基于GIS和物聯(lián)網(wǎng)的多部門協(xié)同式餐廚垃圾管理

引言

中國每年清理的生活垃圾近1.6億噸，其中餐廚垃圾約占70%。隨著城市經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人口的不斷增長，餐廚垃圾產(chǎn)生量還會持續(xù)上升,如果處理不慎，很容易被不法分子利用,危害極大。近年來，政府部門高度重視餐廚垃圾管理工作，制定并實施了相應的政策、措施。例如，北京政府公報提出:“2015年，餐飲服務單位餐廚廢棄油脂回收處理實現(xiàn)規(guī)范化運行，規(guī)范收運率達到100%”；目前，上海市也已經(jīng)建立一定規(guī)模的餐廚垃圾回收處理體系，實現(xiàn)了提煉生物柴油的技術(shù)。

可見，雖然在部分大城市中對餐廚垃圾的回收處理產(chǎn)生了一定的效果，但處理能力明顯不足且缺乏全面系統(tǒng)的全過程監(jiān)管。就此，本項目擬利用當前應用較成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（RFID技術(shù)）以及無線通信技術(shù)，將兩者結(jié)合應用于餐廚垃圾科學管理中，從而研發(fā)一種新的餐廚垃圾管理業(yè)務模式并予以實施。但本項目并不是針對餐廚垃圾處理的整個環(huán)節(jié)，而只是力圖解決餐廚垃圾充分回收和全程監(jiān)管的這個關(guān)鍵步驟，通過管理手段、技術(shù)手段和經(jīng)濟手段創(chuàng)新并行，予以解決。

1管理模式

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在指揮中心、工商、稅務的多部門協(xié)同條件下，針對餐館飯店的餐飲企業(yè)產(chǎn)生的餐廚垃圾的收集及運輸環(huán)節(jié)進行全方位的管理。具體參考如圖1所示。

1.1收集管理

通過政府制定法律法規(guī)，餐飲單位必須安裝油水隔離池、油水分離器等設施，每天定時、定量、定人、定責任地把餐廚垃圾通過油水分離器分離、提取，不能私自倒賣提取出的廢油脂。必須將廢油脂裝到專門的定量筒里，回收前采集定量筒信息和稱重信息，然后由指定的處理廠回收處理。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，主要通過RFID標簽進行餐廚垃圾回收中的回收量管理。

即便如此，仍有一部分餐廚垃圾會流入地下管道，為防止不法分子從地下管道中獲取地溝油，可以在餐飲單位輸出餐廚垃圾相關(guān)的管道井蓋上安裝位置傳感器，開啟這些井蓋需要授權(quán)。如果有人私自開啟，位移傳感器就會立刻報警，并將井蓋的位置信息發(fā)送到指揮中心的系統(tǒng)管理平臺上。

1.2運輸管理

垃圾從餐廳、廚房中出來后，仍然可能人為地從運輸過程中獲取其中的油脂，進行違法處理行為，所以運輸過程也應予以嚴格的管理。其整體監(jiān)管流程如圖2所示。

借助GPS的導航功能，可以很好地定位車輛的位置。在垃圾稱重，裝上車后，便可對車輛的軌跡進行跟蹤，采用GPRS無線傳輸將車輛的路徑實時傳入指定的監(jiān)控中心，對車輛予以實時的跟蹤。

這樣，在車輛行進中進行GPS實時定位監(jiān)控，就可以規(guī)定垃圾車按指定的路徑運輸。如果沒有按指定的路徑運輸或途中逗留時間過長，則系統(tǒng)管理平臺將會自動報警，并由相應的人員進行調(diào)查，看一下是否有違法行為發(fā)生。不法分子就比較難接觸到垃圾了。即使有人動過垃圾，很可能就可以反應到車輛的行駛路徑上來(如：停的時間太長，路線與常規(guī)不符)。

2軟件平臺研發(fā)

根據(jù)電子標簽的餐廚垃圾處理的業(yè)務模式，本設計主要涉及兩部分關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作,即餐廚垃圾管理平臺和數(shù)據(jù)采集客戶端。

2.1餐廚垃圾管理平臺研發(fā)

餐廚垃圾管理平臺是綜合性的管理系統(tǒng)，是項目重要研發(fā)項目之一。平臺采用三層體系結(jié)構(gòu)，其總體架構(gòu)如圖3所示。餐廚垃圾管理平臺負責餐廚垃圾回收各流程階段的動態(tài)監(jiān)管、與工商和稅務等部門的協(xié)同操作、餐廚垃圾處理相關(guān)設施和相關(guān)部門的管理功能，并提供跟項目有關(guān)各種信息統(tǒng)計分析等功能，其主要功能包括以下5個部分。

2.1.1基礎GIS(GeographicInformationSystem)系統(tǒng)

該管理平臺充分利用GIS系統(tǒng)的地理數(shù)據(jù)管理和分析功能，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，將會大大提高對餐廚垃圾管理的效率和靈活性。

