基于物聯網技術的再生資源管理信息平臺研究

〔摘 要〕對城市再生資源研究現狀和物聯網技術的特點進行了分析，并結合武漢市再生資源管理現狀和問題，提出運用先進的物聯網技術，構建了武漢市城市再生資源管理信息平臺。通過該平臺，能夠對再生資源的分類收集、分類運輸、分類處理全程信息化監控與管理，自動實現再生資源智慧收集、智慧運輸、智慧處理，最終完成智慧循環的目的。

〔關鍵詞〕再生資源；智慧循環；物聯網技術

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０８２１．２０１１．１２．０１６

〔中圖分類號〕Ｇ２５０.７８ 〔文獻標識碼〕Ａ 〔文章編號〕１００８－０８２１（２０１１）１２－００５９－０４

Renewable Resources Mangement Information System

Based on Internet of Things TechnologyLi Xiang

（College of Public Administration，Huazhong University of Science Technology，Wuhan 430074，China）

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕This paper analyzed the current research situation of renewable resources and proposed a management information platform based on Internet of things technology.Taking Wuhan city as a case study，this study showed that it was feasible to develop renewable resources management information platform based on Internet of Things technology.It will help the government better use the information produced in every stage of renewable resources management，and finally achieve the goal of intelligent cycle.

〔Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ〕renewable resources;intelligent cycle;internet of things technology

2005年以來，有關物聯網技術的文章在我國不斷涌現，盡管我國對物聯網技術的研究起步較晚，但它在相關領域的應用研究卻取得了很大的成績，目前，物聯網技術應用研究主要在我國商業和軍事領域，但根據《物聯網產業發展研究（2010）》報告［１］指出，中國物聯網產業將在未來1～3年將以公共管理和服務市場的政府管理、城市管理、公共服務等領域為重點，結合應急安防、智能管控、節能降耗、綠色環保、公眾服務等具有迫切需求的應用場景，形成一系列的解決方案。因此，物聯網技術應用到城市垃圾處理領域，必將是一個發展趨勢，并能產生巨大的經濟、社會和環境效益，不僅可以減少政府在城市垃圾的處理費用；而且還可以創造美好的城市環境、增強群眾的環保與節約資源意識、促進社會走可持續發展道路、發展循環經濟和低碳經濟，實現社會經濟又好又快發展。把物聯網技術應用到城市再生資源管理中，要研究物聯網技術的特點與城市再生資源管理的特點，研究如何把已有的相應技術應用到城市再生資源管理中，構建基于該技術的管理信息平臺。為了達到這個目的，本文首先分析了城市再生資源的研究現狀，提出了目前城市再生資源研究的不足，然后結合武漢市再生資源的管理現狀和問題，構建了基于物聯網技術的武漢市再生資源循環管理信息平臺，最后，提出武漢市再生資源數字化管理策略。

１ 城市再生資源研究現狀

國內外城市再生資源的研究主要是對城市的垃圾的各個方面的研究，包括城市垃圾的產量預測、選址、收集、運輸、處理和管理模式。

１.１ 城市垃圾的產量預測

準確預測城市垃圾產生量是構建與運行垃圾管理系統的首要條件。張蕾等［２］在系統地分析生活垃圾產生量影響因素及因素間互動關系的基礎上，建立了基VENSIM軟件的系統動力學模型，并將該模型應用于深圳市城市生活垃圾產生系統。結果表明：運用系統動力學方法可以較好地進行城市生活垃圾產生量預測，解決了數據稀缺條件下城市生活垃圾產生量的精確預測問題，為處理處置工藝的選擇和規模的確定提供了數據支撐，同時可以在垃圾產生量預測的基礎上進行不同政策下系統的行為模擬。

１.２ 城市垃圾的選址

城市垃圾的選址是垃圾中轉站、填埋場、焚燒場等處理設施的選址。許詩康［３］運用層次分析法、模糊綜合評判法和多目標決策理論，對城市生活垃圾焚燒發電廠進行選址分析。李淑貞等［４］應用GIS中的空間分析方法來輔助衛生填埋場的選址，從宏觀空間的角度對填埋場的場址進行評價和判斷，為領導決策提供重要依據。賈傳興［５］等根據城市垃圾收運系統的特點，引入逆向物流系統選址規劃的理念，選用集合覆蓋模型對中轉站的位置進行初步優化，確定了垃圾中轉站的待選點。

