基于北斗导航系统的城市垃圾实时清运和安全管理

基于北斗导航系统的城市垃圾实时清运和安全管理【摘要】随着我国经济的发展，城市化、工业化进程的不断加快，产出日益增多的生活垃圾给众多市民和城市垃圾管理者带来了极大的困扰，尤其面对屡见不鲜的垃圾桶爆炸，炸伤人的新闻，我们很难让市民做到百分之百的分类，对于垃圾箱内有无易燃、易爆物品和化学药品等危险物品，很难知道也很难预防，对此本人想到了一种高效率高安全的办法来管理城市垃圾。

该创意基于北斗卫星导航系统，主要针对于垃圾箱内有无危险物品、箱内垃圾量的检测，对城市垃圾管理系统进行改良。

箱内装有语音系统，专业人员可以通过语音系统进行实时环保宣传提高人们环保意识。

其内仪器对箱内垃圾量和有无危险物品也会进行实时检测，并利用北斗卫星导航系统实现垃圾管理部门对于垃圾的实时检测，可以让管理者能灵活、安全、高效地处理垃圾，努力实现资源的合理配置，使垃圾实现更加安全、快速的流通是本次创意的主要方向。

【关键词】北斗导航系统；垃圾箱；实时管理；预防危险；人体感应；远程语音宣传一、创意背景面对现今日益增高的垃圾产出量，我们不能仅仅依靠增加垃圾车的出勤次数来实现城市清洁，垃圾管理部门应该做的是寻找一种安全、有用、高效的管理办法来降低运输成本，提高运输效率和运输的安全性，让垃圾的得到更充分的管理现今垃圾桶爆炸，炸伤人的新闻，经常出现在我们的生活中，这些问题大都是市民对于垃圾的乱扔和不分类造成的，对于以上问题我们很难让市民做到百分之百的分类和不乱扔。

对此我们应该采取巧妙的宣传方式，来让市民做到不乱扔垃圾，对垃圾有序的分类。

那么怎样才能做到高效、安全的管理呢？我们可以采取一种远程监测措施。

这种监测主要是指对于单个垃圾箱内的垃圾量和箱内是否有易燃、易爆物品和化学药品等危险物品进行实时检测，从而让垃圾管理者明确垃圾箱内垃圾量的多少、其内是否有危险物品做出相应的措施，有效避免对于环卫工人等垃圾管理者的伤害，使他们的人身安全得到最大的保护，同时，达到垃圾的安全转移和不堆积、不影响市容、不污染环境。

二、北斗卫星导航系统概述北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。

根据建设目标，建成后北斗卫星导航系统系统具有独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠、覆盖全球等特点。

促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

目前该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。

2013年12月27日，北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开，正式发布了《北斗系统公开服务性能规范（1.0版）》和《北斗系统空间信号接口控制文件（2.0版）》两个系统文件。

2014年11月23日，国际海事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函，这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分，取得面向海事应用的国际合法地位。

（以上信息摘自互联网）二、现今垃圾管理中的主要问题1、对于垃圾箱内物品安全与否的未知。

由于垃圾的来源广泛，垃圾的种类也是非常繁多，因此我们无法确定垃圾箱内的垃圾是否具有危险性，近年来垃圾箱爆炸，炸伤人和环卫工人被尖锐物品划伤的新闻屡见不鲜(如图1)。

尤其是学校、火车站、机场是恐怖分子进行恐怖袭击的场所，医院周围也有可能被人投放传染病菌和医疗器械，这对于环卫工人和垃圾管理工作者都有着极大的安全隐患。

同时又因为警方很难找到投放危险物品的人，所以受害者往往只能自认倒霉。

图1：垃圾箱爆炸2、部分市民不自觉，随手乱扔垃圾。

我们的城市在发展，人民的生活水平也在不断提高，但是有些人的素质却是迟迟不能提高，虽然，现今公共场合上随手乱扔垃圾的现象因为政府的大力宣传有了好转，但我们却还是经常可以见到有些人还是不自觉的乱扔垃圾，这无疑增大了环卫工人的工作强度，影响的最终还是自己城市的市容市貌。

3、市民对于垃圾的分类意识淡薄，导致垃圾不分类。

现今的交通发达，人们接触的东西的种类也越来越多，因此制造的垃圾种类繁多，许多人为了省事，几乎不去做垃圾分类，像纸制品、破布、玻璃、金属、瓶子、陶器及类似的废物合成缆绳、塑料制品材料和包装材料等还具有很大的利用价值，对于垃圾的不分类，这不仅增大了环卫工人的工作强度，同时对国家的资源也是一种极大的浪费。

4、垃圾产出量的区域性差异。

有的地方人多，有的地方人少，有的地方人口流动大，有的地方人口流动小，这些都导致了垃圾产出量的区域性差异，不可避免的，垃圾运输车就会遇到，有的地方刚运走垃圾不久，垃圾箱就回又被塞满，导致垃圾箱外的垃圾堆积。

这无疑又影响了市容、污染了环境。

而有的地方去几次都会没有垃圾或只有少量垃圾，司机又不得不去这些地方，这不仅降低了运输效率，同时也提高了运输成本。

三、设计论述对于以上几个问题，基于北斗卫星导航系统，我们可以通过创新设计和生产，北斗导航系统客户端设备带有“垃圾实时监测信息报告传输系统”，安装于垃圾箱内部，该系统主要用于检测垃圾箱内是否有易燃、易爆物品和危险的化学药品，有病菌的医疗器械，并进行应急处理。

