本发明涉及物联网技术领域中的一种固体废弃物收运系统及其收运方法，具体涉及一种基于物联网技术的固体废弃物收运系统及其收运方法、计算机可读存储介质。
背景技术
物联网技术的定义是：通过射频识别(rfid)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。
物联网技术正在以世人瞩目的速度进行着高速发展，其应用领域也在逐渐扩大。随着我国对环境保护的重视，物联网越来越多的应用到环境领域中，一些城市也在逐渐的将物联网技术运用到生活垃圾管理中来。
在武汉，利用红外、射频技术和gps等信息技术为其再生资源管理提供基础信息的即时采集、智能收运与处理等功能，实现对再生资源的全过程监管；在上海，自2010年起，政府以及环境管理相关部门都加大力度推行物联网等先进科学技术走进城市生活垃圾收集、运输、处置各环节，并选择具备一定能力的区域作为试点，应用rfid、gps、gis等物联网技术构建可回收垃圾逆向物流管理系统、固体废弃物综合管理平台、生活垃圾处置信息公共服务平台等，实现垃圾收运作业的全过程监管，很大程度上提高了各项工作的效率。
但是，对农村固体废弃物的关注却远远不够，农村区域基础设备的规划建设比较落后，而且管理相对缺失，导致农村固体废弃物长时间处在无序堆放和无管理的状态。另外，基层政府缺乏必要的和专项的环卫管理体系，农村的环卫基础设备基本都处在空白状态。目前，在农村区域固体废弃物数字化管理平台已经初步建立，但一些关键技术还未实现。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于物联网技术的固体废弃物收运系统及其收运方法、计算机可读存储介质。固体废弃物收运系统用来解决农村收运过程废弃物的信息化问题，利用物联网技术的一系列的特性和优点来加强运输过程的信息采集、动态监控能力，提高收运效率，从而实现农村固体废弃物的信息化管理，为后续的固体废弃物处理提供更加方便、快捷、有效的方法。本发明的固体废弃物收运系统主要解决两部分技术问题即深埋桶的满桶报警的技术问题及收运车辆的路径规划的技术问题。
本发明采用以下技术方案实现，基于物联网技术的固体废弃物收运系统包括深埋桶满桶检测模块和收运车辆行驶路径规划模块；
所述深埋桶满桶检测模块包括多个检测单元和数据处理单元；每个检测单元对应一个深埋桶，用于检测相应深埋桶内垃圾的实际高度位置信息；每个深埋桶对应存在一个固定位置信息；数据处理单元内存储有每个深埋桶的相应固定位置信息，所述数据处理单元用于比较所述实际高度位置信息是否大于预设的一个目标位置信息，是则延迟一段预设时间后启动所述检测模块进行复测，再比较复测的实际高度位置信息是否依旧大于所述目标位置信息，是则判断相应深埋桶内垃圾达到需要清理要求，并发出针对相应深埋桶的满桶报警提示；
所述收运车辆行驶路径规划模块包括：位置信息获取单元，其用于在接收到所述满桶报警提示时，从所述数据处理单元根据所述实际高度位置信息调取相应深埋桶的固定位置信息；地图定位显示单元，其用于将所述固定位置信息显示并定位在地图上；当前位置获取单元，其用于开启百度定位，获取收运车辆在所述地图上的当前位置信息；路径计算单元，用于根据所述当前位置信息和所述深埋桶的固定位置信息在所述地图上计算可行性路径；路径规划及导航单元，其用于根据所述可行性路径规划最佳路径并进行导航。
作为上述方案的进一步改进，所述数据处理单元的数据辅助处理方法包括以下步骤：
设置标志位flag和中断标志位es；
在所述检测单元对相应深埋桶的两次检测结果均有障碍物时，置标志位flag＝1，以此进入数据处理的主函数；
进入所述主函数后，先需要关闭中断，防止无限循环，即置中断标志位es＝0，再由于要进行数据的交互传输，故先对串口进行初始化，配置与所述串口相对应的波特率；然后开始对数据进行传输，为了保证数据有序传输，使用延时函数以将不同的字符串隔开；
在数据传输完毕后，再开启中断，即置中断标志位es＝1，并阻止进入所述主函数，即置标志位flag＝0，以保证下次数据传输的稳定性。
作为上述方案的进一步改进，所述数据处理单元包括：
服务器，其存储有每个深埋桶的相应固定位置信息；
