基于NB-IoT物联网技术构建自然风景区智慧环卫

摘 "要：为顺应“十四五”时期经济社会发展主要目标，大力推动生态文明建设实现新进步，该文通过查找资料、问卷调查、实地调研等各种方式，进一步明确推进自然风景区智慧环卫的重要性。智慧环卫系统运用的主要技术是NB-IoT物联网技术，因其性能高、成本低、低功耗、覆盖面广、性价比高，运用在自然风景区非常适合，近几年其发展趋势越来越好，国内建设NB-IoT基站的力度也不断地加大。该项目愿景是建立“制度+科技+责任”的管理体系，让智慧环卫真正落实到环卫一线，把景区环卫打造成为一个真正的系统联动、业务协同的指挥中心平台。

关键词：NB-IoT物联网技术；智慧环卫；自然风景区；环卫管理；智慧建设

中图分类号：TP391 " " "文献标志码：A " " " " "文章编号：2095-2945（2023）20-0117-04

Abstract： In order to comply with the main objectives of economic and social development during the 14th Five-year Plan Period and vigorously promote the construction of ecological civilization to achieve new progress， this paper makes it clear that it is important to promote smart sanitation in natural scenic spots through various ways such as searching materials， questionnaire survey， field investigation and so on. The main technology used in the smart sanitation system is the NB-IoT technology. Because of its high performance， low cost， low power consumption， wide coverage and high performance-to-price ratio， it is very suitable for natural scenic spots. In recent years， its development trend is getting better and better， and the domestic construction of NB-IoT base stations is also increasing. The vision of the project is to establish a management system of \"system + science and technology + responsibility\"， so that smart sanitation can be truly implemented in the front line of sanitation， and make the sanitation of scenic spots into a real command center platform with system linkage and business coordination.

Keywords： NB-IoT technology; smart sanitation; natural scenic spots; sanitation management; smart construction

近几年，我国出台了一系列关于建设智慧城市的相关政策，例如《智慧城市-信息技术运营指南》《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》等。顺应“十四五”时期经济社会发展主要目标之一，即“生态文明建设实现新进步”，产品需要遵循尊重自然、顺应自然、保护自然的原则来发展智慧环卫，依靠智慧环卫，实现人与自然的和谐相处。目前自然景区环境大大被破坏，降低了人们物质享受和精神享受的质量，影响人们旅游的心情，生态受到了极大的破坏，所以更需要发展生态环保、以人为本的智慧环卫环保技术。

自然风景区智慧环卫系统的主要技术为NB-IoT物联网技术，目前在国内技术发展态势良好。而环卫管理涉及环卫设施（垃圾箱、转运站、处理厂等）、车辆、工地和人员等元素的动态管理，如果能够利用物联网技术，对垃圾实现从源头、转运、处理的全过程跟踪管理，一方面可以提高垃圾管理的水平，另一方面也可以推动物联网技术的发展。政策的陆续出台明确了我国建设智慧城市的决心，奠定了智慧环卫可以为我国智慧城市实现可持续化发展的地位[1]，由此也为建设自然景区智慧环卫提供契机。

1 "国内外研究情况

1.1 "国外研究情况

国外的智慧环卫建设与景区结合的起步较早，如芬兰一家公司研发的Enevo One系统、佛罗里达海洋研究组织建设的富营养化监测平台MARVIN、垃圾回收奖励计划Recycle Bank等应用于景区[2]，全面提升了自然风景区环境保护的能力，将智慧环卫与智慧环保相结合，着力打造景区生态化、环卫智慧化，从而减轻环卫工作。通过调查显示，一些国家智慧环卫已经达到智能化、信息化、生态化、社会化，智慧环卫技术已经成熟，曹曼博士在2018中国智慧环卫高峰论坛指出：对比加拿大、瑞典、日本、爱尔兰和美国智慧环卫等应用实例，最值得我国环卫借鉴的首先是源头和机制，其次是后端排放和运营，再者是技术装备。所以智慧环卫的建设还需要不断完善，通过完善环卫质量管理机制、提升系统安全性、升级提高技术标准等途径，让智慧环卫真正落实到环卫一线[3]。

