文/李暉 宇雅赫 董幸異 史笑晴 賈蕭桐 張文婷

針對(duì)垃圾處理缺乏區(qū)域間協(xié)調(diào)管理的問(wèn)題，提出了一種基于插接型智能垃圾桶的區(qū)域協(xié)調(diào)管理平臺(tái)。首先，利用無(wú)線通信、簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)等技術(shù)設(shè)計(jì)出一種底座固定式插接型智能垃圾桶。然后，針對(duì)該智能垃圾桶，分析與設(shè)計(jì)出與之配套的Android App客戶端應(yīng)用程序，用于滿足工作人員對(duì)于智能垃圾桶的實(shí)時(shí)控制。最后，在使用該智能垃圾桶的區(qū)域內(nèi)，分析與設(shè)計(jì)出具有：智能垃圾桶協(xié)調(diào)分配、相關(guān)工作人員協(xié)調(diào)調(diào)動(dòng)、智能統(tǒng)計(jì)及顯示功能的區(qū)域協(xié)調(diào)平臺(tái)。

1.引言

實(shí)行垃圾分類(lèi)、處理與管理工作的區(qū)域協(xié)調(diào)協(xié)作，不僅在保護(hù)生態(tài)方面將會(huì)發(fā)揮重要作用，也會(huì)產(chǎn)生垃圾的經(jīng)濟(jì)與資源價(jià)值，同時(shí)，垃圾處理工作在一定程度上反映著人們?nèi)找孀非罂茖W(xué)環(huán)保生活方式的態(tài)度，是社會(huì)文明進(jìn)步的彰顯。放眼世界，國(guó)外垃圾分類(lèi)處理工作呈現(xiàn)起步早、發(fā)展快、普及度高等特點(diǎn)，相比之下，我國(guó)垃圾分類(lèi)處理工作起步慢、設(shè)施能力不足、基數(shù)大導(dǎo)致普及困難等。國(guó)際上不少發(fā)達(dá)國(guó)家的垃圾分類(lèi)體系已逐步健全，管理制度相對(duì)成熟，但針對(duì)垃圾分類(lèi)的后期工作，例如，垃圾處理壓力、區(qū)域間協(xié)作能力等都有待加強(qiáng)，且由于缺少配套的垃圾處理設(shè)施及協(xié)調(diào)平臺(tái)，使之演化成一場(chǎng)垃圾回收危機(jī)。在我國(guó)，在垃圾分類(lèi)、處理及區(qū)域協(xié)調(diào)管理方面面臨著不少的挑戰(zhàn)與困難[1]。本文針對(duì)區(qū)域協(xié)調(diào)不合理，分析與設(shè)計(jì)基于插接型智能垃圾桶的區(qū)域協(xié)調(diào)管理平臺(tái)，主要工作如下所示。

(1)設(shè)計(jì)了一種底座固定式插接型智能垃圾桶[2-3]。在符合市場(chǎng)需求的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)存使用的智能垃圾桶的諸多問(wèn)題和不足提出具體改進(jìn)方案。通過(guò)創(chuàng)新性技術(shù)手段解決現(xiàn)存使用的智能垃圾桶續(xù)航時(shí)間短、垃圾桶內(nèi)部清理與清潔的問(wèn)題。(2)設(shè)計(jì)了一款針對(duì)插接型智能垃圾桶的Android App控制應(yīng)用程序。利用智能垃圾桶的無(wú)線通信模塊，完成與Android App的實(shí)時(shí)通信。利用Android studio完成App的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。(3)設(shè)計(jì)了基于插接型智能垃圾桶的區(qū)域協(xié)調(diào)管理平臺(tái)。該平臺(tái)的作用是為管理者對(duì)垃圾桶的使用進(jìn)行統(tǒng)一管理、區(qū)域協(xié)調(diào)。通過(guò)大數(shù)據(jù)對(duì)平臺(tái)信息進(jìn)行宏觀把控，從而提高運(yùn)行效率，提升智能化水平。

