顏謙和 顏珍平

（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南株洲 412001）

1 引言

隨著社會(huì)生活水平和工業(yè)水平的不斷提高，產(chǎn)生的垃圾種類隨之增多，垃圾分類處理的復(fù)雜度和難度不斷增大，世界各國(guó)也采取了相應(yīng)措施進(jìn)行解決，保障全人類的生活環(huán)境和質(zhì)量[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年產(chǎn)生近4.9億噸垃圾，其中1.5億噸在中國(guó)城市。垃圾是未充分利用的資源，加強(qiáng)垃圾分類處理，進(jìn)行垃圾污染治理，減少?gòu)U物的產(chǎn)生量，是加快推進(jìn)城市現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障[2]。2019年《上海市生活垃圾管理?xiàng)l例》實(shí)行，標(biāo)志著我國(guó)真正將“垃圾分類”納入法治框架[3]。2020年9月株洲市正式出臺(tái)了《株洲市城市生活垃圾分類工作實(shí)施方案》，標(biāo)志著株洲生活垃圾分類進(jìn)入實(shí)施階段。

本文旨在探討應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，建立一套高智能的綜合性垃圾分類管理系統(tǒng)方案，提高城市垃圾分類處理效率，更好地滿足居民需求，加快城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)，建設(shè)美麗生態(tài)株洲。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

我國(guó)自國(guó)務(wù)院發(fā)出《生活垃圾分類制度實(shí)施方案》(國(guó)辦發(fā)〔2017〕26號(hào))以來(lái)，各種智能垃圾分類處理裝置應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)媒體和學(xué)校進(jìn)行了大量的垃圾分類宣傳和教育活動(dòng)，在一定程度上加強(qiáng)了對(duì)垃圾分類處理的認(rèn)識(shí)[4]。但是垃圾分類處理在很多領(lǐng)域還只停留在形式上，沒(méi)有得到根本性的解決，主要表現(xiàn)在雖然各區(qū)域在垃圾收集點(diǎn)分設(shè)了可回收垃圾、不可回收垃圾和有害垃圾桶，但是在實(shí)際分類中，市民沒(méi)有按要求進(jìn)行分類投放，且在垃圾運(yùn)輸過(guò)程，垃圾運(yùn)輸車將各類垃圾又倒在同一個(gè)車箱內(nèi)運(yùn)輸。

據(jù)調(diào)研分析，其問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，政策宣傳引導(dǎo)力度不夠，沒(méi)有達(dá)到時(shí)刻提醒的效果，市民沒(méi)有開(kāi)展系統(tǒng)學(xué)習(xí)并將政策落實(shí)；第二，政府監(jiān)督不夠，沒(méi)有以社會(huì)公德標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)提高人民的社會(huì)素養(yǎng)，共同遵守“垃圾處理，人人有責(zé)”條例；第三，垃圾分類處理設(shè)備智能化不夠，品種雜亂，給市民統(tǒng)一認(rèn)識(shí)和使用上帶來(lái)障礙，國(guó)家沒(méi)有統(tǒng)一設(shè)置垃圾處理設(shè)備[5]。

根據(jù)前期調(diào)研分析，要實(shí)現(xiàn)垃圾分類工作落到實(shí)處，要自上而下采取定時(shí)定點(diǎn)定員分類，專管員值守，集宣傳、監(jiān)督和指導(dǎo)于一體，提高垃圾分類推進(jìn)力度；在公共機(jī)構(gòu)、學(xué)校、企業(yè)等組織推動(dòng)分類習(xí)慣養(yǎng)成，實(shí)現(xiàn)垃圾分類處理全覆蓋；制定基層數(shù)量化考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)、重建標(biāo)準(zhǔn)化物業(yè)垃圾服務(wù)合同、前端獎(jiǎng)罰分明，促進(jìn)基層、物業(yè)、居民有效參與垃圾分類工作[6]。