1.2 "国内研究情况

国内目前智慧景区正在不断建设中，发展态势较好，但目前对于“将景区与智慧环卫结合起来”方面的调查甚少，比较成功的案例有一项，即建设蜀冈——瘦西湖风景名胜区，于2020年8月份启动智慧环卫系统建设[4]。通过市场调研，发现国内研究主要集中在应用探索阶段，对于智慧环卫建设仍处在不断摸索完善过程，例如张秀芳等[5]对环卫清扫保洁在O2O新用工形势下的应用进行探索，以期把智慧环卫切实推行到环卫一线。同时国内产业化结构还不是很成熟，所以政府和景区需要不断研发智能产品更好地打造自然风景区智慧环卫。

2 "产品概述

产品主要结合智慧城市建设，运用NB-IoT物联网技术等先进技术，从而打造智慧环卫系统。主要技术是采用NB-IoT物联网技术，该技术的特点是低功耗、广覆盖、大连接及性价比高。主要的用户群体是环境保护部门、环境卫生保护局、技术开发商、生态景区和物联网相关企业。产品主要竞争对手是其他智慧环卫管理系统研发商。产品宗旨是：建立“制度+科技+责任”的管理体系，致力于建设融智能化感知、大数据检测、精细化管理和科学化模式为一体的智慧环卫管理系统。愿景在于让智慧环卫真正落实到环卫一线，从而改善景区生态质量、提升游客体验、增强游客满意度等，把景区环卫打造成为一个真正的系统联动、业务协同的指挥中心平台。整个智慧环卫系统包括建设智慧环卫管理平台、智能分类垃圾系统、智慧环卫智能手环。其大体运行机制如下。

自然风景区管理平台装入智慧环卫管理系统，系统接收信息，管理人员在平台电脑上能够看到相关大数据显示，综合管理环保环卫各板块事务。

智能垃圾分类回收系统装入NB-IoT模块后，使该系统中的传感器、监控摄像头、RFID射频识别系统和GPS定位器等功能部件相互连接与配合。若出现垃圾装满情况则会将信息传送到管理平台，管理平台便把信息传输到环卫工人所佩戴的智能手环上，自动为环卫工人规划最佳回收路线，并调动车辆迅速回收垃圾。该系统能识别垃圾的属性，若出现垃圾投放错误，智能垃圾桶能自动把分类错误的垃圾进行重新分类。

而智慧环卫智能手环可以使环卫工人接收管理平台发出的指令，也可以通过该手环发送信息给管理平台。还能从中看出景区分布的垃圾的大体位置，方便他们寻找污染物并及时处理。若环卫工人处在景区例如山崖、河流等不安全位置时，手环能发出警报，并将定位信息发送至管理平台。此外还有检测环卫工人健康情况、查看天气预报的功能，为让他们在枯燥的工作中增添一丝乐趣，该手环还添加了如听歌、听话剧等娱乐功能。

3 "技术概况

3.1 "NB-IoT物联网技术

采用NB-IoT新型物联网等高新技术，打造成本低、覆盖范围大、功耗低、高效率、便于进行全流程的动态感知的物联网区域，使景区内人、车、智能垃圾分类回收系统、管理平台有效连接，形成完整体系。即对环卫相关信息进行可视化引擎服务，建设智能云终端，实现网络化的调控管理[6]。

3.2 "传感器检测技术

采用基于传感器的检测技术，主要通过垃圾桶满溢设备、传感器等装置对垃圾进行自动分类识别，即压力传感器采集垃圾重量数据，异味传感器实时监测污染，红外传感器识别垃圾种类从而实现垃圾自动投放到准确位置，超声波传感器检测桶内垃圾是否满溢。然后将一系列检测数据传到控制单元，控制单元传送信息到中央处理器，中央处理器发送指令，控制智能分类垃圾箱等设施进行工作。

