基于插接型智能垃圾桶的區域協調管理平臺的分析與設計

文/李暉 宇雅赫 董幸異 史笑晴 賈蕭桐 張文婷

針對垃圾處理缺乏區域間協調管理的問題，提出了一種基于插接型智能垃圾桶的區域協調管理平臺。首先，利用無線通信、簡潔設計等技術設計出一種底座固定式插接型智能垃圾桶。然后，針對該智能垃圾桶，分析與設計出與之配套的Android App客戶端應用程序，用于滿足工作人員對于智能垃圾桶的實時控制。最后，在使用該智能垃圾桶的區域內，分析與設計出具有：智能垃圾桶協調分配、相關工作人員協調調動、智能統計及顯示功能的區域協調平臺。

1.引言

實行垃圾分類、處理與管理工作的區域協調協作，不僅在保護生態方面將會發揮重要作用，也會產生垃圾的經濟與資源價值，同時，垃圾處理工作在一定程度上反映著人們日益追求科學環保生活方式的態度，是社會文明進步的彰顯。放眼世界，國外垃圾分類處理工作呈現起步早、發展快、普及度高等特點，相比之下，我國垃圾分類處理工作起步慢、設施能力不足、基數大導致普及困難等。國際上不少發達國家的垃圾分類體系已逐步健全，管理制度相對成熟，但針對垃圾分類的后期工作，例如，垃圾處理壓力、區域間協作能力等都有待加強，且由于缺少配套的垃圾處理設施及協調平臺，使之演化成一場垃圾回收危機。在我國，在垃圾分類、處理及區域協調管理方面面臨著不少的挑戰與困難[1]。本文針對區域協調不合理，分析與設計基于插接型智能垃圾桶的區域協調管理平臺，主要工作如下所示。

(1)設計了一種底座固定式插接型智能垃圾桶[2-3]。在符合市場需求的基礎上，針對現存使用的智能垃圾桶的諸多問題和不足提出具體改進方案。通過創新性技術手段解決現存使用的智能垃圾桶續航時間短、垃圾桶內部清理與清潔的問題。(2)設計了一款針對插接型智能垃圾桶的Android App控制應用程序。利用智能垃圾桶的無線通信模塊，完成與Android App的實時通信。利用Android studio完成App的設計與開發。(3)設計了基于插接型智能垃圾桶的區域協調管理平臺。該平臺的作用是為管理者對垃圾桶的使用進行統一管理、區域協調。通過大數據對平臺信息進行宏觀把控，從而提高運行效率，提升智能化水平。

2.國內外發展現狀

2.1 智能垃圾桶的發展及現狀

2.1.1 國內發展現狀。近年來，我國政府先后出臺了不同層級垃圾分類的政策，擬在重點城市設立垃圾分類試點[4]。為增加智能垃圾桶數量，預計2020年底在46個重點城市全面落實垃圾分類。除了國家政策支持之外，越來越多的企業承擔社會責任，轉型升級，積極進入智能垃圾桶的市場，生產出智能垃圾桶熱門產品，暢銷海內外。例如：麥桶桶是我國著名自主品牌企業，主營智能家電、智能垃圾桶。隨著行業技術的進步，產品質量的提高，品牌影響的擴大，秉承“桶新同行，共創共享”的企業價值觀，生產出的高質量智能垃圾桶產品深受消費者喜愛。

2.1.2 國外發展現狀。隨著垃圾問題的日益嚴重，一些國家出臺相關政策支持創新型企業發展，越來越多的基于新時代信息技術的智能垃圾桶產品引入市場。美國、日本、德國等發達國家目前垃圾分類制度較為成熟[5]，他們依照自己國情對垃圾分類模式進行了不同程度的側重，取得良好成效。例如，美國Big-Belly Solar公司發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品，該產品利用太陽能提供能源，通過高效壓縮機工作將垃圾的體積壓縮，進而提高垃圾桶容量。同時會通過物聯網將實時信息傳輸給垃圾處理中心，垃圾處理中心根據得到的垃圾實時數據安排車輛進行處理。

