CN103577923A - 一种智能垃圾清运系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一个基于物联网技术的城市垃圾清运物流系统。该系统包括智能垃圾桶、垃圾清运车、垃圾中转站和垃圾处理厂四部分。它们都通过无线方式接入一个物联网之中，使用信息系统进行动态管理。以及一种利用上述物联网应用基础的智能清运可回收垃圾的方法。

Description

一种智能垃圾清运系统

技术领域

本发明涉及物联网应用领域，特别是一种垃圾智能清运的方法和系统。

背景技术

据悉，城市生活垃圾中有近40％是可回收资源，而目前一般的城市垃圾处理方式仍为原始的混合收集、混合清运方式，并没有做到分类收集、清运，资源再生利用率低。我国处理回收垃圾没有一个完善有效的回收体系，人们对于垃圾分类回收的意识非常淡薄。以至于全国每年在垃圾中扔掉的可再生资源价值就高达400亿元，垃圾分类回收是很有必要的。

垃圾分类回收有别于传统的混合垃圾处理，它的特点在于有序、相对清洁、易碎物品较多。现有的垃圾清运系统一般是由垃圾桶和收运车组成，每辆收运车负责固定的一片区域，每天巡回收集该区域内各个小区、街道上的垃圾桶内的垃圾。还有一种垃圾桶为带底轮的塑料垃圾桶，桶上口部有挂钩，垃圾车是压缩车，后部带提升装置，塑料垃圾桶可以挂到提升装置上，进行装车，然后压缩，再运到垃圾场。上述作业模式都是不加区分的巡回作业，效率很低，资源浪费，且不能对垃圾进行二次分类利用。

“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网在智能物流方面的应用极为广泛，智能物流打造了集信息展现、电子商务、物流配载、仓储管理、金融质押、园区安保、海关保税等功能为一体的物流综合信息服务平台。

发明内容

本发明的目的是给出一种利用上述物联网应用基础的智能清运可回收垃圾的方法和系统，它从分类垃圾袋投放入回收垃圾桶开始到最终入库都做了新的设计。通过这种能清运方法和系统，可以有效降低垃圾丢失率并降低清运过程的能源消耗，另外通过物联网自动跟踪，增强了对整个清运回收过程的管理，减少了差错。

在这个体系中包括了智能分类垃圾回收桶、垃圾清运车、垃圾中转站和垃圾处理厂四部分。

一种智能可回收垃圾清运方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)给每个可回收垃圾袋贴上唯一的二维码p1；

2)每个垃圾桶包含可更换的内桶，且内桶被内嵌了唯一的RFID标签或二维条码；

3)每个垃圾袋投放时自动记录内桶的初始重量m1，投放后内桶重量m1’，二者差值为所投放垃圾的重量；

4)当内桶容量检测装置检测出内桶剩余容量不足时，垃圾桶内的主控机向信息服务器发出收运请求；

5)垃圾清运车收运垃圾桶时，记录内桶的重量m2及其ID号d1；清运车所走路线由系统制定的最优路线策略决定；

6)在垃圾中转站扫描记录清运车运送来的垃圾内桶的身份和重量信息，当中转站垃圾达到一定数量时，系统安排垃圾清运车将垃圾从中转站送至垃圾处理分拣厂；

7)在垃圾处理分拣厂对入库的每个垃圾桶的ID和车号以及责任人工号进行关联记录，并与此前中转站发出时的记录进行比对核实；

8)在垃圾处理分拣厂，对入库的每个垃圾袋的重量及二维码进行记录。

上述路线策略包括：首先确定目标收运的垃圾桶的位置，然后根据Dijkstra--最短路径算法并结合GPS导航地图，算出遍寻这些垃圾桶节点的最短最佳路线。所述最短路径算法的条件是：1.假定收运车必定是从一个节点到另一个节点，并且走规定的路线，不存在中途走到其它地方的情况；2.假定路况良好且分布均匀，但已经按照实际地图路线，充分考虑了各种掉头的等情况。