控制器，其用于比较所述实际高度位置信息是否大于预设的一个目标位置信息，是则延迟一段预设时间后启动所述检测模块进行复测，再比较复测的实际高度位置信息是否依旧大于所述目标位置信息，是则判断相应深埋桶内垃圾达到需要清理要求，并发出针对相应深埋桶的满桶报警提示。
进一步地，所述服务器和所述控制器之间采用gprs方式通信，或采用数传电台方式通信，或采用卫星通信方式通信。
作为上述方案的进一步改进，所述检测单元采用红外线测距传感器，所述红外线测距传感器用来测量相应深埋桶内垃圾距离桶盖的距离。
作为上述方案的进一步改进，每个深埋桶的桶盖上安装太阳能电池板，所述太阳能电池板用于对相应检测单元供电。
进一步地，每个深埋桶的桶盖上还安装蓄能电池，所述蓄能电池用于存储相应太阳能电池板获取的电能，并利用所述电能对相应检测单元供电。
本发明还提供一种基于物联网技术的固体废弃物收运方法，其包括以下步骤：
每个深埋桶对应存在一个固定位置信息，对每个深埋桶的相应固定位置信息进行事先存储；
检测深埋桶内垃圾的实际高度位置信息；
比较所述实际高度位置信息是否大于预设的一个目标位置信息，是则延迟一段预设时间后进行复测，再比较复测的实际高度位置信息是否依旧大于所述目标位置信息，是则判断相应深埋桶内垃圾达到需要清理要求，并发出针对相应深埋桶的满桶报警提示；
在接收到所述满桶报警提示时，根据所述实际高度位置信息调取相应深埋桶的固定位置信息；
将所述固定位置信息显示并定位在地图上；
开启百度定位，获取收运车辆在所述地图上的当前位置信息；
根据所述当前位置信息和所述深埋桶的固定位置信息在所述地图上计算可行性路径；
根据所述可行性路径规划最佳路径并进行导航。
作为上述方案的进一步改进，判断相应深埋桶内垃圾是否达到需要清理要求时，其数据辅助处理方法包括以下步骤：
设置标志位flag和中断标志位es；
在所述检测单元对相应深埋桶的两次检测结果均有障碍物时，置标志位flag＝1，以此进入数据处理的主函数；
进入所述主函数后，先需要关闭中断，防止无限循环，即置中断标志位es＝0，再由于要进行数据的交互传输，故先对串口进行初始化，配置与所述串口相对应的波特率；然后开始对数据进行传输，为了保证数据有序传输，使用延时函数以将不同的字符串隔开；
在数据传输完毕后，再开启中断，即置中断标志位es＝1，并阻止进入所述主函数，即置标志位flag＝0，以保证下次数据传输的稳定性。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时，实现上述任意基于物联网技术的固体废弃物收运方法的步骤。
本发明的主要目的是实现生活垃圾收运系统的设计与开发，主要包括两部分内容即深埋桶的满桶报警及收运车辆的路径规划。对于这两个问题的实现所要用到的技术，本发明运用物联网技术来解决农村收运过程废弃物的信息化问题，利用物联网技术的一系列的特性和优点来加强运输过程的信息采集、动态监控能力，提高收运效率，从而实现农村固体废弃物的信息化管理。
附图说明
图1为本发明基于物联网技术的固体废弃物收运系统的模块结构图。
图2为本发明基于物联网技术的固体废弃物收运系统的路径规划与导航系统的流程图。
图3为本发明基于物联网技术的固体废弃物收运系统的硬件与软件的划分示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本实施例的基于物联网技术的固体废弃物收运系统包括深埋桶满桶检测模块和收运车辆行驶路径规划模块。深埋桶满桶检测模块用于解决深埋桶的满桶报警的技术问题，收运车辆行驶路径规划模块用于解决收运车辆的路径规划的技术问题。
深埋桶满桶检测模块包括数据处理单元、多个检测单元。每个检测单元对应一个深埋桶，用于检测相应深埋桶内垃圾的实际高度位置信息；每个深埋桶对应存在一个固定位置信息。
检测单元可采用红外线测距传感器，红外线测距传感器用来测量相应深埋桶内垃圾距离桶盖的距离。在本实施例中，传感器选择的是hj-ir2红外传感器，主要用来检测深埋桶内的生活垃圾的位置是否达到预设的高度，并将采集到的信息传送给数据处理单元。
数据处理单元内存储有每个深埋桶的相应固定位置信息，所述数据处理单元用于比较所述实际高度位置信息是否大于预设的一个目标位置信息，是则延迟一段预设时间后启动所述检测模块进行复测，再比较复测的实际高度位置信息是否依旧大于所述目标位置信息，是则判断相应深埋桶内垃圾达到需要清理要求，并发出针对相应深埋桶的满桶报警提示。
