基于插接型智能垃圾桶的区域协调管理平台的分析与设计

文/李晖 宇雅赫 董幸异 史笑晴 贾萧桐 张文婷

针对垃圾处理缺乏区域间协调管理的问题，提出了一种基于插接型智能垃圾桶的区域协调管理平台。首先，利用无线通信、简洁设计等技术设计出一种底座固定式插接型智能垃圾桶。然后，针对该智能垃圾桶，分析与设计出与之配套的Android App客户端应用程序，用于满足工作人员对于智能垃圾桶的实时控制。最后，在使用该智能垃圾桶的区域内，分析与设计出具有：智能垃圾桶协调分配、相关工作人员协调调动、智能统计及显示功能的区域协调平台。

1.引言

实行垃圾分类、处理与管理工作的区域协调协作，不仅在保护生态方面将会发挥重要作用，也会产生垃圾的经济与资源价值，同时，垃圾处理工作在一定程度上反映着人们日益追求科学环保生活方式的态度，是社会文明进步的彰显。放眼世界，国外垃圾分类处理工作呈现起步早、发展快、普及度高等特点，相比之下，我国垃圾分类处理工作起步慢、设施能力不足、基数大导致普及困难等。国际上不少发达国家的垃圾分类体系已逐步健全，管理制度相对成熟，但针对垃圾分类的后期工作，例如，垃圾处理压力、区域间协作能力等都有待加强，且由于缺少配套的垃圾处理设施及协调平台，使之演化成一场垃圾回收危机。在我国，在垃圾分类、处理及区域协调管理方面面临着不少的挑战与困难[1]。本文针对区域协调不合理，分析与设计基于插接型智能垃圾桶的区域协调管理平台，主要工作如下所示。

(1)设计了一种底座固定式插接型智能垃圾桶[2-3]。在符合市场需求的基础上，针对现存使用的智能垃圾桶的诸多问题和不足提出具体改进方案。通过创新性技术手段解决现存使用的智能垃圾桶续航时间短、垃圾桶内部清理与清洁的问题。(2)设计了一款针对插接型智能垃圾桶的Android App控制应用程序。利用智能垃圾桶的无线通信模块，完成与Android App的实时通信。利用Android studio完成App的设计与开发。(3)设计了基于插接型智能垃圾桶的区域协调管理平台。该平台的作用是为管理者对垃圾桶的使用进行统一管理、区域协调。通过大数据对平台信息进行宏观把控，从而提高运行效率，提升智能化水平。

2.国内外发展现状

2.1 智能垃圾桶的发展及现状

2.1.1 国内发展现状。近年来，我国政府先后出台了不同层级垃圾分类的政策，拟在重点城市设立垃圾分类试点[4]。为增加智能垃圾桶数量，预计2020年底在46个重点城市全面落实垃圾分类。除了国家政策支持之外，越来越多的企业承担社会责任，转型升级，积极进入智能垃圾桶的市场，生产出智能垃圾桶热门产品，畅销海内外。例如：麦桶桶是我国著名自主品牌企业，主营智能家电、智能垃圾桶。随着行业技术的进步，产品质量的提高，品牌影响的扩大，秉承“桶新同行，共创共享”的企业价值观，生产出的高质量智能垃圾桶产品深受消费者喜爱。

2.1.2 国外发展现状。随着垃圾问题的日益严重，一些国家出台相关政策支持创新型企业发展，越来越多的基于新时代信息技术的智能垃圾桶产品引入市场。美国、日本、德国等发达国家目前垃圾分类制度较为成熟[5]，他们依照自己国情对垃圾分类模式进行了不同程度的侧重，取得良好成效。例如，美国Big-Belly Solar公司发明出一款可以在体积不变的情况下将垃圾桶容量提升的智能垃圾处理产品，该产品利用太阳能提供能源，通过高效压缩机工作将垃圾的体积压缩，进而提高垃圾桶容量。同时会通过物联网将实时信息传输给垃圾处理中心，垃圾处理中心根据得到的垃圾实时数据安排车辆进行处理。

