工作的内在价值，帮助环卫企业转变生产与运营模式，提高环卫企业的管理水平，进一步完善环卫产业链、促进行业发展。

3.重庆市环卫信息化现状及问题

近年来，重庆市环卫部门积极推进信息化建设工作，开发推行各类管理信息系统，在车辆运输管理、地磅称重管理、办公自动化等方面积累了丰富的经验，初步实现环卫管理一系列工作的规范化和标准化。

然而调查发现，虽然以信息化为依托、以智能为目标的环卫管理在职能调整、流程再造、大系統集中改造等方面取得了较好的成效，但信息化基础设施建设、应用系统绩效、数据资源建设等方面，仍存在不少问题有待改进和完善。

1）缺乏顶层设计和统筹规划

由于各类信息系统分期实施的原因，环卫主体的信息化功能虽然基本满足需求，但各业务系统建设条块分割，系统之间信息互通不畅。智慧环卫是个分工合作与持续改善的过程，不是各建一个小而全的孤立系统。大数据才是产业互联网化的核心价值，没有大数据很难给环卫产业带来增值，小平台的价值也大打折扣，甚至可能会快速被市场淘汰。环卫信息化过程中，仍存在资源不能实现实时共享问题，“信息烟囱”和“信息孤岛”现象比较严重[5] 。

2）内部信息化建设接口繁杂

繁杂而缺乏规范的数据接口会造成在未来与环卫云平台对接困难，难以实现信息共享、平台存储、云端计算等功能，从而不能进一步为环卫提供分析和决策支持。因此建立统一的接口标准，按照标准进行数据接口的规范，将为集成的信息平台开发创造条件。此外，目前普遍缺少数据的安全及价值界定办法，繁杂而缺乏规范的数据接口还会造成智慧环卫过程中的数据权属问题。环卫产业数据具有公共属性，产业数据又是变化的，政府、企业和公众都关注数据，其所有权和使用权的归属界定不清的话，直接影响产业发展，已成为环卫产业互联网化和数据共享的瓶颈[6] 。

3）现有系统功能不够完善

已建系统信息服务类的多、智能决策支持类的少，利用大数据技术欠缺，缺少对环境卫生管理提供前瞻性预判和应对策略的预警模型;已建系统对生产过程的覆盖不充分，对收运车辆的管理不够精细，部分生产设备仍未联网，难以动态掌握生产全过程;已建系统缺少突发事件应急功能，难以处理突发事件。

4.重庆市智慧环卫新模式思路

智慧环卫管理本身就是一项系统工程，如何根据总体协调的需要，从整体出发合理开发、设计、实施和运用智慧管理系统平台，是一个亟需解决的问题。结合重庆市环卫信息化管理所反映出的问题及困境，在顶层设计、数据设计、生产管理和决策支持四方面提出了智慧环卫管理系统性的优化模式。

1）頂层设计

为了实现全面有效的智能环卫管理，需求分析和顶层设计是十分必要的。智慧环卫管理的核心是依托环卫信息化管理平台，自动化采集环卫运营数据，借助深层次的深度学习、机器学习等智能分析手段，实现对环卫运营的全方位动态管控。以需求为导向，将环卫收运运营流程分解为可操作的模块，最终形成可落地的实施方案。

图1 重庆智慧环卫收运运营新模式

为解决重庆市环卫集团企业生产管理中的问题，在顶层设计上需要提出智慧环卫收运运营新模式。新智慧管理模式以企业信息化为基础，智慧化为目的，从信息系统集成、收运车辆管理、垃圾收运生产管理、垃圾收运管理决策四个角度进行设计，以解决企业信息流通不畅、收运车辆管理困难、人力成本耗费过大以及决策管理缺乏数据支撑的问题。

新模式将利用物联网、大数据、GPS与GIS技术、智能技术以及RFID智能识别技术等新兴信息技术，以系统开发与集成为手段，以信息互通为导向，以精细化管理为目标，切实解决收运管理、运营管理与决策管理中的问题。新模式的提出与构建，还将起到示范性作用，推动环卫工作向智慧化发展。

2）数据设计

数据是贯穿智慧环卫管理全过程的关键因素，是精细化工作的重要生产力。在大数据智能分析模式中，通过数据分析得到环卫运营管理的动态性规律，能够运用机器学习智能算法实现自主学习并提供决策建议。维克托·迈尔-舍恩伯格提出大数据思维三大变化：一是需要全部数据样本而不是抽样，二是关注效率而不是精确度，三是关注相关性而不是因果关系[7] 。在数据架构层面，首先应当转变思维方式，紧扣大数据的全样本、高效率、注重相关性等特征。