對(duì)此，本文研究設(shè)計(jì)了一套基于人工智慧物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的垃圾分類綜合解決系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的自主識(shí)別、智能分類的物聯(lián)網(wǎng)云垃圾處理服務(wù)平臺(tái)，本平臺(tái)構(gòu)架主要包括手機(jī)APP應(yīng)用和下位機(jī)兩大功能模塊，總體框架如圖1所示。

圖1 “物聯(lián)網(wǎng)云垃圾處理服務(wù)平臺(tái)”系統(tǒng)方案框架圖

本系統(tǒng)方案主要由4部分組成：感知執(zhí)行設(shè)備、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、云平臺(tái)設(shè)備和移動(dòng)終端設(shè)備組成。感知設(shè)備主要集成在垃圾分類投放處理裝置中，采用有線接口與嵌入式ARM網(wǎng)關(guān)相連，ARM網(wǎng)關(guān)通過(guò)NBIOT無(wú)線通信技術(shù)連接到互聯(lián)網(wǎng)中，與物聯(lián)網(wǎng)云垃圾處理服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可將下位機(jī)中傳感數(shù)據(jù)（如垃圾重量、垃圾類型、垃圾存儲(chǔ)量等）上傳到云平臺(tái)，手機(jī)端垃圾處理APP獲取云平臺(tái)的數(shù)據(jù)，并可向云平臺(tái)發(fā)送指令來(lái)控制下位機(jī)中的可執(zhí)行模塊（如報(bào)警模塊、垃圾推出模塊等），其中網(wǎng)關(guān)設(shè)備和云平臺(tái)設(shè)備主要起到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)的作用。

3 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)中手機(jī)APP應(yīng)用功能模塊主要為用戶對(duì)垃圾處理提供信息支持、監(jiān)督評(píng)價(jià)功能，下位機(jī)功能主要為用戶提供與垃圾分類投放處理裝置的交互操作，并將執(zhí)行結(jié)果上傳到云平臺(tái)。

3.1 手機(jī)APP應(yīng)用模塊

手機(jī)APP應(yīng)用模塊設(shè)計(jì)兩種用戶模式，一種是垃圾投放人員模式，另一種是垃圾處理工作人員模式。其中垃圾投放人員擁有5個(gè)功能：垃圾處理知識(shí)學(xué)習(xí)、垃圾投放點(diǎn)搜索、掃碼登錄垃圾處理終端、垃圾處理記錄查詢、垃圾處理違規(guī)投訴；垃圾處理工作人員擁有3種功能模塊：垃圾處理信息查詢、垃圾處理記錄提交、垃圾處理信息反饋。

3.1.1 垃圾處理知識(shí)學(xué)習(xí)

垃圾處理知識(shí)學(xué)習(xí)模塊對(duì)垃圾分類的國(guó)家文件、有害垃圾對(duì)人類的影響、回收垃圾的利用價(jià)值、垃圾處理的方法、垃圾分類處理系統(tǒng)的操作說(shuō)明等方面進(jìn)行宣傳，做到宣傳知識(shí)全面，宣傳范圍無(wú)死角，將宣傳內(nèi)容資源碎片化、微課化資源存儲(chǔ)在云服務(wù)器上。采用Android技術(shù)開(kāi)發(fā)手機(jī)移動(dòng)端APP軟件，與云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)云服務(wù)器上資源查看和訪問(wèn)，其功能主要包括垃圾分類處理系統(tǒng)操作流程、垃圾處理案例庫(kù)、垃圾處理要聞、垃圾處理知識(shí)答題等，系統(tǒng)根據(jù)個(gè)人的學(xué)習(xí)情況，生成個(gè)人積分報(bào)表，為表?yè)P(yáng)和激勵(lì)市民提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.1.2 垃圾投放點(diǎn)搜索

本模塊采用北斗導(dǎo)航技術(shù)實(shí)現(xiàn)垃圾投放點(diǎn)的搜索功能。首先為每個(gè)投放處理點(diǎn)登記地址，在APP中開(kāi)發(fā)北斗導(dǎo)航模塊，通過(guò)導(dǎo)航搜索附近的垃圾分類投放點(diǎn)，方便用戶即時(shí)找到最近的垃圾投點(diǎn)。

