基于物联网的智能物流回收系统研究

黄婷华

（江苏商贸职业学院，江苏南通 226000）

随着经济的发展，人民生活水平的提高，城市生活垃圾总量也在不断增长，“垃圾围城”现象日益严重。［1］传统的城市生活垃圾回收物流系统一般是由居民等垃圾产生点开始，到垃圾收集装置（垃圾箱），再由垃圾车统一运输到集中点，经分拣中心进行分类后，根据类别分别采取再利用、堆肥、填埋、焚烧等方式进行处理。在这个过程中，存在环节多、专业性差、利用率低等问题，甚至还会污染环境，尤其在新冠肺炎疫情期间，处理不当的垃圾将会传播病毒，影响人类的健康。

垃圾是放错地方的资源，对垃圾进行合理的分类管理，对实现城市生活垃圾的减量化、资源化、无害化有着非常重要的意义。［2］通过将智慧物流的相关理念与技术应用于垃圾分类回收工作中，构建基于物联网的智能垃圾回收物流系统，可以有效地实现城市生活垃圾在前端减量投放、有序分类，在中端整合衔接、高效收运，在末端充分利用、无害处理，从而使垃圾分类处置工作简单高效，为居民营造美好家园，促进经济持续发展。

1 基于物联网的智能垃圾回收物流系统概述

本研究借助大数据、云计算、互联网、物联网、人工智能等技术［3］，从城市生活垃圾分类投放、分类收集、分类运输、分类处理这几个环节展开，设计一种基于物联网的智能垃圾回收物流系统，引导城市居民、垃圾站、相关行业企业，高效有序地开展垃圾分类工作。系统模型框架大致如图1 所示。

图1 基于物联网的智能垃圾回收物流系统模型构建

模型的构建基于物联网的架构，分为三个层面：①感知层是模型的基础，通过各类传感器及先进技术，如红外传感器、压力传感器、二维码、北斗定位系统等，为模型采集和获取信息；②网络层是感知层和应用层之间的纽带，通过有线或无线网络向上层传输感知信息，并向下层传输命令；③应用层则将物联网技术与垃圾分类回收的实现需求结合起来，针对投放、收集、运输、处理各阶段，形成智能集成物流回收解决方案。

2 系统设计

基于物联网的智能垃圾回收物流系统设计如图2 所示。

图2 基于物联网的智能垃圾回收物流系统设计

2.1 分类投放

分类投放的主体主要是社区的居民，居民利用智能终端（如手机）在垃圾回收app 或小程序进行相应操作，并可根据不同的垃圾种类进行不同的操作。针对不便拿取的大件垃圾、有特殊回收价值的垃圾，居民可以在app 或小程序上预约工作人员上门取件；针对一般生活垃圾，居民则可以到智能垃圾箱处进行投放［4］。通过使用垃圾回收app或小程序，居民一方面可以通过垃圾分类投放获取积分兑换礼品或变现；另一方面也可在其宣传模块学习垃圾分类知识，更好地实现垃圾在前端的分类减量投放。

2.2 分类收集

分类收集借助于智能垃圾箱来实现，智能垃圾箱可包含如下功能。①自动打开功能：能识别到居民要投放垃圾，实现自动感应开盖。②数据传输功能：能实现垃圾箱与后台系统双向的信息传递，并实现垃圾箱相关功能的实时更新。③语音提示功能：一方面提示居民应如何进行操作；另一方面进行垃圾分类环保广告宣传。④图像识别功能：图像识别的对象包括居民，即通过人脸识别使居民无需操作移动终端也可实现自动积分；识别对象也包括垃圾，即能识别出垃圾的种类，借助转动模块实现自动分类。⑤智能压缩功能：对垃圾的体积进行压缩可以提高垃圾箱的使用效率。⑥满溢报警功能：当垃圾箱即将达到使用重量上限或体积上限时，向后台系统报警，平台调度车辆及时运走垃圾。⑦吸附异味功能：垃圾箱的异味容易招引蚊虫，滋生细菌，吸附异味功能可以有利于提高其卫生水平，延长使用寿命。⑧火情监控功能：对箱内垃圾进行实时监控，发现温度过高或有着火点及时报警，将风险控制在源头上。⑨故障报警功能：一旦出现故障，及时向后台系统进行报警，由技术人员进行维修。

2.3 分类运输

当接收到智能垃圾箱的满溢报警信号时，后台系统将对垃圾清运车辆进行调度，安排不同的车辆进行不同类别垃圾的运输，运输车辆应具备如下功能。①环保宣传功能：在车身上设置垃圾分类环保广告，在行驶过程中进行宣传，提高居民认知度。②实时定位功能：对车辆的位置、运行状态进行实时跟踪，与前端垃圾箱及后端处理中心平台系统进行对接，便于下一步工作安排。③车厢报警功能。对车厢内垃圾的温湿度、气体成分进行实时监测，如有危险进行报警，便于司机及时处理。

2.4 分类处理

现行的垃圾分类系统一般将垃圾分为可回收垃圾和不可回收垃圾，其中，不可回收垃圾又可细分为厨余垃圾（或湿垃圾）、有害垃圾和其他垃圾（或干垃圾）。垃圾清运车辆会根据其运输的不同垃圾种类，运行至不同的处理点，处理点对不同垃圾进行相应处理。