2.國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 智能垃圾桶的發(fā)展及現(xiàn)狀

2.1.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀。近年來(lái)，我國(guó)政府先后出臺(tái)了不同層級(jí)垃圾分類(lèi)的政策，擬在重點(diǎn)城市設(shè)立垃圾分類(lèi)試點(diǎn)[4]。為增加智能垃圾桶數(shù)量，預(yù)計(jì)2020年底在46個(gè)重點(diǎn)城市全面落實(shí)垃圾分類(lèi)。除了國(guó)家政策支持之外，越來(lái)越多的企業(yè)承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，轉(zhuǎn)型升級(jí)，積極進(jìn)入智能垃圾桶的市場(chǎng)，生產(chǎn)出智能垃圾桶熱門(mén)產(chǎn)品，暢銷(xiāo)海內(nèi)外。例如：麥桶桶是我國(guó)著名自主品牌企業(yè)，主營(yíng)智能家電、智能垃圾桶。隨著行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量的提高，品牌影響的擴(kuò)大，秉承“桶新同行，共創(chuàng)共享”的企業(yè)價(jià)值觀，生產(chǎn)出的高質(zhì)量智能垃圾桶產(chǎn)品深受消費(fèi)者喜愛(ài)。

2.1.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀。隨著垃圾問(wèn)題的日益嚴(yán)重，一些國(guó)家出臺(tái)相關(guān)政策支持創(chuàng)新型企業(yè)發(fā)展，越來(lái)越多的基于新時(shí)代信息技術(shù)的智能垃圾桶產(chǎn)品引入市場(chǎng)。美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家目前垃圾分類(lèi)制度較為成熟[5]，他們依照自己國(guó)情對(duì)垃圾分類(lèi)模式進(jìn)行了不同程度的側(cè)重，取得良好成效。例如，美國(guó)Big-Belly Solar公司發(fā)明出一款可以在體積不變的情況下將垃圾桶容量提升的智能垃圾處理產(chǎn)品，該產(chǎn)品利用太陽(yáng)能提供能源，通過(guò)高效壓縮機(jī)工作將垃圾的體積壓縮，進(jìn)而提高垃圾桶容量。同時(shí)會(huì)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將實(shí)時(shí)信息傳輸給垃圾處理中心，垃圾處理中心根據(jù)得到的垃圾實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)安排車(chē)輛進(jìn)行處理。

2.2 垃圾管理平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀。智能化已成為中國(guó)未來(lái)的發(fā)展方向，智能產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)爆發(fā)式發(fā)展，標(biāo)識(shí)智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在近年來(lái)呈現(xiàn)快速生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，加之我國(guó)目前對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，智能垃圾管理平臺(tái)出現(xiàn)了增長(zhǎng)。各種的APP、小程序?yàn)橹悄芾脚_(tái)的管理提供了方便[6-8]。例如，掌上回收APP、百度AI垃圾分類(lèi)、智能小程序、生態(tài)寶APP等的出現(xiàn)，表明了智能垃圾管理平臺(tái)的發(fā)展。當(dāng)然，不僅僅是這些，在一些地區(qū)，例如，南昌建筑垃圾管理平臺(tái)，此垃圾管理平臺(tái)早在2018就已經(jīng)上線使用，雖然僅僅是建筑垃圾的管理，但是在一定程度上也推進(jìn)了智能垃圾管理平臺(tái)的發(fā)展。而南昌市在2019年又建立垃圾分類(lèi)管理系統(tǒng)平臺(tái)，推定了垃圾平臺(tái)管理的后續(xù)發(fā)展。與此同時(shí)，在2019年上線的數(shù)太奇智能垃圾分類(lèi)運(yùn)行管理系統(tǒng)，依托移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)垃圾分類(lèi)精細(xì)化管理，經(jīng)過(guò)多番測(cè)試后，數(shù)太奇垃圾分類(lèi)微信小程序正式上線，在智能垃圾管理平臺(tái)上又前進(jìn)一步。宏電無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)綜合應(yīng)用系統(tǒng)，本綜合應(yīng)用系統(tǒng)在極大的幫助了市政管委和環(huán)保部門(mén)增強(qiáng)監(jiān)測(cè)手段、提高監(jiān)管效率、完善規(guī)劃部署。我國(guó)目前智能垃圾平臺(tái)管理正處于發(fā)展階段，還存在需要完善的地方，就目前的情況看，可以加大對(duì)智能垃圾管理平臺(tái)的科技投入，大力發(fā)展。

