深度解析智慧城市固废管理系统如何构建

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“智慧城市”利用新一代信息技术更好地实现城市公共资源的高效运行和城市资源的优化配置,并已在多个领域得到应用。 利用“智慧城市”理念构建城市固废管理系统,即利用物联网(Internet of Things)、云计算(CloudComputing)、虚拟化、大数据(Big Data)等技术“三网融合”打造智慧城市固废垃圾管理系统,推动城市固废产生、运输、处理全生命周期的智能感知、分析、整合和响应,实现科学高效的管理决策从而更加精细化、动态化地管理城市固体废物,维护良好的环境,提高生活质量。

1 智慧城市固废管理系统需求分析

1.1 智慧城市固废管理概念

城市固体废物管理是将固体废物流、固体废物收集和处理方法有机结合起来的决策过程,以实现环境友好、经济和社会可接受的目标。 它涵盖了固体废物生命周期的各个方面。 每个环节都是复杂且相互关联的。 这是一个系统工程。 城市固体废物管理模型如图1所示。

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图1 城市生活垃圾管理模型

固体废物的生命周期与多种信息因素相关,可分为环境因素、经济因素和社会因素三类。 为了科学有效地处理相关要素之间的关系,智慧城市固废管理需要满足以下目标:

(一)固废管理信息化。 决策需要信息,城市固废管理涉及大量、多种、多源的信息,包括上述三类相关因素的信息。 整理相关固废管理信息,建立有效利用的综合信息平台,实现固废管理信息化,是智慧城市固废管理系统的基础。

(2)生活便利。 城市固体废物管理体系的建立,应该让相关利益相关者的生活更加方便、快捷。 程序复杂繁琐的系统不会被相关利益相关者接受,导致系统运行效率低下或失败。

(3)环境维护自动化。 目前环境维护流程缺乏互联互通,信息流通缓慢,导致效率低下。 建立的城市固废管理系统,实现了环境维护信息的顺畅流通,让相关人员能够准确、快速地获取相关信息。 可实现环境维护自动化,提高适应性和效率。

(4)社会管理自动化。 城市固体废物管理与固体废物产生者、收集者、运输者、贸易者、加工者以及周边居民密切相关。 如何处理好这些相关利益相关者之间的关系,平衡各方权益,提高生活质量,是建立城市固体废物管理体系必须解决的重要问题。

智慧城市固废管理系统以固废管理信息化、生活便捷化、环境维护自动化、社会管理自动化为目标,采用物联网、云计算、虚拟化、大数据等新一代信息技术作为固废管理手段管理。 信息处理中心的目的是实现城市生活垃圾管理的智能化运营。

1.2 智慧城市固废管理系统需求

良好的城市固体废物管理需要考虑环境、经济、社会等多重因素,并尽量满足多方利益。 针对公众、企业、政府等不同用户,智慧城市固废管理系统主要有以下需求,如表1所示。此外,从系统实施和运行的角度,还有安全性、稳定性的要求、可靠性和经济性。

随着社会经济的发展和城市化进程的推进,城市固体废物产生量迅速增加。 2013年,全国城市生活垃圾清运量17238.6万吨,一般工业固体废物产生量327701.94万吨,危险废物产生量3156.89万吨,呈增长趋势。 大量城市固体废物需要及时清理、运输和妥善处理处置。 固体废物管理和处置不当会导致严重的环境污染:

(一)渗滤液污染地表水、地下水;

(二)焚烧废弃物污染土壤的;

(三)污染空气的;

(四)不同媒介传播的疾病;

(5)垃圾填埋场的气味;

(6)厌氧分解释放甲烷。

城市固体废物已成为当今社会突出的社会问题和重大挑战。 目前存在的主要问题是:

(一)固体废物收集处置点分布不合理,难以及时清除固体废物的;

(二)无法获取固废系统实时状态,清运安排和处置缺乏灵活性;

(三)固废系统运行效率低、成本高;

