基于NB-IoT物聯網技術構建自然風景區智慧環衛

摘 "要：為順應“十四五”時期經濟社會發展主要目標，大力推動生態文明建設實現新進步，該文通過查找資料、問卷調查、實地調研等各種方式，進一步明確推進自然風景區智慧環衛的重要性。智慧環衛系統運用的主要技術是NB-IoT物聯網技術，因其性能高、成本低、低功耗、覆蓋面廣、性價比高，運用在自然風景區非常適合，近幾年其發展趨勢越來越好，國內建設NB-IoT基站的力度也不斷地加大。該項目愿景是建立“制度+科技+責任”的管理體系，讓智慧環衛真正落實到環衛一線，把景區環衛打造成為一個真正的系統聯動、業務協同的指揮中心平臺。

關鍵詞：NB-IoT物聯網技術；智慧環衛；自然風景區；環衛管理；智慧建設

中圖分類號：TP391 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2023）20-0117-04

Abstract： In order to comply with the main objectives of economic and social development during the 14th Five-year Plan Period and vigorously promote the construction of ecological civilization to achieve new progress， this paper makes it clear that it is important to promote smart sanitation in natural scenic spots through various ways such as searching materials， questionnaire survey， field investigation and so on. The main technology used in the smart sanitation system is the NB-IoT technology. Because of its high performance， low cost， low power consumption， wide coverage and high performance-to-price ratio， it is very suitable for natural scenic spots. In recent years， its development trend is getting better and better， and the domestic construction of NB-IoT base stations is also increasing. The vision of the project is to establish a management system of \"system + science and technology + responsibility\"， so that smart sanitation can be truly implemented in the front line of sanitation， and make the sanitation of scenic spots into a real command center platform with system linkage and business coordination.

Keywords： NB-IoT technology; smart sanitation; natural scenic spots; sanitation management; smart construction

近幾年，我國出臺了一系列關于建設智慧城市的相關政策，例如《智慧城市-信息技術運營指南》《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》等。順應“十四五”時期經濟社會發展主要目標之一，即“生態文明建設實現新進步”，產品需要遵循尊重自然、順應自然、保護自然的原則來發展智慧環衛，依靠智慧環衛，實現人與自然的和諧相處。目前自然景區環境大大被破壞，降低了人們物質享受和精神享受的質量，影響人們旅游的心情，生態受到了極大的破壞，所以更需要發展生態環保、以人為本的智慧環衛環保技術。

自然風景區智慧環衛系統的主要技術為NB-IoT物聯網技術，目前在國內技術發展態勢良好。而環衛管理涉及環衛設施（垃圾箱、轉運站、處理廠等）、車輛、工地和人員等元素的動態管理，如果能夠利用物聯網技術，對垃圾實現從源頭、轉運、處理的全過程跟蹤管理，一方面可以提高垃圾管理的水平，另一方面也可以推動物聯網技術的發展。政策的陸續出臺明確了我國建設智慧城市的決心，奠定了智慧環衛可以為我國智慧城市實現可持續化發展的地位[1]，由此也為建設自然景區智慧環衛提供契機。

1 "國內外研究情況

1.1 "國外研究情況

國外的智慧環衛建設與景區結合的起步較早，如芬蘭一家公司研發的Enevo One系統、佛羅里達海洋研究組織建設的富營養化監測平臺MARVIN、垃圾回收獎勵計劃Recycle Bank等應用于景區[2]，全面提升了自然風景區環境保護的能力，將智慧環衛與智慧環保相結合，著力打造景區生態化、環衛智慧化，從而減輕環衛工作。通過調查顯示，一些國家智慧環衛已經達到智能化、信息化、生態化、社會化，智慧環衛技術已經成熟，曹曼博士在2018中國智慧環衛高峰論壇指出：對比加拿大、瑞典、日本、愛爾蘭和美國智慧環衛等應用實例，最值得我國環衛借鑒的首先是源頭和機制，其次是后端排放和運營，再者是技術裝備。所以智慧環衛的建設還需要不斷完善，通過完善環衛質量管理機制、提升系統安全性、升級提高技術標準等途徑，讓智慧環衛真正落實到環衛一線[3]。

