基于物聯網技術的校園智慧環衛系統架構

◎江希 劉方濤

一、校園內垃圾清運現狀

智慧環衛是智慧城市建設的一個重要部分，可以有效地改進當前社會發展傳統的垃圾清運所采取的全人工操作模式，減輕環衛工作人員的工作量，同時加強對人員、垃圾站、垃圾清運車管理的效率。讓日常所產生的各類垃圾能及時清運，避免堆積存放造成氣味臭化污染，嚴重的蒼蠅傳染疾病的傳播等。本文通過物聯網、移動互聯網、傳感器等關鍵技術設計了一個校園垃圾清運管理系統，幫助高校等區域密集區域進行科學、高效的垃圾清運。

隨著社會發展，人民生活水平的提高，在校園內垃圾中的塑料、廢紙、金屬、廢棄電子產品、廢舊紡織品等可回收垃圾比重不斷攀升，而容易腐敗的剩菜剩飯和瓜皮果屑的數量也猛增起來。而目前絕大多數校園還使用傳統方式進行垃圾清運，人們將垃圾扔到指定垃圾桶內，然后由環衛工作人員定期或不定期的檢查然后處理處理。這個人工清運方法和清運設施已經不符合當前的實際需求，不光不能及時有效的處理校園垃圾，還容易產生二次污染。由于處理不及時，容易滋生細菌，是害蟲的滋生地和繁衍地，造成環境污染，嚴重危害校園師生的身心健康，垃圾分類落實不夠，同時還不能有效的回收資源，造成資源浪費。

二、智慧環衛垃圾清運系統架構設計

智慧環衛下的垃圾清運將現代化的管理服務概念，融入到校園垃圾清運過程中，利用數據平臺，將裝置了垃圾桶、車輛狀況、人員狀態連接起來。平臺在收到垃圾桶預警信號后，及時進行信息提醒推送，通知環衛人員進行處理，進行數據分析和處理后，規劃出最優的車輛裝載運輸路線。降低環衛人員作業的人力、時間成本，實現了車輛的低油耗，同時提升了垃圾處理的清運效率，有助理環境保護。智慧化的管理可以科學的評價垃圾清運作業的工作效率和質量，促進校園管理水平的提升。

1.系統整體架構。

本文設計的校園智慧環衛垃圾清運方案，通過IOT（物聯網）和互聯網連接技術，實現了人、車、垃圾收集末端的聯動。首先在校園內按需設置安裝有傳感器的智能垃圾桶，對垃圾桶的滿溢程度、溫度、濕度、氣體等進行監控，進行數據采集，定期將垃圾桶相關數據進行發送，進行日常管理，一旦發生垃圾桶處于滿溢狀態，溫度、濕度、有毒有害氣體等超標，立刻發出預警信號，將信息傳輸至數據平臺，進行異常管理。通過平臺數據分析后，生成作業數據，將作業信息發送至對應的環衛人員和垃圾清運車輛，使垃圾清運過程趨于智慧化、合理化和人性化。如圖1所示

2.數據感知層。

在本系統中數據采集主要來自垃圾收集末端即智慧垃圾桶裝置、垃圾清運車輛和環衛人員。對垃圾收集末端配置定位裝置以及滿溢程度、溫濕度、火焰、有害氣體等傳感設備，可以定期發送垃圾收集末端情況，同時對垃圾滿溢、起火、有異味等異常情況進行報警，云平臺及時向環衛人員發出預警信號，利用智慧環衛感知層，可以及時采集需要處置的垃圾數據信息。垃圾清運車輛和環衛人員則配置定位裝置，采集定位信息，以便云平臺能夠及時跟蹤并智能推送垃圾桶終端相關數據。

3.數據傳輸層。

智慧物聯的數據傳輸層可以運用2G/4G、FSK/GFSK等物聯網遠近通信技術進行數據傳輸，將垃圾收集末端、清運車輛及工作人員信息傳輸到數據云平臺。選取具備近距離無線通信技術調制芯片做終端節點數據發送裝置。最終數據通過數據集中器遠程通信進行發送，為避免近距離無線通信技術同頻干擾保證通信數據的穩定和完整性，可以使用復用技術將頻分復用和時分復用相結合，能有效的提高采集成功率。最后進行數據傳輸層組網協議設計，包括幀格式設計和協議應用層設計兩個部分，實現數據的編碼及交互，數據集中器將收集數據遠程傳輸到數據云平臺進行數據分析處理。

4.智慧云層。

智慧云層就是將采集到的各類數據進行分析處理并最終實現在管理平臺上的可視化管理。例如將中國移動物聯網云平臺OneNET作為云平臺，作為PaaS、SaaS和IaaS層搭建網絡連接的橋梁，發揮核心鏈接能力，作為數據層和管理層上下傳輸的紐帶。通過HTTP、EDP、MQTT等協議透傳，將OneNET接收到的數據按照協議解包存儲，并以API的方式提供給應用層使用。在應用層內創建可視化管理系統，通過OneNET應用編輯器，將集中器“concentrator”數據流可視化。根據架構設計要求，可以分為數據監測、異常上報、人員信息、車輛信息等類型進行體現，以顏色進行狀態區分，灰色代表下線，綠色代表工作狀態，紅色表示預警，在OneNET開發環境下完成可以提供Web和APP管理終端設計，實現完整的在線監控和管理分析。

三、結語

基于智慧環衛的校園垃圾清運方案通過全面部署實施，可以解決傳統校園垃圾清運過程中管理粗放，工作量大，處理不及時，工作效率低等問題。通過整套具有檢測，管理，任務發布等功能于一體的系統，及時高效的獲取信息，科學規范有效的關注作業過程，管理統計作業進度和效果，優化作業路線和模式，有效的提高執行率，提升了垃圾處理能力。逐步將垃圾清運過程從人工勞力向機械設備輔助進化，減少人力勞作；將管理模式向企業化管理進化，引入標準和制度進行規范化管理，適應校園建設發展。