为了能实现上述步骤，可以配置以下设备：

首先是智能垃圾桶：垃圾桶自身可以探测到其内桶的饱和情况，包括桶内垃圾的重量和体积信息，会根据系统服务器的指令，将这些信息通过安装在桶内的无线网络发送给信息服务器。另外智能垃圾桶可以打印用户的唯一二维码，这样用户在投放垃圾袋时可以将对应的二维码贴在垃圾袋上。可拆卸的垃圾内桶，用于整体转运垃圾，内桶上带有一个唯一标识的甚高频RFID标签，用于标识该内桶在系统中的身份。

其次是可回收垃圾清运车：清运车使用电力供应，装载有甚高频RFID读写器、联机称重地磅以及车载一体机。甚高频RFID读写器用于识别装运的垃圾内桶，联机称重地磅可以将当前搬运的内桶重量自动记录到系统，车载一体机则集触摸屏、GPS导航和3G无线通讯模块于一身，且能够动态监测车上电池电量。车载一体机定时上传本车GPS信息和收运的垃圾内桶信息到系统，并从系统下载已经规划好的地图和路线。

还有分拣处理厂，这里与清运车相似，也需要有甚高频RFID读写器、联机称重地磅、一体机以及二维码扫描器和联网装置。分拣厂主要的功能是接收清运车送来的垃圾内桶，并登记每一个垃圾袋的编号及其种类和重量。

上述设备配置协同工作，统一受控于物联网服务器，实施关键点有三个：其一，智能垃圾桶的容量检测和重量检测，可由每次清运置空时归零校准；其二，条码追溯，从垃圾袋被贴上条码投入垃圾桶开始，垃圾袋就进入了物联网的循环追踪；而且由垃圾袋最小单元再封装成大单元的垃圾内桶，更方便了运输管理。其三，路线制定不但采用优异算法，更结合实际道路情况，充分保证了收运效率。

附图说明

图1.垃圾清运系统示意图

图2.智能垃圾桶内桶结构图

图3.垃圾清运车改装示意图

图4.智能垃圾桶结构图

图5.收运路线策略示意图

具体实施方式

本发明描述了一个基于物联网技术的城市智能垃圾清运物流系统。该系统包括智能垃圾桶、垃圾清运车、垃圾中转站和垃圾处理厂四部分。它们都通过无线方式接入一个物联网之中，使用信息系统进行动态管理。

如图1所示，该系统包括智能垃圾桶1，垃圾清运车2，垃圾中转站3，垃圾处理厂4和信息服务器5，之间通过无线互联网连接，组成了一个垃圾清运管理物联网。各部分在这个物联网体系中都有各自的身份标识，用于在智能物流管理中唯一定位每个实体。

其中，智能垃圾桶1自身可以探测到其内桶的饱和情况，包括重量和体积信息。如图4所示，智能垃圾桶的主要结构包括：外壳桶身15、内桶6、称重装置17、容量检测装置18以及无线通讯模块19。智能垃圾桶由会员IC卡感应自动打开，并生成唯一的二维码，贴于垃圾袋上；称重装置和容量检测装置实时监控桶内剩余容量和重量，并根据物联网服务器5的指令，将这些信息通过安装在桶内的无线网络发送给物联网服务器5。

如图2所示，智能垃圾桶1的可拆卸内桶6，用于整体转运垃圾。内桶上带有一个唯一标识7(这个标识可以是一维条码或者二维码也可以是RFID卡)，用于标识该内桶在系统中的身份。

垃圾清运车2是使用普通环卫用的垃圾清运车辆改装而成，改装部分如图3所示，是一个车载信息发送接收终端14。其中，主控机8采用Android操作系统实现其操作界面和控制逻辑(但不限于该操作系统，可选系统包括Windows CE，Linux和Windows8等)。该主控机采用基于ARM9内核的处理器，支持声音、图片、视频、无线通讯等功能，将GPS导航地图应用和无线通讯结合在一起，实现了垃圾清运车物流线路动态管理的目的。如图2所示，主控机8控制显示屏9显示地图和线路信息，控制扩音器10播放语音指令，通过GPS定位模块11接收地理定位信息，并通过无线通讯模块12和物流服务器5进行通讯。在收运垃圾时候，标识ID扫描仪13用于扫描智能垃圾桶内桶6上的二维条码或者RFID卡，该信息也会通过主控机8传送给物流服务器5。