3 系统实施

智能垃圾回收物流系统的实施依赖于先进的大数据、云计算、互联网、物联网、人工智能等技术，各回收环节使用的技术、部件及具体运营模式如图3 所示［5］。

图3 基于物联网的智能垃圾回收物流系统实施

3.1 分类投放

居民使用移动终端（如手机）下载垃圾回收app，或使用微信小程序完成相关操作。在该垃圾回收系统平台上，居民对特殊垃圾可点击预约服务，选择或填写要回收的商品类别及上门时间，完成上门取件并积分；对一般垃圾则可通过扫描二维码或人脸识别完成投递并积分；平台设置有积分兑礼或变现模块，提高居民积极度。此外，平台上还会更新发布垃圾分类回收小知识，如不同垃圾的种类、回收处理办法等，提高居民的认知度，更好地推进垃圾分类回收。

3.2 分类收集

实现垃圾分类收集所使用的智能垃圾箱，是由多类传感器及先进AI 技术构成的一个智能集成设备，各功能模块实现如下。①自动打开功能：采用红外感应装置和机械电子驱动系统，在居民靠近投递垃圾时可自动感应开盖。②数据传输功能：采用GSM、Wi-Fi 或ZigBee 无线通信技术，将垃圾箱的实时状态传输给后台系统，也可由后台操作对垃圾箱相关功能进行动态更新。③语音提示功能：采用红外感应装置、语音芯片、编程器以及无线通信网络，实现环保广告宣传，以及居民有投递行为的语音指导，并可由后台系统对语音信息进行动态更新。④图像识别功能：采用图像识别技术，实现对居民人脸和投递垃圾的自动识别匹配、自动积分、自动分类，借助转动模块，将不同类别的垃圾放置进不同的箱体。⑤智能压缩功能：利用液压系统、电控制系统，实现垃圾入箱后的物理压缩。⑥满溢报警功能：采用压力传感器对箱内垃圾进行称重，采用超声波或红外传感器对箱内剩余容量进行测算，再借助无线通信网络将重量、体积信息传输给后台。⑦吸附异味功能：在智能垃圾箱内设吸风机和吸附剂实现异味的吸附，吸风机可通过管道将臭气送入吸附剂，再将外界新鲜空气送入箱内。⑧火情监控功能：采用温湿度传感器、烟雾传感器等技术，对箱内环境进行实时监测，一旦出现特殊情况，及时通过通信网络向后台进行报警；另可在箱内设置喷淋器，对火情进行紧急控制。⑨故障报警功能：设置采集模块、处理模块和预警模块，采集模块用于采集各功能设备的实施状态数据；处理模块基于数据库判断功能设备是否正常运行，并推断设备故障原因；预警模块则根据故障原因向后台系统进行报警并维修。此外，智能垃圾箱也可设置太阳能电池板，为实现上述设备功能提供节能环保的电力支持。

3.3 分类运输

分类运输主要依靠于智能运输车辆来实现，该车辆的相关功能实现如下。①环保宣传功能：在车身设置LED广告屏，动态更新广告内容。②实时定位功能：采用GPS、北斗卫星导航系统技术，结合GIS技术，将车辆的基本信息、运行状态以及车内垃圾的相关信息进行实时跟踪管理，并对车辆运行线路进行动态规划。③车厢报警功能：采用温湿度传感器、气体检测传感器、烟雾传感器等，对厢内垃圾进行实时监测，如有异常及时向驾驶室进行报警［6］。

3.4 分类处理

对于不同的垃圾种类，具体的处理方式如下：①可回收垃圾：根据种类运至相应的再生资源回收企业对垃圾进行回收处理。②厨余垃圾（湿垃圾）：一般运至专业的厨余垃圾处理中心进行预处理，分解为油、水、渣，油可继续加工为柴油或润滑油、渣经处理后可产生沼气发电、渣料经处理后可变成营养土。③有害垃圾：有害垃圾对环境的污染较大，该类垃圾应运至危险废弃物处理中心进行无害化处理后，再进行填埋、堆肥或焚烧等。④其他垃圾（干垃圾）：其他垃圾危害小、利用价值低，该类垃圾一般运至垃圾焚烧发电厂进行焚烧发电，炉渣则可再加工成建筑材料。

4 结论

居民生活垃圾是大量的、不断产生的，它具有一定的危害，但也有一定的利用价值。国外先进的垃圾处理实践表明，70%的垃圾经回收处理后可变成再生资源供重复使用［7］。垃圾分类回收的市场潜力巨大，但我国的垃圾分类处理目前仍处在摸索阶段，智能化水平也不高。本研究利用物联网技术，将居民、垃圾箱、运输车、处理中心等进行有机智能连接，形成一整套引导前端居民有序分类投放、中端高效收集运输、末端无害处理再利用的智能垃圾回收模式，可实现垃圾从产生到处理的全程分类监管，更科学地处理、利用垃圾，为社会、经济、生态带来多重效益。