大數據背景下智慧環衛管理模式探究

羅成友 楊先緒 鄭鑫 朱尚龍

摘要：智慧環衛在智慧城市的建設中起著舉足輕重的作用。本文結合大數據背景，通過對重慶市環衛管理信息化現狀及問題進行分析，在頂層設計、數據設計、生產管理和決策支持四方面探究了智慧環衛管理系統的設計模式，為今后更好地推進智慧環衛建設提供了參考。

關鍵詞：智慧環衛;大數據;信息化;管理模式

1.引言

隨著移動互聯、智能終端、云計算等新一代信息技術的不斷突破和廣泛應用，以數據為驅動的智能化發展形勢逐步形成，大數據智能時代已然到來。大數據和人工智能技術對于提高城市管理和服務的質量與效率具有巨大潛力，環衛工作作為城市管理的關鍵一環，面臨著大數據和人工智能帶來的機遇與挑戰。為更好的應對這一變革，2015年，重慶市發布了《重慶市深入推進智慧城市建設總體方案（2015―2020年）》，明確指出大力推進智慧市容環衛管理系統的建設;2018年《重慶市城市綜合管理提升行動方案》提出“大城智管”、“智慧環衛”的相關理念。智慧環衛是依托計算機技術、無線網絡技術、GIS地理信息技術、GPS定位技術等多種技術，以及統計學、仿真學、控制學等多門學科，依托環衛管理信息系統平臺，實現環衛管理的智能化和精細化[1] 。智慧環衛在智慧城市的建設中起著舉足輕重的作用，不僅可以實現生產的全過程管控，降低生產成本，提高勞動效率，確保環境安全，還能夠實現政府、企業和公眾的即時互動，方便統籌、統管和市場化，提高廢棄物的利用效率和綜合效益，促進美麗中國和生態文明建設。

2.發展智慧環衛的必要性

智慧環衛，是以移動互聯網和圖聯網技術為基礎，實現對環衛管理的全過程進行實時管理，并對環衛工作中的所有事務進行合理的規劃、設計，同時升級環衛工作中的管理模式，能夠最大化的提高環衛工作中的作業質量，以此來減少城市衛生環境工作中的運營成本[2] 。發展智慧環衛是建設智慧城市中的基礎一環，也是尤為重要的一環。在順應時代趨勢、滿足人民需要、推動行業發展等方面均有著不可忽視的必要性。

1）順應時代趨勢

2015年，李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯網+”的概念，而后“互聯網+”概念迅速在各行各業生根發芽。互聯網直接影響了人們的生活和生產方式，并從更深層次上改變著人們的思維方式和價值觀。

隨著大數據、云計算、物聯網的廣泛應用，“互聯網+環衛”成為未來發展趨勢。湖南省首個城區智慧環衛示范區落地天心區，黃山市智慧環衛系統運用使鄉村垃圾無害化處理率100%，蘇州太倉市智能垃圾分類項目上線，這些都是新興科技與環衛結合的新嘗試。2019年起，全國地級及以上城市全面啟動生活垃圾分類工作，到2020年底46個重點城市將基本建成垃圾分類處理系統，2025年底前全國地級及以上城市將基本建成垃圾分類處理系統。

環衛產業是生態經濟產業體系的一個重要組成部分，與人們的生活息息相關，環保行業專家認識到互聯網是解決環境問題的利器，制定生態環境大數據規劃刻不容緩，開展各種推動“互聯網+環衛”的行動亟待提上日程。

2）滿足人民需要

黨的十九大報告明確指出，“中國特色社會主義進入新時代，我國社會主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾”。這是繼1956年黨的八大及1981年黨的十一屆六中全會通過《關于建國以來黨的若干歷史問題的決議》對我國社會主要矛盾做出規范表述以來，執政黨對社會主要矛盾表述的再次改變。

主要矛盾發生變化意味著伴隨著人民生活水平整體提高，個體的需要層次也在不斷提升。在生產力匱乏的狀態下，人們滿足于溫飽并展望小康社會，而隨著小康社會全面建成的目標已漸近達成，人們的需求早已超越了“經濟”、“文化”兩個傳統需求領域，在民主、法治、公平、正義、安全、環境等方面的要求日益增長。

與此相對應，人民對于城市環境衛生的要求也隨之提高。隨著城市的不斷擴展與發展，城市的面積越來越大，且城市居民人口大幅增長，城市設施和民生服務需求的急劇上升與城管制度滯后和資源供給不足形成尖銳矛盾[3] ，給環衛工作帶來了更大的挑戰和較大的壓力。若無法提升環衛管理水平，使環衛工作跟得上居民需求，周邊環境和人民生活將承受較大負擔和壓力。智慧環衛的構建，能夠在城鄉環衛一體化的過程中，降低城市周邊的垃圾壓力;促使人們進行生活垃圾分類，最大化的降低城市人口的生活垃圾源頭總量。