所述数据处理单元包括服务器、控制器。服务器存储有每个深埋桶的相应固定位置信息。控制器用于比较所述实际高度位置信息是否大于预设的一个目标位置信息，是则延迟一段预设时间后启动所述检测模块进行复测，再比较复测的实际高度位置信息是否依旧大于所述目标位置信息，是则判断相应深埋桶内垃圾达到需要清理要求，并发出针对相应深埋桶的满桶报警提示。
所述服务器和所述控制器之间可采用gprs方式通信，或采用数传电台方式通信，或采用卫星通信方式通信。
数据处理单元可采用cpu处理器。cpu处理器可选择51单片机，主要用来处理红外传感器所传送的信号，并通过控制通信模块将信号传递给服务器。通信模块选择的是gprs模块，主要用于单片机与服务器的通信。服务器选择的是webserver主要用于满桶位置的数据存储、查询及更新。在系统供电模块主要选择太阳能电池板来给系统供电，多余的电量可以存储在储能电池中以供阴天使用。
本实施例实现深埋桶的满桶报警的方案主要是使用传感器来测量深埋桶内垃圾的位置，通过判断深埋桶内的生活垃圾位置是否达到预警高度来判断深埋桶是否满桶。传感器主要是用来测量深埋桶内生活垃圾距离桶盖的距离，用以判断深埋桶内生活垃圾是否到达预设的满桶预警值。红外线测距传感器的测量距离虽然不远，但是足以满足系统需求，所以采用红外线测距传感器来实现深埋桶的满桶报警功能。
本实施例中同时数据传输时，需要采取的数据传输方案。本实施例中给系统选择了一种合适的数据传输方式。由于所选深埋桶距离管理平台较远，在此便可以直接忽略掉近距离传输的方式。由于有线传输需要线缆以及相应的设备，所需成本也比较大，因此也不做考虑。在此，直接对几种常见的远距离无线传输模式进行对比分析，从而选出最合适的传输方式以及相应的模块。常见的远距离无线传输方式有数传电台、gprs、卫星通信等。
通过对三种远程无线传输技术的对比分析，结合到现有的通信基础设施以及成本问题，开发人员选择了使用gprs模块来进行数据传输。目前市场上有很多的gprs模块可供选择，且移动网络基本已经能够全部覆盖到所有区域，在进行数据传输时只需要购买一个gprs模块以及一张移动通信的电话卡，便能够实现数据的传输。从这些方面来考虑，使用gprs技术来进行数据通信是最为可行的办法。
本实施例所使用的通信模块为sim800模块，本产品具有提供标准at命令接口，可以提供gsm语音、短消息等业务，此模块主要用于语音或者数据通讯。本模块是一款高性能高性价比工业级的gsm/gprs模块，采用simcom公司的工业级四频850/900/1800/1900mhzsim800芯片,可以低功耗实现语音、sms、数据和传真信息的传输。模块支持rs232和ttl接口控制，可以方便的使用电脑或者单片机控制实现gprs功能。
每个深埋桶的桶盖上安装太阳能电池板，所述太阳能电池板用于对相应检测单元供电。每个深埋桶的桶盖上还可安装蓄能电池，所述蓄能电池用于存储相应太阳能电池板获取的电能，并利用所述电能对相应检测单元供电。本实施例采取的供电方式为安全清洁的太阳能供电。可以将太阳能电池直接安装在深埋桶的桶盖上，这样既节省了空间又能够就近给深埋桶进行供电。太阳能电池板是将光能转化为电力的设备，只要有太阳光光照便可以给系统进行供电。考虑到阴雨天气太阳能将无法供电，且在有光照的时候所产生的电量会有剩余，开发人员使用储能电池将多余电力进行存储用做备用电池。
数据处理单元的数据辅助处理方法包括以下步骤：
设置标志位flag和中断标志位es；
在所述检测单元对相应深埋桶的两次检测结果均有障碍物时，置标志位flag＝1，以此进入数据处理的主函数；
进入所述主函数后，先需要关闭中断，防止无限循环，即置中断标志位es＝0，再由于要进行数据的交互传输，故先对串口进行初始化，配置与所述串口相对应的波特率；然后开始对数据进行传输，为了保证数据有序传输，使用延时函数以将不同的字符串隔开；
在数据传输完毕后，再开启中断，即置中断标志位es＝1，并阻止进入所述主函数，即置标志位flag＝0，以保证下次数据传输的稳定性。
