智能垃圾分类管理系统构建研究

2020-02-02苍雷洋

电子技术与软件工程 2020年15期

苍雷洋

（上海久誉软件系统有限公司上海市 200233）

随着我国经济的飞速发展，人们对于生活环境的要求也越来越高。与此不协调的是，当前我国垃圾分类制度不完善，导致许多城市有被垃圾包围的趋势。因此在现阶段对垃圾进行分类管理势在必行。自2019年7月上海开始实行垃圾分类以来，我国越来越多城市开始采取垃圾分类管理措施，在这种趋势下，以5G 技术为基础的智能垃圾分类系统的建设研究也就受到了社会各界的广泛关注。本文通过上海市智能垃圾分类管理系统的建设，探讨了该垃圾分类管理系统的构建与设计思路，以期为我国智慧城市的建设提供依据。

1 背景阐述

研究表明，每年我国垃圾分类不合理造成的经济损失高达300亿元，对垃圾进行分类管理，不仅是解决城市垃圾问题的有效手段，更是推动经济可持续发展的重要动力。现有的垃圾处理方式包括：填埋法、焚烧法、堆肥法（好氧堆肥和厌氧堆肥）以及生物处理法等等。虽然这些处理方式能对垃圾进行高效无害化的处理，但是前提都是要对垃圾进行分类回收，比如生物法用到了营腐生生物对垃圾进行处理，这就要求被处理的垃圾中不能含有重金属等威胁生物生长的物质，因此对垃圾进行分类管理非常有必要。

2 智能垃圾分类管理系统概述

2.1 智能垃圾分类管理系统概述

随着我国垃圾无害化处理率的提高，我国对于垃圾分类管理的需求也随之提高。实际上，杭州、上海、苏州等一线城市已经开始建设城市垃圾智能分类处理系统了，部分城市已经实现传统垃圾分类模式到互联网智能垃圾分类模式的转变。在发展5G 技术以及智慧城市建设的理念下，结合上一代垃圾分类管理系统，建设新一代更加标准化、专业化和可推广化的智能垃圾分类管理系统是目前我国智慧城市建设中的一大重点。党的“十九大”首次将垃圾分类问题写入报告，对“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”做出重要部署，明确要求“加强固体废弃物和垃圾处置”，各地也相继颁布了建设各类关于智能垃圾分类处理系统的法律法规，如《上海市生活垃圾管理条例》、《厦门经济特区生活垃圾分类管理办法》等，因此，构建智能垃圾分类管理系统是促进智慧城市建设的主要动力。

2.2 智能垃圾分类管理系统的优势

2.2.1 智能化

智能垃圾分类设备相较于传统的垃圾分类设备更加智能化，如上海盐田区投放的智能垃圾管理设备具备可触摸屏操作、自动称重、垃圾分类投放以及电子语音播报等功能，同时居民投放垃圾都能产生个人积分，当积分累积到一定数值时，就可以向负责小区生活垃圾分类督导工作的垃圾分类督导员兑换纸巾、香皂、洗衣袋、洗衣液等生活用品。

2.2.2 可视化

传统的街道垃圾桶一般只有两个桶，分别是可回收物和其他垃圾，但是对普通市民来讲，这类传统的垃圾桶并没有垃圾分类的相对应宣传海报，没人告诉他们怎么区分可回收物和其他垃圾。而在智能垃圾分类回收设备上，设备机身自带有垃圾分类宣传海报指南等信息，并且每台设备都设有至少八个分类垃圾桶，每个桶都有相对应的分类标识，还带有分类投放操作流程的讲解。

2.2.3 大数据化

智能垃圾分类回收设备自带的大数据平台操作系统可以实时统计每个小区、每户居民的垃圾分类投放情况，后台数据的分析可使：

（1）小区的居民实时查看个人的垃圾分类投放记录和积分情况；

（2）负责垃圾分类工作的运营方实时查看到小区的垃圾分类工作报告，如若发现数据异常，可以及时制定改良方案。

3 智能垃圾分类管理系统构建与设计

3.1 系统工作流程

以上海市垃圾全程分类信息综合管理平台建设为例。该管理平台首先通过点设施体系系统（即智能垃圾回收箱）对垃圾进行分类，随后垃圾清运系统、垃圾中转系统将分类好的垃圾运至垃圾处理厂进行处理，最后垃圾处理系统将对垃圾进行妥善处置。同时，电设施系统中还设有称重计量系统、监控系统和绿色账户系统，可将垃圾分类处理的数据上传到中心平台，中心平台通过大数据技术对数据进行分析统计，然后将相应的指令下达至中转、清运、处置系统。

3.2 系统设计

3.2.1 数据采集与接口子系统

该系统采集全市范围内，从垃圾源头到末端全程分类处置过程中的物流、信息、资金流信息。数据采集与接口管理子系统负责面向全市范围、全程、分类过程中的各个单位和作业系统采集数据，子系统以标准化数据服务接口面向周边数据上报的信息化系统，满足不同作业环节、不同作业公司、不同信息化系统的标准化数据接口。

