環(huán)衛(wèi)垃圾桶管理數(shù)據(jù)平臺建設

智能垃圾監(jiān)測管理平臺

1總述

智能回收助手是一套實時監(jiān)測箱內衣物量的企業(yè)工具。包括物量感知傳感器(硬件部分)、回收助手小程序和回收助手 Web 端(軟件部分)?；厥罩忠怨腆w廢物規(guī)劃與管理為理論支持，物聯(lián)網、云計算、互聯(lián)網為技術支持，為回收企業(yè)優(yōu)化管理，增效降本。回收助手中的硬件傳感器部分安裝至衣物箱內，通過光學傳感器實時檢測箱內部物量信息，并將信息發(fā)送至云端，通過云端的數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)顯示在微信小程序和 PC 端，幫助管理者管控公司，收運司機規(guī)劃路徑，實現(xiàn)及時回收，貨物持續(xù)增長；提前回收，保證財物安全；節(jié)約成本，不跑空箱。

1.1硬件

智能監(jiān)測傳感器通過TOF激光測距來測量垃圾高度，測算出垃圾高度和垃圾桶口高度的比例，得出垃圾量占有百分比。

硬件滿足方便安裝、結實牢固、防污防水、測距準確、通信穩(wěn)定等性能要求，以避免被偷竊、被干擾等問題。

圖1 智能監(jiān)測傳感器圖

智能監(jiān)測傳感器技術參數(shù)：

(1)電池續(xù)航時間   3年+

(2)電源   電池

(3)尺寸4.2*7.7*7.7（高*寬*長）（單位：cm）

(4)凈重175g

(5)測量技術激光方法

(6)測量范圍2cm-400cm

(7)測量頻率   5min/次

(8)外殼材料ABS+PC高強塑料，具有較好的防污防水效果

(9)通信網絡支持 LTE WCDMA 和 GSM 雙標準網絡

(10)定位技術支持基站定位

(11)運行溫度   -40~80℃

2.垃圾管理大數(shù)據(jù)平臺

2.1技術穩(wěn)定

網絡平臺性能：要求數(shù)據(jù)傳輸網絡暢通、快捷、安全、可擴展。

系統(tǒng)平臺性能：要求采用通用性好的計算機系統(tǒng)、安全可靠的操作系統(tǒng)以及大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，保證系統(tǒng)良好的性能。

應用支撐平臺性能：要求應用支撐平臺為業(yè)務應用系統(tǒng)的開發(fā)和運行提供技術支撐，并具有靈活的可擴充性和高度的可配置管理性。

應用系統(tǒng)性能：應用系統(tǒng)應滿足用戶的要求，穩(wěn)定、可靠、使用。人機界面友好，輸出、輸入方便，圖表生成靈活美觀，檢索、查詢簡單快捷。

安全性能：按照信息密級，在不同的信息安全域實施相應的安全等級保護，對不同安全等級的信息，通過身份認證和訪問控制，實現(xiàn)授權訪問；同時整個系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)備份、恢復和應急響應等功能。

數(shù)據(jù)質量：系統(tǒng)數(shù)據(jù)應及時、準確、完整，能夠滿足匯總統(tǒng)計、制表制圖、分析計算、模型測算等要求。

2.2系統(tǒng)總體架構

圖2 系統(tǒng)總體架構圖

2.2.1總體架構說明

應用層

應用層是直接與用戶交互的層級，涉及數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、實時決策系統(tǒng)、統(tǒng)計分析系統(tǒng)和信息集成系統(tǒng)四個主要的系統(tǒng)，是基于數(shù)據(jù)的環(huán)衛(wèi)智能化直接體現(xiàn)。

?服務層

服務層是以基于微服務架構（Microservice-Oriented Architecture）和API網關（API Gateway）的低耦合組件化服務框架。微服務框架使得服務彼此之間獨立靈活地部署和伸縮，不同組件之間的調用模式互不干擾?；谖⒎占軜嫷南到y(tǒng)從自上而下的角度具有了極強的穩(wěn)定性，對于微服務的單點故障能夠通過無狀態(tài)的通訊進行發(fā)現(xiàn)處理，同時不會因為單點故障而引起系統(tǒng)問題。

服務層的微服務架構模式通過分解單體式應用為多個微服務方法解決了復雜性問題。在功能不變的情況下，應用被分解為多個可管理的分支或服務。每個服務都有一個用RPC-或者消息驅動API定義清楚的邊界。單個服務便于理解和維護，能夠支持每一個微服務運行于不同系統(tǒng)（如Windows或Linux），不同配置（如單片機和高性能計算機）的物理主機，不僅支持常見的Java/C++/Python等語言甚至可以支持任意的框架和編程語言，提供實現(xiàn)環(huán)境無關的API服務。每個微服務能夠獨立的部署，避免了其它服務部署對本服務的影響，能夠有效加快部署速度，使得持續(xù)化部署成為可能。