3.3 "GPS定位技术

采用GPS定位信息技术，分不同场景灵活采用建设GPS天线和GPS定位器采集环卫人员、环卫车辆、环卫设施定位信息，特别是在一些地形复杂、地貌多样的景区区域。

3.4 "GIS定位信息技术

结合GIS技术，可以监测景区范围内的垃圾分布、状态、数量信息，并通过NB-IoT物联网技术将信息传输至智能手环以及管理平台上。

3.5 "RFID射频识别技术

通过在垃圾桶和垃圾收运车辆等安装RFID标签，并在环卫车辆及垃圾中转站等处理设施安装RFID读写器，并配上地磅，RFID读写器可通过射频识别技术识别RFID电子标签，从而得到垃圾桶及垃圾车的编号、数量、时间和地点等信息，地磅可以得到垃圾桶相关的重量信息[7]。

4 "智慧环卫管理系统分项目

4.1 "智能垃圾分类回收系统

智慧环卫系统包含的智能垃圾分类系统，是通过NB-IoT物联网技术，使系统内各部分相互连接，相互配合工作。该智能垃圾分类系统可以识别游客投掷的垃圾种类，并语音提示游客手中的垃圾该投放在哪里。如果没有投放正确，系统会发出警告声，并将垃圾自动投放到正确的垃圾箱里面。该回收系统还会记录垃圾重量，并在垃圾快满溢时通过NB-IoT物联网技术将该信息传送到管理平台，管理平台则会派清洁工以及收运车前来处理。不仅如此，该系统还能检测到一定范围内的不良行为，并接收警报，将警报发送到管理平台。该系统会根据记录游客投放区域多的位置以及投放数量多的垃圾类别，灵活设计智能垃圾分类回收箱的摆放地点、摆放种类[8]。

4.2 "智慧环卫智能手环

智慧环卫智能手环是为了方便景区环卫工人而设置的。管理人员佩戴的手环可以使环卫信息一图展示，集中展示所有环卫工人的分布情况、出勤情况等，方便监督管理自动化：环卫工人佩戴该手环，可以方便他们接收管理平台发出的指令，也可以通过该手环发送信息给管理平台。当他们进入工作范围后就会自动考勤，若有违规行为手环也会自动发出警报，并会告知管理人员。该手环还有一键对讲功能：即管理人员使用APP或手环对讲，一键通知需要通知的环卫工人，以便快速调度。此外，该手环还有SOS紧急求救、天气预报、测量健康情况等功能，以及添加了一些娱乐功能，例如可以听歌，从而能让他们在枯燥的工作中增添一丝乐趣。

4.3 "智慧环卫管理平台

装入智慧环卫系统的管理平台运用NB-IoT物联网技术使整个自然风景区各板块形成统一连接、万物互联、便于管理的一个体系。管理平台可通过GIS图层、大数据技术收集环卫工作整体运行数据、各环卫板块（包括环卫车辆、环卫设施、环卫工作人员）数据和垃圾回收处理系统数据，以及对其进行分析，以便调整管理模式。同样，平台会接收各板块的信息，并且做出指示与处理。此外，该系统平台还可以对员工工作进行考核，统一管理各板块的资源传输与工作任务，把景区环卫打造成为一个真正的系统联动、业务协同的指挥中心平台。

5 "产品设备

运用传感器、摄像头、PC视屏电话、RFID、智能终端、无线网关和GPS等装置，通过NB-IoT物联网、互联网、通信网传输给监管人员电脑，从而实现实时监测管理功能，具体见表1。

6 "产品运行机制

从数据流向角度可将整个系统分为3个层次，分别为物联感知层、网络传输层、应用服务层。主要采用NB-IoT物联网模块进行开发和设计，采用各层分离的方式使层次之间达到低耦合，从而增加程序的灵活性，并降低了维护的成本，数据结构和服务采用模型驱动的方式进行开发。系统分层如图1所示。