3）推動行業發展

環衛工作是城市生活的重要組成部分，是城市環境衛生建設的基礎和保障。當前，城市環衛工作已經形成了比較完整的產業鏈條，環衛產業的主要工作內容包括垃圾分類、垃圾回收處理、城市保潔、廢棄物利用、循環回歸等。智慧環衛是基于環衛產業鏈條來發展的，智慧環衛主要將把現代信息技術應用于環衛工作的各個環節，實現全產業鏈的網絡化、可控化、信息化[4] 。

通過信息技術構建環衛管理系統，實現垃圾分類回收、生產運輸、公開數據、生產管控、產品利用等全過程的平臺架構，是智慧環衛發展的重要路徑;實時對生產鏈條中的環境監測數據進行分析整體，避免生產過程中對環境的二次污染，是智慧環衛的首要任務。智慧環衛能夠提升環衛工作的內在價值，幫助環衛企業轉變生產與運營模式，提高環衛企業的管理水平，進一步完善環衛產業鏈、促進行業發展。

3.重慶市環衛信息化現狀及問題

近年來，重慶市環衛部門積極推進信息化建設工作，開發推行各類管理信息系統，在車輛運輸管理、地磅稱重管理、辦公自動化等方面積累了豐富的經驗，初步實現環衛管理一系列工作的規范化和標準化。

然而調查發現，雖然以信息化為依托、以智能為目標的環衛管理在職能調整、流程再造、大系統集中改造等方面取得了較好的成效，但信息化基礎設施建設、應用系統績效、數據資源建設等方面，仍存在不少問題有待改進和完善。

1）缺乏頂層設計和統籌規劃

由于各類信息系統分期實施的原因，環衛主體的信息化功能雖然基本滿足需求，但各業務系統建設條塊分割，系統之間信息互通不暢。智慧環衛是個分工合作與持續改善的過程，不是各建一個小而全的孤立系統。大數據才是產業互聯網化的核心價值，沒有大數據很難給環衛產業帶來增值，小平臺的價值也大打折扣，甚至可能會快速被市場淘汰。環衛信息化過程中，仍存在資源不能實現實時共享問題，“信息煙囪”和“信息孤島”現象比較嚴重[5] 。

2）內部信息化建設接口繁雜

繁雜而缺乏規范的數據接口會造成在未來與環衛云平臺對接困難，難以實現信息共享、平臺存儲、云端計算等功能，從而不能進一步為環衛提供分析和決策支持。因此建立統一的接口標準，按照標準進行數據接口的規范，將為集成的信息平臺開發創造條件。此外，目前普遍缺少數據的安全及價值界定辦法，繁雜而缺乏規范的數據接口還會造成智慧環衛過程中的數據權屬問題。環衛產業數據具有公共屬性，產業數據又是變化的，政府、企業和公眾都關注數據，其所有權和使用權的歸屬界定不清的話，直接影響產業發展，已成為環衛產業互聯網化和數據共享的瓶頸[6] 。

3）現有系統功能不夠完善

已建系統信息服務類的多、智能決策支持類的少，利用大數據技術欠缺，缺少對環境衛生管理提供前瞻性預判和應對策略的預警模型;已建系統對生產過程的覆蓋不充分，對收運車輛的管理不夠精細，部分生產設備仍未聯網，難以動態掌握生產全過程;已建系統缺少突發事件應急功能，難以處理突發事件。

4.重慶市智慧環衛新模式思路

智慧環衛管理本身就是一項系統工程，如何根據總體協調的需要，從整體出發合理開發、設計、實施和運用智慧管理系統平臺，是一個亟需解決的問題。結合重慶市環衛信息化管理所反映出的問題及困境，在頂層設計、數據設計、生產管理和決策支持四方面提出了智慧環衛管理系統性的優化模式。

1）頂層設計

為了實現全面有效的智能環衛管理，需求分析和頂層設計是十分必要的。智慧環衛管理的核心是依托環衛信息化管理平臺，自動化采集環衛運營數據，借助深層次的深度學習、機器學習等智能分析手段，實現對環衛運營的全方位動態管控。以需求為導向，將環衛收運運營流程分解為可操作的模塊，最終形成可落地的實施方案。

