基于“互联网+”的生活垃圾清运智能管理新模式

轩 亮，洪文雄，甘天祥，张延河，沈永康

（江汉大学 智能制造学院，湖北 武汉 430056）

目前，中国的生活垃圾平均每年产生总量达四亿吨，并且随着消费水平的提升，生活垃圾总产量扩大趋势愈加显著，垃圾总量每年增速达到8%，落后的垃圾分类处理体系已不能满足当前国情下的垃圾分类需求。［1］

对生活垃圾进行分类再处理，能够极大地减少垃圾回收末端环节的处理工作量，能够在原有生活垃圾混合处理清运模式的基础上，既保障生活垃圾的清运速度，又降低对生态环境的污染，提高资源的利用率。［2］但现实情况是，大部分城市的垃圾清运车大多将各种垃圾混合运输，制约了垃圾无害化处理的发展。为了避免清运垃圾过程中的二次污染，降低垃圾分类处理成本，生活垃圾清运管理以垃圾智能分类清运为核心，融合大数据和多目标信息管理等前沿技术，结合城市生活垃圾的清运需求，创建垃圾分类清运新模式，促使垃圾清运更智能、更高效。

一、城市生活垃圾分类现状

（一）生活垃圾分类标准及清运需求

生活垃圾分类标准的制定应从实际出发，制定符合行业内共识且符合科学依据的相关规定和标准，其包括但不限于按照标准对固体废物进行筛选后分类存储、分类投放并收集为可再利用资源的作业。［3］对生活固体垃圾进行挑选分类，减少垃圾后处理成本，能够将无价值的垃圾提炼出生态价值、经济价值，同时具有一定的社会价值。［4］按照现行垃圾分类标准，垃圾主要分为“以塑料、金属制品为主的可回收垃圾；以瓜果蔬菜食物为主的厨余垃圾；以过期药品和废弃电子产品为主的有害垃圾；以建筑垃圾为主的其他垃圾”四大类，此分类标准是经过广泛的调研并征求意见后制定的，也是符合我国国情，能够切实落地实施的分类标准。

2012年起中国生活垃圾清运量逐年稳定增长，如图1所示。预计2021年，我国生活垃圾清运量将持续增长，达到2.8亿吨。目前，我国垃圾分类回收已全面展开，但回收效果非常差，效率不高，给后续处理带来巨大压力。［5］垃圾分类未能覆盖生活垃圾全生命周期，仅局限于分类投放和分类处理这两个环节，生活垃圾的分类投放和分类处理对垃圾清运环节提出了分类运输和清运监管的需求。垃圾中含有大量的有机物，如在封闭条件下，遇到火源和一定浓度的甲烷，易引起自燃和爆炸，会造成重大损失；垃圾腐化过程中可能产生致病微生物，可能导致传染病的发生；在垃圾堆放过程中，有机物降解可能会造成白色污染，因此有必要对垃圾进行分类清运处理。“四分类”垃圾需分别采用不同的车辆进行运输，从而避免分类投放的生活垃圾混装污染，在提高清运车辆的收运效率的同时降低垃圾分类处理成本。分类清运对于生活垃圾分类全链条是尤为关键的一步，它是垃圾分类的必然需求。现行垃圾处理体系下，在做好垃圾分类的基础上，更需要关注垃圾分类清运问题，以此保证垃圾分类的有效性。［6-7］

图1 2012—2020年生活垃圾清运量及增速趋势

（二）垃圾分类清运管理现状

近半个世纪以来，随着环境的恶化，世界上每个国家都开始意识到环保的重要性。国外部分发达国家的垃圾分类处理已进行了很长的一段时间，如日本、美国和瑞典等，目前都处于较为成熟的阶段。［8］但全球垃圾分类清运处理并没有统一模式，各个国家都根据自己国家的国情各有侧重，总体是由粗放式向精细化发展，惩戒与奖励相结合，核心是培养市民的自觉参与意识，让人们从“嫌麻烦”向“我愿意”转变。在垃圾分类清运管理上许多发达国家都拥有一套较为完善的管理体系去保证垃圾分类的严格执行，其中美国、瑞典等欧美国家在垃圾管理上尤为出色。［9］

