張郁媛

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司）

1 引言

隨著城市化的不斷推進(jìn)，城市生活垃圾的產(chǎn)生量日益增加，對城市環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。同時(shí)，傳統(tǒng)的城市生活垃圾管理模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代城市的發(fā)展需求。在此背景下，城市生活垃圾分類收集智能化的理念應(yīng)運(yùn)而生，智能化的應(yīng)用涉及多個(gè)領(lǐng)域，包括垃圾分類、收集、運(yùn)輸、處理等，不僅能夠提高城市生活垃圾處理的效率，而且能夠減少城市生活垃圾對環(huán)境的污染，提升城市的環(huán)境質(zhì)量，成為當(dāng)前城市生活垃圾管理和國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。然而在城市生活垃圾分類收集智能化應(yīng)用過程中，也存在亟待解決的問題和諸多挑戰(zhàn)，因此，本文旨在探討城市生活垃圾分類收集智能化的應(yīng)用進(jìn)展，并提出相應(yīng)的建議和對策。

2 城市生活垃圾分類收集智能化

2.1 城市生活垃圾分類收集智能化發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和5G 技術(shù)逐漸廣泛且深入地應(yīng)用于垃圾產(chǎn)生預(yù)測、垃圾收集路線優(yōu)化、垃圾管理設(shè)施定位和垃圾資源回收過程建模等方面，城市生活垃圾分類收集智能化也將進(jìn)入跨越式發(fā)展階段[1]。圖1 為智能化應(yīng)用于城市生活垃圾分類收集的詞云，其中每個(gè)詞的大小與其詞頻成正比。城市生活垃圾分類收集智能化的發(fā)展可以促進(jìn)居民對城市生活垃圾產(chǎn)生源頭分離意識(shí)，同時(shí)在城市生活垃圾收集運(yùn)輸和末端處理的過程中，通過采用建模和多種算法可以有效解決運(yùn)輸成本問題，或應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（GIS）和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等跨學(xué)科工具為城市生活垃圾分類收集提供更為精細(xì)的管理方法[2]。因此，智能化在城市生活垃圾分類收集領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

圖1 智能化應(yīng)用于城市生活垃圾分類收集的詞云圖

國外進(jìn)行垃圾分類收集已有很長一段時(shí)間，許多國家和地區(qū)都制定了垃圾分類的相關(guān)規(guī)定，并采取了多種措施促進(jìn)垃圾分類收集的實(shí)施，目前已處于比較成熟的階段。我國自2000 年以來，在北京、上海、廣州、深圳、杭州、南京、廈門、桂林八個(gè)試點(diǎn)城市推行垃圾分類收集[3]。到目前為止，試點(diǎn)城市在生活垃圾分類收集方面取得了一定成果，但智能化技術(shù)的應(yīng)用仍不普遍。上海和北京通過對垃圾進(jìn)行智能分類，初步實(shí)現(xiàn)了生活垃圾分類全程自動(dòng)化，探索出生活垃圾分類收集智能化的新模式。廣州在北京垃圾分類收集模式的基礎(chǔ)上，將上海前端的智能化延伸到整個(gè)環(huán)節(jié)，從全民動(dòng)員、全民參與到全民行動(dòng)，從分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸?shù)椒诸愄幹?，形成?dú)具特色的生活垃圾分類處理新模式[4]。我國其他城市也在逐步探索智能化垃圾分類收集的方式，例如采用智能垃圾桶、智能垃圾車、智能垃圾中轉(zhuǎn)站、智能垃圾分類收集APP等設(shè)施，提高垃圾收集的效率和準(zhǔn)確性。

