高铁垃圾智能分类回收系统的创新设计研究

曹博琛　刘方非　郑依灵

关键词：高铁;智能;垃圾回收分类系统;创新设计

中图分类号：U293 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2021）12-0159-02

1研究背景

垃圾分類不仅是世界性的潮流，更是需求。政策驱动下垃圾分类将全面推广，其市场前景广阔（预计到2025年分类服务市场空间达364亿元）并将从源头重塑固废产业格局[1]。以美国、加拿大为代表的国家也提出了生活垃圾“源头初步分类，处置厂适度分选”的模式[2]。而列车垃圾正是生活垃圾源头之一，部分国家进行列车垃圾分类已有较长时间，如日本和印度等，但并没有统一的模式，各国根据本国国情各有侧重。而对大量乘客进行的调查显示，如果铁路设置回收装置，82%的乘客愿意参与垃圾分类。日本旅客铁路运输公司决定在新干线引进垃圾分选处理装置，以确保在垃圾减量化处理的同时，提高排放垃圾中有用物质的资源回收率，节省垃圾存放空间，并促进自动分类装置的系统化[3]。

2高铁垃圾回收系统设计现状

对于垃圾分类回收，国内外共性都是从末端治理转向源头治理和循环利用[4]。我国高铁由于线路长、客流量大、空间与时间等因素的限制，产生了区别于其他国家的特殊铁路列车环境，因此更应从源头解决垃圾分类处理问题。同时，只有垃圾分类知识理论和政策支持，没有垃圾分类意识和垃圾分类产品，很难让全民有效地、正确地参与到垃圾分类中。因此，垃圾分类产品设计应该引起人们的重视，需要被认真对待[5]。

我国高铁动车作为城市垃圾源头之一，其垃圾线性产生量大和分类不科学的问题，在世界垃圾处理快速全面发展的大趋势下亟需改变，因此应通过创新技术手段与应用方式，同步优化系统和加强产品设计，解决相关问题。

3高铁垃圾回收系统的创新设计思路

3.1高铁垃圾回收服务系统设计

3.1.1从源头践行垃圾分类并培养相关意识

现有列车垃圾回收措施旨在保持车厢卫生环境，为乘客提供更好的乘坐体验。考虑到列车作为大型公共交通工具，垃圾产生量大、收集时间紧张。区别于简单的解决问题，应进行意识宣传与引导，在解决问题的基础上，使垃圾分类回收意识在源头上得以践行。

3.1.2“人—机—环境”三位一体

设计时应考虑特殊环境和社会趋势需求的设计上。设计时应以人为中心，达到垃圾分类回收的目的，使乘客、乘务员双方都获得更好的使用体验。并且考虑列车车厢内部环境的问题、列车停站时间紧张的问题、乘客的行为习惯等，多方面、系统地进行设计（图1）。

3.1.3充分考虑系统中利益相关者以提升方案可行性

通过对现有系统深入研究，下图展示了高铁垃圾分类系统中所有的利益相关者及物质流、信息流、资金流流向，希望通过考虑各利益相关方的利益增强最终设计的落地性和可实践性（图2）。

3.2高铁智能垃圾回收产品设计

3.2.1设计定位

该产品是一种可移动智能分类垃圾箱，可实现垃圾自动分类的投放和存储，且该智能分类垃圾箱可推动，帮助乘务员快速收集座位垃圾和分发时该垃圾箱内存储箱的运送。

3.2.2结构设计

该产品壳体内部结构如图3所示。智能垃圾识别装置固定于壳体顶部，用于垃圾识别分析和分类提示;分类识别仓置于智能垃圾识别装置下方，底部为垃圾分流闸门，用于控制各类垃圾分流;分流刮板置于分类存储仓顶端，用于助推垃圾进入对应类别存储;分类存储仓置于壳体底部，通过接触面的滑动滚轮和滑动槽与壳体连接，用于垃圾分类存放;把手置于壳体顶部外壁，用于走动收集垃圾时持握;底部设有万向轮，置于壳体底部。

4设计评价

4.1可行性

政策上：响应国家对于垃圾分类工作的宣传号召，倡导垃圾分类人人行动、时时行动的同时，满足人们对于乘车服务、乘车环境、乘车体验的美好出行需求。

技术上：目前国内已将AI图像识别技术、电子标签识别技术、智能学习机器人、语音识别技术等多种高科技术应用于垃圾分类与回收的产品中，为智能化垃圾分类应用于列车铁路行业提供了技术支撑。

系统流程上：引导乘客进行垃圾分类投放，应用再设计的可移动智能分类垃圾箱，简化了垃圾分类操作，运输过程快速、整洁，化解列车垃圾在卸放站台和集中运输环节中与乘客原有的冲突，节约了列车垃圾分拣的人力成本，提高了回收利用效率。

硬件设计上：保持列车车厢构造不变，通过优化创新车厢服务、再设计垃圾桶等硬件设备、借助软件增强知识普及、改变人们的行为方式，提高垃圾分类与回收工作的工作效率，实现资源的合理优化配置，有效减轻乘客在车厢中因为垃圾处理而产生的不适。

4.2人机测试分析

垃圾车的扶手在使用过程中，高度配合适当，一般以离座面700mm—1000mm的高度为宜，扶手长度最大不超过车高深度的2/3，以500mm—600mm为宜，避免人体肌肉因为扶手高低失当而产生屈曲或伸张的感觉。扶手提供可靠的支撑，能方便乘务员的使用及列车突然加速减速时的前后倾倒。垃圾车放置垃圾的位置，垃圾车宽度约为过道的2/3，且垃圾车箱体的垃圾储存模块为侧弯式的拉出，考虑到乘务员人体手臂舒适状态下的最佳位置，箱体可侧弯式抽出的高度约为700mm，同时，在箱体侧弯式抽出后，抽出部分的箱体高度约600mm—700mm，正好处于乘客可投掷垃圾的理想位置。

在长时间的列车运行过程中乘客的乘坐姿势是不断改变的，要求也随之变化。为使用户舒适地进行垃圾分类，在进行系统的硬件产品时考量了以下几方面：

1）箱体的操作符合人体力学要求，使用户能便捷地进行操作。

2）投掷垃圾时满足人体自然姿势的需求，通过侧拉式的模块使乘客坐姿放松，为乘客提供足够的空间与倾角便于调整。

3）垃圾车尺寸与人体相适应，为保证垃圾车使用方式能最大程度适应不同群体和特定个体的要求，研究以人体尺寸统计结果为尺寸依据，并取中间值，满足大部分乘客的需求。

4）垃圾车构件设计和材料合理，让垃圾车有效减少乘务员的体力负荷且操作便捷。

5结语

高铁作为目前垃圾分类回收的空白场景，仍有诸多待完善之处。垃圾分类作为国家的长期战略，高铁作为中国“新四大发明”的对外名片，都显示了此次课题的研究价值。高铁垃圾分类应该从源头做起，培养用户的垃圾分类意识，并且考虑其中涉及的利益相关方，才能更好地推动设计的落地。此研究尚处于初级阶段，将高铁垃圾分类回收场景提取概括，但实际问题又包括更多车型的复杂场景。相信随着垃圾分类相关政策的落实到位、人们垃圾分类等意识的逐渐完善，以及技术的不断进步，高铁垃圾分类问题将会从根本上得到解决。