美国主要采用立法形式对生活垃圾的回收、处理及利用进行规范管理，以达到垃圾的减量化、回收再利用和循环再利用的“3R”原则。［10］日本对于垃圾分类清运有完整的垃圾回收管理系统，且居民具有很高的垃圾分类意识。日本政府根据各种垃圾的属性将收集时间进行分类规划，避免混装现象的发生。居民一旦错过某种垃圾的投放时间，就必须等待下一轮收集时间。这种强制性措施的实施，很大程度上促进了日本国民垃圾分类意识的形成，使得居民将不同的垃圾都按规定的时间放在指定收集点。［11］瑞典有着一个十分完整的垃圾分类清运体系，能够系统化地进行垃圾分类回收管理。首先清运人员会对特定的垃圾进行上门回收，剩下的未收集的生活垃圾将会被投放在政府设立的垃圾集放中心；在垃圾集放中心，不同种类的垃圾收集容器被不同的颜色标注，方便人们进行分类投放。其次采用自动收集垃圾的管道系统进行运输已分类的垃圾，防止垃圾在运输过程中被混放污染。

从目前大部分发达国家处理垃圾分类的经验来看，对垃圾进行分类清运是尤为关键的一步。由于我国绝大部分的垃圾处理采用填埋方式，垃圾分类收集后垃圾车清运时并未严格按照四类垃圾进行清运。［12］目前国内只有上海严格执行了垃圾分类管理方案，其他地方还是将垃圾混合投放再处理。上海虽然对垃圾分类进行了严格的要求，但是在垃圾清运上仍然存在着很大的问题。［13］首先，由于民众对垃圾分类的认知不清，投放时常有分类错误的情况发生，导致在后续处理过程中需要二次分拣；其次，由于回收工作量大，相关清运人员不能及时回收垃圾桶，导致垃圾桶内垃圾溢满，甚至有些民众因此随意将垃圾丢弃在投放区域周围；第三，部分区域由于没有落实垃圾分类收运车，存在混合收运垃圾的情况。［14］

北京市将生活垃圾分为四类，并采用不同颜色的容器进行区分，分别是：厨余垃圾（绿色）、可回收物（蓝色）、有害垃圾（红色）和其他垃圾（灰色）。分类垃圾收运过程中，不同种类垃圾所采用的运输车车身颜色、标准、运输标识、单位标识，均根据所运垃圾种类不同有所区别，不同种类垃圾的收运及处理方式也有所不同。厨余垃圾可经绿色收容器收集后运至小型垃圾车再汇集至垃圾楼或是暂存点，通过厨余专用转运车送至生化处理设施进行处理；可回收物由蓝色收容器收集后运至社区暂存点，通过可回收专用转运车运送至分拣中心，最后进入各类再生资源处理设施进行处理；有害垃圾由红色收容器收集后运至社区暂存点，通过有害垃圾专用转运车运送至各类危废处理设施进行处理；其他垃圾由灰色收容器收集后运至小型垃圾车再汇集至垃圾暂存点，通过其他垃圾专用转运车送至焚烧处理处。

二、生活垃圾管理政策及清运管理难点分析

国家发改委与住建部联合发布的《垃圾分类管理条例》中明确指出，要全面贯彻党的十八大和十八届三、四、五、六中全会精神，深入贯彻习近平总书记系列重要讲话精神和治国理政新理念新思想新战略，统筹推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局，牢固树立和贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，加快建立分类投放、分类收集、分类运输、分类处理的垃圾处理系统，形成以法治为基础、政府推动、全民参与、城乡统筹、因地制宜的垃圾分类制度，努力提高垃圾分类制度覆盖范围，将生活垃圾分类作为推进绿色发展的重要举措，不断完善城市管理和服务，创造优良的人居环境。［15］同时，该条例还强调要落实城市人民政府主体责任，鼓励形成有效的激励约束机制，促进形成全过程运行系统，争取在2020年底使生活垃圾的回收利用率达到35%以上的目标。

