基于GIS和物联网的多部门协同式餐厨垃圾管理

引言

中国每年清理的生活垃圾近1.6亿吨，其中餐厨垃圾约占70%。随着城市经济的不断发展和人口的不断增长，餐厨垃圾产生量还会持续上升,如果处理不慎，很容易被不法分子利用,危害极大。近年来，政府部门高度重视餐厨垃圾管理工作，制定并实施了相应的政策、措施。例如，北京政府公报提出:“2015年，餐饮服务单位餐厨废弃油脂回收处理实现规范化运行，规范收运率达到100%”；目前，上海市也已经建立一定规模的餐厨垃圾回收处理体系，实现了提炼生物柴油的技术。

可见，虽然在部分大城市中对餐厨垃圾的回收处理产生了一定的效果，但处理能力明显不足且缺乏全面系统的全过程监管。就此，本项目拟利用当前应用较成熟的物联网技术（RFID技术）以及无线通信技术，将两者结合应用于餐厨垃圾科学管理中，从而研发一种新的餐厨垃圾管理业务模式并予以实施。但本项目并不是针对餐厨垃圾处理的整个环节，而只是力图解决餐厨垃圾充分回收和全程监管的这个关键步骤，通过管理手段、技术手段和经济手段创新并行，予以解决。

1管理模式

利用物联网技术，在指挥中心、工商、税务的多部门协同条件下，针对餐馆饭店的餐饮企业产生的餐厨垃圾的收集及运输环节进行全方位的管理。具体参考如图1所示。

1.1收集管理

通过政府制定法律法规，餐饮单位必须安装油水隔离池、油水分离器等设施，每天定时、定量、定人、定责任地把餐厨垃圾通过油水分离器分离、提取，不能私自倒卖提取出的废油脂。必须将废油脂装到专门的定量筒里，回收前采集定量筒信息和称重信息，然后由指定的处理厂回收处理。利用物联网技术，主要通过RFID标签进行餐厨垃圾回收中的回收量管理。

即便如此，仍有一部分餐厨垃圾会流入地下管道，为防止不法分子从地下管道中获取地沟油，可以在餐饮单位输出餐厨垃圾相关的管道井盖上安装位置传感器，开启这些井盖需要授权。如果有人私自开启，位移传感器就会立刻报警，并将井盖的位置信息发送到指挥中心的系统管理平台上。

1.2运输管理

垃圾从餐厅、厨房中出来后，仍然可能人为地从运输过程中获取其中的油脂，进行违法处理行为，所以运输过程也应予以严格的管理。其整体监管流程如图2所示。

借助GPS的导航功能，可以很好地定位车辆的位置。在垃圾称重，装上车后，便可对车辆的轨迹进行跟踪，采用GPRS无线传输将车辆的路径实时传入指定的监控中心，对车辆予以实时的跟踪。

这样，在车辆行进中进行GPS实时定位监控，就可以规定垃圾车按指定的路径运输。如果没有按指定的路径运输或途中逗留时间过长，则系统管理平台将会自动报警，并由相应的人员进行调查，看一下是否有违法行为发生。不法分子就比较难接触到垃圾了。即使有人动过垃圾，很可能就可以反应到车辆的行驶路径上来(如：停的时间太长，路线与常规不符)。

2软件平台研发

根据电子标签的餐厨垃圾处理的业务模式，本设计主要涉及两部分关键技术的研发工作,即餐厨垃圾管理平台和数据采集客户端。

2.1餐厨垃圾管理平台研发

餐厨垃圾管理平台是综合性的管理系统，是项目重要研发项目之一。平台采用三层体系结构，其总体架构如图3所示。餐厨垃圾管理平台负责餐厨垃圾回收各流程阶段的动态监管、与工商和税务等部门的协同操作、餐厨垃圾处理相关设施和相关部门的管理功能，并提供跟项目有关各种信息统计分析等功能，其主要功能包括以下5个部分。