綜上所述，設(shè)計(jì)一款實(shí)用的插接型智能垃圾桶用于垃圾的分類(lèi)及收集，并基于該智能垃圾桶分析與設(shè)計(jì)區(qū)域間的協(xié)調(diào)管理平臺(tái)，有助于解決垃圾分類(lèi)設(shè)施設(shè)置不足，有助于提高管理平臺(tái)的穩(wěn)定性與可靠性。

3.插接式智能垃圾桶的設(shè)計(jì)

垃圾桶，是一種專(zhuān)門(mén)用于盛放垃圾、廢棄物的容器，被廣泛用于人們的日常生活。近幾年，隨著互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，智能垃圾平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)已成為當(dāng)今的研究熱題?，F(xiàn)存使用的智能垃圾桶存在諸多問(wèn)題。智能垃圾桶的電池普遍安裝在桶蓋上，受其結(jié)構(gòu)限制，能安裝的電池?cái)?shù)量較少，續(xù)航時(shí)間較短；此外現(xiàn)有智能垃圾桶的外桶體跟底座多為固定連接結(jié)構(gòu)，內(nèi)桶體跟外桶體之間的間隙及底座內(nèi)的空間容易導(dǎo)致垃圾堆積，不便于清理，使用時(shí)存在諸多不便。鑒于此，在符合市場(chǎng)需求的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題予以研究改良，設(shè)計(jì)了一種底座固定式插接型智能垃圾桶的設(shè)計(jì)方案，解決現(xiàn)存相關(guān)垃圾處理問(wèn)題，為使用者帶來(lái)衛(wèi)生、環(huán)保、健康、智能體驗(yàn)。

3.1 總體設(shè)計(jì)。插接型智能垃圾桶，包括：底座、底腳、電池倉(cāng)、倉(cāng)蓋、電源插槽、內(nèi)桶體、提手、外桶體、走線槽、電源插頭、定位塊、桶蓋、頂蓋、感應(yīng)器。其特征在于：底腳嵌入安裝在底座的底部，且底腳與底座通過(guò)粘合方式固定；電池倉(cāng)位于底座的上部，且電池倉(cāng)與底座為一體式結(jié)構(gòu)；倉(cāng)蓋扣合安裝在電池倉(cāng)的上方，且倉(cāng)蓋與底座通過(guò)螺釘固定連接；電源插槽開(kāi)設(shè)在底座一側(cè)的頂端；內(nèi)桶體放置在倉(cāng)蓋的上方，且提手通過(guò)鉸接方式安裝在內(nèi)桶體的頂端；外桶體套入安裝在內(nèi)桶體的外部，且頂蓋通過(guò)鉸接方式安裝在外桶體的頂端；走線槽設(shè)置在外桶體一側(cè)的內(nèi)壁上，且走線槽與外桶體為一體式結(jié)構(gòu)；電源插頭嵌入安裝在走線槽的底部；所述定位塊設(shè)置在外桶體底部的內(nèi)壁上，且定位塊與外桶體為一體式結(jié)構(gòu)；感應(yīng)設(shè)備嵌入安裝在外桶體前側(cè)的頂端。同時(shí)，底座的頂端設(shè)置有用于容納定位塊的矩形凹槽，凹槽位于電池倉(cāng)的兩側(cè)及前側(cè)，定位塊為矩形塊狀結(jié)構(gòu)，且外桶體通過(guò)定位塊與底座插接連接；電源插槽位于電池倉(cāng)的后側(cè)，且電源插頭與電源插槽插接連接；感應(yīng)器為傳感器[9]、無(wú)線傳輸設(shè)備、攝像頭及AI智能識(shí)別模塊[10-11]。

