城市生活垃圾分类收集智能化应用进展及对策研究

2023-09-20张郁媛

智能建筑与智慧城市 2023年9期

张郁媛

（中铁第五勘察设计院集团有限公司）

1 引言

随着城市化的不断推进，城市生活垃圾的产生量日益增加，对城市环境造成了严重的污染。同时，传统的城市生活垃圾管理模式已经不能满足现代城市的发展需求。在此背景下，城市生活垃圾分类收集智能化的理念应运而生，智能化的应用涉及多个领域，包括垃圾分类、收集、运输、处理等，不仅能够提高城市生活垃圾处理的效率，而且能够减少城市生活垃圾对环境的污染，提升城市的环境质量，成为当前城市生活垃圾管理和国家可持续发展战略的重要组成部分。然而在城市生活垃圾分类收集智能化应用过程中，也存在亟待解决的问题和诸多挑战，因此，本文旨在探讨城市生活垃圾分类收集智能化的应用进展，并提出相应的建议和对策。

2 城市生活垃圾分类收集智能化

2.1 城市生活垃圾分类收集智能化发展现状

近年来，人工智能、物联网和5G 技术逐渐广泛且深入地应用于垃圾产生预测、垃圾收集路线优化、垃圾管理设施定位和垃圾资源回收过程建模等方面，城市生活垃圾分类收集智能化也将进入跨越式发展阶段[1]。图1 为智能化应用于城市生活垃圾分类收集的词云，其中每个词的大小与其词频成正比。城市生活垃圾分类收集智能化的发展可以促进居民对城市生活垃圾产生源头分离意识，同时在城市生活垃圾收集运输和末端处理的过程中，通过采用建模和多种算法可以有效解决运输成本问题，或应用地理信息系统（GIS）和物联网（IoT）等跨学科工具为城市生活垃圾分类收集提供更为精细的管理方法[2]。因此，智能化在城市生活垃圾分类收集领域具有巨大的应用潜力。

图1 智能化应用于城市生活垃圾分类收集的词云图

国外进行垃圾分类收集已有很长一段时间，许多国家和地区都制定了垃圾分类的相关规定，并采取了多种措施促进垃圾分类收集的实施，目前已处于比较成熟的阶段。我国自2000 年以来，在北京、上海、广州、深圳、杭州、南京、厦门、桂林八个试点城市推行垃圾分类收集[3]。到目前为止，试点城市在生活垃圾分类收集方面取得了一定成果，但智能化技术的应用仍不普遍。上海和北京通过对垃圾进行智能分类，初步实现了生活垃圾分类全程自动化，探索出生活垃圾分类收集智能化的新模式。广州在北京垃圾分类收集模式的基础上，将上海前端的智能化延伸到整个环节，从全民动员、全民参与到全民行动，从分类投放、分类收集、分类运输到分类处置，形成独具特色的生活垃圾分类处理新模式[4]。我国其他城市也在逐步探索智能化垃圾分类收集的方式，例如采用智能垃圾桶、智能垃圾车、智能垃圾中转站、智能垃圾分类收集APP等设施，提高垃圾收集的效率和准确性。

2.2 城市生活垃圾分类收集智能化管理模式

城市生活垃圾分类收集可以有效改善环境质量，然而由于各个国家和地区的自然资源和社会经济发展水平不同，城市生活垃圾的产生和组分存在较大差异[5]。结合互联网+、物联网、人工智能的智能化垃圾分类收集方式的兴起，对于优化创新城市生活垃圾分类收集管理模式起到重要作用。智能化主要应用于城市生活垃圾的源头产生、中途收运和末端处理三个环节，在各个环节中又包括生活垃圾的产生、储存、分类、转运、资源回收和处理处置等过程。图2为城市生活垃圾分类收集智能化管理模式的示意图。