（一）生活垃圾管理政策分析

1.分类垃圾处置方法与处理能力的国家政策要求。由国家发改委与住建部联合推出的《垃圾处理与运营管理》文件要求，生活垃圾处理应以保障公共环境卫生和人体健康、防止环境污染为宗旨，遵循“减量化、资源化、无害化”原则。［16］对分类回收的垃圾应实施分类运输和分类资源化处理。通过不断提高生活垃圾处理水平，确保生活垃圾得到无害化处理和处置。同时，生活垃圾处理应统筹考虑生活垃圾分类收集、生活垃圾转运、生活垃圾处理设施建设、运行监管等重点环节，落实生活垃圾收运和处理过程中的污染控制，着力构建“城乡统筹、技术合理、能力充足、环保达标”的生活垃圾处理体系。

2.分类垃圾管理的国家政策要求。在国家发改委与住建部联合发布的《垃圾分类管理条例》中要求各级政府对生活垃圾的分类投放设置管理责任人，但对其具体责任没有给出明确指示。条例规定：对于生活垃圾的处理以污染者付费原则，采用垃圾处理收费制度；在对居民生活垃圾分类行为的监管方面积极探索“社工+志愿者”等模式，建立垃圾分类督导员及志愿者队伍。条例还提出要通过积分奖励制度对居民积极参与垃圾分类与投放的行为进行实质性激励，以吸引更多居民投入到生活垃圾分类工作。在《垃圾处理与运营管理》文件中，第一条就明确指出对生活垃圾的处理要遵循减量化原则，要求尽可能从源头避免和减少生活垃圾产生，对产生的生活垃圾应尽可能分类回收，实现源头减量。第二条则指出要从宣传教育、建立特色的生活垃圾资源再生模式、规范商品生产厂家的生产与包装行为、净菜上市减少厨余、改变城市燃料结构减少煤灰垃圾、制定合适的生活垃圾分类收集模式六项措施推动生活垃圾的源头分类与源头减量工作，足见国家对生活垃圾分类源头减量的重视程度。

（二）清运管理难点

垃圾分类清运由政府包揽、民众自愿转向政府主导、全民参与的过渡时期。作为一项复杂的系统性工作，生活垃圾分类包含前端分类收集收运体系、中端回收体系、终端资源化处理体系等多个环节。国家与地方政策出台后，全社会对垃圾管理和生态文明建设的热情和关注度迅速拉升。［17］

研究团队以武汉市为调研对象，从小区投放区、垃圾站点和处理厂三大区域进行走访。从互联网各种数字信息和对武汉城区多个社区的走访情况看，垃圾分类政策发布后，经过广播、电视、互联网、纸媒等各个渠道全方位的加强宣传，市内上至耄耋老人下至黄发小儿，可谓人人知晓生活垃圾要分类，但对武汉垃圾清运管理模式进行分析，发现在垃圾分类处理流程链中存在以下几点问题：

一是民众对垃圾分类方式有着模糊认识。民众对生活垃圾的分类方式、分类知识存在盲区，面对数量庞大、类型迥异的日常生活垃圾究竟应该怎么分、具体怎么投放等分类细则不甚了解，给垃圾分类清运带来了难度。

二是垃圾终端收集设备配套不完善。把垃圾分门别类进行处理是垃圾分类清运工作的重要条件。在前端对垃圾进行分类并收集后，末端处理工作也需要条理清晰地完成，不能随意混合在一起，这样才能使垃圾分类收集工作有意义。目前在城市垃圾分类中，分类垃圾投放时缺少一定数量的分类收集车，从而导致城市中大部分都是混合垃圾投放；尽管民众自身的垃圾分类意识逐渐提高，但设施的缺乏也大大降低了居民分类投放的热情；同时部分地区的前端垃圾收集、后端混合处理的混乱做法也使居民对于垃圾分类抱质疑态度。

三是政策保障滞后，缺乏可操作性，智能化技术市场不完善。很多地区机构仅起到了政策的上传下达作用，工作中缺乏主观能动性，没有承担起垃圾分类核心任务的主体责任，不能有效联动垃圾分类管理系统中的各部门，不能因地制宜地根据其管辖区域的实际情况提出创新性解决方案，致使其实际社区垃圾分类成果与工作效率不尽人意。目前已有的垃圾分类清运互联网平台仅实现垃圾分类中局部信息化，但其受众面比较窄，未能全链条覆盖，导致垃圾分类统计、流向等信息不准确从而无法进行大数据智能化分析，使得数字化平台不能做出智能化决策。