2.2 垃圾管理平臺的發展現狀。智能化已成為中國未來的發展方向，智能產業將迎來爆發式發展，標識智能產業的發展在近年來呈現快速生長態勢，加之我國目前對環境保護的重視，智能垃圾管理平臺出現了增長。各種的APP、小程序為智能垃圾平臺的管理提供了方便[6-8]。例如，掌上回收APP、百度AI垃圾分類、智能小程序、生態寶APP等的出現，表明了智能垃圾管理平臺的發展。當然，不僅僅是這些，在一些地區，例如，南昌建筑垃圾管理平臺，此垃圾管理平臺早在2018就已經上線使用，雖然僅僅是建筑垃圾的管理，但是在一定程度上也推進了智能垃圾管理平臺的發展。而南昌市在2019年又建立垃圾分類管理系統平臺，推定了垃圾平臺管理的后續發展。與此同時，在2019年上線的數太奇智能垃圾分類運行管理系統，依托移動互聯網和大數據實現垃圾分類精細化管理，經過多番測試后，數太奇垃圾分類微信小程序正式上線，在智能垃圾管理平臺上又前進一步。宏電無線環境監測綜合應用系統，本綜合應用系統在極大的幫助了市政管委和環保部門增強監測手段、提高監管效率、完善規劃部署。我國目前智能垃圾平臺管理正處于發展階段，還存在需要完善的地方，就目前的情況看，可以加大對智能垃圾管理平臺的科技投入，大力發展。

綜上所述，設計一款實用的插接型智能垃圾桶用于垃圾的分類及收集，并基于該智能垃圾桶分析與設計區域間的協調管理平臺，有助于解決垃圾分類設施設置不足，有助于提高管理平臺的穩定性與可靠性。

3.插接式智能垃圾桶的設計

垃圾桶，是一種專門用于盛放垃圾、廢棄物的容器，被廣泛用于人們的日常生活。近幾年，隨著互聯網和自動化技術的不斷發展，智能垃圾平臺的研究與設計已成為當今的研究熱題。現存使用的智能垃圾桶存在諸多問題。智能垃圾桶的電池普遍安裝在桶蓋上，受其結構限制，能安裝的電池數量較少，續航時間較短；此外現有智能垃圾桶的外桶體跟底座多為固定連接結構，內桶體跟外桶體之間的間隙及底座內的空間容易導致垃圾堆積，不便于清理，使用時存在諸多不便。鑒于此，在符合市場需求的基礎上，針對現有的問題予以研究改良，設計了一種底座固定式插接型智能垃圾桶的設計方案，解決現存相關垃圾處理問題，為使用者帶來衛生、環保、健康、智能體驗。

3.1 總體設計。插接型智能垃圾桶，包括：底座、底腳、電池倉、倉蓋、電源插槽、內桶體、提手、外桶體、走線槽、電源插頭、定位塊、桶蓋、頂蓋、感應器。其特征在于：底腳嵌入安裝在底座的底部，且底腳與底座通過粘合方式固定；電池倉位于底座的上部，且電池倉與底座為一體式結構；倉蓋扣合安裝在電池倉的上方，且倉蓋與底座通過螺釘固定連接；電源插槽開設在底座一側的頂端；內桶體放置在倉蓋的上方，且提手通過鉸接方式安裝在內桶體的頂端；外桶體套入安裝在內桶體的外部，且頂蓋通過鉸接方式安裝在外桶體的頂端；走線槽設置在外桶體一側的內壁上，且走線槽與外桶體為一體式結構；電源插頭嵌入安裝在走線槽的底部；所述定位塊設置在外桶體底部的內壁上，且定位塊與外桶體為一體式結構；感應設備嵌入安裝在外桶體前側的頂端。同時，底座的頂端設置有用于容納定位塊的矩形凹槽，凹槽位于電池倉的兩側及前側，定位塊為矩形塊狀結構，且外桶體通過定位塊與底座插接連接；電源插槽位于電池倉的后側，且電源插頭與電源插槽插接連接；感應器為傳感器[9]、無線傳輸設備、攝像頭及AI智能識別模塊[10-11]。

3.1 設計優勢。(1)頂端設置有用于容納定位塊的矩形凹槽，且凹槽位于電池倉的兩側及前側，定位塊為矩形塊狀結構，且外桶體通過定位塊與底座插接連接的設置，定位塊對外桶體的安裝起到定位、限位的作用，方便外桶體安裝，同時方便拆卸，便于內部的清理與清潔，方便操作。(2)電源插槽位于電池倉的后側，且電源插頭與電源插槽插接連接的設置，將電池安裝在底座的電池倉內，容積大，增加了電池安裝數量，提高了續航時間，方便使用。(3)通過對底座固定式插接型智能垃圾桶的改進，具有結構設計合理，方便拆卸，便于內部的清理與清潔，方便操作，容積大，增加了電池安裝數量，提高續航時間，方便使用的優點，從而有效的解決了本實用新型提出的問題和不足。(4)在外桶體前側的頂端嵌入安裝感應設備，用于完成垃圾類別的劃分、無線信號的傳輸等功能。

