物联网智能摊位管理系统设计与实现

李晓茹,江 河

(太原学院，山西 太原 030012)

地摊经济的回归是城市活力的象征，让城市更有烟火气,也是共度时艰的一种选择。但是，城市地摊的管理是复杂的，传统管理方法由于缺乏环境流量监测、时间监测和地点监测的数据，无法智能的进行地摊精确管理；对于地摊产生的垃圾，也缺乏有效的地摊周边环境监测和垃圾运输系统[1]。

本设计的目的是利用物联网技术进行实时地摊监控与周边环境监测，设计基于无线传感器网络技术的实时地摊监控与周边环境监测的建筑模型。此外，本设计强调市场管理者与地摊周边环境监测站之间的信息流通的重要性。希望能优化地摊管理效率，保持服务的可持续性。

1 系统结构

Arduino设计平台是为了研究用于构建简单自动化系统的现代硬件和软件工具，优点是开发环境简单方便，程序源代码开放，基于Arduino的设备工程可以独立工作或与计算机软件交互[2,3]。

系统的主要目标是在Arduino处理器和摊位之间提供无线控制。重量传感器检测摊位上摊贩和货物的情况，并将其发送到Arduino计算机板，当其感测到的压力超过预定阈值时，系统开启，否则进入节能关闭模式[4]。系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构

在智能地摊管理系统中，微控制器(Arduino)接收来自重量传感器、智能感应开关、智能摄像头、电子围栏、烟雾传感器、音量传感器、异味传感器输入。根据这些传感器的输入的状态和参数，Arduino控制器决定输出和操作[5]。

重量传感器负责监测商贩是营业或歇业，可准确的记录营业时间段进行精确收费。国家倡导地摊经济，但不是倡导随意摆摊，占道经营，甚至占用机动车道，妨碍居民出行，造成不必要的安全隐患[5]，电子围栏的主要作用就是保证商贩在摆放货物时，不要超出规定范围。烟雾传感器、音量传感器和异味传感器主要是为了保证特种经营的地摊不能扰民，比如：烧烤烟雾不能过大，叫卖音量不能过大，食材气味不能过大。要保证地摊周围居民的基本生活环境卫生等[6,7]。现在，全球都在与新冠病毒进行斗争，人们更加注重环境卫生。摊位消毒可以采用紫外线消毒灯实现消毒杀菌。但紫外线消毒灯要正确使用，否则会造成严重的危害，所以在使用紫外线消毒灯时，摊位内尽量不要有人。一个两全齐美的办法是采用智能感应开关，通过感应移动对象触发感应器，从而改变紫外线灯的工作状态。感应开关工作状态设定为，有人过去时马上切断紫外线灯电源，无对象移动时自动延时5分钟后接通紫外线消毒灯持续杀菌消毒(如图2所示)。

图2 地摊监测终端

2 系统设计

2.1 功能要求

智能地摊监测系统和清洁车应具有最大的承载负荷的能力，同时要使模拟模型的非功能性指标保持适当的响应时间，并在地摊周边环境监测过程中保持有效的吞吐量。

2.2 系统结构

智能地摊监控系统模型的设计分为概念设计和决策逻辑设计两个部分。设计的各个部分详细描述如下。

通用体系结构：概念设计给出了通用体系结构实现的概述以及中央系统体系结构的概述。系统架构包括三个参与主体：商贩、系统管理员和清洁车司机。商贩从市场管理部门购买了摊位使用权，并将其注册到中央系统中，监测系统终端位于商贩预定的地点，商贩可以通过网络访问信息并为地摊周边环境监测付费。智能地摊监测系统嵌入集成电路板，并安装在地摊监控范围内，以进行连续和实时的地摊监控。具有GSM连接的Arduino无线信息传输模块会将地摊状态数据传输到中央系统数据库的网关。管理员权限包括管理摊贩的注册和付款信息；还能浏览并检索处理后的信息以进行地摊周边环境监测和垃圾清理，然后将最佳路线分配给清洁车司机[8]。

中央系统架构由四层体系结构组成：用户界面层、数据处理层、中间层和信息获取层。数据层包括与优化模型相关的中央数据库；中间层包含网关；信息获取层由传感器节点组成。中央系统建立与服务器的连接后，开始接收更新，并通过来自不同商贩位置的网关存储地摊状态。通过链接的优化模型分析数据并建立地摊周边垃圾清理的最佳路径(如图3所示)。

图3 功能层次结构

3 实验结果

用于实时地摊监控和周边环境监测的多功能模块定义了三个主要部分：智能地摊监测模块、清洁车路径选择模块、收费功能模块。

3.1 智能地摊监测模块

智能地摊监测系统按照定义的决策规则分布在一个区域中。系统初始化之后，通过摊位附近的智能垃圾桶中的重量传感器和位置传感器检测摊位产生垃圾量的变化。随着时间的推移，垃圾逐渐变多，当达到警戒线的时候，系统可通知市场清洁车及时清理，保证市场的垃圾绝不堆积，营造良好的市场环境。另外，为了保障市场周边住户的权益，在智能地摊监测模块中还有电子围栏、烟雾传感器、音量传感器、异味传感器来监测摊位状况，一旦出现了扰民的情况时，系统可及时通知市场管理员介入管理。

3.2 清洁车路径选择模块

大型地摊市场的摊位众多，买家卖家也呈现杂乱无章的状态，如果垃圾清理只是按照固定时间和固定线路进行清理，势必会产生效率低下的问题。如果增加垃圾清理的频率，也势必会让本已经拥堵的市场更加雪上加霜。系统的垃圾清理模块遵循预先的设定产生垃圾清理的最佳路线，清洁车将根据最佳路径清理地摊周边环境监测到满箱状态的垃圾箱。本设计使用百度地图来规划清洁车的垃圾清理路线，每次清理垃圾的成本可以通过计算垃圾清理次数以及固定成本来计算，达到精确收费的要求。

3.3 收费功能模块

地摊商贩基本是小本经营，经营就是为了获利，显然“一刀切”的统一收费方式并不合理。在本系统中，通过各种传感器可以精确计算商贩占用摊点的时间、产生垃圾的数量和扰民付费量，参照这三点来进行精确收费。地摊周边环境管理业务的总支出如下：

Ii=Ti+H*i+Ri

.

(1)

其中I是支出；Ti是占据地摊某时间段的收费；H是时间段内产生垃圾量(不足一个单位量的按照一单位收费)；i是单位重量垃圾的收费标准值；Ri是扰民付费量。

4 结论

本文探讨了基于Arduino的地摊管理系统设计，使用了基于多传感器的功能模块解决方案。通过实际验证，智能地摊管理系统是一种高效率、人性化的地摊经济管理方式，使用这种系统将有助于地摊经济的复苏。未来将考虑全面发展用于地摊的实时监控和周边环境监测无线传感器网络，这将有助于市场管理部门实时了解市场状况，并部署人员和资源相应地处理突发情况。此外，利用所建立的适合于城市地摊管理决策支持的路径优化数学模型，将获得地摊垃圾清理的最佳路径。还可以对Arduino处理器和模块之间的通信进行加密，以增强安全性。