1.2 "國內研究情況

國內目前智慧景區正在不斷建設中，發展態勢較好，但目前對于“將景區與智慧環衛結合起來”方面的調查甚少，比較成功的案例有一項，即建設蜀岡——瘦西湖風景名勝區，于2020年8月份啟動智慧環衛系統建設[4]。通過市場調研，發現國內研究主要集中在應用探索階段，對于智慧環衛建設仍處在不斷摸索完善過程，例如張秀芳等[5]對環衛清掃保潔在O2O新用工形勢下的應用進行探索，以期把智慧環衛切實推行到環衛一線。同時國內產業化結構還不是很成熟，所以政府和景區需要不斷研發智能產品更好地打造自然風景區智慧環衛。

2 "產品概述

產品主要結合智慧城市建設，運用NB-IoT物聯網技術等先進技術，從而打造智慧環衛系統。主要技術是采用NB-IoT物聯網技術，該技術的特點是低功耗、廣覆蓋、大連接及性價比高。主要的用戶群體是環境保護部門、環境衛生保護局、技術開發商、生態景區和物聯網相關企業。產品主要競爭對手是其他智慧環衛管理系統研發商。產品宗旨是：建立“制度+科技+責任”的管理體系，致力于建設融智能化感知、大數據檢測、精細化管理和科學化模式為一體的智慧環衛管理系統。愿景在于讓智慧環衛真正落實到環衛一線，從而改善景區生態質量、提升游客體驗、增強游客滿意度等，把景區環衛打造成為一個真正的系統聯動、業務協同的指揮中心平臺。整個智慧環衛系統包括建設智慧環衛管理平臺、智能分類垃圾系統、智慧環衛智能手環。其大體運行機制如下。

自然風景區管理平臺裝入智慧環衛管理系統，系統接收信息，管理人員在平臺電腦上能夠看到相關大數據顯示，綜合管理環保環衛各板塊事務。

智能垃圾分類回收系統裝入NB-IoT模塊后，使該系統中的傳感器、監控攝像頭、RFID射頻識別系統和GPS定位器等功能部件相互連接與配合。若出現垃圾裝滿情況則會將信息傳送到管理平臺，管理平臺便把信息傳輸到環衛工人所佩戴的智能手環上，自動為環衛工人規劃最佳回收路線，并調動車輛迅速回收垃圾。該系統能識別垃圾的屬性，若出現垃圾投放錯誤，智能垃圾桶能自動把分類錯誤的垃圾進行重新分類。

而智慧環衛智能手環可以使環衛工人接收管理平臺發出的指令，也可以通過該手環發送信息給管理平臺。還能從中看出景區分布的垃圾的大體位置，方便他們尋找污染物并及時處理。若環衛工人處在景區例如山崖、河流等不安全位置時，手環能發出警報，并將定位信息發送至管理平臺。此外還有檢測環衛工人健康情況、查看天氣預報的功能，為讓他們在枯燥的工作中增添一絲樂趣，該手環還添加了如聽歌、聽話劇等娛樂功能。

3 "技術概況

3.1 "NB-IoT物聯網技術

采用NB-IoT新型物聯網等高新技術，打造成本低、覆蓋范圍大、功耗低、高效率、便于進行全流程的動態感知的物聯網區域，使景區內人、車、智能垃圾分類回收系統、管理平臺有效連接，形成完整體系。即對環衛相關信息進行可視化引擎服務，建設智能云終端，實現網絡化的調控管理[6]。

3.2 "傳感器檢測技術

采用基于傳感器的檢測技術，主要通過垃圾桶滿溢設備、傳感器等裝置對垃圾進行自動分類識別，即壓力傳感器采集垃圾重量數據，異味傳感器實時監測污染，紅外傳感器識別垃圾種類從而實現垃圾自動投放到準確位置，超聲波傳感器檢測桶內垃圾是否滿溢。然后將一系列檢測數據傳到控制單元，控制單元傳送信息到中央處理器，中央處理器發送指令，控制智能分類垃圾箱等設施進行工作。