(4)信息化水平低,大多停留在简单的办公自动化水平。 IBM于2008年提出的“智慧城市”概念可以作为解决此类“城市病”的有力手段。

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2 智慧城市固废管理系统架构

根据智慧城市固废管理系统的建设目标和需求分析,其系统架构如图2所示。

(1)基础设施层

基础设施层是智慧城市固废管理系统的基础软硬件运行环境,包括物联网基础设施(如GPS、RFID、各种传感器等)以及服务器、操作系统、数据库管理系统、网络硬件和网络协议等。 物联网基础设施实现固废源状态、固废中转站状态等感知,获取固废生命周期的环境、经济和社会信息要素。

(2)虚拟资源层

虚拟资源层利用物联网、信息物理系统(CPS)、计算系统虚拟化等技术,形成基础设施层计算资源、存储资源、网络资源等软硬件资源的虚拟资源池。 ,减少物理资源与资源应用之间的强耦合依赖,支持资源的按需使用、高可靠、高安全、高可用和通用的系统服务环境。

表1 智慧城市固废管理系统主要要求

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图2 智慧城市固废管理系统架构

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(3)数据层

数据层作为固废信息要素的存储仓库,包括基础数据、GIS数据、业务逻辑、共享数据,以及包含历史数据和城市固废管理系统运行数据的数据中心。 其中,基础数据是城市固废管理系统中的各种属性数据以及相关服务功能所使用的数据。 固废源类型、固废源编号、收运人员信息、收运车辆信息、固废处理企业信息等各种属性数据,人口数据、经济数据等相关服务功能使用的数据,收集、运输和处理成本、环境影响评价基础数据等。GIS数据包括系统相关的空间地理信息,如固体废物源头分布点、收集运输车辆的实时位置、收集运输路线等。业务逻辑是系统提供服务的规则和流程,包括领域实体(如固废收集点、医疗固废处理企业、热解气化焚烧炉等)、业务规则、数据完整性规则和工作流程。 共享数据是指其他信息系统提供的数据,如危险固废产生企业跨省转移信息、环保行政部门提供的固体废物进口数据等。

(4)基础支撑层

基础支撑层为系统的安全、可靠、高效提供保障。 通过虚拟资源建模定义、封装/注册/发布、实例化和部署管理、智能搜索管理等技术,实现虚拟资源的合理分配和自动分配。 适应动态调度,提供信息系统的系统管理、应用开发环境、系统集成支撑中间件、高性能高可靠性支撑四大基础支撑。 其中,系统管理包括系统安全管理、网络管理、监控调度管理和主机系统管理。 应用开发环境为应用服务的开发提供软件开发环境(如Java、.Net框架等)。 系统集成支撑中间件为分布式应用软件提供平台和通信机制(如XML、ODBC、JDBC等),以在不同技术之间共享资源,实现分布式应用程序之间的互连和互操作。 高性能和高可靠性支持包括多目标、多约束优化调度的动态优化管理、评估服务质量的QoS评估管理以及故障恢复和集群技术。

(5)应用支撑层

应用支撑层为智慧城市固废管理系统应用软件提供辅助支撑,简化应用系统开发流程,提高开发效率,包括电子表单、工作流程、通讯服务、综合管理、即时通讯和信息交换等。

(6)应用层

应用层是系统的核心部分。 通过数据交换和业务逻辑执行实现系统的各项功能,提供城市固废管理系统的公共服务、决策支持、指挥调度、经济核算、执法管理、规划管理等多项功能。 具体的功能分析和设计请参见第3节。

(7)表示层

呈现层通过互联网、移动客户端、APP应用等多种媒体,将呈现系统的服务内容直接展示给公众、企业和政府。

3 智慧城市固废管理系统的服务功能

3.1 服务功能

智慧城市固废管理系统主要服务功能如图3所示,可分为实时监控、基本属性查询、辅助决策和经济核算四个方面。 其他功能这里不再详述,比如系统管理、系统权限与安全、相关科普和监管查询等。