数据标准是影响大数据管理与分析的关键因素，数据标准不统一会增加获取数据的成本。目前，在环卫信息系统中，数据需求缺乏规划、数据标准定义依据各异、业务口径不统一等造成了数据信息共享困难、数据统计口径无法匹配，甚至造成业务沟通困难，发生歧义。因此统一数据标准，才能保证数据的完整、及时和高质量，为决策支持、精细化管理提供支撑。建立一套由管理规范、管控流程、技术工具组成的数据标准体系，是环卫运营数据有效分析的前提。

目前，环卫管理信息系统之间功能相互存在交叉，数据集中化程度低，造成数据整合难度大。构建统一信息平台，是实现信息化、数字化的重要手段。新模式将构建统一信息平台，以实现精细化管理、智能化作业、数据支撑决策。构建统一的信息平台，需要对现行信息系统进行集成。通过建立统一的用户数据管理中心、标准的数据访问接口以及网络间的通信标准，以解决系统集成所涉及的诸多问题，为统一信息平台的构建提供基础方案。

总体来说，加快环卫数据集成化进程，加强标准体系和质量管理建设，是在智慧环卫管理数据设计层面必要的基础性工作。

3）生产管理

生产管理旨在对采集到的车辆、设施运行数据进行统一展现，快速汇总及在线分析，并实现应急调度指挥。

（1）收运车辆管理

收运车辆管理的新模式，将基于GPS与GIS技术[8] ，物联网技术、视频监控技术及RFID智能识别技术[9] ，建立起实时监控与管理的信息系统。图2展示了这一新模式概况，新模式将对收运车辆路线、车辆运行状态、驾驶员操作以及车辆站内作业全程起到有效的管理控制。

在收运车辆的路径规划上，对于收运车辆的转运路线，收运车辆管理新模式将利用GPS与GIS技术对转运路线进行动态规划调整。新模式下的收运车辆转运路线，将基于车载GPS实时获取车辆的位置信息，同时根据可选的转运路径，参考实时交通路况预先选择合理的转运路线。

在驾驶员操作方面，新模式将利用视频监控技术。利用驾驶室摄像头实时掌握驾驶员的驾驶行为，对危险驾驶行为进行警告，降低由于人为因素造成损失的概率;车辆后端的视频监控，可以及时发现“跑冒滴漏”的现象，及时提醒工作人员处理，避免对城市卫生环境造成不良影响。

图2 收运车辆管理新模式概览

在车辆运行状态上，新模式将基于物联网通讯技术以及车载诊断系统进行车辆实时运行数据采集，确保车辆运行状态正常。通过对接车辆运行数据接口，实时传输收运车辆运行参数，通过车辆运行状态评估模型，及时发现问题车辆，对问题车辆进行召回，保障生产作业的安全。同时，对车辆油位等相关参数的监测，能够及时发现驾驶员的不良行为，防范偷油行为的出现。基于所采集的大量车辆运行数据，可进一步分析车辆油耗最低的运行状态，为企业节省成本。

在站内作业方面，新模式将利用RFID智能识别技术，联动垃圾转运站生产管理系统，对收运车辆的站内作业进行智能化引导。利用RFID识别技术，智能识别不同箱体，根据识别结果自动引导车辆去往转驳区直接吊装转驳，或去中转车间卸料。与传统方式站内作业方式相比，利用RFID识别技术与智能引导后，收运车辆站内作业将无需大量人工引导，同时生产流程将更加智能，效率将进一步提高。

（2）生产设备管理

生产设备管理新模式将利用物联网技术采集数据，并对已有的生产信息系统进行集成，实时监测生产设备的运行状态。新模式将集成各个独立的生产管理系统，构建统一的生产设备调度平台。统一生产设备调度平台将对站内生产设备进行运行调度管理，实现各项生产设备的联动工作，建立协调运作机制，提高生产运行效率，降低生产运行成本。物联网通信技术建立了物与物之间的通信，实时的数据采集保障了信息获取的即时性。新模式将有利于决策者实时掌握各站点生产设备的运行状态，打破过去“各自为战”的情况，加强生产管理的有效性。

图3展示了生产设备管理新模式。新模式首先引入物联网通信技术，对设备数据进行实时采集并进行物与物之间的信息交换，利用规范化的数据接口，获得设备参数。在经过数据清洗与规整化后，入库核验进入统一规范的数据库，数据库提供相关接口与其他部门系统共享。

