基于物聯網的杭州市危險廢物智能監管平臺設計與應用

潘騰，張弛*，陸大根，王恒儉，劉術軍

（1. 杭州市環境保護局信息中心，杭州 310003；2. 深圳市博安達信息技術股份有限公司，深圳 518052）

基于物聯網的杭州市危險廢物智能監管平臺設計與應用

潘騰1，張弛1*，陸大根1，王恒儉2，劉術軍2

（1. 杭州市環境保護局信息中心，杭州 310003；2. 深圳市博安達信息技術股份有限公司，深圳 518052）

為滿足危險廢物監管各種業務管理工作的需求，開展物聯網技術在危險廢物產生、轉移、處置等過程中應用的研究，設計基于物聯網技術的危險廢物智能監管平臺，建成由管理部門門戶、產廢單位門戶、運輸單位門戶、處置單位門戶等四大門戶統領，危廢監督管理系統、電子聯單系統、GIS監控管理系統、污泥刷卡轉運管理系統、危廢視頻監控系統、固廢超市管理系統等六大系統組建的統一管理平臺，在傳統管理模式的基礎上，以業務需求結合先進的物聯網、移動互聯、二維碼、NFC、GPS等技術，創新性地形成“移動端電子聯單模式、GPRS監管預警模式、IC卡刷卡轉運模式、固廢超市微循環管理模式”四大管理模式，實現涉危單位內部微循環管理，轉運過程多手段監控，讓危險廢物從最初產生到最終處置的全過程業務流程呈現精細化、實時化的全閉環管理，實現對危險廢物從“搖籃”到“墳墓”的全過程跟蹤，并以此為基礎建立一支業務處理迅速、信息統計分析及時、辦事高效、危廢監管全面的信息化管理隊伍，為環保部門真實、細致、及時、動態地掌握危險廢物的轉移情況提供技術手段，為領導決策提供輔助支持。

杭州市；危險廢物；物聯網；監管平臺

引言

危險廢物具有毒害性、爆炸性、易燃性、腐蝕性、化學反應性、傳染性等危害特性，對環境和人體健康存在很大的威脅。當前，由危險廢物引發的環境污染事故逐年上升，非法跨地區轉移危險廢物的現象也日益增加，影響了環境安全[1]，亟需加強危險廢物管理的監管力度。對危險廢物的產生、儲存、轉移和處置全過程開展有效管理，是解決危險廢物對環境污染問題的主要途徑[2]。除制定必要的法規制度外，更須借助先進、科學的管理手段和高效、可行的監管模式，全面把握危廢信息，管控危險行為，從源頭控制好危廢問題的產生。

發達國家在20世紀70年代起逐步開發、使用危險廢物信息管理系統，我國在危險廢物信息管理系統方面起步較晚[3]。王衛平等[2]在危險廢物管理中應用了GIS地圖，研究開發了基于WebGIS的危險廢物管理系統。況代智[4]通過對基于GIS危險廢物管理信息系統的設計，將危險廢物管理、計算機和GIS技術結合在一起，為城市的危險廢物提供管理和決策支持的計算機系統。王堅等[5]針對危險廢物轉移運輸過程和儲存過程的監管問題，開始探索建立覆蓋危廢全生命周期管理的物流信息管理系統。孟大慶等[6]針對泰安市的危險廢物管理特點，開展固體廢棄物管理信息系統的開發和研究。上述研究在GIS應用、電子聯單的研究應用等方面為加強危廢監管起到了推動作用。近年來物聯網技術的發展，為危廢監管平臺建設提供了更多的技術支撐手段。

物聯網技術作為一種新興的多學科交叉領域，廣泛應用于環境感知、環境管理、精準農業、大型工業園區和倉庫等領域[7-9]。杭州市環保局通過集成物聯網、二維碼、GPS、GIS、智能終端、移動互聯等技術，搭建危險廢物智能管理平臺，借助前沿的科學技術來實現對危廢的監管，實現對危險廢物從“搖籃”到“墳墓”的全過程跟蹤管理。

1 危廢管理業務流程分析

危險廢物產生單位須遵守《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》、《危險廢物轉移聯單管理辦法》中的相關規定開展申報登記和轉移。