在本实施例中，控制器采用外部中断0的方法控制进程的进行。若红外感光设备检测到障碍物，再加一个延时操作，5分钟后再次检测，以提高系统的稳定性及消息可靠度。若两次检测结果均有障碍物，则标志位flag＝1，以此进入主函数。进入主函数后，第一步需要关闭中断，防止无限循环，即将中断标志位es置0，再由于要进行数据的交互传输，故先对串口进行初始化，配置合适的波特率，本实施例采用的是单片机系统晶振为12mhz，故波特率设为2400，为下面的数据串口传输做好准备。然后开始对数据进行传输，发送at指令给gsm模块，为了保证数据有序传输，使用延时函数将不同的字符串隔开。在传输完毕后，再将中断标志位es、置1，flag标志位置0，以保证下次的数据传输。
请参阅图2，所述收运车辆行驶路径规划模块包括位置信息获取单元、地图定位显示单元、当前位置获取单元、路径计算单元、路径规划及导航单元。位置信息获取单元用于在接收到所述满桶报警提示时，从所述数据处理单元根据所述实际高度位置信息调取相应深埋桶的固定位置信息。地图定位显示单元用于将所述固定位置信息显示并定位在地图上。当前位置获取单元用于开启百度定位，获取收运车辆在所述地图上的当前位置信息。路径计算单元根据所述当前位置信息和所述深埋桶的固定位置信息在所述地图上计算可行性路径。路径规划及导航单元用于根据所述可行性路径规划最佳路径并进行导航。
因此，本实施例的基于物联网技术的固体废弃物收运系统，其对应的基于物联网技术的固体废弃物收运方法包括步骤：每个深埋桶对应存在一个固定位置信息，对每个深埋桶的相应固定位置信息进行事先存储；检测深埋桶内垃圾的实际高度位置信息；比较所述实际高度位置信息是否大于预设的一个目标位置信息，是则延迟一段预设时间后进行复测，再比较复测的实际高度位置信息是否依旧大于所述目标位置信息，是则判断相应深埋桶内垃圾达到需要清理要求，并发出针对相应深埋桶的满桶报警提示；在接收到所述满桶报警提示时，根据所述实际高度位置信息调取相应深埋桶的固定位置信息；将所述固定位置信息显示并定位在地图上；开启百度定位，获取收运车辆在所述地图上的当前位置信息；根据所述当前位置信息和所述深埋桶的固定位置信息在所述地图上计算可行性路径；根据所述可行性路径规划最佳路径并进行导航。
针对本方法可以计算机可读存储介质实现，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时，实现本实施例的基于物联网技术的固体废弃物收运方法的步骤。具体可设计成app的形式来实现，也可以针对其中收运车辆行驶路径规划这一块做单独的app(如本实施例)。
对于车辆的路径规划问题的实现方案可选择使用安卓系统进行开发。在对软件系统进行设计时，主要要求所开发的应用软件能够实现两个功能：一是app能够对车辆路径进行导航，第二个是app要能够从web服务器上下载深埋桶的坐标信息。在基于以上两点要求的情况下，开发人员开始对应用程序进行开发。
软件部分主要包括web工程的开发和导航app的开发。在每辆运输车辆配置一台android移动设备，结合现有的条件，使用百度地图api来对百度地图再开发，根据实际需求来开发出一款android应用软件。android系统的开源性以及百度地图api平台的开放性，使得开发人员能够根据自己的需求来进行百度地图的再开发。随着android系统越来越稳定以及百度地图功能的完善，开发人员在后期对系统进行升级及功能的完善也变得更加方便。
本实施例中路径规划app的开发与实现。app主要实现的功能有两个，即从服务器中读取满桶的深埋桶的位置信息和运输车辆收运路线的规划与导航。在这里主要是调用了百度地图api和web工程提供的api，来实现这两大功能。
请参阅图3，本实施例中服务器数据的获取的实现。为了实现服务器数据的获取，在这里采用线程+handler的方式。即通过线程向服务器发起请求，请求在经过一系列的辗转处理后返回用handler来操作主线程。为了提高系统的效率，我们使用多线程来同步完成多项任务。