图2 城市生活垃圾分类收集智能化管理模式示意图

源头产生是城市生活垃圾分类收集智能化管理模式的起点，在这一环节中需要在运输垃圾前初步进行垃圾分类，其目的是更好地减少垃圾产生、回收可用资源和处置危险废物[6]。国内许多社区推出了生活垃圾源头智能化监管系统，通过安装智能垃圾桶、发放垃圾分类积分卡、分类车辆智能称重等信息化手段来收集垃圾分类各项数据信息，收集到的信息可以动态显示在监管系统中，为垃圾分类规划决策提供数据参考。

中途收运环节将城市生活垃圾从源头运输至垃圾转运站，并对垃圾进行进一步分类，以便于后续处理和资源利用。目前，垃圾分类仍然是手动和自动分类的结合，并在AI、机器人分类和多传感器融合方面逐步发展[7]。例如，香港使用光学传感器技术识别并分类含有厨余垃圾的绿色光学袋，经破碎机破碎厨余垃圾后，再通过筛分进行分离[8]。

末端处理是城市生活垃圾分类收集智能化管理模式的终点，也是实现城市生活垃圾回收和稳定化的重要步骤。基于互联网的生活垃圾智能化管理平台可根据垃圾处理工艺的不同关键控制指标进行集成，实时监控处理系统的运行状态，为垃圾末端处理提供了一种新方法。瑞典首都斯德哥尔摩市将智能垃圾桶与地下管道相连，不同类型的垃圾通过管道转运至不同容器进行直接回收、焚烧发电和生化堆肥等末端处理[9]。通过在垃圾焚烧厂、垃圾填埋场设置的传感装置进行联网信息监控，保证垃圾末端处理对生态环境影响在可控范围内。

3 智能化垃圾分类收集设施类型及应用情况

随着信息技术的不断发展，智能化垃圾分类收集设施也得到了广泛应用。智能化垃圾分类收集设施是指利用信息技术，对垃圾进行自动化分类和收集的设施，不仅能够提高垃圾分类收集的效率，而且能够减少人力的消耗，提升垃圾分类收集的准确性。

3.1 智能垃圾桶

智能垃圾桶是目前应用最为广泛的智能化垃圾分类收集设施之一，主要可以分为监督分类和自动分类两种类型。监督分类主要利用人脸识别、物联网、5G 等技术督促居民正确投放垃圾，实现垃圾桶的远程监控和实时数据上传，有效解决垃圾清运便捷性等问题。居民按照“三分法”或“四分法”进行垃圾分类投放时，通过人脸识别、IC卡或二维码确认用户身份。智能垃圾桶配备的RFID 芯片可以将垃圾重量、垃圾桶容量和垃圾来源信息实时数据传输至管理平台，提高垃圾分类收集的效率。自动分类相较于监督分类技术难度更高，对智能化技术应用及垃圾桶内部机械构造的要求也更高。波兰Bin-e 公司研发的人工智能垃圾桶通过传感器、摄像头、AI图像识别算法自动进行垃圾分类，但单次能够投放的垃圾件数较少，适用范围也较为有限。未来想要实现更为复杂和高精度的自动识别分类，仍需进一步研发。

3.2 智能垃圾车

智能无人车是当前智能科技发展的一个重要方向，具有有效解放人力、降低成本、保证安全等优势[10]。智能垃圾车通过红外线扫描、雷达扫描和图像识别等技术，检测并避开前方的障碍，识别不同类型的生活垃圾并进行自动清扫。同时，配备基于地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）的导航系统，有效地规划路线并避开交通拥堵，制定最佳的垃圾收集路线，自动进行垃圾的收集和运输。广州黄埔区投入使用了全国首辆智能垃圾分类减量车，能够利用物联网、大数据和人工智能分析垃圾成分，准确地进行垃圾分类[11]。目前，研究人员正在研究如何进一步提高智能垃圾车的效率和准确性，研发更先进的传感器和AI算法，可以更好地分类不同类型的生活垃圾，并提高垃圾收集路线的效率。