產廢單位產生危險廢物后將廢物進行包裝，填報聯單信息，產廢單位自行留存產生聯。危險廢物轉移交接時，產廢單位將轉移聯和處置聯交由運輸單位，經產廢單位及運輸單位確認，轉移聯加蓋公章后自行留存。運輸單位在將危險廢物從產廢單位轉移到處置單位時，處置單位比對核實聯單信息，確認后在處置聯上簽字并加蓋公章留存記錄運輸重量到聯單中，對廢物進行入庫。產廢單位將第二聯正聯寄送移出地設區市級人民政府環境保護行政主管部門。處置單位將第五聯寄送接受地設區市級人民政府環境保護行政主管部門。業務流程如圖1所示。

2 系統開發設計

2.1 總體架構設計

杭州市危險廢物智能管理平臺的設計基于物聯網體系結構的五層架構，包括感知層、物聯層、支撐層、應用層、門戶層（圖2）。平臺選擇Microsoft Visual Studio. NET平臺，采用B/S模式進行開發。

感知層：應用視頻監控設備、GPS、二維碼、IC卡、手持終端等前端設備采集企業、危廢產生過程、轉移過程、處置過程相關信息，快速、及時、實時地感知危廢全過程監管信息。

物聯層：應用移動網絡、光纖、有線網絡等信息傳輸設備，將前端采集感知的危廢信息傳輸至系統后臺數據庫進行數據的匯總分析及應用展示。

支撐層：包括應用支撐、GIS平臺及數據中心，提供統一系統用戶、權限、工作量引擎、GIS平臺等底層支撐服務。

應用層：集成危廢監督管理、電子聯單管理、危廢超市管理、污泥刷卡轉運管理、GIS及GPS監控管理等應用系統，覆蓋整個危廢業務流程，真正實現全過程監管。

門戶層：統一的危廢管理門戶，為產廢單位、運輸單位、處置單位提供統一的危廢業務申報、審批結果查詢入口，為危廢管理部門提供統一的危廢業務綜合處理、危廢信息全盤掌握的入口。

圖1 危險廢物管理業務流程

圖2 總體架構設計

2.2 網絡架構設計

平臺以環保部門為核心組建，部署在辦公內網服務器上，企業用戶經防火墻和路由器來訪問系統，產廢單位、運輸單位和經營單位通過外網與部署于環保部門的危廢管理系統進行數據傳輸。在整個網絡拓撲架構（圖3）當中，涉及廢物處置過程的相關業務數據統一進入環保管理部門，系統在完成數據的分析整理后經Internet向公眾發布。

圖3 網絡拓撲架構

2.3 功能設計

2.3.1 服務門戶管理平臺

針對危廢管理過程的不同用戶，分別建設有針對性的應用門戶：產廢單位門戶、處置單位門戶、運輸單位門戶、管理部門門戶，實現危廢管理業務外網申報、內網審核的管理模式。

產廢單位門戶提供產廢單位進行信息臺賬、產廢登記、管理計劃申報等業務外網申請辦理的入口，以及辦理狀態、處理結果情況查看的端口。

處置單位門戶提供處置單位進行信息臺賬、經營情況登記、經營許可證申報等業務外網申請辦理的入口，以及辦理狀態、處理結果情況查看的端口。

運輸單位門戶提供運輸單位網上申請注冊，登記填報基本信息，終端設備注冊確認，以及信息臺賬、運輸情況登記、運輸車輛數據信息、運輸人員信息、車輛軌跡信息等數據的查看操作及信息上報辦理的端口。

管理部門門戶將產廢單位、經營單位外網申報的業務流轉至環保局內網門戶進行統一管理，實現對全市產廢單位、處置單位、運輸單位的相關信息的統一查看。

2.3.2 危廢監督管理系統

危廢監督管理系統是在杭州市危險廢物動態監管系統整體框架下，創建危險廢物業務管理、協同辦公的工作環境，建立一套產廢單位和處置單位外網申報、環保部門內網辦理、處理結果外網公示的便捷危廢業務辦理模式，方便企業和環保部門雙方進行業務交互。

危廢監督管理系統的內外網部署關系如圖4所示。產廢單位通過外網門戶進行固體廢物申報登記、管理計劃申報和年度轉移計劃申報，處置單位通過外網門戶進行經營許可證申報和經營情況申報。系統自動將企業外網申報的信息、提交的業務申請表單流轉至管理部門內網，工作人員通過環保局內網對企業提交的申報進行受理審核。