居民垃圾分类知识比较缺乏，这是制约垃圾分类清运的重要因素之一。另外，垃圾分类清运没有做到信息化、智能化，无法对其进行及时监控，后端设施配置与现代科技发展不完全同步。垃圾分类清运需要这两方面的因素配合，一方面需要有完善而细致的垃圾回收设备和一套智能化的管理模式，另一方面需要居民有全面的分类知识，这样才能做到一一对应，真正实现垃圾完全分类回收及清运处理。［18］

三、生活垃圾“互联网+”清运管理模式

目前，互联网技术处于成熟阶段，运用“互联网+”推动垃圾分类回收的治理体系，正在我国各大城市迅速展开。互联网最大的优势在于，它能有效地解决信息不对称问题，实现线上信息流和线下操作的统一。而现行垃圾的处理大多为传统的人工作业模式，由清洁人员定点定时对垃圾收集箱逐一检查清理。在这个作业模式下，各个区域垃圾收集点的垃圾箱溢满状态不能及时反馈，垃圾清运车必须沿收集点依次进行收集，存在工作时效差、工作效率低下等不利之处。当垃圾箱处于溢满状态后不能及时进行清运，导致垃圾外溢造成环境污染；垃圾清运车辆工作路径完全由工作人员进行调控，无法根据垃圾溢满状态进行智能化决策，而且运行里程长、占用时间较多、能耗较高。因此，我们提出一种能实时监测各个垃圾站点垃圾箱的状态，并能对垃圾清运车辆根据任务需求进行调度和工作路径优化的清运管理模式。生活垃圾“互联网+”垃圾分类清运管理模式开启了垃圾分类清运的智慧化进程，是有效推进垃圾分类的尝试，能够明显提高垃圾分类清运的管理效能。针对存在的分类清运问题，该模式不仅能让居民更加准确地进行垃圾分类，同时还能让相关机构精准掌握垃圾分类清运数据，从而科学化、智能化地制定策略。还可为不同社区之间的垃圾分类清运情况制定不同的宣传方法和激励制度提供相关依据，从而提升居民的垃圾分类意识。以下是对该清运管理模式的详细阐述。

（一）生活垃圾分类管理系统总体设计

互联网+技术具备设备互相连通、交互方式多样及全过程智能化管理等特性，生活垃圾分类管理系统利用互联网+特性划分为三层，分别是用户层、网络层与设备层。用户层包含住户、系统管理员和清运人员；网络层包括移动终端、终端和数据库；设备层涵盖站点管理系统和清运管理平台。站点管理系统将生活垃圾按照“四分类”标准完成前端智能分类，清运人员借助清运管理平台对垃圾进行分类清运，网络层实现各层数据共享，整体系统实现分类清运的全过程监控和智能化管理，提高生活垃圾分类清运的效率和质量。生活垃圾分类管理系统总体设计如图2所示。

图2 生活垃圾分类管理系统总体设计图

清运管理系统主要包括清运人员的终端应用和系统管理员的后台管理。整个系统以现有的清运车辆、垃圾智能分类设备和终端为硬件基础，利用清运管理平台软件来辅助清运人员的清运工作，完成清运路径规划和高效分类清运，借助后台管理系统来配合系统管理员的清运监管工作，实现多目标信息管理和清运数据可视化。［19］［20］

（二）生活垃圾清运模式

生活垃圾智能清运模式可分为三个部分，分别是车辆调度管理部分、导航路径优化部分与分类回收处理部分。其中车辆调度管理部分根据清运垃圾类型分为四类清运单元，清运单元由清运车与移动终端组成。该模式下将清运车根据运输不同的垃圾种类分为可回收物清运车、厨余垃圾清运车、有害垃圾清运车、其他垃圾清运车，以此进行垃圾的分类运输。清运单元按照分类清运模式将生活垃圾分类运输到相应垃圾回收站，实现生活垃圾的有效清运。［21］生活垃圾智能清运模式框架如图3所示。