“垃圾实时监测信息报告传输系统”主要由检测模块、数据处理模块、发送模块、接受模块、感应模块、语音系统模块、电机驱动模块和提前设定应急程序构成。

1、对于垃圾箱内的易燃、易爆物品和危险的化学药品我们可以根据它们有各自不同气味的特性来用检测模块中的气体采样装置、气体传感器进行检测，如果检测危险物品，经过数字滤波、信号放大处理后由单片机编写好的信息由发送模块传给卫星服务器，通过卫星服务器中转到地面垃圾管理者的实时监控电脑上，管理者收到信息，如果经确认没有危险，管理者可以不予理会。

一旦确认物品危险，会立即利用北斗卫星导航系统确定该垃圾箱的准确位置，立即赶往目的地处理，同时继续利用该系统经卫星中转站，向垃圾桶发送应急处理的指令，垃圾桶由接收模块收到信息后经过数据处理模块处理信息，按要求启动预先设计好的应急系统，及时对垃圾桶实施应急封闭功能，并由感应模块感应危险区域内是否有人，如果有人，语音系统模块通过语音提醒周围人员：“检测到垃圾箱内有危险物品，请远离到安全位置。

”并设定一定的语音提示频率如半分钟一次或10秒钟一次。

如果没人，垃圾箱则不做提醒或当检测到有人时再做提醒，这样也可以节省电力。

直到专业人员来处理，来确保周围人员的人身财产安全。

基于成本和经费问题到我们可以在超市、学校、火车站、机场、医院周围等公共场合有选择性的给垃圾桶安装应急封闭功能和应急系统。

对于危险化学物品检测仪器部分现有如下一种较为成熟的毒气体检测器的解决方案。

图2：毒气体检测器的系统框图以上是有一种毒气体检测器的系统框图，其中包括气体传感器、恒压电路、I/V 电路(电流-电压转换)、微控制器、供电电路、接口和报警单元。

对于上图中的电化学传感器，工作电极(WE)检测有毒气体，并根据气体浓度按比例产生电流，参考电极(RE)使工作电极的电压保持稳定，以便传感器工作于线性范围之内，辅助电极(CE)可以使WE节点上产生的电流达到平衡。

恒电位电路保持RE节点电压，并提供CE节点产生的电流。

I/V电路把电流信号转换为电压信号传送至ADC(无论是集成在MCU中还是分立式)。

包括LCD和键阵列在内的人机接口用于系统设置和显示。

LED、蜂鸣器和振动电机有助于提高警报的可靠性。

（以上信息摘自互联网）垃圾箱对于检测到危险物品的处理流程图，如图3：2、基于感应模块和语言系统模块等，我设计了“人体感应自动解说系统”以及由管理者远程控制的“语音系统，”来达到对市民的宣传。

当有人进入垃圾箱的感应范围后垃圾箱会打开语言系统，说出：“保护环境，人人有责”等宣传告语，如果垃圾箱感应到有人扔垃圾到箱内，则会说出：“谢谢您的配合，城市将会因您而更美好！”等感谢语。

为了不影响市民的正常出行，可以将感应模块的感应范围缩小到一定距离，同时基于北斗卫星导航系统的全天候的特点我们也可以达到二十四小时的宣传。

对于人体感应自动解说系统，已有一种如下的人体感应自动解说设计。

当人在PIR透镜前面走动时。

透镜感应到人体的红外信号（只允许波长在7—14Vm的信号通过，而将灯光、太阳光及其他辐射源滤掉，以抑制干扰。

热释电红外传感器PIR窗口接收到感应信号。

通过②脚S端输出到ICl LM324的③脚，感应信号电压0.4--1. 1V，进行放大，其①脚的输出电压在0. 5—1V间波动，通过G.R4接至IC2的@脚后进行二级放大。

IC3的⑥脚电压在0.2V左右，104的⑩脚电压在o.2V以下，IC2的@脚输出电压约4. 6V。

IC3、I仪为比较器。

IC2的@脚的输出信号接至IC3的⑤脚和104的⑨脚，经与基准电压比较，IC3的⑦脚和IC4的⑧脚输出4. 4V左右高电平，经VD3和VD4触发Ic5的PE端，使内部储存的录音信号触发，经SPI+、SPl-内部功放输出，驱动扬声器发声，发音时间为2s。

如果PIR透镜前面没有人体信号或者人在透镜前不移动，则IC1和IC2的输出电压稳定，不能触发IC3和IC4输出低电平。

语音芯片不工作。

本电路静态电流6mA，动态扬声器工作总电流20—80mA。

需要指出的是t人体感应自动讲解仪需要预热，时间大约Imin，所以用一只开关控制，等状态稳定后再打开让其自动工作。

另外，焊接PIR热释电人体探头、LM324及语音芯片时，电烙铁应可靠接地，焊接时间要短。

以免损坏芯片。

人体传感器型号力 RS03，也可用别的传感器。

但元件IC1、IC2、昆和R 的参数要重新设计。

图4：人体感应自动解说设计图（以上信息摘自互联网）在以上基础上我基于北斗卫星导航系统添加了一种由管理者远程控制的“语音系统。

”如图5所示。

这样基于北斗卫星导航系统对垃圾箱进一步改进，实现对语音系统模块的远程控制，让其可以类似于广播一样实时传达收到的语言信息，一旦遇到像地震、海啸这样的紧急情况我们市民也可以第一时间收到信息，并做出相应的自我保护措施。

3、对于垃圾产出量的区域性差异性，我们可以在垃圾箱内部添加对垃圾量进行检测的检测仪器并利用北斗卫星导航系统向垃圾管理者实时传达箱内垃圾量的信息，再由管理者通过观察这一区域内所有垃圾箱红点的数量，来决定垃圾车的出勤次数和出勤路线，这样不仅降低了运输成本，也提高了运输效率，更加实现了垃圾的快速处理和流通，最主要的是节约了资源，保护了环境。