3.3 智能垃圾中转站

智能垃圾中转站是一种集中垃圾处理的设施，它可以对垃圾进行进一步的分类和处理，并实现资源化利用。智能垃圾中转站通常包含自动化设施，如机器人、卸料机、输送带、压缩破碎机等，可根据垃圾的位置和种类自动进行操作，实现垃圾的资源化和减量化，也大大减少了人力的需求。除此之外，利用人工智能算法、大数据分析和深度学习等技术，能够有效识别垃圾的种类并确定处理方式。智能垃圾中转站通常连接到物联网，以便与智能垃圾桶、智能垃圾车和其他设施进行通信，通过物联网传输数据使系统能更好地协调垃圾收集和运输。

3.4 智能垃圾分类收集APP

智能垃圾分类收集APP 基于互联网、地理信息系统（GIS）和人工智能等技术实现垃圾分类查询、垃圾收集时间提醒和垃圾回收点查询等功能，以便用户获取垃圾分类信息和垃圾回收点位置等数据，或向用户发送垃圾收集时间的提醒，帮助用户更好地管理生活垃圾。我国在微信、支付宝和百度中开发了智能垃圾分类小程序与“扫一扫AI 识别垃圾”的新功能[12]；美国的Oscar智能垃圾分类系统利用计算机视觉系统对垃圾进行分类，能够通过人机交互，帮助使用者辨别垃圾分类是否正确；日本通过智能垃圾分类收集APP提醒居民不同类别垃圾分类收集的详细时间[13]。

4 城市生活垃圾分类收集智能化的对策建议

城市生活垃圾分类收集智能化仍然存在着许多挑战和问题，包括垃圾分类收集公众参与度不高、智能化分类收集设施数量不足、技术难度较大等问题，需要通过不断的研究和改进来解决。结合上述问题，本文提出以下几点对策建议。

1）提高社会参与程度

垃圾分类收集的成功与否，很大程度上取决于社会的参与程度。通过开展宣传教育活动、科普智能化技术和设施、设立垃圾分类示范小区、实行奖励机制等方式，充分发挥有形资源和无形资源的效力，使城市居民逐渐提高垃圾分类的意识[14]。此外，加强相关信息的管理和运用，结合互联网和大数据建立信息共享交流平台。居民可以通过平台进行交流分享和意见反馈，政府部门也可以通过平台听取民意，实现多方信息共享。

2）加强智能化垃圾分类收集设施的建设

智能化垃圾分类收集设施的建设是保证垃圾分类收集顺利进行的基础，应该确保设施的数量和质量，并加强设施的维护和维修，以保证设施的正常运行。同时，优化设施的位置和布局，以提高垃圾分类收集的便捷性。最后，加强对智能化垃圾分类收集设施的监管，确保设施的安全和环保。

3）加大智能化技术研究和改进力度

智能化技术的不断发展和应用是促进垃圾分类收集智能化的重要因素。现阶段垃圾分类收集智能化的关键技术领域仍存在创新不足、应用滞后、研发进展缓慢等相关问题[15]，应加强智能化技术研究和改进，推动多学科交叉和多技术融合；加大对智能化技术的支持力度，强化资金运行保障，引导企业投入智能化技术集成度更高的设备研发领域；重视复合型人才培养，开展相关教育和专业技能培训，培育垃圾分类收集智能化领域的研发和管理人才。

4）科学优化垃圾分类收集智能化管理模式

科学优化垃圾分类收集智能化管理模式是保证垃圾分类收集顺利进行的关键。应该考虑垃圾分类收集智能化管理模式的可持续性，将源头产生、中途收运和末端处理三个环节与数据、管理、服务进行融合，构建全时段、全过程、全覆盖的垃圾分类收集管理模式。未来，应继续完善互联网技术，建立综合信息平台，应用物联网和大数据等技术开发智能分类设施，并综合考虑环境、经济和社会因素，以实现垃圾分类收集智能化管理模式的长期发展。