基于物聯網智慧公廁解決方案

吳梅

摘 要：文中提出的智慧公廁解決方案基于ZigBee，LoRaWAN等無線通信以及RS 485通信技術，通過智能網關、無線設備、無線采集設備、無線連接及控制設備，搭載相應的設備，如人流計數攝像頭、溫濕度傳感器、有毒有害氣體傳感器、臭氣氣體傳感器、紅外坑位檢測、一鍵報警、智能除臭噴霧器等，并將獲取的數據傳至云平臺，通過后臺綜合管理系統實現對智慧公廁的管理。該方案達到改善公廁保潔服務、降低公廁運營成本、提高應急處理能力、實時掌握一線管理和作業水平的管理目標，并通過對公廁數據的大數據收集為環衛管理部門進行經營管理和決策提供強有力的數據支持。

關鍵詞：智慧公廁;物聯網;ZigBee;LoRaWAN;RS 485;云平臺

中圖分類號：TP212.1文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）08-00-03

0 引 言

隨著智慧城市在全國范圍內的推廣，隨之而來的“公廁革命”也應聲面出，智慧公廁一詞也成為一個新術語，在各類媒體上也頻繁出現。目前為止智慧公廁一詞官方尚未做出明確定義。

智慧公廁應該包括以下兩方面含義：

（1）公廁改造。結合公廁用戶的需求，通過無線通信、物聯網、云服務等技術實現公廁的智能通風、智能照明、智能除臭等，以提升公廁服務品質、優化管理質量為目標，從設計、應用、管理上實現線下技術應用及線上可視化管理;

（2）公廁智慧管理。智慧管理側重于通過各類傳感器技術采集、無線通信傳輸、云平臺存儲，并實現對公廁運營過程中產生的數據進行分析和統計，通過監控指揮平臺實時進行遠程管控，以實現對公廁的環境檢測及控制。

智慧公廁是將公廁改造和智慧管理兩者有機結合，通過改造公廁基礎設施，提升公廁服務質量。通過對公廁各類傳感器數據的采集分析可快速發現問題并解決問題，提升公廁管理品質，為用戶提供良好的如廁環境。智慧公廁解決方案采用物聯網技術架構，依托大數據、智能傳感、移動互聯網與PC端云計算技術，對公廁服務所涉及到的人、物、事進行全過程實時管理，合理設計規劃公廁管理模式，提升公廁保潔作業質量，降低公廁運營成本，提高應急處理能力，實時掌握一線管理和作業水平，提高管理效率，為日常經營管理和決策提供強有力的數據支持。

1 方案概述

1.1 方案設計基本原則

方案設計基本原則如下。

（1）先進性。設計方案中立足先進技術，采用最新的物聯網相關技術;服務器和網絡方面，以優化通信流量，提高系統的管理性和安全性為重點。

（2）成熟性。本方案中的硬件設備、軟件架構、通信技術、設計準則已經在全球市場上得到了廣泛的技術應用。

（3）可擴展性。所有推薦的產品均考慮到隨著應用的逐步完善和接入應用的逐漸增加，系統還能夠進行不斷擴展的要求。

（4）集成性。本方案中軟硬件系統之間可以方便實現集成，使用戶無需從事于系統平臺的集成和開發，而將精力集中到軟件的管理和運維中。集成的應用系統降低了系統維護的難度和要求，方便用戶日后使用和管理。

（5）標準性。在現代綜合信息服務領域，以多業務、多網絡、多終端融合及價值鏈延伸，努力使信息化成果惠及社會各行業和廣大群眾，為行業和企業提供針對性的信息化解決方案，產品始終嚴格遵守各級標準，在還沒有形成標準的新領域內也積極倡導標準的形成。從網絡協議到操作系統，全部遵循通用的國際或行業標準。

1.2 系統架構

系統架構如圖1所示。頂層應用使用各路終端實現，采集設備多為傳感器等集成設備，環境控制設備多為ZigBee控制端;管控中心部署在云端，與所有公廁在公網相連，進行業務處理;物聯數據云服務器處理所有傳感器數據的采集、建模、統計分析以及設施設備的直接動作控制。

1.3 系統功能

系統功能如圖2所示。本解決方案主要通過公廁中的各類傳感器收集環境、人流、坑位使用、照明、消耗品使用等數據，并傳輸到云平臺;通過云平臺對數據進行分析及管理;通過大屏幕顯示各類數據，并可進行廣播提醒，還能夠顯示科普宣傳信息。

1.4 系統硬件

系統硬件如圖3所示。

1.5 網絡拓撲設計

1.5.1 設備網絡拓撲

傳感器設備全部通過ZigBee進行數據的傳輸，并通過傳統的互聯網進行服務及管理[1]，如圖4所示。

1.5.2 管控平臺云拓撲

通過云服務提供高效、安全可靠、處理能力可彈性伸縮的計算服務，如圖5所示。

2 系統優勢

2.1 管控平臺云端部署

管控平臺部署在ECS云服務，具有以下優點。

（1）性能配置可調整。部署在云端，隨時可以根據業務運行情況增加減少配置、存儲量。

（2）云端的部署架構調整相對容易。如果在運行過程中發現現有的部署架構需要修改，則無須添置硬件服務器，直接在云端進行配置，降低開發運維的難度和整體IT成本，更專注于核心業務的創新。

（3）操作系統、數據庫的安裝和更新快捷。操作系統的安裝無須人工介入，自動完成。

（4）云端的負載均衡服務優異。不涉及硬件的網絡瓶頸，云服務器的負載能力由于本身云端的特性得到了良好的發揮。

2.2 業務閉環與模塊化的建設思路

目前的智慧公廁業務產生了數個業務閉環[2]。

（1）環境自檢。氣體傳感檢測到氣體有異常情況，調用管控平臺的監控服務，管控平臺根據設置好的閾值進行控

制/警報觸發，從而控制公廁內的環境。

（2）設備自檢。公廁內的智能設備、傳感器不僅僅能采集數據，還能將設備本身的聯網情況、電量情況向管控平臺發送，管控平臺可以知道公廁中的每個連接入網的設備的運轉情況。