2.3.3 電子聯單管理系統

電子聯單管理系統主要由運輸單位、處置單位和環保部門使用。各運輸單位收運人員在現場通過智能終端輸入固體廢物的相關信息并提交，經產廢單位短信確認或網上系統確認后，聯網打印出該批次固體廢物的轉移電子聯單，分別交產廢單位和隨車備查，廢物啟運轉移。達到處置單位，處置單位接收到固體廢物后，在24小時之內登陸系統將實際的拉運數量（過磅數量）錄入系統中進行確認，對逾期未確認的聯單，系統將進行超時預警和鎖機，鎖機后的系統、聯單將不能使用。環保部門工作人員可查詢聯單信息。

由電子聯單取代紙質聯單，通過智能終端輸入、收集固廢相關信息，轉移全過程信息網上/短信確認，提高聯單信息傳遞速度，杜絕使用假聯單進行危廢非法轉移的違法行為，確保危廢轉移管理制度的有效落實。

2.3.4 污泥刷卡轉運管理系統

圖4 危廢監督管理系統內外網部署

污泥刷卡轉運管理系統用于污泥產生、運輸及綜合利用處置的管理過程，分別為污泥產生單位、運輸單位和處置單位配備IC卡。污泥產生單位持IC卡經讀卡器讀取產廢單位的相關信息、污泥產生信息、污泥估算重量等。運輸單位到達產廢單位后，通過讀卡器讀取產廢單位信息、運輸單位信息、污泥重量等信息，進行過磅，確認污泥轉移重量，并將污泥運輸量、污泥種類、處置方式、去向等信息輸入，經產廢單位和運輸單位雙方刷卡確認，自動產生污泥轉運聯單，相關信息可傳輸反饋至環保部門，且關聯聯單。運輸單位將污泥轉移到處置單位后，處置單位通過讀取產廢單位、運輸單位、處置單位、車輛、污泥磅秤種量、聯單編號等信息，并進行過磅，確認污泥拉運重量，同時關聯聯單，處置單位再進行刷卡確認，相關信息可傳輸反饋至環保部門。當污泥轉移聯單轉移過程完整數據正式提交到環保內網監管平臺后，系統能夠對產廢單位、運輸單位、處置單位刷卡的時間等記錄進行痕跡保留。

2.3.5 危廢視頻監控系統

在運輸車輛上，以及產廢單位和處置單位的大門、出料口、倉庫等安裝攝像頭，系統由前端攝像機采集的圖像，經視頻服務器（DVS）將模擬信號轉換為數字信號，通過硬盤進行存儲，采用VPN網絡上傳到危廢監控平臺。在危廢轉運啟動時（根據刷卡信號），系統可自動打開相關企業的視頻監控信息，顯示企業視頻監控畫面、電子聯單情況、車輛位置信息等，在該聯單未由處置單位接收時保持實時監控。當視頻監控畫面出現異常，如畫面突然中斷、非正常闖入等時，系統可進行報警提醒。

2.3.6 GIS及GPS監控管理系統

危險廢物運輸車輛通過拉運人員的手機終端及車載的GPS功能，經衛星GPS導航和無線傳輸方式將車輛位置信息傳回危險廢物管理部門管理后臺，對全市的產廢單位、處置單位分布、運輸車輛進行定位，載入地理信息系統，實現對危廢轉移路線的動態顯示，對異常路線進行跟蹤預警，以針對危廢轉移情況進行動態分析，有助于危廢事故的預防及應急事故的處理。

2.3.7 危廢超市管理系統

引用企業條形碼管理模式，將危廢條碼作為企業內部危廢微循環管理的身份串聯標識，對危險廢物入庫、庫存、及出庫過程進行“固廢超市”模式的管理。

產廢單位產生廢物之后，將產廢單位及產生的廢物信息生成可識別的二維條碼，對廢物進行標識。廢物入庫時管理人員使用條碼掃描設備對廢物條型碼標簽進行解讀，解讀的信息進入系統后，系統根據廢物的屬性信息，自動判斷所屬類別及來源，管理人員將危廢放置相應的庫區進行儲存管理。廢物出庫時統一需要掃描二維碼，系統自動讀取廢物的產生單位、種類，填寫出庫信息，完成出庫操作。

