基于“互聯網+”的生活垃圾清運智能管理新模式

軒 亮，洪文雄，甘天祥，張延河，沈永康

（江漢大學 智能制造學院，湖北 武漢 430056）

目前，中國的生活垃圾平均每年產生總量達四億噸，并且隨著消費水平的提升，生活垃圾總產量擴大趨勢愈加顯著，垃圾總量每年增速達到8%，落后的垃圾分類處理體系已不能滿足當前國情下的垃圾分類需求。［1］

對生活垃圾進行分類再處理，能夠極大地減少垃圾回收末端環節的處理工作量，能夠在原有生活垃圾混合處理清運模式的基礎上，既保障生活垃圾的清運速度，又降低對生態環境的污染，提高資源的利用率。［2］但現實情況是，大部分城市的垃圾清運車大多將各種垃圾混合運輸，制約了垃圾無害化處理的發展。為了避免清運垃圾過程中的二次污染，降低垃圾分類處理成本，生活垃圾清運管理以垃圾智能分類清運為核心，融合大數據和多目標信息管理等前沿技術，結合城市生活垃圾的清運需求，創建垃圾分類清運新模式，促使垃圾清運更智能、更高效。

一、城市生活垃圾分類現狀

（一）生活垃圾分類標準及清運需求

生活垃圾分類標準的制定應從實際出發，制定符合行業內共識且符合科學依據的相關規定和標準，其包括但不限于按照標準對固體廢物進行篩選后分類存儲、分類投放并收集為可再利用資源的作業。［3］對生活固體垃圾進行挑選分類，減少垃圾后處理成本，能夠將無價值的垃圾提煉出生態價值、經濟價值，同時具有一定的社會價值。［4］按照現行垃圾分類標準，垃圾主要分為“以塑料、金屬制品為主的可回收垃圾；以瓜果蔬菜食物為主的廚余垃圾；以過期藥品和廢棄電子產品為主的有害垃圾；以建筑垃圾為主的其他垃圾”四大類，此分類標準是經過廣泛的調研并征求意見后制定的，也是符合我國國情，能夠切實落地實施的分類標準。

2012年起中國生活垃圾清運量逐年穩定增長，如圖1所示。預計2021年，我國生活垃圾清運量將持續增長，達到2.8億噸。目前，我國垃圾分類回收已全面展開，但回收效果非常差，效率不高，給后續處理帶來巨大壓力。［5］垃圾分類未能覆蓋生活垃圾全生命周期，僅局限于分類投放和分類處理這兩個環節，生活垃圾的分類投放和分類處理對垃圾清運環節提出了分類運輸和清運監管的需求。垃圾中含有大量的有機物，如在封閉條件下，遇到火源和一定濃度的甲烷，易引起自燃和爆炸，會造成重大損失；垃圾腐化過程中可能產生致病微生物，可能導致傳染病的發生；在垃圾堆放過程中，有機物降解可能會造成白色污染，因此有必要對垃圾進行分類清運處理?！八姆诸悺崩璺謩e采用不同的車輛進行運輸，從而避免分類投放的生活垃圾混裝污染，在提高清運車輛的收運效率的同時降低垃圾分類處理成本。分類清運對于生活垃圾分類全鏈條是尤為關鍵的一步，它是垃圾分類的必然需求?，F行垃圾處理體系下，在做好垃圾分類的基礎上，更需要關注垃圾分類清運問題，以此保證垃圾分類的有效性。［6-7］

圖1 2012—2020年生活垃圾清運量及增速趨勢

（二）垃圾分類清運管理現狀

近半個世紀以來，隨著環境的惡化，世界上每個國家都開始意識到環保的重要性。國外部分發達國家的垃圾分類處理已進行了很長的一段時間，如日本、美國和瑞典等，目前都處于較為成熟的階段。［8］但全球垃圾分類清運處理并沒有統一模式，各個國家都根據自己國家的國情各有側重，總體是由粗放式向精細化發展，懲戒與獎勵相結合，核心是培養市民的自覺參與意識，讓人們從“嫌麻煩”向“我愿意”轉變。在垃圾分類清運管理上許多發達國家都擁有一套較為完善的管理體系去保證垃圾分類的嚴格執行，其中美國、瑞典等歐美國家在垃圾管理上尤為出色。［9］