?數(shù)據(jù)服務層

數(shù)據(jù)層是基于NoSQL的文檔型數(shù)據(jù)存儲集群，包含主查詢數(shù)據(jù)集群、查詢副本集和包含環(huán)衛(wèi)監(jiān)控數(shù)據(jù)庫、地理信息數(shù)據(jù)庫主要用于進行數(shù)據(jù)采集和更新的實時數(shù)據(jù)庫。

NoSQL是非關系型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，能夠提供低延遲的讀寫速度，支撐海量的數(shù)據(jù)和流量，便于進行大規(guī)模集群的管理，尤其是在針對海量數(shù)據(jù)時NoSQL能夠提供非常高效的Map-Reduce實現(xiàn)。對于在長期運行條件下的統(tǒng)計分析，具備MapReduce能夠有效地提供數(shù)據(jù)計算效率和滿足數(shù)據(jù)分析需求。

?軟件支撐層

提供基礎公共的軟件，是系統(tǒng)運行于硬件之上的基礎，如操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件和消息中間件、負載均衡器、GIS服務系統(tǒng)等。

?基礎設施層

基礎設施主要為定位服務，云平臺計算服務和無線傳輸系統(tǒng)和存儲的設計等。

3.軟件服務

3.1.1.實時顯示垃圾桶位點及垃圾量

政府監(jiān)督人員可以通過云端系統(tǒng)查看城市垃圾桶分布位點及實時垃圾量產生情況，可以點擊垃圾桶，查看任意垃圾桶編號、當前垃圾量數(shù)據(jù)及歷史垃圾量產生數(shù)據(jù)。垃圾清運人員能夠通過手機地圖實時了解垃圾桶垃圾量情況，并根據(jù)垃圾量大小分層級標準，一目了然。另外也可以點擊垃圾桶，查看任意垃圾桶編號，當前垃圾量數(shù)據(jù)；也可以通過表格直接查看自己管理區(qū)域內哪些垃圾桶最滿，哪些垃圾桶最空。垃圾量一旦達到警戒線（比如90%），則需要立即通知垃圾清運人員前去清理。

3.1.2.規(guī)劃最優(yōu)垃圾清運路線

垃圾清運人員在進行工作的時候，可以根據(jù)地圖規(guī)劃好的最優(yōu)路徑完成垃圾清運，以一天內最少的路程保證垃圾桶不溢滿。最優(yōu)路徑需要明確清晰地標注在地圖上，當垃圾清運人員點擊開始工作，能直接顯示出規(guī)劃好的路徑。

3.1.3方便政府監(jiān)督人員監(jiān)管垃圾清運人員

政府監(jiān)督人員可以在云端系統(tǒng)監(jiān)管垃圾清運人員的工作，查看垃圾清運人員工作量，清運車輛行駛路徑，垃圾量產生量變化圖。

3.1.4.對垃圾桶垃圾量進行分析對比和預測

根據(jù)垃圾桶每時、日、周的垃圾量進行對比分析，管理者能很快的看出管理范圍內哪一處的垃圾量最多，哪些地方需要多鋪設垃圾桶，哪些地方需要減少垃圾桶數(shù)量。并且根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，對每個垃圾桶未來的垃圾量進行預測，幫助垃圾清運人員了解垃圾量走勢。

3.2應用平臺

應用平臺面向三類人群，第一類是政府監(jiān)督人員，第二類是村級管理人員，第三類是清運人員。

圖3 應用平臺

3.3應用平臺基本功能

應用平臺基于GIS系統(tǒng)，具有以下基本功能：

垃圾桶點位分布與垃圾量查詢

在地圖界面上顯示出所有垃圾桶的位點，并可以切換顯示較滿的垃圾桶和較空的垃圾桶。在點擊某個垃圾桶圖標時，在左側顯示出該垃圾桶目前的溢滿情況以及歷史數(shù)據(jù)。應用平臺還會為清運人員提供最優(yōu)的路徑規(guī)劃，減少清運人員不必要的下車查看，選擇合理的時間進行清運工作。

人員管理分組

各級人員可以查詢自己所在的小組及管理區(qū)域，政府監(jiān)督人員具有分配低層級人員工作區(qū)域、工作內容等權限，并可以實時查看低層級人員的工作情況。