圖1?重慶智慧環衛收運運營新模式

為解決重慶市環衛集團企業生產管理中的問題，在頂層設計上需要提出智慧環衛收運運營新模式。新智慧管理模式以企業信息化為基礎，智慧化為目的，從信息系統集成、收運車輛管理、垃圾收運生產管理、垃圾收運管理決策四個角度進行設計，以解決企業信息流通不暢、收運車輛管理困難、人力成本耗費過大以及決策管理缺乏數據支撐的問題。

新模式將利用物聯網、大數據、GPS與GIS技術、智能技術以及RFID智能識別技術等新興信息技術，以系統開發與集成為手段，以信息互通為導向，以精細化管理為目標，切實解決收運管理、運營管理與決策管理中的問題。新模式的提出與構建，還將起到示范性作用，推動環衛工作向智慧化發展。

2）數據設計

數據是貫穿智慧環衛管理全過程的關鍵因素，是精細化工作的重要生產力。在大數據智能分析模式中，通過數據分析得到環衛運營管理的動態性規律，能夠運用機器學習智能算法實現自主學習并提供決策建議。維克托·邁爾-舍恩伯格提出大數據思維三大變化：一是需要全部數據樣本而不是抽樣，二是關注效率而不是精確度，三是關注相關性而不是因果關系[7] 。在數據架構層面，首先應當轉變思維方式，緊扣大數據的全樣本、高效率、注重相關性等特征。

數據標準是影響大數據管理與分析的關鍵因素，數據標準不統一會增加獲取數據的成本。目前，在環衛信息系統中，數據需求缺乏規劃、數據標準定義依據各異、業務口徑不統一等造成了數據信息共享困難、數據統計口徑無法匹配，甚至造成業務溝通困難，發生歧義。因此統一數據標準，才能保證數據的完整、及時和高質量，為決策支持、精細化管理提供支撐。建立一套由管理規范、管控流程、技術工具組成的數據標準體系，是環衛運營數據有效分析的前提。

目前，環衛管理信息系統之間功能相互存在交叉，數據集中化程度低，造成數據整合難度大。構建統一信息平臺，是實現信息化、數字化的重要手段。新模式將構建統一信息平臺，以實現精細化管理、智能化作業、數據支撐決策。構建統一的信息平臺，需要對現行信息系統進行集成。通過建立統一的用戶數據管理中心、標準的數據訪問接口以及網絡間的通信標準，以解決系統集成所涉及的諸多問題，為統一信息平臺的構建提供基礎方案。

總體來說，加快環衛數據集成化進程，加強標準體系和質量管理建設，是在智慧環衛管理數據設計層面必要的基礎性工作。

3）生產管理

生產管理旨在對采集到的車輛、設施運行數據進行統一展現，快速匯總及在線分析，并實現應急調度指揮。

（1）收運車輛管理

收運車輛管理的新模式，將基于GPS與GIS技術[8] ，物聯網技術、視頻監控技術及RFID智能識別技術[9] ，建立起實時監控與管理的信息系統。圖2展示了這一新模式概況，新模式將對收運車輛路線、車輛運行狀態、駕駛員操作以及車輛站內作業全程起到有效的管理控制。

在收運車輛的路徑規劃上，對于收運車輛的轉運路線，收運車輛管理新模式將利用GPS與GIS技術對轉運路線進行動態規劃調整。新模式下的收運車輛轉運路線，將基于車載GPS實時獲取車輛的位置信息，同時根據可選的轉運路徑，參考實時交通路況預先選擇合理的轉運路線。

在駕駛員操作方面，新模式將利用視頻監控技術。利用駕駛室攝像頭實時掌握駕駛員的駕駛行為，對危險駕駛行為進行警告，降低由于人為因素造成損失的概率;車輛后端的視頻監控，可以及時發現“跑冒滴漏”的現象，及時提醒工作人員處理，避免對城市衛生環境造成不良影響。

圖2?收運車輛管理新模式概覽

在車輛運行狀態上，新模式將基于物聯網通訊技術以及車載診斷系統進行車輛實時運行數據采集，確保車輛運行狀態正常。通過對接車輛運行數據接口，實時傳輸收運車輛運行參數，通過車輛運行狀態評估模型，及時發現問題車輛，對問題車輛進行召回，保障生產作業的安全。同時，對車輛油位等相關參數的監測，能夠及時發現駕駛員的不良行為，防范偷油行為的出現。基于所采集的大量車輛運行數據，可進一步分析車輛油耗最低的運行狀態，為企業節省成本。

在站內作業方面，新模式將利用RFID智能識別技術，聯動垃圾轉運站生產管理系統，對收運車輛的站內作業進行智能化引導。利用RFID識別技術，智能識別不同箱體，根據識別結果自動引導車輛去往轉駁區直接吊裝轉駁，或去中轉車間卸料。與傳統方式站內作業方式相比，利用RFID識別技術與智能引導后，收運車輛站內作業將無需大量人工引導，同時生產流程將更加智能，效率將進一步提高。