2.2 城市生活垃圾分類收集智能化管理模式

城市生活垃圾分類收集可以有效改善環(huán)境質(zhì)量，然而由于各個(gè)國家和地區(qū)的自然資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，城市生活垃圾的產(chǎn)生和組分存在較大差異[5]。結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的智能化垃圾分類收集方式的興起，對于優(yōu)化創(chuàng)新城市生活垃圾分類收集管理模式起到重要作用。智能化主要應(yīng)用于城市生活垃圾的源頭產(chǎn)生、中途收運(yùn)和末端處理三個(gè)環(huán)節(jié)，在各個(gè)環(huán)節(jié)中又包括生活垃圾的產(chǎn)生、儲(chǔ)存、分類、轉(zhuǎn)運(yùn)、資源回收和處理處置等過程。圖2為城市生活垃圾分類收集智能化管理模式的示意圖。

圖2 城市生活垃圾分類收集智能化管理模式示意圖

源頭產(chǎn)生是城市生活垃圾分類收集智能化管理模式的起點(diǎn)，在這一環(huán)節(jié)中需要在運(yùn)輸垃圾前初步進(jìn)行垃圾分類，其目的是更好地減少垃圾產(chǎn)生、回收可用資源和處置危險(xiǎn)廢物[6]。國內(nèi)許多社區(qū)推出了生活垃圾源頭智能化監(jiān)管系統(tǒng)，通過安裝智能垃圾桶、發(fā)放垃圾分類積分卡、分類車輛智能稱重等信息化手段來收集垃圾分類各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，收集到的信息可以動(dòng)態(tài)顯示在監(jiān)管系統(tǒng)中，為垃圾分類規(guī)劃決策提供數(shù)據(jù)參考。

中途收運(yùn)環(huán)節(jié)將城市生活垃圾從源頭運(yùn)輸至垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站，并對垃圾進(jìn)行進(jìn)一步分類，以便于后續(xù)處理和資源利用。目前，垃圾分類仍然是手動(dòng)和自動(dòng)分類的結(jié)合，并在AI、機(jī)器人分類和多傳感器融合方面逐步發(fā)展[7]。例如，香港使用光學(xué)傳感器技術(shù)識(shí)別并分類含有廚余垃圾的綠色光學(xué)袋，經(jīng)破碎機(jī)破碎廚余垃圾后，再通過篩分進(jìn)行分離[8]。

末端處理是城市生活垃圾分類收集智能化管理模式的終點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾回收和穩(wěn)定化的重要步驟。基于互聯(lián)網(wǎng)的生活垃圾智能化管理平臺(tái)可根據(jù)垃圾處理工藝的不同關(guān)鍵控制指標(biāo)進(jìn)行集成，實(shí)時(shí)監(jiān)控處理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，為垃圾末端處理提供了一種新方法。瑞典首都斯德哥爾摩市將智能垃圾桶與地下管道相連，不同類型的垃圾通過管道轉(zhuǎn)運(yùn)至不同容器進(jìn)行直接回收、焚燒發(fā)電和生化堆肥等末端處理[9]。通過在垃圾焚燒廠、垃圾填埋場設(shè)置的傳感裝置進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)信息監(jiān)控，保證垃圾末端處理對生態(tài)環(huán)境影響在可控范圍內(nèi)。

3 智能化垃圾分類收集設(shè)施類型及應(yīng)用情況

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化垃圾分類收集設(shè)施也得到了廣泛應(yīng)用。智能化垃圾分類收集設(shè)施是指利用信息技術(shù)，對垃圾進(jìn)行自動(dòng)化分類和收集的設(shè)施，不僅能夠提高垃圾分類收集的效率，而且能夠減少人力的消耗，提升垃圾分類收集的準(zhǔn)確性。