物联感知层：数据采集服务，主要包括智能移动终端、车载一体机设备、多功能传感器和行车记录设备等IoT硬件的数据采集。

网络传输层：NB-IoT物联网模块、互联网、无线网和2G/3G/4G等。

应用服务层：结合环卫作业实际特点和管控需求的各类应用服务系统。

自然风景区的传统环卫模式带来了许多弊端，例如环卫管理难、环卫工作效率低、垃圾处理难等环卫环保难的问题，说明传统模式难以满足自然风景区的生态文明发展，亟需创新传统的环卫模式，顺应大数据时代发展的潮流，打造新型自然风景区智慧环卫管理系统。产品根据系统应用场景图对景区进行建设，主要是要实现NB-IoT全覆盖，建设完毕后，系统进行工作。

基于大数据分析处理技术，管理平台能够收集环卫工作整体运行数据、各环卫板块（包括环卫车辆、环卫设施、环卫工作人员）数据、污染区域数据和垃圾收运管理系统数据。基于传感器、NB-IoT物联网技术、智能垃圾分类系统，实现垃圾箱内垃圾自动分类，垃圾箱满自动预警，并且及时对接负责清运的环卫车辆、环卫人员，便于垃圾回收处理；基于无线网络、GPS定位系统技术，打造智慧环卫智能手环，通过GIS技术，利用监控管理平台监测范围内的垃圾分布、状态、数量信息，将信息传输至智能手环上；基于互联网、云计算、NB-IoT物联网等先进技术，打造智慧环卫管理系统，将系统收集到的大数据信息传至自然风景区的环卫调动中心，环卫调动中心根据所收集到的信息，把指示发送到环卫人员所带的智能手环，并为其规划最佳垃圾回收处理路线，从而建立自然风景区良性环卫运行机制[9]。

7 "结束语

产品主要采用NB-IoT物联网等高新技术，打造成本低、覆盖范围大、功耗低、高效率的自然风景区智慧环卫系统。这样一来，便于自然景区进行全流程的动态感知，对环卫相关信息进行可视化引擎服务，建设智能云终端，实现网络化的调控管理，大大减轻了环卫运营成本，产生一定的生态效益。

我国自然风景区智慧环卫主要集中于应用探索实践阶段，对于智慧环卫建设还在不断摸索完善中，景区智慧环卫的建设还需要不断完善。产品采用NB-IoT物联网技术，该技术的特点是低功耗、广覆盖、大连接及性价比高，有利于处理自然风景区里垃圾随处可见的现象，解决垃圾多、垃圾处理难等问题，实现我国对环境的整治，降低工作中的层层成本，从而实现环境、经济的共赢。总之，产品致力于将智慧环卫与智慧环保相结合，着力打造景区生态化、环卫智慧化，创新环保环卫模式，减轻环卫工作，打造绿色和环保的社会发展机制，为可持续发展提供内生动力。

参考文献：

[1] 侯云龙.我国四大智慧城市群加速成形[J].小康，2018（29）：56-57.

[2] 王琳琳.国外智慧环保的应用案例[J].水工业市场，2016（7）：24-28.

[3] 曹曼.智慧环卫国内外现状和发展战略思考[EB/OL].2018-12-30.https：//huanbao.bjx.com.cn/news/20181230/953287.shtml.

[4] 胡俭，徐金花，朱万炬.扬州：景区环卫很智慧[J].民生周刊，2018（28）.

[5] 张秀芳，吴宗旺，秦善德，等.环卫清扫保洁O2O应用探索[J].科技创新与应用，2020（29）：173-175.

[6] 郑志彬，陈德，吴昊.新兴窄带物联网技术NB-IoT[J].物联网学报，2017，1（3）：24-32.

[7] 吴远明.采用RFID技术对垃圾分类收运监管的模式分析[J].绿色科技，2017（14）：73-74.

[8] 王鸿菲，杜洪波，朱良双，等.基于物联云的垃圾箱预警及清运系统[J].智能计算机与应用，2021，11（6）：129-132，138.

[9] 段妍婷，胡斌，余良，等.物联网环境下环卫组织变革研究——以深圳智慧环卫建设为例[J].管理世界，2021，37（8）：207-225.