3 關鍵技術應用

物聯網是互聯網的新發展，通過各種感知設備和各種有線、無線傳輸手段，在信息技術標準規范指導下，連接人與物（感知設備）、物與物，全自動、智能化地采集、傳輸和處理信息。在杭州市危險廢物智能管理平臺建設中，就應用到了多種智能感知、移動互聯新技術。

3.1 二維碼技術的應用

二維碼為全球用戶統一提供“唯一數據樣本”的物品、人員、組織二維碼識別信息。借助二維碼的輸入速度快、可靠性高、采集信息量大、靈活實用的特性，應用于危廢信息的標識上面，不僅能夠保證數據采集的準確性，減少工作量，實現危險廢物的規范丟放及處置，同時還能夠極大地提升企業的工作效率。

3.2 智能IC卡的應用

智能IC卡廣泛應用于保密信息存儲、ID身份驗證等諸多方面[10]。污泥刷卡轉移電子聯單管理系統以IC卡作為身份識別，IC卡分為污泥產生單位卡和處置單位卡。污泥產生單位卡和處置單位卡上主要記錄單位名稱、地址、法人代碼、營業執照等信息，以及污泥管理責任人及聯系方式等信息，與企業一一對應。

3.3 移動通信終端的應用如今的移動終端不僅可以通話、拍照，而且可以實現包括定位、信息處理、指紋掃描、身份證掃描、條碼掃描、RFID掃描、IC卡掃描等在內的豐富的功能，成為移動執法、移動辦公的重要工具。本研究中的電子聯單系統就是應用智能終端，在經授權的情況下通過

3G/4G網絡提交聯單號獲取請求，后臺系統在接收到請求以后根據企業的情況，智能發放聯單號，實現廢物信息錄入、聯單信息傳輸、電子聯單打印等功能。

3.4 GPS/GIS技術的應用

為了能夠更好地規范車輛行駛的線路，避免部分車輛違規駛離既定路線，發生污染事件影響居民的正常生活，在運輸車輛安裝GPS監控設備和視頻監控設備，系統可將GPS定位數據、軌跡數據、視頻數據接入后臺GPS監控管理，將廢物運輸過程中的情況在地圖上展示，實現對危險廢物轉移過程的全程監控。

3.5 視頻監控技術的應用

視頻監控系統利用攝像機等傳感器、計算機網絡、多媒體通信網絡，進行監控信號的采集、傳輸和處理，實現遠程視頻監控。將視頻監控技術用于危險廢物出庫、入庫以及轉移車輛上，在每次危廢轉移過程開始前，系統開啟視頻監控，對危險廢物的出庫、運輸、入庫過程實時進行監控。

4 系統應用效益

平臺建設完成后，采取先在局部應用、再進行全面推廣應用的模式，第一階段選取了十幾家產廢單位、處置單位進行試點應用，第二階段在試點單位應用穩定后對全范圍進行推廣，目前已經在杭州市全面啟用。

平臺運行至今已完成對杭州市8810家產廢單位、44家運輸單位、46家處置單位實現全面監管，并對重點的100家單位實現全方位的視頻監控。2014年應用電子聯單轉移處理廢物約161 367噸，處理電子轉移聯單64 259多筆，其中，危廢和醫療廢物轉移62 683筆，污泥刷卡轉運1676筆。

杭州市危險廢物動態監管系統建設項目打造了杭州市更為嚴格、精細的危廢監管體系，為環保部門真實、細致、及時、動態地掌握廢物產生、轉移、處置情況提供了先進智能的技術手段，為領導決策提供了輔助支持，為危廢管理事業上升了一個臺階。

5 結語

杭州市危險廢物智能監管平臺的研究和開發過程充分結合利用物聯網在智能感知和自組織網絡方面的技術優勢，構建基于物聯網技術的危廢業務服務支撐體系，應用物聯網海量集成技術、細化危廢監控系統全方位架構、強化數字危廢管理，帶來了管理模式的重大轉變，通過布設物聯網傳感器使得危廢監督管理信息化，建立起危廢轉移監控信息平臺，有利于實時收集大量準確數據，進行定量和定性的分析，為未付管理工作提供科學決策支持。