3.3 "GPS定位技術

采用GPS定位信息技術，分不同場景靈活采用建設GPS天線和GPS定位器采集環衛人員、環衛車輛、環衛設施定位信息，特別是在一些地形復雜、地貌多樣的景區區域。

3.4 "GIS定位信息技術

結合GIS技術，可以監測景區范圍內的垃圾分布、狀態、數量信息，并通過NB-IoT物聯網技術將信息傳輸至智能手環以及管理平臺上。

3.5 "RFID射頻識別技術

通過在垃圾桶和垃圾收運車輛等安裝RFID標簽，并在環衛車輛及垃圾中轉站等處理設施安裝RFID讀寫器，并配上地磅，RFID讀寫器可通過射頻識別技術識別RFID電子標簽，從而得到垃圾桶及垃圾車的編號、數量、時間和地點等信息，地磅可以得到垃圾桶相關的重量信息[7]。

4 "智慧環衛管理系統分項目

4.1 "智能垃圾分類回收系統

智慧環衛系統包含的智能垃圾分類系統，是通過NB-IoT物聯網技術，使系統內各部分相互連接，相互配合工作。該智能垃圾分類系統可以識別游客投擲的垃圾種類，并語音提示游客手中的垃圾該投放在哪里。如果沒有投放正確，系統會發出警告聲，并將垃圾自動投放到正確的垃圾箱里面。該回收系統還會記錄垃圾重量，并在垃圾快滿溢時通過NB-IoT物聯網技術將該信息傳送到管理平臺，管理平臺則會派清潔工以及收運車前來處理。不僅如此，該系統還能檢測到一定范圍內的不良行為，并接收警報，將警報發送到管理平臺。該系統會根據記錄游客投放區域多的位置以及投放數量多的垃圾類別，靈活設計智能垃圾分類回收箱的擺放地點、擺放種類[8]。

4.2 "智慧環衛智能手環

智慧環衛智能手環是為了方便景區環衛工人而設置的。管理人員佩戴的手環可以使環衛信息一圖展示，集中展示所有環衛工人的分布情況、出勤情況等，方便監督管理自動化：環衛工人佩戴該手環，可以方便他們接收管理平臺發出的指令，也可以通過該手環發送信息給管理平臺。當他們進入工作范圍后就會自動考勤，若有違規行為手環也會自動發出警報，并會告知管理人員。該手環還有一鍵對講功能：即管理人員使用APP或手環對講，一鍵通知需要通知的環衛工人，以便快速調度。此外，該手環還有SOS緊急求救、天氣預報、測量健康情況等功能，以及添加了一些娛樂功能，例如可以聽歌，從而能讓他們在枯燥的工作中增添一絲樂趣。

4.3 "智慧環衛管理平臺

裝入智慧環衛系統的管理平臺運用NB-IoT物聯網技術使整個自然風景區各板塊形成統一連接、萬物互聯、便于管理的一個體系。管理平臺可通過GIS圖層、大數據技術收集環衛工作整體運行數據、各環衛板塊（包括環衛車輛、環衛設施、環衛工作人員）數據和垃圾回收處理系統數據，以及對其進行分析，以便調整管理模式。同樣，平臺會接收各板塊的信息，并且做出指示與處理。此外，該系統平臺還可以對員工工作進行考核，統一管理各板塊的資源傳輸與工作任務，把景區環衛打造成為一個真正的系統聯動、業務協同的指揮中心平臺。

5 "產品設備

運用傳感器、攝像頭、PC視屏電話、RFID、智能終端、無線網關和GPS等裝置，通過NB-IoT物聯網、互聯網、通信網傳輸給監管人員電腦，從而實現實時監測管理功能，具體見表1。

6 "產品運行機制

從數據流向角度可將整個系統分為3個層次，分別為物聯感知層、網絡傳輸層、應用服務層。主要采用NB-IoT物聯網模塊進行開發和設計，采用各層分離的方式使層次之間達到低耦合，從而增加程序的靈活性，并降低了維護的成本，數據結構和服務采用模型驅動的方式進行開發。系統分層如圖1所示。