2.1.2GPS搜索定位系統(tǒng)

該部分主要是對餐廚垃圾管理的運輸環(huán)節(jié)進行動態(tài)監(jiān)測，將在電子地圖上顯示垃圾運輸車的實時位置和路徑，并實時進行空間分析。如果運輸車的實時位置超出了規(guī)定的行駛路線，則系統(tǒng)開始報警并將該運輸車的實時位置和錯誤的行駛路線在電子地圖上以不同的顏色顯示或高亮顯示出來。圖4所示是運輸過程的GPS動態(tài)監(jiān)控圖。

上述不合理的情況出現(xiàn)后，可安排管理人員進行調(diào)查，以防不法行為的發(fā)生。

2.1.3無線網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)

圖5所示是本系統(tǒng)的通信模式圖。圖中，每個垃圾筒上都配有無源RFID標簽，餐廚垃圾回收人員通過手持PDA進行數(shù)據(jù)采集，每一輛餐廚垃圾的運輸車上都配備GPS接收機,運輸過程中采集車輛的實時位置。最終這些數(shù)據(jù)將通過GPRS無線網(wǎng)絡實時傳送到餐廚垃圾管理平臺，實現(xiàn)對餐廚垃圾回收過程的動態(tài)可視化管理。

圖5  通信模式

2.1.4異常分析和動態(tài)管理

異常情況分析和動態(tài)應急管理是該系統(tǒng)平臺的核心內(nèi)容之一。系統(tǒng)平臺運行過程中，根據(jù)動態(tài)變化的數(shù)據(jù)進行異常分析，根據(jù)系統(tǒng)的自動分析，歹U出可能出現(xiàn)的異常情況，能夠及時向管理人員發(fā)出報警信息。借助系統(tǒng)平臺的任務管理功能,從而實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)管。

2.1.5多部門的協(xié)同操作關(guān)系

餐廚垃圾管理平臺可以直接從工商部門調(diào)用餐飲單位或餐廚垃圾處理廠的營業(yè)資格和營業(yè)額信息，并從稅務部門調(diào)取各企業(yè)的納稅情況等信息，根據(jù)這些信息可以為餐飲單位產(chǎn)生的餐廚垃圾量進行估算，以便發(fā)放適量的垃圾筒，為餐廚垃圾車制定適當?shù)倪\輸路線。

工商部門和稅務部門都可以獲取餐廚垃圾相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，可以將餐飲單位對餐廚垃圾的處理情況作為工商部門對營業(yè)資格審核、稅務部門對納稅額度審核的一個參考標準E通過共用一個平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，最終達到多部門的協(xié)同管理。圖6所示是一種多部門協(xié)同操作圖。

圖6  多部門協(xié)同操作圖

2.2數(shù)據(jù)采集客戶端研發(fā)

該客戶端負責餐廚垃圾回收數(shù)據(jù)的實時采集，主要基于手持PDA研制，充分利用原有設備功能，主要功能有電子標簽識別、統(tǒng)計記數(shù)、數(shù)據(jù)上傳等。

2.3搭建多部門數(shù)據(jù)交換平臺

搭建多部門的數(shù)據(jù)交換平臺實際上就是在不同架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)共享和傳輸，需要保證以下三點：一是明確數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)交換平臺上傳輸?shù)慕粨Q格式并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的傳輸協(xié)議進行傳輸[7]:二是明確各部門在數(shù)據(jù)交換平臺上的權(quán)限問題；三是數(shù)據(jù)交換平臺的安全性。

數(shù)據(jù)交換平臺將各個部門的基本需求、各個部門提供的安全平臺提供的安全機制、數(shù)據(jù)存儲層與應用層的有效隔離有機地結(jié)合在一起，使餐廚垃圾管理系統(tǒng)平臺和各部門的應用系統(tǒng)與其底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與存儲方式無關(guān)。各部門應用系統(tǒng)和餐廚垃圾管理系統(tǒng)平臺與數(shù)據(jù)交換平臺相連，通過數(shù)據(jù)交換平臺來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和路由地這種連接方式實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫交換和共享訪問，保證了各業(yè)務系統(tǒng)的有效協(xié)同，同時又能保證各應用系統(tǒng)的相互獨立性和低耦合性，從整體上提高了系統(tǒng)運作效率和安全性。

3結(jié)語

本文著力于解決在城市餐廚垃圾管理中的多部門協(xié)同參與以及相應的技術(shù)性問題，其方法是一方面充分調(diào)動城市相關(guān)管理部門的職能，另一方面利用物聯(lián)網(wǎng)和地理信息系統(tǒng)等先進的科學技術(shù)手段，來輔助和完善餐廚垃圾管理系統(tǒng)的建設。事實上，城市生態(tài)環(huán)境建設與政府、企業(yè)和個人都是息息相關(guān)的，需要政府、企業(yè)和個人的共同努力。

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