3.1 智能垃圾桶

智能垃圾桶是目前應(yīng)用最為廣泛的智能化垃圾分類收集設(shè)施之一，主要可以分為監(jiān)督分類和自動(dòng)分類兩種類型。監(jiān)督分類主要利用人臉識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等技術(shù)督促居民正確投放垃圾，實(shí)現(xiàn)垃圾桶的遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳，有效解決垃圾清運(yùn)便捷性等問題。居民按照“三分法”或“四分法”進(jìn)行垃圾分類投放時(shí)，通過人臉識(shí)別、IC卡或二維碼確認(rèn)用戶身份。智能垃圾桶配備的RFID 芯片可以將垃圾重量、垃圾桶容量和垃圾來源信息實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至管理平臺(tái)，提高垃圾分類收集的效率。自動(dòng)分類相較于監(jiān)督分類技術(shù)難度更高，對智能化技術(shù)應(yīng)用及垃圾桶內(nèi)部機(jī)械構(gòu)造的要求也更高。波蘭Bin-e 公司研發(fā)的人工智能垃圾桶通過傳感器、攝像頭、AI圖像識(shí)別算法自動(dòng)進(jìn)行垃圾分類，但單次能夠投放的垃圾件數(shù)較少，適用范圍也較為有限。未來想要實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜和高精度的自動(dòng)識(shí)別分類，仍需進(jìn)一步研發(fā)。

3.2 智能垃圾車

智能無人車是當(dāng)前智能科技發(fā)展的一個(gè)重要方向，具有有效解放人力、降低成本、保證安全等優(yōu)勢[10]。智能垃圾車通過紅外線掃描、雷達(dá)掃描和圖像識(shí)別等技術(shù)，檢測并避開前方的障礙，識(shí)別不同類型的生活垃圾并進(jìn)行自動(dòng)清掃。同時(shí)，配備基于地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）的導(dǎo)航系統(tǒng)，有效地規(guī)劃路線并避開交通擁堵，制定最佳的垃圾收集路線，自動(dòng)進(jìn)行垃圾的收集和運(yùn)輸。廣州黃埔區(qū)投入使用了全國首輛智能垃圾分類減量車，能夠利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能分析垃圾成分，準(zhǔn)確地進(jìn)行垃圾分類[11]。目前，研究人員正在研究如何進(jìn)一步提高智能垃圾車的效率和準(zhǔn)確性，研發(fā)更先進(jìn)的傳感器和AI算法，可以更好地分類不同類型的生活垃圾，并提高垃圾收集路線的效率。

3.3 智能垃圾中轉(zhuǎn)站

智能垃圾中轉(zhuǎn)站是一種集中垃圾處理的設(shè)施，它可以對垃圾進(jìn)行進(jìn)一步的分類和處理，并實(shí)現(xiàn)資源化利用。智能垃圾中轉(zhuǎn)站通常包含自動(dòng)化設(shè)施，如機(jī)器人、卸料機(jī)、輸送帶、壓縮破碎機(jī)等，可根據(jù)垃圾的位置和種類自動(dòng)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化和減量化，也大大減少了人力的需求。除此之外，利用人工智能算法、大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，能夠有效識(shí)別垃圾的種類并確定處理方式。智能垃圾中轉(zhuǎn)站通常連接到物聯(lián)網(wǎng)，以便與智能垃圾桶、智能垃圾車和其他設(shè)施進(jìn)行通信，通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)使系統(tǒng)能更好地協(xié)調(diào)垃圾收集和運(yùn)輸。

3.4 智能垃圾分類收集APP

智能垃圾分類收集APP 基于互聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）和人工智能等技術(shù)實(shí)現(xiàn)垃圾分類查詢、垃圾收集時(shí)間提醒和垃圾回收點(diǎn)查詢等功能，以便用戶獲取垃圾分類信息和垃圾回收點(diǎn)位置等數(shù)據(jù)，或向用戶發(fā)送垃圾收集時(shí)間的提醒，幫助用戶更好地管理生活垃圾。我國在微信、支付寶和百度中開發(fā)了智能垃圾分類小程序與“掃一掃AI 識(shí)別垃圾”的新功能[12]；美國的Oscar智能垃圾分類系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)對垃圾進(jìn)行分類，能夠通過人機(jī)交互，幫助使用者辨別垃圾分類是否正確；日本通過智能垃圾分類收集APP提醒居民不同類別垃圾分類收集的詳細(xì)時(shí)間[13]。