通過基于物聯網的危險廢物智能管理平臺的建設，實現了環保部門對危廢從“搖籃”到“墳墓”的全過程跟蹤管理，規范了危廢業務臺賬，強化了危廢監管執法，實現了對危廢產生、轉移、處置、利用情況和數據進行精細化管理。轉變了傳統的危廢管理模式，解決了信息傳遞不及時、業務處理緩慢、紙質聯單填寫煩瑣，傳遞環節繁多、轉移環節監管不到位等問題，形成了一套規范、科學、全面、完善的危廢管理機制，并以此為基礎建立了一支業務處理迅速、信息統計分析及時、辦事高效、危廢監管全面的信息化管理隊伍。

[1] 陳國云, 龔愛紅. 基層環保面臨的危險廢物管理問題及對策研究[J]. 環境科學與管理, 2014, 39(04): 27-29.

[2] 王衛平, 洪華生, 陳宗團.基于WebGIS的危險廢物管理系統開發[J]. 廈門大學學報(自然科學版), 2004, 43(S1): 225-229.

[3] 王文川. 四川省危險廢物管理及污染防治對策研究[D].成都: 西南交通大學, 2013.

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[5] 王堅, 崔勇, 李述賢,等. 基于生命周期管理的危險廢物物流信息管理系統研究[J]. 科技創新導報, 2013, (33): 3-6.

[6] 孟大慶. 泰安市環保局危險廢物轉移管理信息系統設計與實現[D]. 濟南: 山東大學, 2014.

[7] 朱洪波, 楊龍祥, 朱琦. 物聯網技術進展與應用[J]. 南京郵電大學學報(自然科學版), 2011, 31(01): 1-9.

[8] 宮鵬. 無線傳感器網絡技術環境應用進展[J]. 遙感學報, 2010, 14(02): 387-395.

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[10] 唐六華, 王瑛. 智能IC卡技術及其在嵌入式系統中的應用[J]. 信息安全與通信保密, 2010, (04): 90-92.

更正說明：

2016年第1期發表的《柳州市2009-2014年空氣污染變化》一文，文中第五作者“孫佳仁”應為“孫家仁”。

Design and Application of Hazardous Waste Intelligent Management Platform Based on Internet of Things in Hangzhou

Pan Teng1, Zhang Chi1*, Lu Dagen1, Wang Hengjian2, Liu Shujun2
( 1. Hangzhou Environmental Protection Bureau Information Center, Hangzhou 31003; 2. Shenzhen Powerdata Information Technology Co.,Ltd, Shenzhen 518052 )

To meet the demands of hazardous waste managementinall kinds of business, how to use the Internet of things (IoT) technology in the process of hazardous waste generation, transfer, and disposal was analyzedin this paper. Intelligent hazardous waste management platform based on IoTtechnology was designed and developed. The platform includes four portal website: environmental protection agency,hazardous waste production, transportation, treatment, and six systems: hazardous waste management system, electronic vouchers system, GIS monitoring management system, sludge charge transport system, video monitoring system, waste supermarket management system. The whole process tracking of hazardous waste management was established. Based on traditional management models, IoT, Mobile Internet, two-dimension code, NFC, GPS and other technologies which combined with the business requirements were used. And four major management modes included mobileelectronic vouchersmodel, GPRS supervision and early warning model, IC card transport mode, solid waste supermarket microcirculation management mode were innovatively developed. So as to realized the enterprises internal microcirculation management, multi-means monitoring in transfer process, and the whole closed-loop management ofhazardous waste from its initial to final disposal with meticulous and timely ways. To achieve the whole process tracking from “cradle” to “grave” onthe hazardous waste, we established an information management team, which handled business quickly, doinformation statisticsand analysiseffectively, fully supervised hazardous waste. Finally we provided technical means to truly, meticulously, timely and dynamicallymaster the hazardous waste transport, and provided an auxiliary support for decision-making.

Hangzhou; hazardous waste; internet of things; intelligent management platform

X327

1674-6252(2016)02-0121-05

A

10.16868/j.cnki.1674-6252.2016.02.121

潘騰（1968—），男，浙江紹興人，杭州市環境信息中心，高級工程師，主要從事環境規劃、環境信息化建設等方面的研究。

*責任作者： 張弛（1978—），男，浙江溫州人，杭州市環境信息中心，高級工程師，主要從事固廢污染防治、環境信息化建設方面的研究。