2.1.1基础GIS(GeographicInformationSystem)系统

该管理平台充分利用GIS系统的地理数据管理和分析功能，并结合物联网，将会大大提高对餐厨垃圾管理的效率和灵活性。

2.1.2GPS搜索定位系统

该部分主要是对餐厨垃圾管理的运输环节进行动态监测，将在电子地图上显示垃圾运输车的实时位置和路径，并实时进行空间分析。如果运输车的实时位置超出了规定的行驶路线，则系统开始报警并将该运输车的实时位置和错误的行驶路线在电子地图上以不同的颜色显示或高亮显示出来。图4所示是运输过程的GPS动态监控图。

上述不合理的情况出现后，可安排管理人员进行调查，以防不法行为的发生。

2.1.3无线网络传输系统

图5所示是本系统的通信模式图。图中，每个垃圾筒上都配有无源RFID标签，餐厨垃圾回收人员通过手持PDA进行数据采集，每一辆餐厨垃圾的运输车上都配备GPS接收机,运输过程中采集车辆的实时位置。最终这些数据将通过GPRS无线网络实时传送到餐厨垃圾管理平台，实现对餐厨垃圾回收过程的动态可视化管理。

图5  通信模式

2.1.4异常分析和动态管理

异常情况分析和动态应急管理是该系统平台的核心内容之一。系统平台运行过程中，根据动态变化的数据进行异常分析，根据系统的自动分析，歹U出可能出现的异常情况，能够及时向管理人员发出报警信息。借助系统平台的任务管理功能,从而实现动态监管。

2.1.5多部门的协同操作关系

餐厨垃圾管理平台可以直接从工商部门调用餐饮单位或餐厨垃圾处理厂的营业资格和营业额信息，并从税务部门调取各企业的纳税情况等信息，根据这些信息可以为餐饮单位产生的餐厨垃圾量进行估算，以便发放适量的垃圾筒，为餐厨垃圾车制定适当的运输路线。

工商部门和税务部门都可以获取餐厨垃圾相关数据的统计，可以将餐饮单位对餐厨垃圾的处理情况作为工商部门对营业资格审核、税务部门对纳税额度审核的一个参考标准E通过共用一个平台实现数据共享，最终达到多部门的协同管理。图6所示是一种多部门协同操作图。

图6  多部门协同操作图

2.2数据采集客户端研发

该客户端负责餐厨垃圾回收数据的实时采集，主要基于手持PDA研制，充分利用原有设备功能，主要功能有电子标签识别、统计记数、数据上传等。

2.3搭建多部门数据交换平台

搭建多部门的数据交换平台实际上就是在不同架构的数据库管理系统中的数据共享和传输，需要保证以下三点：一是明确数据在数据交换平台上传输的交换格式并转换成统一的传输协议进行传输[7]:二是明确各部门在数据交换平台上的权限问题；三是数据交换平台的安全性。

数据交换平台将各个部门的基本需求、各个部门提供的安全平台提供的安全机制、数据存储层与应用层的有效隔离有机地结合在一起，使餐厨垃圾管理系统平台和各部门的应用系统与其底层的数据结构与存储方式无关。各部门应用系统和餐厨垃圾管理系统平台与数据交换平台相连，通过数据交换平台来实现数据共享和路由地这种连接方式实现了数据的无缝交换和共享访问，保证了各业务系统的有效协同，同时又能保证各应用系统的相互独立性和低耦合性，从整体上提高了系统运作效率和安全性。

3结语

本文着力于解决在城市餐厨垃圾管理中的多部门协同参与以及相应的技术性问题，其方法是一方面充分调动城市相关管理部门的职能，另一方面利用物联网和地理信息系统等先进的科学技术手段，来辅助和完善餐厨垃圾管理系统的建设。事实上，城市生态环境建设与政府、企业和个人都是息息相关的，需要政府、企业和个人的共同努力。

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