美國主要采用立法形式對生活垃圾的回收、處理及利用進行規范管理，以達到垃圾的減量化、回收再利用和循環再利用的“3R”原則。［10］日本對于垃圾分類清運有完整的垃圾回收管理系統，且居民具有很高的垃圾分類意識。日本政府根據各種垃圾的屬性將收集時間進行分類規劃，避免混裝現象的發生。居民一旦錯過某種垃圾的投放時間，就必須等待下一輪收集時間。這種強制性措施的實施，很大程度上促進了日本國民垃圾分類意識的形成，使得居民將不同的垃圾都按規定的時間放在指定收集點。［11］瑞典有著一個十分完整的垃圾分類清運體系，能夠系統化地進行垃圾分類回收管理。首先清運人員會對特定的垃圾進行上門回收，剩下的未收集的生活垃圾將會被投放在政府設立的垃圾集放中心；在垃圾集放中心，不同種類的垃圾收集容器被不同的顏色標注，方便人們進行分類投放。其次采用自動收集垃圾的管道系統進行運輸已分類的垃圾，防止垃圾在運輸過程中被混放污染。

從目前大部分發達國家處理垃圾分類的經驗來看，對垃圾進行分類清運是尤為關鍵的一步。由于我國絕大部分的垃圾處理采用填埋方式，垃圾分類收集后垃圾車清運時并未嚴格按照四類垃圾進行清運。［12］目前國內只有上海嚴格執行了垃圾分類管理方案，其他地方還是將垃圾混合投放再處理。上海雖然對垃圾分類進行了嚴格的要求，但是在垃圾清運上仍然存在著很大的問題。［13］首先，由于民眾對垃圾分類的認知不清，投放時常有分類錯誤的情況發生，導致在后續處理過程中需要二次分揀；其次，由于回收工作量大，相關清運人員不能及時回收垃圾桶，導致垃圾桶內垃圾溢滿，甚至有些民眾因此隨意將垃圾丟棄在投放區域周圍；第三，部分區域由于沒有落實垃圾分類收運車，存在混合收運垃圾的情況。［14］

北京市將生活垃圾分為四類，并采用不同顏色的容器進行區分，分別是：廚余垃圾（綠色）、可回收物（藍色）、有害垃圾（紅色）和其他垃圾（灰色）。分類垃圾收運過程中，不同種類垃圾所采用的運輸車車身顏色、標準、運輸標識、單位標識，均根據所運垃圾種類不同有所區別，不同種類垃圾的收運及處理方式也有所不同。廚余垃圾可經綠色收容器收集后運至小型垃圾車再匯集至垃圾樓或是暫存點，通過廚余專用轉運車送至生化處理設施進行處理；可回收物由藍色收容器收集后運至社區暫存點，通過可回收專用轉運車運送至分揀中心，最后進入各類再生資源處理設施進行處理；有害垃圾由紅色收容器收集后運至社區暫存點，通過有害垃圾專用轉運車運送至各類危廢處理設施進行處理；其他垃圾由灰色收容器收集后運至小型垃圾車再匯集至垃圾暫存點，通過其他垃圾專用轉運車送至焚燒處理處。

二、生活垃圾管理政策及清運管理難點分析

國家發改委與住建部聯合發布的《垃圾分類管理條例》中明確指出，要全面貫徹黨的十八大和十八屆三、四、五、六中全會精神，深入貫徹習近平總書記系列重要講話精神和治國理政新理念新思想新戰略，統籌推進“五位一體”總體布局和協調推進“四個全面”戰略布局，牢固樹立和貫徹落實創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，加快建立分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理的垃圾處理系統，形成以法治為基礎、政府推動、全民參與、城鄉統籌、因地制宜的垃圾分類制度，努力提高垃圾分類制度覆蓋范圍，將生活垃圾分類作為推進綠色發展的重要舉措，不斷完善城市管理和服務，創造優良的人居環境。［15］同時，該條例還強調要落實城市人民政府主體責任，鼓勵形成有效的激勵約束機制，促進形成全過程運行系統，爭取在2020年底使生活垃圾的回收利用率達到35%以上的目標。