图3 生活垃圾智能清运模式框架图

当垃圾站点的相应垃圾箱处于将溢满状态时会发出清运需求，该垃圾种类的清运单元接受清运任务后，根据移动终端的导航提示到达待处理站点，进行站点清运工作，随后前往指定区域的垃圾回收站，完成整个清运任务。清运管理系统利用定位技术对垃圾的清转情况进行实时监控，通过分类清运减少生活垃圾在转运过程中的二次污染，同时避免分类后的生活垃圾的混合运输。［22］

（三）清运工作流程

清运单元借助清运管理系统完成清运工作。首先，清运单元根据清运类型获取相应账号权限，通过移动终端完成登录验证。清运单元登录成功后，浏览任务清单，根据自身处理能力、地理位置和任务内容等信息，选择清运任务。清运单元接受任务后，移动终端获取由清运管理系统提供的最优路线方案以及清运路线的任务排序清单。清运单元出发前还可通过移动终端查看清运路线，调整清运计划。在向下一个任务点行进的过程中，清运单元调用地图导航功能完成路线引导。到达任务地点后，清运单元完成垃圾收集工作，垃圾站点同步将垃圾清理状况反馈至清运管理平台。移动终端自动提示下一个任务内容并进行智能导航，以此反复，直到所有清运任务全部完成。整个清运工作流程如图4所示。

图4 生活垃圾清运工作流程图

（四）垃圾清运大数据管理

整个垃圾清运全链条中需要对多数据进行分析以便做出智能化决策，“互联网+”清运管理模式通过大数据管理实现清运单元的清运数据可视化监控各项指标，实时掌握多个清运单元的工作状况和清运任务情况，量化分析清运数据和垃圾量数据。［23］垃圾大数据管理主要由运营监控管理和清运垃圾数据管理两方面构成。运营监控管理包含清运单元相关信息，如清运单元编号、清运类型、工作时间、清运人员工号等清运任务相关数据；清运垃圾数据管理则存储处理垃圾站点相关信息及垃圾桶相关信息等数据。［24］

1.运营监控管理。清运运营监控划分为三个区域，分别是清运任务展示区、清运单元监控区和清运数据统计区。清运任务展示区注重清运任务详情展示与在线单元分布状况统计；清运单元监控区提供当前清运任务数、在线清运单元数以及清运单元的地图跟踪监控情况；清运数据统计区涵盖清运人员人数统计数据、各区清运任务分布统计数据和站点使用情况统计数据。通过运营监控管理可以查看任务列表，监控各区清运单元运营情况，实时查看当前任务数据，完成各数据指标的统计。清运运营监控管理如图5所示。

图5 清运运营监控管理

2.清运垃圾数据管理。清运垃圾数据管理划分为三个区域，分别是垃圾总量分析区、垃圾站点分布区和小区垃圾分析区。垃圾总量分析区提供垃圾总量数据分析统计，通过饼状图和折线图展示；垃圾站点分布区注重垃圾类型数据分析和垃圾站点地图分布展示；小区垃圾分析区展示小区各类垃圾清运数据统计与清运时段统计情况。在清运垃圾数据管理中查看各区数据垃圾占比、垃圾类型占比、各区垃圾站点分布统计情况。清运垃圾数据管理如图6所示。

图6 清运垃圾数据管理

人工智能治理精准化旨在通过理念更新、过程优化和体系完善来增强人工智能产品与服务供需对接的有效性。［25］在新模式下，以互联网、大数据分析、云计算等技术为依托，通过在各个区域投入垃圾分类智能设备、智慧管理平台、APP软件等，对垃圾投、收、运环节进行全链条监控，不仅使垃圾分类体系实现全面升级，对进一步了解居民生活垃圾的产出特点、消费习惯、制定相关回收处置政策措施等有着不可忽视的支持作用与衍生经济价值。在提出升级垃圾分类模式基础上，利用现代化技术从源头助力解决垃圾分类清运问题，旨在减少垃圾清运过程的二次污染，提高垃圾清运效率，实现垃圾分类清运的智能化、资源化、现代化，使环卫信息更加透明化，流向更加可控化，以此共建绿色经济，推进智慧城市体系建设发展。