基于物联网技术的校园智慧环卫系统架构

◎江希 刘方涛

一、校园内垃圾清运现状

智慧环卫是智慧城市建设的一个重要部分，可以有效地改进当前社会发展传统的垃圾清运所采取的全人工操作模式，减轻环卫工作人员的工作量，同时加强对人员、垃圾站、垃圾清运车管理的效率。让日常所产生的各类垃圾能及时清运，避免堆积存放造成气味臭化污染，严重的苍蝇传染疾病的传播等。本文通过物联网、移动互联网、传感器等关键技术设计了一个校园垃圾清运管理系统，帮助高校等区域密集区域进行科学、高效的垃圾清运。

随着社会发展，人民生活水平的提高，在校园内垃圾中的塑料、废纸、金属、废弃电子产品、废旧纺织品等可回收垃圾比重不断攀升，而容易腐败的剩菜剩饭和瓜皮果屑的数量也猛增起来。而目前绝大多数校园还使用传统方式进行垃圾清运，人们将垃圾扔到指定垃圾桶内，然后由环卫工作人员定期或不定期的检查然后处理处理。这个人工清运方法和清运设施已经不符合当前的实际需求，不光不能及时有效的处理校园垃圾，还容易产生二次污染。由于处理不及时，容易滋生细菌，是害虫的滋生地和繁衍地，造成环境污染，严重危害校园师生的身心健康，垃圾分类落实不够，同时还不能有效的回收资源，造成资源浪费。

二、智慧环卫垃圾清运系统架构设计

智慧环卫下的垃圾清运将现代化的管理服务概念，融入到校园垃圾清运过程中，利用数据平台，将装置了垃圾桶、车辆状况、人员状态连接起来。平台在收到垃圾桶预警信号后，及时进行信息提醒推送，通知环卫人员进行处理，进行数据分析和处理后，规划出最优的车辆装载运输路线。降低环卫人员作业的人力、时间成本，实现了车辆的低油耗，同时提升了垃圾处理的清运效率，有助理环境保护。智慧化的管理可以科学的评价垃圾清运作业的工作效率和质量，促进校园管理水平的提升。

1.系统整体架构。

本文设计的校园智慧环卫垃圾清运方案，通过IOT（物联网）和互联网连接技术，实现了人、车、垃圾收集末端的联动。首先在校园内按需设置安装有传感器的智能垃圾桶，对垃圾桶的满溢程度、温度、湿度、气体等进行监控，进行数据采集，定期将垃圾桶相关数据进行发送，进行日常管理，一旦发生垃圾桶处于满溢状态，温度、湿度、有毒有害气体等超标，立刻发出预警信号，将信息传输至数据平台，进行异常管理。通过平台数据分析后，生成作业数据，将作业信息发送至对应的环卫人员和垃圾清运车辆，使垃圾清运过程趋于智慧化、合理化和人性化。如图1所示

2.数据感知层。

在本系统中数据采集主要来自垃圾收集末端即智慧垃圾桶装置、垃圾清运车辆和环卫人员。对垃圾收集末端配置定位装置以及满溢程度、温湿度、火焰、有害气体等传感设备，可以定期发送垃圾收集末端情况，同时对垃圾满溢、起火、有异味等异常情况进行报警，云平台及时向环卫人员发出预警信号，利用智慧环卫感知层，可以及时采集需要处置的垃圾数据信息。垃圾清运车辆和环卫人员则配置定位装置，采集定位信息，以便云平台能够及时跟踪并智能推送垃圾桶终端相关数据。

3.数据传输层。

智慧物联的数据传输层可以运用2G/4G、FSK/GFSK等物联网远近通信技术进行数据传输，将垃圾收集末端、清运车辆及工作人员信息传输到数据云平台。选取具备近距离无线通信技术调制芯片做终端节点数据发送装置。最终数据通过数据集中器远程通信进行发送，为避免近距离无线通信技术同频干扰保证通信数据的稳定和完整性，可以使用复用技术将频分复用和时分复用相结合，能有效的提高采集成功率。最后进行数据传输层组网协议设计，包括帧格式设计和协议应用层设计两个部分，实现数据的编码及交互，数据集中器将收集数据远程传输到数据云平台进行数据分析处理。

4.智慧云层。

智慧云层就是将采集到的各类数据进行分析处理并最终实现在管理平台上的可视化管理。例如将中国移动物联网云平台OneNET作为云平台，作为PaaS、SaaS和IaaS层搭建网络连接的桥梁，发挥核心链接能力，作为数据层和管理层上下传输的纽带。通过HTTP、EDP、MQTT等协议透传，将OneNET接收到的数据按照协议解包存储，并以API的方式提供给应用层使用。在应用层内创建可视化管理系统，通过OneNET应用编辑器，将集中器“concentrator”数据流可视化。根据架构设计要求，可以分为数据监测、异常上报、人员信息、车辆信息等类型进行体现，以颜色进行状态区分，灰色代表下线，绿色代表工作状态，红色表示预警，在OneNET开发环境下完成可以提供Web和APP管理终端设计，实现完整的在线监控和管理分析。

三、结语

基于智慧环卫的校园垃圾清运方案通过全面部署实施，可以解决传统校园垃圾清运过程中管理粗放，工作量大，处理不及时，工作效率低等问题。通过整套具有检测，管理，任务发布等功能于一体的系统，及时高效的获取信息，科学规范有效的关注作业过程，管理统计作业进度和效果，优化作业路线和模式，有效的提高执行率，提升了垃圾处理能力。逐步将垃圾清运过程从人工劳力向机械设备辅助进化，减少人力劳作；将管理模式向企业化管理进化，引入标准和制度进行规范化管理，适应校园建设发展。