1.政府監(jiān)督人員可以在數(shù)據(jù)界面一目了然地看到每個清運人員每天所清理的垃圾量、工作時間、工作效率以及各個行政區(qū)域內垃圾桶的密度和滿溢頻率，為政府監(jiān)督人員提供決策支持。同時系統(tǒng)還可以根據(jù)收集到的歷史數(shù)據(jù)，提出合理的垃圾桶分布方案。

4.政府監(jiān)督人員權限（小程序）

政府監(jiān)督人員具有一級權限，具體有以下功能：

4.1.垃圾桶溢滿APP彈窗提醒：“xx路段有垃圾桶需要清理”，點擊后進入規(guī)劃好路徑的地圖界面。

4.2.垃圾桶狀態(tài)顯示：在地圖上顯示：綠色50%以下、黃色50%-80%、紅色80%以上，點擊后顯示垃圾桶編號、當前垃圾量。同時在旁邊表格上顯示所有自己管理的垃圾桶的垃圾量，并且分垃圾量統(tǒng)計，如：未滿5個、較滿3個、已滿2個（垃圾量按從高到低排序）。

4.3.各個垃圾桶每日垃圾量走勢及預測。

4.4.垃圾桶報錯功能：垃圾量不準、定位不準、設備損壞或丟失、其他。

5運行維護

運行維護內容包括網絡管理、系統(tǒng)（主機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、中間件系統(tǒng)）和應用管理、安全管理、存儲備份管理、故障管理、技術支持管理等。

網絡管理主要實現(xiàn)網絡的配置管理、性能管理和可靠性管理。網絡管理主要基于網絡管理平臺和設備管理軟件實現(xiàn)。網絡配置主要對網絡拓撲結構和網絡設備參數(shù)進行配置，網絡性能管理主要通過對被管理設備的監(jiān)控和輪詢，獲取有關網絡運行的信息及統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并在所收集的數(shù)據(jù)的基礎上，提供網絡的性能統(tǒng)計；網絡可靠性管理主要對網絡的運行狀況進行監(jiān)控和檢查，及時察覺可能的故障，從而保證網絡的正常運行。

系統(tǒng)管理主要實現(xiàn)對系統(tǒng)（主機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、中間件系統(tǒng)）的配置管理、性能管理和可靠性管理。配置管理包括對系統(tǒng)資源的發(fā)現(xiàn)、提供、配置和控制；性能及可靠性管理主要對各系統(tǒng)的關鍵參數(shù)或重要資源進行監(jiān)控和檢查，了解系統(tǒng)運行情況，及時察覺系統(tǒng)可能的故障，從而保證系統(tǒng)的正常運行，提高系統(tǒng)可靠性。應用管理實現(xiàn)對各應用系統(tǒng)的性能管理、可靠性管理、版本管理和數(shù)據(jù)管理。性能管理包括對應用系統(tǒng)性能的監(jiān)控和優(yōu)化；可靠性管理包括及時監(jiān)控應用系統(tǒng)運行情況，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，保證正常運行；版本管理包括對應用系統(tǒng)的版本/補丁的管理、發(fā)布及升級，配合相關部門進行應用系統(tǒng)的相關測試、試運行和推廣；數(shù)據(jù)管理包括按照有關規(guī)定及工作流程對后臺數(shù)據(jù)必要的修改。

安全管理對象包括網絡安全、系統(tǒng)（主機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、中間件系統(tǒng)）和應用安全、存儲備份安全。管理內容可分為安全管理制度的制定和落實、安全設備的配置以及管理與監(jiān)控、安全管理故障的處理等。

存儲備份系統(tǒng)運行維護管理的主要內容是備份策略管理、備份軟件管理、備份數(shù)據(jù)管理及存儲硬件管理。備份策略的選擇，要統(tǒng)籌考慮需備份的總數(shù)據(jù)量、線路帶寬、數(shù)據(jù)吞吐量、時間窗口以及對恢復時間的要求等因素，根據(jù)不同業(yè)務對數(shù)據(jù)備份的時間窗口和災難恢復的要求，選擇不同的備份方式，亦可將幾種備份方式組合應用，以得到最佳的備份效果。數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)的備份、異地轉儲、數(shù)據(jù)的歸檔和數(shù)據(jù)的識讀等。

故障管理包括網絡、系統(tǒng)和應用、安全、存儲備份的故障發(fā)現(xiàn)、故障分類、故障轉發(fā)、故障診斷、故障處理、故障及處理記錄和統(tǒng)計等過程。

技術支持管理包括對運行維護技術支持平臺中的技術支持手段和工具、技術支持人員等的管理。