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。(1)頂端設(shè)置有用于容納定位塊的矩形凹槽，且凹槽位于電池倉(cāng)的兩側(cè)及前側(cè)，定位塊為矩形塊狀結(jié)構(gòu)，且外桶體通過(guò)定位塊與底座插接連接的設(shè)置，定位塊對(duì)外桶體的安裝起到定位、限位的作用，方便外桶體安裝，同時(shí)方便拆卸，便于內(nèi)部的清理與清潔，方便操作。(2)電源插槽位于電池倉(cāng)的后側(cè)，且電源插頭與電源插槽插接連接的設(shè)置，將電池安裝在底座的電池倉(cāng)內(nèi)，容積大，增加了電池安裝數(shù)量，提高了續(xù)航時(shí)間，方便使用。(3)通過(guò)對(duì)底座固定式插接型智能垃圾桶的改進(jìn)，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，方便拆卸，便于內(nèi)部的清理與清潔，方便操作，容積大，增加了電池安裝數(shù)量，提高續(xù)航時(shí)間，方便使用的優(yōu)點(diǎn)，從而有效的解決了本實(shí)用新型提出的問(wèn)題和不足。(4)在外桶體前側(cè)的頂端嵌入安裝感應(yīng)設(shè)備，用于完成垃圾類(lèi)別的劃分、無(wú)線信號(hào)的傳輸?shù)裙δ堋?/p>

4.Android App監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)

基于插接型智能垃圾桶的Android App控制軟件的設(shè)計(jì)目的，旨在監(jiān)控智能垃圾的狀態(tài)，以便于工作人員能夠及時(shí)有效查看各個(gè)智能垃圾桶的情況。包括的主要功能有：工作人員登錄、垃圾桶的查找、垃圾桶信息的查看、上傳等功能。基于插接型智能垃圾桶監(jiān)控軟件的手機(jī)端界面，如圖1所示。通過(guò)查看垃圾桶使用情況，上傳精準(zhǔn)實(shí)時(shí)信息，及時(shí)安排相關(guān)人員進(jìn)行協(xié)調(diào)，形成線上線下相結(jié)合的高效、智能化運(yùn)行體系。

圖1 ：手機(jī)端界面

5.基于插接型智能垃圾桶的區(qū)域協(xié)調(diào)平臺(tái)的分析與設(shè)計(jì)

本平臺(tái)的設(shè)計(jì)[12]是基于Webkit內(nèi)核的瀏覽器，以1080P寬屏進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用DIV+CSS進(jìn)行靜態(tài)頁(yè)面代碼布局，使用JSP進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)用戶管理、信息瀏覽、區(qū)域內(nèi)垃圾桶展示、工作人員協(xié)調(diào)分配、垃圾處理協(xié)調(diào)管理等功能。

5.1 功能分析。(1)用戶管理功能。平臺(tái)具有用戶的管理功能，為所有登錄的工作人員提供密碼的修改、信息的完善等功能。系統(tǒng)的管理員可以完成對(duì)平臺(tái)相關(guān)信息的添加、修改、查詢及刪除功能。(2)信息瀏覽功能。為平臺(tái)用戶提供實(shí)時(shí)的垃圾桶信息、工作人員信息以及垃圾處理信息的瀏覽、查詢功能。(3)區(qū)域內(nèi)垃圾桶的展示功能。利用地理信息系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，將平臺(tái)所管轄區(qū)域內(nèi)的智能垃圾桶在地圖中進(jìn)行展現(xiàn)，通過(guò)放大可以展示局部區(qū)域內(nèi)的所有智能垃圾桶。同時(shí)，當(dāng)點(diǎn)擊某一個(gè)智能垃圾桶時(shí)可以看到該垃圾桶的實(shí)時(shí)狀態(tài)。(4)工作人員協(xié)調(diào)分配。通過(guò)對(duì)智能垃圾桶的實(shí)時(shí)監(jiān)控，掌握到當(dāng)前垃圾桶的狀態(tài)，如果出現(xiàn)垃圾桶已滿或者有損壞等情況，可以及時(shí)安全工作人員進(jìn)行處理。同時(shí)，對(duì)于某一局部區(qū)域出現(xiàn)多個(gè)智能垃圾桶同一時(shí)間段內(nèi)已滿的情況，則表明該區(qū)域出現(xiàn)人員密集情況，可及時(shí)協(xié)調(diào)工作人員支援該區(qū)域的垃圾處理工作。(5)垃圾處理協(xié)調(diào)管理。通過(guò)對(duì)智能垃圾桶以往的多時(shí)段數(shù)據(jù)的分析，可預(yù)測(cè)同時(shí)段的垃圾處理能力，協(xié)助相關(guān)部門(mén)完成對(duì)垃圾處理的協(xié)調(diào)管理。