（一）生活垃圾管理政策分析

1.分類垃圾處置方法與處理能力的國家政策要求。由國家發改委與住建部聯合推出的《垃圾處理與運營管理》文件要求，生活垃圾處理應以保障公共環境衛生和人體健康、防止環境污染為宗旨，遵循“減量化、資源化、無害化”原則。［16］對分類回收的垃圾應實施分類運輸和分類資源化處理。通過不斷提高生活垃圾處理水平，確保生活垃圾得到無害化處理和處置。同時，生活垃圾處理應統籌考慮生活垃圾分類收集、生活垃圾轉運、生活垃圾處理設施建設、運行監管等重點環節，落實生活垃圾收運和處理過程中的污染控制，著力構建“城鄉統籌、技術合理、能力充足、環保達標”的生活垃圾處理體系。

2.分類垃圾管理的國家政策要求。在國家發改委與住建部聯合發布的《垃圾分類管理條例》中要求各級政府對生活垃圾的分類投放設置管理責任人，但對其具體責任沒有給出明確指示。條例規定：對于生活垃圾的處理以污染者付費原則，采用垃圾處理收費制度；在對居民生活垃圾分類行為的監管方面積極探索“社工+志愿者”等模式，建立垃圾分類督導員及志愿者隊伍。條例還提出要通過積分獎勵制度對居民積極參與垃圾分類與投放的行為進行實質性激勵，以吸引更多居民投入到生活垃圾分類工作。在《垃圾處理與運營管理》文件中，第一條就明確指出對生活垃圾的處理要遵循減量化原則，要求盡可能從源頭避免和減少生活垃圾產生，對產生的生活垃圾應盡可能分類回收，實現源頭減量。第二條則指出要從宣傳教育、建立特色的生活垃圾資源再生模式、規范商品生產廠家的生產與包裝行為、凈菜上市減少廚余、改變城市燃料結構減少煤灰垃圾、制定合適的生活垃圾分類收集模式六項措施推動生活垃圾的源頭分類與源頭減量工作，足見國家對生活垃圾分類源頭減量的重視程度。

（二）清運管理難點

垃圾分類清運由政府包攬、民眾自愿轉向政府主導、全民參與的過渡時期。作為一項復雜的系統性工作，生活垃圾分類包含前端分類收集收運體系、中端回收體系、終端資源化處理體系等多個環節。國家與地方政策出臺后，全社會對垃圾管理和生態文明建設的熱情和關注度迅速拉升。［17］

研究團隊以武漢市為調研對象，從小區投放區、垃圾站點和處理廠三大區域進行走訪。從互聯網各種數字信息和對武漢城區多個社區的走訪情況看，垃圾分類政策發布后，經過廣播、電視、互聯網、紙媒等各個渠道全方位的加強宣傳，市內上至耄耋老人下至黃發小兒，可謂人人知曉生活垃圾要分類，但對武漢垃圾清運管理模式進行分析，發現在垃圾分類處理流程鏈中存在以下幾點問題：

一是民眾對垃圾分類方式有著模糊認識。民眾對生活垃圾的分類方式、分類知識存在盲區，面對數量龐大、類型迥異的日常生活垃圾究竟應該怎么分、具體怎么投放等分類細則不甚了解，給垃圾分類清運帶來了難度。

二是垃圾終端收集設備配套不完善。把垃圾分門別類進行處理是垃圾分類清運工作的重要條件。在前端對垃圾進行分類并收集后，末端處理工作也需要條理清晰地完成，不能隨意混合在一起，這樣才能使垃圾分類收集工作有意義。目前在城市垃圾分類中，分類垃圾投放時缺少一定數量的分類收集車，從而導致城市中大部分都是混合垃圾投放；盡管民眾自身的垃圾分類意識逐漸提高，但設施的缺乏也大大降低了居民分類投放的熱情；同時部分地區的前端垃圾收集、后端混合處理的混亂做法也使居民對于垃圾分類抱質疑態度。

三是政策保障滯后，缺乏可操作性，智能化技術市場不完善。很多地區機構僅起到了政策的上傳下達作用，工作中缺乏主觀能動性，沒有承擔起垃圾分類核心任務的主體責任，不能有效聯動垃圾分類管理系統中的各部門，不能因地制宜地根據其管轄區域的實際情況提出創新性解決方案，致使其實際社區垃圾分類成果與工作效率不盡人意。目前已有的垃圾分類清運互聯網平臺僅實現垃圾分類中局部信息化，但其受眾面比較窄，未能全鏈條覆蓋，導致垃圾分類統計、流向等信息不準確從而無法進行大數據智能化分析，使得數字化平臺不能做出智能化決策。