4.Android App監控軟件的設計

基于插接型智能垃圾桶的Android App控制軟件的設計目的，旨在監控智能垃圾的狀態，以便于工作人員能夠及時有效查看各個智能垃圾桶的情況。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控軟件的手機端界面，如圖1所示。通過查看垃圾桶使用情況，上傳精準實時信息，及時安排相關人員進行協調，形成線上線下相結合的高效、智能化運行體系。

圖1 ：手機端界面

5.基于插接型智能垃圾桶的區域協調平臺的分析與設計

本平臺的設計[12]是基于Webkit內核的瀏覽器，以1080P寬屏進行設計，使用DIV+CSS進行靜態頁面代碼布局，使用JSP進行開發，實現用戶管理、信息瀏覽、區域內垃圾桶展示、工作人員協調分配、垃圾處理協調管理等功能。

5.1 功能分析。(1)用戶管理功能。平臺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。系統的管理員可以完成對平臺相關信息的添加、修改、查詢及刪除功能。(2)信息瀏覽功能。為平臺用戶提供實時的垃圾桶信息、工作人員信息以及垃圾處理信息的瀏覽、查詢功能。(3)區域內垃圾桶的展示功能。利用地理信息系統的相關技術，將平臺所管轄區域內的智能垃圾桶在地圖中進行展現，通過放大可以展示局部區域內的所有智能垃圾桶。同時，當點擊某一個智能垃圾桶時可以看到該垃圾桶的實時狀態。(4)工作人員協調分配。通過對智能垃圾桶的實時監控，掌握到當前垃圾桶的狀態，如果出現垃圾桶已滿或者有損壞等情況，可以及時安全工作人員進行處理。同時，對于某一局部區域出現多個智能垃圾桶同一時間段內已滿的情況，則表明該區域出現人員密集情況，可及時協調工作人員支援該區域的垃圾處理工作。(5)垃圾處理協調管理。通過對智能垃圾桶以往的多時段數據的分析，可預測同時段的垃圾處理能力，協助相關部門完成對垃圾處理的協調管理。

5.2 功能界面設計

基于插接型智能垃圾桶的區域協調管理平臺由多級頁面構成。各級頁面的設計原則如下所示。(1)系統頁面由導航欄、頁面主體、頁面底部三部分組成。(2)導航欄的作用是鏈接到系統內的各個主要功能。當點擊不同的功能鏈接后，將進入功能的操作界面，系統的工作人員根據界面提供信息完成相關的協調處理、信息查詢等工作。(3)頁面中央采為基于地理信息系統的區域地圖展示，上面標注出該區域所有的智能垃圾桶。通過鼠標的點擊操作，可以展示每一個智能垃圾桶的實時數據，例如：垃圾桶編號、垃圾桶是否已滿、垃圾桶所在地點等。同時，通過不同的顏色表明垃圾桶的狀態，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)底部是顯示的版權信息，背景顏色采用與導航欄一致的配色，使整個界面上下呼應，內容主要包括地址及聯系電話等。

系統頁面的設計效果，如圖2所示。

圖2 系統一級頁面設計效果

6 總結

基于插接型的智能垃圾桶區域協調管理平臺，將新型技術融入到人們的日常生活，有助于解決現存的垃圾處理問題，有助于提高智能垃圾處理和提高區域間的協調管理。本文的主要工作總結如下。(1)完成了國內外智能垃圾桶、智能垃圾管理平臺的現狀研究。通過對國內外相關文獻的查閱，給出了二者目前的研究現狀。(2)設計出了基于插接型智能垃圾桶的設計。對垃圾桶的設計細節進行了深入的描述，并加入了傳感器、無線傳輸設備、攝像頭及AI智能識別模塊，以便于完成垃圾桶與協調管理平臺的通信。(3)設計出了一款針對智能垃圾桶的Android App。用于協助工作人員對垃圾桶狀態的查看及協調工作。(4)設計出了基于插接型智能垃圾桶的區域協調管理平臺。用于完成垃圾桶實時狀態的查看、協助工作人員完成協作、以及協調完成垃圾的處理工作。未來，項目組成員會繼續采用新技術完成智能垃圾桶、Android App及區域協調管理平臺的實現。C

資助課題：2020年大學生創新創業訓練計劃項目國家及項目（智能分類垃圾桶）資助。