4 城市生活垃圾分類收集智能化的對策建議

城市生活垃圾分類收集智能化仍然存在著許多挑戰(zhàn)和問題，包括垃圾分類收集公眾參與度不高、智能化分類收集設(shè)施數(shù)量不足、技術(shù)難度較大等問題，需要通過不斷的研究和改進(jìn)來解決。結(jié)合上述問題，本文提出以下幾點(diǎn)對策建議。

1）提高社會(huì)參與程度

垃圾分類收集的成功與否，很大程度上取決于社會(huì)的參與程度。通過開展宣傳教育活動(dòng)、科普智能化技術(shù)和設(shè)施、設(shè)立垃圾分類示范小區(qū)、實(shí)行獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制等方式，充分發(fā)揮有形資源和無形資源的效力，使城市居民逐漸提高垃圾分類的意識(shí)[14]。此外，加強(qiáng)相關(guān)信息的管理和運(yùn)用，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)建立信息共享交流平臺(tái)。居民可以通過平臺(tái)進(jìn)行交流分享和意見反饋，政府部門也可以通過平臺(tái)聽取民意，實(shí)現(xiàn)多方信息共享。

2）加強(qiáng)智能化垃圾分類收集設(shè)施的建設(shè)

智能化垃圾分類收集設(shè)施的建設(shè)是保證垃圾分類收集順利進(jìn)行的基礎(chǔ)，應(yīng)該確保設(shè)施的數(shù)量和質(zhì)量，并加強(qiáng)設(shè)施的維護(hù)和維修，以保證設(shè)施的正常運(yùn)行。同時(shí)，優(yōu)化設(shè)施的位置和布局，以提高垃圾分類收集的便捷性。最后，加強(qiáng)對智能化垃圾分類收集設(shè)施的監(jiān)管，確保設(shè)施的安全和環(huán)保。

3）加大智能化技術(shù)研究和改進(jìn)力度

智能化技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用是促進(jìn)垃圾分類收集智能化的重要因素?，F(xiàn)階段垃圾分類收集智能化的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域仍存在創(chuàng)新不足、應(yīng)用滯后、研發(fā)進(jìn)展緩慢等相關(guān)問題[15]，應(yīng)加強(qiáng)智能化技術(shù)研究和改進(jìn)，推動(dòng)多學(xué)科交叉和多技術(shù)融合；加大對智能化技術(shù)的支持力度，強(qiáng)化資金運(yùn)行保障，引導(dǎo)企業(yè)投入智能化技術(shù)集成度更高的設(shè)備研發(fā)領(lǐng)域；重視復(fù)合型人才培養(yǎng)，開展相關(guān)教育和專業(yè)技能培訓(xùn)，培育垃圾分類收集智能化領(lǐng)域的研發(fā)和管理人才。

4）科學(xué)優(yōu)化垃圾分類收集智能化管理模式

科學(xué)優(yōu)化垃圾分類收集智能化管理模式是保證垃圾分類收集順利進(jìn)行的關(guān)鍵。應(yīng)該考慮垃圾分類收集智能化管理模式的可持續(xù)性，將源頭產(chǎn)生、中途收運(yùn)和末端處理三個(gè)環(huán)節(jié)與數(shù)據(jù)、管理、服務(wù)進(jìn)行融合，構(gòu)建全時(shí)段、全過程、全覆蓋的垃圾分類收集管理模式。未來，應(yīng)繼續(xù)完善互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立綜合信息平臺(tái)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)開發(fā)智能分類設(shè)施，并綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素，以實(shí)現(xiàn)垃圾分類收集智能化管理模式的長期發(fā)展。

5 結(jié)論與展望

城市生活垃圾分類收集智能化是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要在技術(shù)、管理、社會(huì)意識(shí)等方面綜合考慮，才能實(shí)現(xiàn)更好的效果。在未來的研究中，應(yīng)當(dāng)著力解決城市生活垃圾分類收集智能化的關(guān)鍵問題，持續(xù)推動(dòng)智能化設(shè)施研發(fā)和技術(shù)應(yīng)用，為解決城市生活垃圾問題作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。