居民垃圾分類知識比較缺乏，這是制約垃圾分類清運的重要因素之一。另外，垃圾分類清運沒有做到信息化、智能化，無法對其進行及時監控，后端設施配置與現代科技發展不完全同步。垃圾分類清運需要這兩方面的因素配合，一方面需要有完善而細致的垃圾回收設備和一套智能化的管理模式，另一方面需要居民有全面的分類知識，這樣才能做到一一對應，真正實現垃圾完全分類回收及清運處理。［18］

三、生活垃圾“互聯網+”清運管理模式

目前，互聯網技術處于成熟階段，運用“互聯網+”推動垃圾分類回收的治理體系，正在我國各大城市迅速展開?；ヂ摼W最大的優勢在于，它能有效地解決信息不對稱問題，實現線上信息流和線下操作的統一。而現行垃圾的處理大多為傳統的人工作業模式，由清潔人員定點定時對垃圾收集箱逐一檢查清理。在這個作業模式下，各個區域垃圾收集點的垃圾箱溢滿狀態不能及時反饋，垃圾清運車必須沿收集點依次進行收集，存在工作時效差、工作效率低下等不利之處。當垃圾箱處于溢滿狀態后不能及時進行清運，導致垃圾外溢造成環境污染；垃圾清運車輛工作路徑完全由工作人員進行調控，無法根據垃圾溢滿狀態進行智能化決策，而且運行里程長、占用時間較多、能耗較高。因此，我們提出一種能實時監測各個垃圾站點垃圾箱的狀態，并能對垃圾清運車輛根據任務需求進行調度和工作路徑優化的清運管理模式。生活垃圾“互聯網+”垃圾分類清運管理模式開啟了垃圾分類清運的智慧化進程，是有效推進垃圾分類的嘗試，能夠明顯提高垃圾分類清運的管理效能。針對存在的分類清運問題，該模式不僅能讓居民更加準確地進行垃圾分類，同時還能讓相關機構精準掌握垃圾分類清運數據，從而科學化、智能化地制定策略。還可為不同社區之間的垃圾分類清運情況制定不同的宣傳方法和激勵制度提供相關依據，從而提升居民的垃圾分類意識。以下是對該清運管理模式的詳細闡述。

（一）生活垃圾分類管理系統總體設計

互聯網+技術具備設備互相連通、交互方式多樣及全過程智能化管理等特性，生活垃圾分類管理系統利用互聯網+特性劃分為三層，分別是用戶層、網絡層與設備層。用戶層包含住戶、系統管理員和清運人員；網絡層包括移動終端、終端和數據庫；設備層涵蓋站點管理系統和清運管理平臺。站點管理系統將生活垃圾按照“四分類”標準完成前端智能分類，清運人員借助清運管理平臺對垃圾進行分類清運，網絡層實現各層數據共享，整體系統實現分類清運的全過程監控和智能化管理，提高生活垃圾分類清運的效率和質量。生活垃圾分類管理系統總體設計如圖2所示。

圖2 生活垃圾分類管理系統總體設計圖

清運管理系統主要包括清運人員的終端應用和系統管理員的后臺管理。整個系統以現有的清運車輛、垃圾智能分類設備和終端為硬件基礎，利用清運管理平臺軟件來輔助清運人員的清運工作，完成清運路徑規劃和高效分類清運，借助后臺管理系統來配合系統管理員的清運監管工作，實現多目標信息管理和清運數據可視化。［19］［20］

（二）生活垃圾清運模式

生活垃圾智能清運模式可分為三個部分，分別是車輛調度管理部分、導航路徑優化部分與分類回收處理部分。其中車輛調度管理部分根據清運垃圾類型分為四類清運單元，清運單元由清運車與移動終端組成。該模式下將清運車根據運輸不同的垃圾種類分為可回收物清運車、廚余垃圾清運車、有害垃圾清運車、其他垃圾清運車，以此進行垃圾的分類運輸。清運單元按照分類清運模式將生活垃圾分類運輸到相應垃圾回收站，實現生活垃圾的有效清運。［21］生活垃圾智能清運模式框架如圖3所示。