１.３ 城市垃圾的收集

城市垃圾收集包括混合收集與分類收集兩種模式。混合收集是指未經任何處理，把各種城市垃圾混雜在一起的收集方式，其管理方法簡單，且費用相對較低，所以在發展中國家應用比較廣泛；分類收集是從垃圾產生的源頭居民家庭開始，按照不同處置方式的要求，將垃圾分類后收集、儲存運輸及到最后的科學處理，該收集方式是環境衛生工作的重要一環，是實施垃圾源頭減量化、資源化、無害化的重要舉措。因此國內外大部分城市，比如美國、德國、英國和中國等都開始對生活垃圾的收集開始從混合收集變成分類收集，大部分做法都是通過設置不同顏色的垃圾桶來達到分類收集的目的，我國的垃圾分類起步工作比較晚，在2000年，我國開始對8個城市進行垃圾分類收集試點，它們是北京、上海、杭州、深圳、廣州、廈門、桂林、南京［６］。

基于物聯網技術的再生資源管理信息平臺研究１.４ 城市垃圾的運輸

王香治等［７］提出用最優的方法應用于垃圾運輸車輛調度可降低運輸總成本。劉炳凱等［８］針對城市生活垃圾快速增長所帶來的收運成本增加以及居民生括環境惡化等問題，提出基于地理信息系統(GIS)的垃圾收運管理系統設計方案，包括系統結構、數據庫模型等，采用掃描與分支定界相結合的算法實現垃圾收運的調度優化。Euge＾nio de Oliveira等［９］針對固廢物收集提出了一個決策支持系統，實現優化運輸路線、提高垃圾運輸效率與降低運輸成本。

１.５ 城市垃圾的處理

郭惠等［１０］根據海口市的垃圾處理現狀，運用模糊數學層次分析法，對填埋、焚燒＋填埋、堆肥＋填埋3種不同的垃圾處理方案進行綜合評價，為海口市的環境衛生管理決策及規劃提供參考。周琨［１１］通過對昆明市生活垃圾處理與利用情況調查，提出昆明市生活垃圾處理應該采用基于垃圾分類的綜合處理技術，即對于易降解的有機生活垃圾采用厭氧消化的處理方式，可以得到綠色能源和肥料；不易降解的部分進行回收或生產廢棄物復合材料；衛生填埋只能作為垃圾產業化處理的最終處置方式。

１.６ 城市垃圾的管理模式

目前，城市垃圾的管理模式的研究都是建立在循環經濟、可持續發展的角度上。Y.P.Li.G.H.Huang等［１２］針對加拿大里賈納市的生活垃圾長效管理提出一種集合兩階段優化模型。徐曉霞［１３］等提出城市生活垃圾系統化管理模式是指通過戰略性的途徑以達到包括所有來源的生活垃圾和涉及垃圾管理所有的一種可持續的管理模式，它是以一種系統化的理念來考慮廢物的產生、分類、運輸、處理、回收和處置的各個環節，強調最大限度地有效利用資源和提供合理的技術進行無害化的處理處置。

從上面的分析可以看出，對城市垃圾管理的研究主要集中在方法、政策、和模型的建構上，這些研究對我國城市垃圾管理的健康發展起到了一定的指導作用，但理論上的研究還需要通過一定的技術手段去實現，目前在技術上的研究只針對城市垃圾運輸、選址上，造成技術整體上不具有連續性和系統性，很難形成一套完整的技術解決方案。因此如何通過數字化技術手段實現對城市垃圾的收集、運輸、處理全過程監控與管理的研究是本文的創新之處。