5.2 功能界面設(shè)計(jì)

基于插接型智能垃圾桶的區(qū)域協(xié)調(diào)管理平臺(tái)由多級(jí)頁(yè)面構(gòu)成。各級(jí)頁(yè)面的設(shè)計(jì)原則如下所示。(1)系統(tǒng)頁(yè)面由導(dǎo)航欄、頁(yè)面主體、頁(yè)面底部三部分組成。(2)導(dǎo)航欄的作用是鏈接到系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)主要功能。當(dāng)點(diǎn)擊不同的功能鏈接后，將進(jìn)入功能的操作界面，系統(tǒng)的工作人員根據(jù)界面提供信息完成相關(guān)的協(xié)調(diào)處理、信息查詢等工作。(3)頁(yè)面中央采為基于地理信息系統(tǒng)的區(qū)域地圖展示，上面標(biāo)注出該區(qū)域所有的智能垃圾桶。通過(guò)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊操作，可以展示每一個(gè)智能垃圾桶的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，例如：垃圾桶編號(hào)、垃圾桶是否已滿、垃圾桶所在地點(diǎn)等。同時(shí)，通過(guò)不同的顏色表明垃圾桶的狀態(tài)，例如：紅色代表垃圾桶已滿、黃色代表垃圾桶已用60%，綠色代表垃圾桶較空。(4)底部是顯示的版權(quán)信息，背景顏色采用與導(dǎo)航欄一致的配色，使整個(gè)界面上下呼應(yīng)，內(nèi)容主要包括地址及聯(lián)系電話等。

系統(tǒng)頁(yè)面的設(shè)計(jì)效果，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)一級(jí)頁(yè)面設(shè)計(jì)效果

6 總結(jié)

基于插接型的智能垃圾桶區(qū)域協(xié)調(diào)管理平臺(tái)，將新型技術(shù)融入到人們的日常生活，有助于解決現(xiàn)存的垃圾處理問(wèn)題，有助于提高智能垃圾處理和提高區(qū)域間的協(xié)調(diào)管理。本文的主要工作總結(jié)如下。(1)完成了國(guó)內(nèi)外智能垃圾桶、智能垃圾管理平臺(tái)的現(xiàn)狀研究。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的查閱，給出了二者目前的研究現(xiàn)狀。(2)設(shè)計(jì)出了基于插接型智能垃圾桶的設(shè)計(jì)。對(duì)垃圾桶的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行了深入的描述，并加入了傳感器、無(wú)線傳輸設(shè)備、攝像頭及AI智能識(shí)別模塊，以便于完成垃圾桶與協(xié)調(diào)管理平臺(tái)的通信。(3)設(shè)計(jì)出了一款針對(duì)智能垃圾桶的Android App。用于協(xié)助工作人員對(duì)垃圾桶狀態(tài)的查看及協(xié)調(diào)工作。(4)設(shè)計(jì)出了基于插接型智能垃圾桶的區(qū)域協(xié)調(diào)管理平臺(tái)。用于完成垃圾桶實(shí)時(shí)狀態(tài)的查看、協(xié)助工作人員完成協(xié)作、以及協(xié)調(diào)完成垃圾的處理工作。未來(lái)，項(xiàng)目組成員會(huì)繼續(xù)采用新技術(shù)完成智能垃圾桶、Android App及區(qū)域協(xié)調(diào)管理平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)。C

資助課題：2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目國(guó)家及項(xiàng)目（智能分類(lèi)垃圾桶）資助。