圖3 生活垃圾智能清運模式框架圖

當垃圾站點的相應垃圾箱處于將溢滿狀態時會發出清運需求，該垃圾種類的清運單元接受清運任務后，根據移動終端的導航提示到達待處理站點，進行站點清運工作，隨后前往指定區域的垃圾回收站，完成整個清運任務。清運管理系統利用定位技術對垃圾的清轉情況進行實時監控，通過分類清運減少生活垃圾在轉運過程中的二次污染，同時避免分類后的生活垃圾的混合運輸。［22］

（三）清運工作流程

清運單元借助清運管理系統完成清運工作。首先，清運單元根據清運類型獲取相應賬號權限，通過移動終端完成登錄驗證。清運單元登錄成功后，瀏覽任務清單，根據自身處理能力、地理位置和任務內容等信息，選擇清運任務。清運單元接受任務后，移動終端獲取由清運管理系統提供的最優路線方案以及清運路線的任務排序清單。清運單元出發前還可通過移動終端查看清運路線，調整清運計劃。在向下一個任務點行進的過程中，清運單元調用地圖導航功能完成路線引導。到達任務地點后，清運單元完成垃圾收集工作，垃圾站點同步將垃圾清理狀況反饋至清運管理平臺。移動終端自動提示下一個任務內容并進行智能導航，以此反復，直到所有清運任務全部完成。整個清運工作流程如圖4所示。

圖4 生活垃圾清運工作流程圖

（四）垃圾清運大數據管理

整個垃圾清運全鏈條中需要對多數據進行分析以便做出智能化決策，“互聯網+”清運管理模式通過大數據管理實現清運單元的清運數據可視化監控各項指標，實時掌握多個清運單元的工作狀況和清運任務情況，量化分析清運數據和垃圾量數據。［23］垃圾大數據管理主要由運營監控管理和清運垃圾數據管理兩方面構成。運營監控管理包含清運單元相關信息，如清運單元編號、清運類型、工作時間、清運人員工號等清運任務相關數據；清運垃圾數據管理則存儲處理垃圾站點相關信息及垃圾桶相關信息等數據。［24］

1.運營監控管理。清運運營監控劃分為三個區域，分別是清運任務展示區、清運單元監控區和清運數據統計區。清運任務展示區注重清運任務詳情展示與在線單元分布狀況統計；清運單元監控區提供當前清運任務數、在線清運單元數以及清運單元的地圖跟蹤監控情況；清運數據統計區涵蓋清運人員人數統計數據、各區清運任務分布統計數據和站點使用情況統計數據。通過運營監控管理可以查看任務列表，監控各區清運單元運營情況，實時查看當前任務數據，完成各數據指標的統計。清運運營監控管理如圖5所示。

圖5 清運運營監控管理

2.清運垃圾數據管理。清運垃圾數據管理劃分為三個區域，分別是垃圾總量分析區、垃圾站點分布區和小區垃圾分析區。垃圾總量分析區提供垃圾總量數據分析統計，通過餅狀圖和折線圖展示；垃圾站點分布區注重垃圾類型數據分析和垃圾站點地圖分布展示；小區垃圾分析區展示小區各類垃圾清運數據統計與清運時段統計情況。在清運垃圾數據管理中查看各區數據垃圾占比、垃圾類型占比、各區垃圾站點分布統計情況。清運垃圾數據管理如圖6所示。

圖6 清運垃圾數據管理

人工智能治理精準化旨在通過理念更新、過程優化和體系完善來增強人工智能產品與服務供需對接的有效性。［25］在新模式下，以互聯網、大數據分析、云計算等技術為依托，通過在各個區域投入垃圾分類智能設備、智慧管理平臺、APP軟件等，對垃圾投、收、運環節進行全鏈條監控，不僅使垃圾分類體系實現全面升級，對進一步了解居民生活垃圾的產出特點、消費習慣、制定相關回收處置政策措施等有著不可忽視的支持作用與衍生經濟價值。在提出升級垃圾分類模式基礎上，利用現代化技術從源頭助力解決垃圾分類清運問題，旨在減少垃圾清運過程的二次污染，提高垃圾清運效率，實現垃圾分類清運的智能化、資源化、現代化，使環衛信息更加透明化，流向更加可控化，以此共建綠色經濟，推進智慧城市體系建設發展。