基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園智慧環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)架構(gòu)

◎江希 劉方濤

一、校園內(nèi)垃圾清運現(xiàn)狀

智慧環(huán)衛(wèi)是智慧城市建設(shè)的一個重要部分，可以有效地改進當前社會發(fā)展傳統(tǒng)的垃圾清運所采取的全人工操作模式，減輕環(huán)衛(wèi)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(chǎn)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(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、傳感器等關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計了一個校園垃圾清運管理系統(tǒng)，幫助高校等區(qū)域密集區(qū)域進行科學、高效的垃圾清運。

隨著社會發(fā)展，人民生活水平的提高，在校園內(nèi)垃圾中的塑料、廢紙、金屬、廢棄電子產(chǎn)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(shù)量也猛增起來。而目前絕大多數(shù)校園還使用傳統(tǒng)方式進行垃圾清運，人們將垃圾扔到指定垃圾桶內(nèi)，然后由環(huán)衛(wèi)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(shè)施已經(jīng)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(chǎn)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(huán)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(huán)衛(wèi)垃圾清運系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

智慧環(huán)衛(wèi)下的垃圾清運將現(xiàn)代化的管理服務(wù)概念，融入到校園垃圾清運過程中，利用數(shù)據(jù)平臺，將裝置了垃圾桶、車輛狀況、人員狀態(tài)連接起來。平臺在收到垃圾桶預(yù)警信號后，及時進行信息提醒推送，通知環(huán)衛(wèi)人員進行處理，進行數(shù)據(jù)分析和處理后，規(guī)劃出最優(yōu)的車輛裝載運輸路線。降低環(huán)衛(wèi)人員作業(yè)的人力、時間成本，實現(xiàn)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(huán)境保護。智慧化的管理可以科學的評價垃圾清運作業(yè)的工作效率和質(zhì)量，促進校園管理水平的提升。

1.系統(tǒng)整體架構(gòu)。

本文設(shè)計的校園智慧環(huán)衛(wèi)垃圾清運方案，通過IOT（物聯(lián)網(wǎng)）和互聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)，實現(xiàn)了人、車、垃圾收集末端的聯(lián)動。首先在校園內(nèi)按需設(shè)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(jiān)控，進行數(shù)據(jù)采集，定期將垃圾桶相關(guān)數(shù)據(jù)進行發(fā)送，進行日常管理，一旦發(fā)生垃圾桶處于滿溢狀態(tài)，溫度、濕度、有毒有害氣體等超標，立刻發(fā)出預(yù)警信號，將信息傳輸至數(shù)據(jù)平臺，進行異常管理。通過平臺數(shù)據(jù)分析后，生成作業(yè)數(shù)據(jù)，將作業(yè)信息發(fā)送至對應(yīng)的環(huán)衛(wèi)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(shù)據(jù)感知層。

在本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)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(huán)衛(wèi)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(shè)備，可以定期發(fā)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(huán)衛(wèi)人員發(fā)出預(yù)警信號，利用智慧環(huán)衛(wèi)感知層，可以及時采集需要處置的垃圾數(shù)據(jù)信息。垃圾清運車輛和環(huán)衛(wèi)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(guān)數(shù)據(jù)。

3.數(shù)據(jù)傳輸層。

智慧物聯(lián)的數(shù)據(jù)傳輸層可以運用2G/4G、FSK/GFSK等物聯(lián)網(wǎng)遠近通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，將垃圾收集末端、清運車輛及工作人員信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)云平臺。選取具備近距離無線通信技術(shù)調(diào)制芯片做終端節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送裝置。最終數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)集中器遠程通信進行發(fā)送，為避免近距離無線通信技術(shù)同頻干擾保證通信數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和完整性，可以使用復(fù)用技術(shù)將頻分復(fù)用和時分復(fù)用相結(jié)合，能有效的提高采集成功率。最后進行數(shù)據(jù)傳輸層組網(wǎng)協(xié)議設(shè)計，包括幀格式設(shè)計和協(xié)議應(yīng)用層設(shè)計兩個部分，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的編碼及交互，數(shù)據(jù)集中器將收集數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)綌?shù)據(jù)云平臺進行數(shù)據(jù)分析處理。

4.智慧云層。

智慧云層就是將采集到的各類數(shù)據(jù)進行分析處理并最終實現(xiàn)在管理平臺上的可視化管理。例如將中國移動物聯(lián)網(wǎng)云平臺OneNET作為云平臺，作為PaaS、SaaS和IaaS層搭建網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，發(fā)揮核心鏈接能力，作為數(shù)據(jù)層和管理層上下傳輸?shù)募~帶。通過HTTP、EDP、MQTT等協(xié)議透傳，將OneNET接收到的數(shù)據(jù)按照協(xié)議解包存儲，并以API的方式提供給應(yīng)用層使用。在應(yīng)用層內(nèi)創(chuàng)建可視化管理系統(tǒng)，通過OneNET應(yīng)用編輯器，將集中器“concentrator”數(shù)據(jù)流可視化。根據(jù)架構(gòu)設(shè)計要求，可以分為數(shù)據(jù)監(jiān)測、異常上報、人員信息、車輛信息等類型進行體現(xiàn)，以顏色進行狀態(tài)區(qū)分，灰色代表下線，綠色代表工作狀態(tài)，紅色表示預(yù)警，在OneNET開發(fā)環(huán)境下完成可以提供Web和APP管理終端設(shè)計，實現(xiàn)完整的在線監(jiān)控和管理分析。

三、結(jié)語

基于智慧環(huán)衛(wèi)的校園垃圾清運方案通過全面部署實施，可以解決傳統(tǒng)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(wù)發(fā)布等功能于一體的系統(tǒng)，及時高效的獲取信息，科學規(guī)范有效的關(guān)注作業(yè)過程，管理統(tǒng)計作業(yè)進度和效果，優(yōu)化作業(yè)路線和模式，有效的提高執(zhí)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(shè)備輔助進化，減少人力勞作；將管理模式向企業(yè)化管理進化，引入標準和制度進行規(guī)范化管理，適應(yīng)校園建設(shè)發(fā)展。