2.2 垃圾管理平台的发展现状。智能化已成为中国未来的发展方向，智能产业将迎来爆发式发展，标识智能产业的发展在近年来呈现快速生长态势，加之我国目前对环境保护的重视，智能垃圾管理平台出现了增长。各种的APP、小程序为智能垃圾平台的管理提供了方便[6-8]。例如，掌上回收APP、百度AI垃圾分类、智能小程序、生态宝APP等的出现，表明了智能垃圾管理平台的发展。当然，不仅仅是这些，在一些地区，例如，南昌建筑垃圾管理平台，此垃圾管理平台早在2018就已经上线使用，虽然仅仅是建筑垃圾的管理，但是在一定程度上也推进了智能垃圾管理平台的发展。而南昌市在2019年又建立垃圾分类管理系统平台，推定了垃圾平台管理的后续发展。与此同时，在2019年上线的数太奇智能垃圾分类运行管理系统，依托移动互联网和大数据实现垃圾分类精细化管理，经过多番测试后，数太奇垃圾分类微信小程序正式上线，在智能垃圾管理平台上又前进一步。宏电无线环境监测综合应用系统，本综合应用系统在极大的帮助了市政管委和环保部门增强监测手段、提高监管效率、完善规划部署。我国目前智能垃圾平台管理正处于发展阶段，还存在需要完善的地方，就目前的情况看，可以加大对智能垃圾管理平台的科技投入，大力发展。

综上所述，设计一款实用的插接型智能垃圾桶用于垃圾的分类及收集，并基于该智能垃圾桶分析与设计区域间的协调管理平台，有助于解决垃圾分类设施设置不足，有助于提高管理平台的稳定性与可靠性。

3.插接式智能垃圾桶的设计

垃圾桶，是一种专门用于盛放垃圾、废弃物的容器，被广泛用于人们的日常生活。近几年，随着互联网和自动化技术的不断发展，智能垃圾平台的研究与设计已成为当今的研究热题。现存使用的智能垃圾桶存在诸多问题。智能垃圾桶的电池普遍安装在桶盖上，受其结构限制，能安装的电池数量较少，续航时间较短；此外现有智能垃圾桶的外桶体跟底座多为固定连接结构，内桶体跟外桶体之间的间隙及底座内的空间容易导致垃圾堆积，不便于清理，使用时存在诸多不便。鉴于此，在符合市场需求的基础上，针对现有的问题予以研究改良，设计了一种底座固定式插接型智能垃圾桶的设计方案，解决现存相关垃圾处理问题，为使用者带来卫生、环保、健康、智能体验。

3.1 总体设计。插接型智能垃圾桶，包括：底座、底脚、电池仓、仓盖、电源插槽、内桶体、提手、外桶体、走线槽、电源插头、定位块、桶盖、顶盖、感应器。其特征在于：底脚嵌入安装在底座的底部，且底脚与底座通过粘合方式固定；电池仓位于底座的上部，且电池仓与底座为一体式结构；仓盖扣合安装在电池仓的上方，且仓盖与底座通过螺钉固定连接；电源插槽开设在底座一侧的顶端；内桶体放置在仓盖的上方，且提手通过铰接方式安装在内桶体的顶端；外桶体套入安装在内桶体的外部，且顶盖通过铰接方式安装在外桶体的顶端；走线槽设置在外桶体一侧的内壁上，且走线槽与外桶体为一体式结构；电源插头嵌入安装在走线槽的底部；所述定位块设置在外桶体底部的内壁上，且定位块与外桶体为一体式结构；感应设备嵌入安装在外桶体前侧的顶端。同时，底座的顶端设置有用于容纳定位块的矩形凹槽，凹槽位于电池仓的两侧及前侧，定位块为矩形块状结构，且外桶体通过定位块与底座插接连接；电源插槽位于电池仓的后侧，且电源插头与电源插槽插接连接；感应器为传感器[9]、无线传输设备、摄像头及AI智能识别模块[10-11]。

3.1 设计优势。(1)顶端设置有用于容纳定位块的矩形凹槽，且凹槽位于电池仓的两侧及前侧，定位块为矩形块状结构，且外桶体通过定位块与底座插接连接的设置，定位块对外桶体的安装起到定位、限位的作用，方便外桶体安装，同时方便拆卸，便于内部的清理与清洁，方便操作。(2)电源插槽位于电池仓的后侧，且电源插头与电源插槽插接连接的设置，将电池安装在底座的电池仓内，容积大，增加了电池安装数量，提高了续航时间，方便使用。(3)通过对底座固定式插接型智能垃圾桶的改进，具有结构设计合理，方便拆卸，便于内部的清理与清洁，方便操作，容积大，增加了电池安装数量，提高续航时间，方便使用的优点，从而有效的解决了本实用新型提出的问题和不足。(4)在外桶体前侧的顶端嵌入安装感应设备，用于完成垃圾类别的划分、无线信号的传输等功能。