物聯感知層：數據采集服務，主要包括智能移動終端、車載一體機設備、多功能傳感器和行車記錄設備等IoT硬件的數據采集。

網絡傳輸層：NB-IoT物聯網模塊、互聯網、無線網和2G/3G/4G等。

應用服務層：結合環衛作業實際特點和管控需求的各類應用服務系統。

自然風景區的傳統環衛模式帶來了許多弊端，例如環衛管理難、環衛工作效率低、垃圾處理難等環衛環保難的問題，說明傳統模式難以滿足自然風景區的生態文明發展，亟需創新傳統的環衛模式，順應大數據時代發展的潮流，打造新型自然風景區智慧環衛管理系統。產品根據系統應用場景圖對景區進行建設，主要是要實現NB-IoT全覆蓋，建設完畢后，系統進行工作。

基于大數據分析處理技術，管理平臺能夠收集環衛工作整體運行數據、各環衛板塊（包括環衛車輛、環衛設施、環衛工作人員）數據、污染區域數據和垃圾收運管理系統數據。基于傳感器、NB-IoT物聯網技術、智能垃圾分類系統，實現垃圾箱內垃圾自動分類，垃圾箱滿自動預警，并且及時對接負責清運的環衛車輛、環衛人員，便于垃圾回收處理；基于無線網絡、GPS定位系統技術，打造智慧環衛智能手環，通過GIS技術，利用監控管理平臺監測范圍內的垃圾分布、狀態、數量信息，將信息傳輸至智能手環上；基于互聯網、云計算、NB-IoT物聯網等先進技術，打造智慧環衛管理系統，將系統收集到的大數據信息傳至自然風景區的環衛調動中心，環衛調動中心根據所收集到的信息，把指示發送到環衛人員所帶的智能手環，并為其規劃最佳垃圾回收處理路線，從而建立自然風景區良性環衛運行機制[9]。

7 "結束語

產品主要采用NB-IoT物聯網等高新技術，打造成本低、覆蓋范圍大、功耗低、高效率的自然風景區智慧環衛系統。這樣一來，便于自然景區進行全流程的動態感知，對環衛相關信息進行可視化引擎服務，建設智能云終端，實現網絡化的調控管理，大大減輕了環衛運營成本，產生一定的生態效益。

我國自然風景區智慧環衛主要集中于應用探索實踐階段，對于智慧環衛建設還在不斷摸索完善中，景區智慧環衛的建設還需要不斷完善。產品采用NB-IoT物聯網技術，該技術的特點是低功耗、廣覆蓋、大連接及性價比高，有利于處理自然風景區里垃圾隨處可見的現象，解決垃圾多、垃圾處理難等問題，實現我國對環境的整治，降低工作中的層層成本，從而實現環境、經濟的共贏。總之，產品致力于將智慧環衛與智慧環保相結合，著力打造景區生態化、環衛智慧化，創新環保環衛模式，減輕環衛工作，打造綠色和環保的社會發展機制，為可持續發展提供內生動力。

參考文獻：

[1] 侯云龍.我國四大智慧城市群加速成形[J].小康，2018（29）：56-57.

[2] 王琳琳.國外智慧環保的應用案例[J].水工業市場，2016（7）：24-28.

[3] 曹曼.智慧環衛國內外現狀和發展戰略思考[EB/OL].2018-12-30.https：//huanbao.bjx.com.cn/news/20181230/953287.shtml.

[4] 胡儉，徐金花，朱萬炬.揚州：景區環衛很智慧[J].民生周刊，2018（28）.

[5] 張秀芳，吳宗旺，秦善德，等.環衛清掃保潔O2O應用探索[J].科技創新與應用，2020（29）：173-175.

[6] 鄭志彬，陳德，吳昊.新興窄帶物聯網技術NB-IoT[J].物聯網學報，2017，1（3）：24-32.

[7] 吳遠明.采用RFID技術對垃圾分類收運監管的模式分析[J].綠色科技，2017（14）：73-74.

[8] 王鴻菲，杜洪波，朱良雙，等.基于物聯云的垃圾箱預警及清運系統[J].智能計算機與應用，2021，11（6）：129-132，138.

[9] 段妍婷，胡斌，余良，等.物聯網環境下環衛組織變革研究——以深圳智慧環衛建設為例[J].管理世界，2021，37（8）：207-225.