(1)实时监控

实时监控可以通过RFID、GPS等物联网基础设施,获取城市固废管理系统固废收集点、收集车辆、运输车辆等相关设备的实时状态。 是智慧城市固废管理系统运行的基础和重要功能。 例如,在固体废物收集箱上粘贴RFID标签,RFID阅读器可以快速、非接触地采集固体废物收集中的固体废物类型、固体废物数量、上次收集时间、处置方式和处置单位。盒子。 和其他信息; 收集到的信息可以通过Zigbee网络或GPRS网络传输到数据库或云端。 在固废收集车辆、运输车辆上安装GPS,可以获得车辆的实时位置、运输轨迹、运输时间等信息。 通过实时监控,可以获得固体废物从产生、运输、计量、回收、进出的全过程监控和数据,可以有效防止固体废物的流失和不当处置。

(2)基本属性查询

基本属性查询用于城市生活垃圾管理系统各组成部分(相关设备、设施、人员等)的基本信息查询。

(三)辅助决策

辅助决策功能帮助城市生活垃圾管理系统管理者科学、高效、低成本地做出相关决策或为决策者提供参考资料和决策依据。 辅助决策是基于城市生活垃圾管理系统的底层基础信息、业务逻辑和数据分析,在GIS和决策模型的支持下,给出决策方案或模拟结果。 例如,对于固废运输车辆的调度,可以根据底层路况、运输路线、GPS获取的车辆位置、RFID获取的车辆状态(类型、容量、固体废物运输量等)(如经典的VSP模型[10]、各种启发式求解算法),选择方法,在GIS的支持下安排合理、优化的车辆调度方案。

(四)经济核算

经济核算功能以相关价格、底层基础信息、固废运营流程和活动工作量、成本效益计算方法等为基础,用于城市生活垃圾管理系统的成本效益核算和成本管理,可以作为辅助决策的依据或决策模型的约束。

3.2 应用实例

以城市固废运输路线设计决策为例,介绍智慧城市固废管理系统的应用方法,如图4所示。

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图3 智慧城市固废管理系统主要服务功能

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图4 固体废物运输路线设计应用方法

底层通过固废智能监控解决方案获取固废起点、转运点、运输目的地等整个运输系统的实时数据,并存储在本地或云端。 云端数据定期或紧急情况立即传输至当地。 通过对固废来源、车辆状态等实时数据的分析和解读,以及数据挖掘,得出固废路线运输设计相关的数据和问题(固废产生量分布、车辆分布及运力、可能的路线)确定。 距离、费用等)。 此外,固废运输数据需要与原有信息系统集成,方便获取人员、成本、车辆安排、调度等其他运输相关数据。

在此基础上,需要将固废运输相关信息(如数据分析结果、路况、成本等)与运输系统的决策工具相结合,支持路线设计和优化改进。 一些决策工具如交通网络图、智能优化算法、数据可视化工具和决策支持工具等。优化模型的数据输入大多是固定的或需要估计,而物联网基础设施获得的数据是真实的-实时、真实,可以获得更好的优化结果并做出及时的响应。 富有表现力的数据可视化工具可以让管理人员和工作人员轻松了解和评估运输路线状况,其中GIS的使用以及与GIS的集成至关重要。

最后从运输路线图、车辆布置、运输节点布置等几个方面进行固废运输路线决策。 做出的决定将传达给相关车辆和工作人员,指挥运输车辆按照安排的路线行驶。 这时,固废智能监控就发挥了作用。 这是一个持续监控和改进的过程。

利用智慧城市固废管理系统设计固废运输路线,使固废运输计划更加灵活高效,让固废及时清运,同时降低成本。

4。结论

城市固体废物已成为一个突出的社会问题,管理和处置不当会导致严重的环境污染。 为实现固废管理信息化、生活便捷化、环境维护自动化、社会管理自动化等目标,运用“智慧城市”理念构建智慧城市固废管理系统:

(1)从环境、经济、社会角度,针对公众、企业、政府等不同用户,分析智慧城市固废管理系统的主要需求。

(2)利用物联网等技术构建智慧城市固废管理系统的系统框架,包括基础设施层、虚拟资源层、数据层、基础支撑层、应用支撑层、应用层和表现层。

(3)系统主要服务功能包括实时监控、基本属性查询、辅助决策和经济核算四个方面。

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