3.2.2 数据分析子系统

数据采集和接口子系统将全程、全网、分类垃圾数据采集到信息平台，数据分析子系统负责对数据进行分析处理，实现对数据的整理、转换、统计、汇总。

对全市各级行政区、街镇、小区（或企业）的湿垃圾、干垃圾、有害垃圾、可回收垃圾进行实时采集、分析、转换、加工和汇总统计；

（1）对历史数据进行汇总分析能够预测各类垃圾各环节的变化发展趋势。

（2）数据汇总统计层级按照小区（或企业）→街镇→区级→市级进行处理管理，不同级别设置不同查看统计分析权限，可对不同区域、不同时间段、不同种类的垃圾进行汇总统计，能进行横向、纵向对比分析，输出柱状图、饼状图等不同图表。

3.2.3 数据管理子系统

基础信息采集针对上海市域内垃圾处置体系的基础数据进行采集。

基础数据包括：基础设施信息、作业单位信息、作业系统信息、作业车辆信息、行政管理等。

基础设施信息包括：末端填埋场信息、末端焚烧厂信息、末端湿垃圾处置设施信息、中转压缩站信息、码头信息、垃圾收集点信息、回收场站信息。

环卫单位信息包括：各区县作业单位信息。

作业车船信息包括：环卫车辆信息、船舶信息、集装箱信息。

行政信息包括：区县信息、街镇信息、小区信息。

3.2.4 数据监控子系统

表2：测试工具

数据监控系统是对上海市生活垃圾运转过程采集的数据进行分析监控，能实时地分析数据差异，发现数据异常，根据业务部门的监控要求，设置监控指标，满足对垃圾管理的需求。

（1）对系统内的各种类型垃圾，在点、站、场的垃圾流量和流向进行监控，监控系统可以根据业务部门要求设置各种监控指标，系统实时进行校验式核对分析，如果监控指标达到预设值，系统能够提供预警功能。

（2）对异常数据进行预警，并根据要求提供推送功能。

（3）对各类垃圾品质验收环节进行监控，做到可追溯，可评价。对站、场已有的监控系统，可以先进行接入，并支持启动点监控系统接入。

3.2.5 数据展现子系统

在信息平台基础之上，对全市各级行政区、街镇、小区的分类垃圾数据进行统计展示。包括以下统计：

（1）实时采集、汇总统计；

（2）对历史数据进行汇总分析

（3）预测各类垃圾各环节的变化发展趋势；

（4）对不同区域、不同时间段、不同种类的垃圾进行汇总统计，

（5）能进行横向、纵向对比分析，输出柱状图、饼状图等不同图表；

（6）提供实时性垃圾数据告警、事件推送、信息通报。

3.3 系统测试

3.3.1 接口优化性能测试

本研究调用了干湿垃圾处理公司、集装箱进站处理公司、集装箱流转处理公司三方各自最常用的接口作为标准进行压测。测试环境如下：

测试工具：Jmeter 测试软件

测试接口：

干湿垃圾处理公司；

集装箱进站处理公司；

集装箱流转处理公司；

网络环境：优化前使用其他公司网络，以VPN 方式调用接口；待优化后，使用我方公司网络，以VPN 方式调用接口。

测试结论见表1。

3.3.2 智能垃圾分类管理系统测试

对于分类管理系统的测试，主要以功能测试为主，测试在谷歌浏览器下的功能应用，主要范围为：基础信息管理、无害垃圾管理、有害垃圾管理、分类查询管理、查询分析子系统、大屏展示子系统。测试环境如下：

软件环境（相关软件、操作系统等）；

操作系统：Centos7；

硬件环境（网络、设备等）；

CPU:Intel® Xeon,2.10GHz；

内存：4GB 以上；

硬盘：40GB 空余空间；

网络：1MB 带宽。

测试工具见表2。

4 实际应用

自2019年7月1日实施以来，上海市智能垃圾分类管理平台已在市内多个区得到应用。在宝山区某小区，居民可将垃圾带至小区内设置的智能垃圾分类箱进行分类投放，居民只需扫描二维码，按下垃圾分类按钮，分类箱箱门就会自动打开。同时智能垃圾箱房还会对每次投放垃圾进行积分，居民拿着积了分的智能分类卡，就能在一旁的垃圾袋自动发放机，凭积分领取新的可降解环保垃圾袋。居民在家中用领取的专用垃圾袋将生活垃圾分类打包，然后投递到对应的投口中。通过垃圾袋的二维码，可追溯垃圾来源，方便有关部门数据统计和管理。

智能垃圾分类管理平台对于居民增强垃圾分类意识具有积极意义，随着我国垃圾分类的逐步普及，相信会在更多的城市得到应用。