２ 武漢市再生資源管理現狀和主要問題

武漢市是我國中部地區最大的中心城市，同時又是一個人口眾多和老工業基地，隨之而來的生活和生產所帶來的垃圾處理問題尚未得到很好解決。2010年4月，武漢市市長阮成發在市環委會指出武漢市的垃圾問題已成為城市生活環境存在的五大軟肋之一，目前武漢市中心城區每天產生生活垃圾6 000多噸，并以每年4%的速度增長，現有填埋場的處理能力，不能適應生活垃圾的迅猛增長。如果所有的垃圾都進行填埋，不出50年，整個武漢城區將埋入2米深的垃圾山下，再加上武漢市垃圾處理能力的滯后，和垃圾清掃收集工作不到位，導致全市環境衛生嚴重滑坡，城中村、集貿市場周邊、背街小巷、城鄉結合部等區域暴露垃圾成堆，周邊居民意見很大［１４］。

針對武漢市垃圾管理問題，中央與武漢市政府出臺了一系列法律政策。1998年，制定了《武漢市城市生活垃圾管理辦法》；2001年，武漢市開始實行垃圾分類收集試點；2008年，武漢市被商務部列為全國再生資源回收體系建設26個試點城市之一，同年又被國務院批準成為“兩型社會”改革試驗區；2009年底，武漢市通過了針對本市的《再生資源回收管理條例》，同年又開始實行垃圾收費試點。經過一系列的政策出臺，武漢市垃圾管理近年來取得了很大進步，為城市發展和保護市民身體健康做出了積極貢獻，但從總體上講，仍面臨著技術研究落后于管理要求，管理落后于社會需求的被動局面，主要表現在以下幾個方面：

２.１ 運輸成本大

武漢市環衛部門在城市垃圾運輸成本較高，再加之收集設施、中轉站規劃不合理，導致了垃圾運輸設施的重復運輸，降低工作效率，對垃圾運輸路線沒有很好優化設置，導致成本過大，資源浪費。

２.２ 二次污染嚴重

武漢市由于垃圾處理能力的滯后，導致垃圾在收集、運輸、處理等環節出現了許多比如惡臭、污染地下水、焚燒超標排放等嚴重的二次污染，對市民的周邊環境造成很大的破壞，引起多次市民矛盾糾紛與上訪事件。

２.３ 公民環境保護意識不強

目前，武漢市民對垃圾的處理比較隨意，更沒有很強的垃圾分類行為。因此，必須利用各種手段，加大宣傳力度，提高市民的環境意識、責任意識、參與意識以及有關垃圾分類的科普知識。

２.４ 忽視垃圾前端控制，注重垃圾末端處理

近年來，武漢市政府在垃圾末端的處理設施建設方面的投資越來越大，2009年末，武漢第4座新溝垃圾焚燒廠開建，到2012年，武漢將建成5座垃圾焚燒廠，同時配套建成3座垃圾填埋場。實踐說明，單獨依靠衛生填埋、焚燒等被動的末端治理管理方式，難以徹底解決許多城市面臨的垃圾問題，要解決垃圾圍城這一問題，必須從城市生活垃圾產生源頭管理的角度入手。

２.５ 垃圾收集，運輸設施規劃不合理

武漢市垃圾收集網點布局不合理，存在行政區域分割問題如有的地區垃圾桶數量過多，經常有一部分垃圾桶閑置著；有的地區卻太少，裝載不了過多的廢棄物。由于缺乏系統整體性，造成垃圾收集過程資源配置不當，存在嚴重浪費，武昌、漢口、漢陽3個區收運垃圾的運作方式是各自獨立運行的，結果造成垃圾中轉壓縮站、運輸車工作時間長和資源閑置浪費。

３ 武漢市再生資源管理信息平臺

物聯網是將各種信息傳感設備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器、無線傳感器等裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，最終實現對物體進行識別、定位、追蹤、監控［１５］。由于物聯網技術的具有實效性、動態性等特點，而城市再生資源管理也是一個動態過程，因此該技術非常適合應用到城市再生資源管理，它可以加強信息收集、分析和預測，利用信息手段進行動態評估與監控，從被動式管理向主動式管理轉變，徹底改變管理落后于社會需求的被動局面。因此構建基于物聯網技術的武漢市再生資源循環管理信息平臺，能夠對垃圾的分類收集、分類運輸、分類處理全程信息化監控與管理，自動實現垃圾智慧收集、智慧運輸、智慧處理，最終完成智慧循環的目的。該平臺分為三大模塊，功能如圖１。