图3 生产设备管理新模式概览

（3）应急处突

新模式将增加应急处突功能。发生应急事故时，应急指挥管理用户通过系统发起应急指挥，在系统中选择相应的事件类型。系统根据相应事件类型自动匹配相关的应急预案，形成预案列表，供应急指挥管理用户选择。预案选定后，根据本预案涉及的领导的具体职责、部门负责人职责、办公室职责、现场班组负责人职责等具体情况，系统自动调用短信网关发送事件简报、职责、工作任务等信息。参与应急事故的人员通过手机端快速回填事件处理情况到系统，指挥人员通过系统根据情况的不断的发送指令，系统PC端实时展现指令信息和各应急处理小组工作反馈信息，直至发起人关闭该次事应急指挥。

4）决策支持

垃圾收运项目存在典型的地域分散特点，数据汇总的即时性和准确性难以得到保障，决策制定往往缺乏数据支撑。通过数据支撑为管理者提供环卫管理决策依据，才能使得决策过程更具科学性、合理性[10] 。决策分析新模式将集成收运车辆管理系统与收运生产管理系统，利用网络传输方式，及时、方便、低成本的实现数据共享，有效的解决传统信息传输手段中便捷性差、时效性低、成本高的相关问题。

垃圾收运决策分析新模式的核心是建立垃圾收运大数据库。垃圾收运大数据库将通过集成新模式下的垃圾收运车辆管理系统数据库、垃圾收运生产管理系统数据库，对接垃圾处置末端的相关信息化系统，打通垃圾从收运到最终处置的各个环节。大数据库将及时汇总各个子系统所采集到的数据，并遵循相应的数据结构进行存储。

可视化是进行决策分析常用的手段[11] 。新模式将基于大数据库，在决策者关注的各个维度上进行可视化展示，分析业务运营状况。新模式所提倡的可视化，是一项针对集团内部决策层的功能，决策层根据生动形象的可视化图表，能够更加科学的分析业务情况，打破管理层级越高，对基层业务了解越少的局面。

图4展示了垃圾收运决策分析系统构建过程。主要分为智慧环卫收运大数据库的构建与可视化展示集成。前者是构建决策分析系统的数据支撑核心，后者则是系统的应用核心。

图4 垃圾收运决策分析系统

5.总结与展望

本文结合时代背景分析发展智慧环卫的重要性和必要性，在此基础上结合物联网、大数据、云计算、人工智能等新兴信息技术，以重庆市环卫工作为研究对象，以城镇化发展进程、城市定位、城市管理、智慧环卫为背景，根据重庆市环卫信息化建设现状，分析现存问题，提出了智慧环卫管理新模式。智慧环卫管理新模式以企业信息化为基础，智慧化为目的，从顶层设计、数据设计、调度管理和决策支持四个角度进行设计，以解决企业信息流通不畅、收运车辆管理困难、人力成本耗费过大以及决策管理缺乏数据支撑的问题。

智慧环卫管理新模式的研究具有重要的现实意义与示范作用。一方面为解决重庆市城镇化进程与城市发展所带来的环境卫生问题提供思路，进一步提升人民的生活水平，同时能对重庆非主城区的环卫建设起到示范效应;另一方面，为重庆市环卫信息化建设提供参考，以提升管理能力和服务质量。

参考文献：

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[2] 苏文.我国城市智慧环卫的发展现状及构建对策[J].环境与发展，2018，30（09）：224+226.

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[4] 江希，任亮.我国智慧环卫发展现状及趋势[J].计算机产品与流通，2018（11）：116.

[5] 刘宁，黄山.基于系统集成的信息孤岛解决方案研究——以C工程公司为例[J].信息系统工程，2017（09）：146-147+149.

[6] 王淑宝，曹曼.我国智慧环卫的发展现状与趋势[J].建设科技，2016（21）：26-28.

[7] 维克托·迈尔·舍恩伯格，周涛.大数据时代 生活、工作与思维的大变革[J].人力资源管理，2013（3）：174-174.

[8] 刘炳凯，何其昌，范秀敏，朱明华，刘益.基于GIS的城市生活垃圾收运管理系统[J].计算机工程，2009，35（08）：274-276+279.

[9] 邱江，赵静，周倚天等.RFID技术在固体废物收运管理中的应用[J].环境卫生工程，2009（6）.

[10] 陈日晖.北京市智慧环卫平台建设思路探讨[J].环境卫生工程，2018（3）.

[11] 王衍.基于信息可视化技术的税务决策支持系统分析[J].数量经济技术经济研究，2004，21（4）.

（作者单位：重庆市环卫集团有限公司）