垃圾中转站3配备有二维条码扫描设备，用于扫描记录清运车运送来的垃圾内桶和运走的垃圾内桶上的二维条码信息。该信息通过与二维条码扫描设备连接的电脑直接发送给物流服务器5。垃圾处理厂4同样配备有二维条码扫描设备，用于扫描登记所有运送到处理厂的内桶信息，并以同样方式上传发送给物流服务器5。

以下说明整个系统的运作流程：

在整个系统中，每个智能垃圾桶的状态都实时的登记在物流服务器5的数据库中，任何一个状态变化，比如内桶已满或已清空，都会实时的反映在系统中。同时，每辆垃圾清运车的所处位置和装载情况也都会通过车载信息接收发送终端实时的传输到物流服务器5。各个垃圾中转站的负荷情况也会通过中转站的电脑反映到物流服务器5。物流服务器5掌握了这些信息之后，采用动态线路规划算法对每个垃圾清运车的清运路线进行计算，并将计算结果以指令形式发送给每个车辆，指挥车辆以最高效的方式完成清运工作，同时保证垃圾桶不会因为得不到及时收运而产生爆桶现象。

当垃圾清运车2到达智能垃圾桶1所在地进行清运时，直接使用一个空内桶替换智能垃圾桶1中已满的内桶。上车前，工作人员使用清运车上配置的识读设备13(条码扫描枪或者RFID读写器)扫描已满内桶上的标识7，登记此内桶已经被装运上车。

图5用一个简单例子说明了上文提到的一个具体的路线规划算法。但在具体实施中，算法可以结合实际情况进一步优化，并不限于这一个算法。

如图5，其中B1-B5五个节点代表整个智能系统中的智能垃圾桶，B1，B2和B4已满，B3和B5尚未装满；F代表中转站(或分拣厂)；C代表垃圾清运车，L1-L19代表连接各个垃圾桶和中转站的若干可能路径。垃圾清运车按照如下规则运转：

1.清运车首先发起清运请求，系统根据该清运车的编号获取其负责区域内的垃圾桶状态(如实例中B1、B2、B4已满达到清运要求)；

2.系统根据垃圾桶状态信息调用Dijkstra最短路径算法，计算出从垃圾中转站出发，遍历B1、B2、B3，再回到中转站的最短路线；

3.清运车下载上述路径和清运任务，并加载GPS地图，得到实地路线；

4.清运车遍历任务中所有的垃圾桶设定点，回到中转站，结束本次清运任务。

Claims (6)

1.一种智能垃圾清运系统，包括智能垃圾桶、垃圾清运车、垃圾中转站，其中智能垃圾桶可以检测自身内桶的饱和度；垃圾清运车能够通过GPS进行定位并与信息服务器进行通讯；垃圾中转站能够扫描记录清运车运送来的垃圾内桶及内桶上的条码信息。

2.如权利要求1所述的系统，其中的智能垃圾桶包括至少一个容量传感器，检测垃圾桶内垃圾的容量，判断桶内剩余空间，向中心系统定时反馈。

3.如权利要求1所述的系统，其中的智能垃圾桶可由IC卡感应开启，同时生成可粘贴的二维条码。

4.如权利要求1所述的系统，其中的垃圾清运车是一个包含主控机的车载信息发送接收终端，主控机控制显示屏显示地图和线路信息，通过GPS定位模块接收地理定位信息；在进行垃圾收运时，标识ID扫描仪扫描智能垃圾桶的内桶上的二维条码或者RFID卡，扫描的信息通过主控机传送给信息服务器。

5.如权利要求1所述的系统，其中的垃圾中转站使用标识ID扫描仪扫描内桶的RFID或二维条码信息，扫描的信息被发送给信息服务器。

6.如权利要求1所述的系统，还包括垃圾处理厂，其使用二维条码扫描设备扫描垃圾袋的条码信息，扫描的信息被发送给信息服务器。

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