（2）生產設備管理

生產設備管理新模式將利用物聯網技術采集數據，并對已有的生產信息系統進行集成，實時監測生產設備的運行狀態。新模式將集成各個獨立的生產管理系統，構建統一的生產設備調度平臺。統一生產設備調度平臺將對站內生產設備進行運行調度管理，實現各項生產設備的聯動工作，建立協調運作機制，提高生產運行效率，降低生產運行成本。物聯網通信技術建立了物與物之間的通信，實時的數據采集保障了信息獲取的即時性。新模式將有利于決策者實時掌握各站點生產設備的運行狀態，打破過去“各自為戰”的情況，加強生產管理的有效性。

圖3展示了生產設備管理新模式。新模式首先引入物聯網通信技術，對設備數據進行實時采集并進行物與物之間的信息交換，利用規范化的數據接口，獲得設備參數。在經過數據清洗與規整化后，入庫核驗進入統一規范的數據庫，數據庫提供相關接口與其他部門系統共享。

圖3?生產設備管理新模式概覽

（3）應急處突

新模式將增加應急處突功能。發生應急事故時，應急指揮管理用戶通過系統發起應急指揮，在系統中選擇相應的事件類型。系統根據相應事件類型自動匹配相關的應急預案，形成預案列表，供應急指揮管理用戶選擇。預案選定后，根據本預案涉及的領導的具體職責、部門負責人職責、辦公室職責、現場班組負責人職責等具體情況，系統自動調用短信網關發送事件簡報、職責、工作任務等信息。參與應急事故的人員通過手機端快速回填事件處理情況到系統，指揮人員通過系統根據情況的不斷的發送指令，系統PC端實時展現指令信息和各應急處理小組工作反饋信息，直至發起人關閉該次事應急指揮。

4）決策支持

垃圾收運項目存在典型的地域分散特點，數據匯總的即時性和準確性難以得到保障，決策制定往往缺乏數據支撐。通過數據支撐為管理者提供環衛管理決策依據，才能使得決策過程更具科學性、合理性[10] 。決策分析新模式將集成收運車輛管理系統與收運生產管理系統，利用網絡傳輸方式，及時、方便、低成本的實現數據共享，有效的解決傳統信息傳輸手段中便捷性差、時效性低、成本高的相關問題。

垃圾收運決策分析新模式的核心是建立垃圾收運大數據庫。垃圾收運大數據庫將通過集成新模式下的垃圾收運車輛管理系統數據庫、垃圾收運生產管理系統數據庫，對接垃圾處置末端的相關信息化系統，打通垃圾從收運到最終處置的各個環節。大數據庫將及時匯總各個子系統所采集到的數據，并遵循相應的數據結構進行存儲。

可視化是進行決策分析常用的手段[11] 。新模式將基于大數據庫，在決策者關注的各個維度上進行可視化展示，分析業務運營狀況。新模式所提倡的可視化，是一項針對集團內部決策層的功能，決策層根據生動形象的可視化圖表，能夠更加科學的分析業務情況，打破管理層級越高，對基層業務了解越少的局面。

圖4展示了垃圾收運決策分析系統構建過程。主要分為智慧環衛收運大數據庫的構建與可視化展示集成。前者是構建決策分析系統的數據支撐核心，后者則是系統的應用核心。

圖4?垃圾收運決策分析系統

5.總結與展望

本文結合時代背景分析發展智慧環衛的重要性和必要性，在此基礎上結合物聯網、大數據、云計算、人工智能等新興信息技術，以重慶市環衛工作為研究對象，以城鎮化發展進程、城市定位、城市管理、智慧環衛為背景，根據重慶市環衛信息化建設現狀，分析現存問題，提出了智慧環衛管理新模式。智慧環衛管理新模式以企業信息化為基礎，智慧化為目的，從頂層設計、數據設計、調度管理和決策支持四個角度進行設計，以解決企業信息流通不暢、收運車輛管理困難、人力成本耗費過大以及決策管理缺乏數據支撐的問題。

智慧環衛管理新模式的研究具有重要的現實意義與示范作用。一方面為解決重慶市城鎮化進程與城市發展所帶來的環境衛生問題提供思路，進一步提升人民的生活水平，同時能對重慶非主城區的環衛建設起到示范效應;另一方面，為重慶市環衛信息化建設提供參考，以提升管理能力和服務質量。

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（作者單位：重慶市環衛集團有限公司）