３.１ 智慧收集模塊

利用紅外感應器技術，可以方便、高速的在收集設施的過程中采集垃圾的信息和實現對垃圾進行自動分類；并把RFID電子標簽貼在垃圾收集設施上，對收集設施實現統一動態管理，并實時能把垃圾相關信息傳輸到管理信息平臺。

３.２ 智慧運輸模塊

垃圾運輸設施在出發之前按照平臺調配好的人員、路線對收集設施進行裝載，內置在運輸設施內RFID閱讀器同時能從收集設施上的電子標簽讀取數據，把更新的信息與管理信息平臺互聯，或在垃圾運送沿途設置閱讀器裝置點，使整個物流信息網絡聯網，如果出現了特別緊急的需求或運輸環境的變化，可以及時改變運輸方式與路線，最終實現在最少的行駛里程內，回收盡量多的垃圾。

３.３ 智慧處理模塊

在垃圾處理設施的廠內設置RFID讀取器，直接讀取貼在分好類的垃圾收集箱上的電子標簽的信息，自動入廠，安排進行處理；還可以根據垃圾處理廠生產的綠色能源和肥料的市場需求，通過平臺告知要提高哪些垃圾的回收量。在污染控制方面，對垃圾處理廠排污口設置無線傳感器，實時對環境污染進行檢測，將原本需要大量的人力物力才能完成的日常監測、采樣等數據收集工作交由該平臺來完成，并進行數據統計分析，然后通過網絡傳到相關管理部門。

該平臺最終實現對城市再生資源種類、來源、收集、運輸、交易、加工利用各個環節信息進行管理銜接，加快垃圾處理、物流、計量統計全程信息化監控，為精細化管理打好基礎；方便政府對城市垃圾及其綜合處理利用相關數據準確、及時的統計分析及產業的發展潛力、趨勢的預測、評估、導向，為實施稅收、價格、投資、技術開發、市場投放等宏觀調控提供有力依據，以獲取最佳的經濟、社會、環境效益。

４ 武漢市再生資源的數字化管理策略

針對基于物聯網技術的武漢市再生資源管理信息平臺，提出武漢市再生資源數字化管理策略：

４.１ 網上在線監控城市再生資源的收集、運輸、處理等設施運行狀況善相關法律法規，提高使用環境的安全性 通過該平臺，實時對垃圾收集、運輸、處理等環節所產生的二次污染進行監控，降低垃圾對沿途和周邊環境污染的可能性。

４.２ 在線組織專題活動

通過該平臺獲知哪種垃圾與哪個地區的垃圾回收率的高低，并在線組織有關垃圾與環境的專題活動，促進循環經濟深入人心。

４.３ 在線模擬改造和新建城市再生資源的收集、運輸、處理設施的設計、建設 利用該平臺實時采集的信息，可以預測武漢市垃圾年產量和垃圾成分變化，實現垃圾收集、處理設施選址最優化配置。運用GIS和RS技術動態監測和分析各地區垃圾產生情況，根據各收集設施回收的數量科學決策、合理確定新建和改造收集設施的位置、規模等；根據各項因素因子，合理確定垃圾處理設施的具體位置及規模；按照各類垃圾產生量設計不同的運輸時間和頻率；通過GPS技術實現垃圾運輸最優化路線設置。

４.４ 實現數字化城市再生資源管理應急機制與環境移動執法 該平臺可以提高武漢市對城市垃圾處理突發事件的能力。通過對垃圾收集、運輸、處理設施的安全和運行進行在線監督檢查，建立有效的城市垃圾管理預警機制。還可以與武漢市網格化管理平臺集成，有助于提高武漢市的城市信息化管理水平。對于亂投亂仍垃圾、暴露垃圾等影響城市環境的行為，可以實時向監督指揮中心舉報；便于環保執法人員隨時掌握環保業務信息，在執法現場及時查詢污染源的監管情況，明確管轄對象和責任，同時統一了武漢市區執法平臺，規范執法的流程，確定區域網格責任人，避免推委和執法不力情況的發生。

參考文獻

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