3.1.3 掃碼登錄垃圾處理終端

在進(jìn)行垃圾投放時(shí)，垃圾分類投放處理終端設(shè)備上有一個(gè)動(dòng)態(tài)二維碼，市民通過(guò)手機(jī)微信掃描功能二維碼登錄垃圾處理云平臺(tái)，云平臺(tái)通過(guò)NBIOT通信模塊向垃圾處理終端設(shè)備發(fā)送指令，啟動(dòng)垃圾終端設(shè)備進(jìn)行垃圾處理工作，終端設(shè)備嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音模塊引導(dǎo)市民按照系統(tǒng)處理流程進(jìn)行處理，市民處理完成后，終端設(shè)備通過(guò)NBIOT通信模塊上傳垃圾投放數(shù)據(jù)到云平臺(tái)，并自動(dòng)關(guān)閉本次垃圾處理流程，云平臺(tái)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將垃圾處理結(jié)果和積分登記在市民個(gè)人賬戶上，以便市民對(duì)處理工作進(jìn)行評(píng)價(jià)。垃圾投放處理流程圖如圖2所示。

圖2 垃圾投放處理流程圖

3.1.4 垃圾處理記錄查詢

市民可能通過(guò)記錄查詢模塊查看自己垃圾處理的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，包括個(gè)人賬戶上的積分等。通過(guò)查看記錄明細(xì)的積分情況，讓市民更加熟悉垃圾分類投放的正確操作，相關(guān)信息可為評(píng)選優(yōu)秀市民、五好家庭、三好學(xué)生等活動(dòng)提供支撐數(shù)據(jù)；另外，市民可根據(jù)自己的積分在垃圾處理裝置中免費(fèi)兌換到相應(yīng)獎(jiǎng)品（如分類垃圾袋等），提高市民垃圾處理的積極性。

3.1.5 垃圾處理違規(guī)投訴

在現(xiàn)有垃圾處理過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有垃圾分類工作人員將分類好的垃圾統(tǒng)一放在同一個(gè)垃圾集裝箱內(nèi)，這種行為將市民垃圾分類處理的成果付之東流，打消了市民垃圾處理的積極性。因此，市民可利用手機(jī)APP端的垃圾處理違規(guī)投訴功能，進(jìn)行隨時(shí)隨地投訴；當(dāng)市民在投放垃圾時(shí)發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)箱已滿也可以通過(guò)此功能模塊進(jìn)行投訴。通過(guò)此模塊的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾分類工作的有效監(jiān)督與管理。

3.1.6 垃圾處理信息查詢

垃圾分類工作人員通過(guò)垃圾處理信息查詢模塊可即時(shí)查詢自己職責(zé)范圍內(nèi)垃圾投放點(diǎn)中各垃圾存儲(chǔ)箱的飽和狀況，系統(tǒng)可根據(jù)垃圾的投放點(diǎn)位置，規(guī)劃出垃圾分類收集的路線，提高垃圾分類收集的效率。

3.1.7 垃圾處理記錄提交

垃圾分類工作人員到達(dá)垃圾投放點(diǎn)后，用手機(jī)掃描垃圾分類投放裝置上的動(dòng)態(tài)二維碼，進(jìn)入系統(tǒng)垃圾收集流程，啟動(dòng)語(yǔ)音設(shè)備進(jìn)行引導(dǎo)處理，處理完成后，退出系統(tǒng)垃圾處理流程，并向云平臺(tái)提交垃圾處理記錄，此模塊的設(shè)計(jì)方便管理部門對(duì)垃圾分類工作人員進(jìn)行評(píng)價(jià)，并為工作人員的酬勞提供數(shù)據(jù)支撐。

3.1.8 垃圾處理信息反饋

垃圾分類工作人員通過(guò)信息反饋模塊查詢自己管理區(qū)域的垃圾分類處理記錄詳情，系統(tǒng)根據(jù)垃圾投放點(diǎn)垃圾重量和垃圾收集站的距離，通過(guò)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)測(cè)算工作人員每次垃圾分類及處理的酬勞；工作人員通過(guò)查看垃圾處理中違規(guī)記錄，及時(shí)進(jìn)行糾正。