本实施例中定位功能的实现。在这部分要实现的功能是将地图显示出来，以及客户端及满桶的深埋桶的定位，并将客户端及深埋桶显示在地图上。百度地图的api为我们提供了一个相当于地图总控制器的baidumap类，我们只要调用一些方法，便能将地图显现出来。有了地图之后，我们便可以在地图上做相应的操作。为了使地图可以放大和缩小，我们要对地图的缩放级别进行设置，由于其取值范围在3到19之间，且缩放级别的值越大，地图显示出来的细节就越精细，在这里我们使用特定的方法将缩放级别设置为10。这一方法返回一个特定的对象，要想实现地图的缩放功能，只需要将这个特定对象传入到baidumap的特定方法即可。在地图显示出来之后，我们需要实现客户端的定位功能，并将客户端的位置在地图上显示出来。
本实施例利用物联网建设了一套固体废弃物转运智能化管理系统，固体废弃物收集桶，数字化深埋收集站，一台压缩式运输车，通过清扫保洁与转运智慧管理系统对收运车、深埋收集站、压缩式运输车实行全程“数字化、视频化”定位监控、平台管理，实现了固体废弃物治理的数字化管理。
本实施例在硬件部分，整个系统的设计基于b/s架构，传感器对深埋桶内的生活垃圾量进行数据采集后，控制器会对数据进行处理并通过通信模块来将信息发送给服务器，应用程序可以对服务器进行访问并将信息显示在app上，工作人员通过手机客户端可以查看深埋桶的满桶信息。最终，工作人员可以通过app来为本次收运路径进行规划。而供电系统则为整个系统提供工作所需要的电量。
其中传感器选择的是hj-ir2红外传感器，主要用来检测深埋桶内的生活垃圾的位置是否达到预设的高度，并将采集到的信息传送给cpu处理器。
cpu处理器选择的是51单片机，主要用来处理红外传感器所传送的信号，并通过控制通信模块将信号传递给服务器。
通信模块选择的是gsm模块，主要用于单片机与服务器的通信。
服务器选择的是webserver主要用于满桶位置的数据存储、查询及更新。
在系统供电模块主要选择太阳能电池板来给系统供电，多余的电量可以存储在储能电池中以供阴天使用。
生成最短路径图选择使用安卓系统进行开发。调用了百度地图api和web工程提供的api，选借助百度地图开发包来实现收运车辆的路径规划功能。
在硬件系统中要选择合适的传感器及控制系统和通信模块，在进行硬件系统这部分的模块选择时要考虑到深埋桶内环境的特殊性，以及总体的成本问题。在软件系统这方面的选择既要考虑到开发人员本身的专业范围，又要考虑到软件的运行维护以及后续的软件升级等问题，同时还要结合现有的设备更便于安装何种软件。除了硬件和软件部分，还要考虑系统的供电问题，针对这一系列问题，在项目实施之前开发人员先对方案进行选择。
整个系统的设计基于b/s架构，传感器对深埋桶内的生活垃圾量进行数据采集后，控制器会对数据进行处理并通过通信模块来将信息发送给服务器，应用程序可以对服务器进行访问并将信息显示在app上，工作人员通过手机客户端可以查看深埋桶的满桶信息。最终，工作人员可以通过app来为本次收运路径进行规划。而供电系统则为整个系统提供工作所需要的电量。
本实施例考虑到开发人员自身的专业范围以及管理平台急需解决的问题，开发人员在现有的管理平台及技术基础上，选择实现深埋桶的满桶报警及运输车辆的路径规划这两大功能，并完成子系统的开发与功能实现。
本实施例能以固体废弃物数字化管理平台为系统核心，以10个乡镇为分业务中心，以环保数字化深埋收集站为关键业务节点，搭建基于车辆卫星定位技术、车辆监管技术、环境监测技术、视频监控技术、射频识别技术等先进的电子及信息技术，本着制度规范化、实用性、先进性、可扩充性、稳定性、开放性的原则，实现固体废弃物治理的数字化管理。在所需区域放置垃圾收集桶，配备数字化深埋收集站，配备压缩式运输车，通过智能化管理系统对收运车、深埋收集站、压缩式运输车实行全程定位监控、平台管理。
本实施例主要目的是实现生活垃圾收运系统的设计与开发，主要包括两部分内容即深埋桶的满桶报警及收运车辆的路径规划。系统主要包括硬件系统和软件系统及用于数据储存的服务器这三部分。硬件系统主要是用来采集深埋桶内的生活垃圾信息，并将信息发送给服务器并存储于服务器中。而软件部分用来获取服务器内已经满桶的深埋桶的位置信息，并给收运车辆规划行驶路径。在本系统中，深埋桶满桶信号发送到服务器端，应用程序再从服务器获取到深埋桶的位置信息后，会为收运车辆规划一条收运路径，从而实现生活垃圾的智能化收运。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。