4.Android App监控软件的设计

基于插接型智能垃圾桶的Android App控制软件的设计目的，旨在监控智能垃圾的状态，以便于工作人员能够及时有效查看各个智能垃圾桶的情况。包括的主要功能有：工作人员登录、垃圾桶的查找、垃圾桶信息的查看、上传等功能。基于插接型智能垃圾桶监控软件的手机端界面，如图1所示。通过查看垃圾桶使用情况，上传精准实时信息，及时安排相关人员进行协调，形成线上线下相结合的高效、智能化运行体系。

图1 ：手机端界面

5.基于插接型智能垃圾桶的区域协调平台的分析与设计

本平台的设计[12]是基于Webkit内核的浏览器，以1080P宽屏进行设计，使用DIV+CSS进行静态页面代码布局，使用JSP进行开发，实现用户管理、信息浏览、区域内垃圾桶展示、工作人员协调分配、垃圾处理协调管理等功能。

5.1 功能分析。(1)用户管理功能。平台具有用户的管理功能，为所有登录的工作人员提供密码的修改、信息的完善等功能。系统的管理员可以完成对平台相关信息的添加、修改、查询及删除功能。(2)信息浏览功能。为平台用户提供实时的垃圾桶信息、工作人员信息以及垃圾处理信息的浏览、查询功能。(3)区域内垃圾桶的展示功能。利用地理信息系统的相关技术，将平台所管辖区域内的智能垃圾桶在地图中进行展现，通过放大可以展示局部区域内的所有智能垃圾桶。同时，当点击某一个智能垃圾桶时可以看到该垃圾桶的实时状态。(4)工作人员协调分配。通过对智能垃圾桶的实时监控，掌握到当前垃圾桶的状态，如果出现垃圾桶已满或者有损坏等情况，可以及时安全工作人员进行处理。同时，对于某一局部区域出现多个智能垃圾桶同一时间段内已满的情况，则表明该区域出现人员密集情况，可及时协调工作人员支援该区域的垃圾处理工作。(5)垃圾处理协调管理。通过对智能垃圾桶以往的多时段数据的分析，可预测同时段的垃圾处理能力，协助相关部门完成对垃圾处理的协调管理。

5.2 功能界面设计

基于插接型智能垃圾桶的区域协调管理平台由多级页面构成。各级页面的设计原则如下所示。(1)系统页面由导航栏、页面主体、页面底部三部分组成。(2)导航栏的作用是链接到系统内的各个主要功能。当点击不同的功能链接后，将进入功能的操作界面，系统的工作人员根据界面提供信息完成相关的协调处理、信息查询等工作。(3)页面中央采为基于地理信息系统的区域地图展示，上面标注出该区域所有的智能垃圾桶。通过鼠标的点击操作，可以展示每一个智能垃圾桶的实时数据，例如：垃圾桶编号、垃圾桶是否已满、垃圾桶所在地点等。同时，通过不同的颜色表明垃圾桶的状态，例如：红色代表垃圾桶已满、黄色代表垃圾桶已用60%，绿色代表垃圾桶较空。(4)底部是显示的版权信息，背景颜色采用与导航栏一致的配色，使整个界面上下呼应，内容主要包括地址及联系电话等。

系统页面的设计效果，如图2所示。

图2 系统一级页面设计效果

6 总结

基于插接型的智能垃圾桶区域协调管理平台，将新型技术融入到人们的日常生活，有助于解决现存的垃圾处理问题，有助于提高智能垃圾处理和提高区域间的协调管理。本文的主要工作总结如下。(1)完成了国内外智能垃圾桶、智能垃圾管理平台的现状研究。通过对国内外相关文献的查阅，给出了二者目前的研究现状。(2)设计出了基于插接型智能垃圾桶的设计。对垃圾桶的设计细节进行了深入的描述，并加入了传感器、无线传输设备、摄像头及AI智能识别模块，以便于完成垃圾桶与协调管理平台的通信。(3)设计出了一款针对智能垃圾桶的Android App。用于协助工作人员对垃圾桶状态的查看及协调工作。(4)设计出了基于插接型智能垃圾桶的区域协调管理平台。用于完成垃圾桶实时状态的查看、协助工作人员完成协作、以及协调完成垃圾的处理工作。未来，项目组成员会继续采用新技术完成智能垃圾桶、Android App及区域协调管理平台的实现。C

资助课题：2020年大学生创新创业训练计划项目国家及项目（智能分类垃圾桶）资助。