3.2 下位機(jī)模塊

下位機(jī)主要包括7個(gè)功能模塊，由嵌入式網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)上傳到物聯(lián)網(wǎng)云并通過(guò)云端進(jìn)行控制，包括語(yǔ)音模塊、垃圾分類投放、垃圾稱重、垃圾掃描、垃圾存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)、垃圾投放報(bào)警和垃圾存儲(chǔ)箱推出模塊。通過(guò)手機(jī)APP與下位機(jī)功能相結(jié)合，上下數(shù)據(jù)對(duì)接傳輸，對(duì)垃圾分類工作監(jiān)督提供數(shù)據(jù)支持，最終實(shí)現(xiàn)垃圾科學(xué)投放、有效處理。

3.2.1 語(yǔ)音模塊

語(yǔ)音提示模塊主要是針對(duì)垃圾分類投放設(shè)備流程進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，對(duì)垃圾投放設(shè)備不熟悉人員進(jìn)行操作提示，避免垃圾分類投放的錯(cuò)誤操作，提高智能裝置的親民性和垃圾分類投放的正確率。

3.2.2 垃圾分類投放

垃圾可分為可回收垃圾、有害垃圾、廚余垃圾、其他垃圾等幾類，市民通過(guò)垃圾處理學(xué)習(xí)模塊中的知識(shí)進(jìn)行垃圾分類裝袋，選擇分類好的垃圾按鈕，再將垃圾投入垃圾箱入口，垃圾投放處理裝置將垃圾投入相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)箱中。

3.2.3 垃圾稱重

在垃圾存儲(chǔ)箱上安裝了重量傳感器，將投放前和投放后的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，得出本次垃圾的重量，將采集結(jié)果上傳到云平臺(tái)，為垃圾投放市民進(jìn)行積分提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2.4 垃圾掃描

在有害垃圾以外的其余垃圾箱入口處安裝攝像頭，對(duì)垃圾進(jìn)行掃描，采用AIOT技術(shù)對(duì)圖片進(jìn)行邊緣計(jì)算分析，如果發(fā)現(xiàn)其中夾雜有害垃圾，將該垃圾投入到有害垃圾箱，向云平臺(tái)提交掃描結(jié)果，并通過(guò)手機(jī)中垃圾處理信息查詢模塊提醒市民。

3.2.5 垃圾存儲(chǔ)箱監(jiān)測(cè)和報(bào)警模塊

在垃圾存儲(chǔ)箱上裝有紅外掃描器，動(dòng)態(tài)掃描垃圾箱的垃圾存儲(chǔ)量，并即時(shí)將結(jié)果上傳到云平臺(tái)，根據(jù)云平臺(tái)中設(shè)置的閾值分析，及時(shí)向垃圾處理人員發(fā)出垃圾收集信號(hào)；如果垃圾未及時(shí)被垃圾處理人員收走，垃圾箱會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，提醒市民另找垃圾投放點(diǎn)，并將結(jié)果上傳云平臺(tái)。

3.2.6 垃圾存儲(chǔ)箱推出模塊

當(dāng)垃圾處理人員到達(dá)投放點(diǎn)收集垃圾時(shí)，根據(jù)垃圾收集流程將存儲(chǔ)箱自動(dòng)推出，減少垃圾處理的工作量，提高垃圾收集的效率。

4 結(jié)語(yǔ)

垃圾分類是城市治理體系的重要組成部分，關(guān)系到民生、生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，考驗(yàn)著基層治理的能力和智慧。本文利用人工智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的垃圾分類系統(tǒng)方案，通過(guò)移動(dòng)端APP實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線通信技術(shù)的硬件模塊間的數(shù)據(jù)交互，各個(gè)模塊之間緊密聯(lián)系相互配合，能有效地解決現(xiàn)階段垃圾分類難題，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高環(huán)境衛(wèi)生水平，給城市生活帶來(lái)更人性化的服務(wù)。