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让废弃物管理运营更智能
作者：山下 刚史（村田）和Johannes Ollechl（Sentinum）
废弃物收集是市政机构需要定期提供的一项基本服务。根据欧盟数据（2020年发布）显示，居住在其成员国的公民平均每年产生505kg废弃物。将该数据应用于全体人口后，显然这已经构成了严峻的后勤挑战。
传统上，废弃物收集工作是定期进行预定的收集，是以被动而非主动的方式进行的。以这种方式，废弃物收集效率并不是特别高，因为它没有考虑收集时废物箱是否已满，这是由于没有办法访问这方面的数据。现在，物联网技术的使用提供了获取数据的可能性，这将使市政当局和私人废弃物服务提供商的废弃物收集工作变得更迅速,效率更高。目前，许多此类智慧城市项目正在进行。
如果收集工作是数据驱动的，那么它们可以根据不同地区的需求进行安排。通过定期获取有关废物箱的容量信息，可以就何时进行下一次收集做出更明智的判断。这将使此类收集工作更高效，有助于降低相关成本，阻止废弃物收集车辆产生的碳排放，并减轻人工资源压力。
收集的数据不仅具有立即使用的价值，还可以构成后续长期分析的基础。这对规划工作很有帮助，可以在规划阶段确定哪些位置的废物箱容量过剩或容量不足。
技术影响
数据驱动的废弃物管理系统，要求在全部受管理的废物箱内部安装废弃物容量传感器。所采用的废弃物容量传感器的解决方案需要能够准确评估当时废物箱中的废物量。它需要伴随某种形式的通信功能，用于将获取的数据传回给负责管理的操作人员。
废弃物量监测解决方案如果要满足该应用的功能预期，则需要具备几个重要特征。首先，考虑到废弃物传感器需要大规模部署，其单位成本需要是可以接受的——否则财政支出对于市政当局或服务提供商来说将难以承担。由于硬件位于偏远地区，维修和更换电池将非常困难。这有两个主要概念。以低功耗运行对于延长电池寿命至关重要，同时坚固的结构可确保可靠的运行（即使在遇到粗暴对待或潜在的破坏行为时）。
由于废弃物容量传感器位于废物箱内，因此很有可能会接触到会损坏它们的物质。这些物质包括水、刺激性化学物质、油、脂肪、酸等。因此必须采取措施阻止它们构成威胁。最后，需要确保这些废弃物容量传感器的准确性。它们必须能够提供高质量的测量数据，并且气候或操作条件的变化不能对所获得的结果产生不利影响。
尽管超声波传感已被用于多种废弃物传感器中，但这种方法存在严重缺陷。与窄飞行时间法（ToF）的光束相比，超声波传感器的光束更宽，并且在近距离时可能会导致盲区。这意味着它们不太适合在小而窄的箱子/容器中使用，因为测量精度可能较差。此外，超声波传感器的集成也可能存在问题。如果应用得当，光学方法可以提供出色的性能，尽管需要采取其他方法来减轻来自其他光源等的干扰。
决定使用哪种无线协议也很重要。在现有基础设施可支持的情况下，使用LoRaWAN可能是最理想的选择。在其他情况下，蜂窝物联网协议（例如LTE-M或NB-IoT）将是更适合的选择，因为这可以避免市政当局/服务提供商部署自己的接入点（这项工程所需费用比需要支付的许可费用更高）。
寻找解决方案
Sentinum的Apollon-Q智能废弃物传感器解决方案现已开始在欧洲各地的废弃物管理运营中广泛应用。简单的即插即用传感器安装在指定监控的废物箱中。它们易于激活，不需要校准。可以通过网络平台检查分散在指定地区的多个单元捕获的数据。
传感器使用来自多个点的光学信号来计算表面近似值，以便可以评估废物箱内部的填充度。这意味着即使废物分布不均匀，也可以计算实际值。此外，测量范围内的产生干扰物体都可以被消除。
每个传感器/发射器组合均利用波长为940nm的红外（IR）信号。支持2.5m范围，允许传感器安装到全部不同尺寸的废物箱——从街道和公园里的小型废物箱，到家庭使用的中型废物箱，一直到商业运营和回收站所需要的大型废物箱。包括专门设计的透镜都有助于减少串扰。它具有疏水性和抗静电性，这意味着可以应对存在湿气和灰尘的环境。
Apollon-Q提供符合NB-IoT、LTE-M1、LoRa和MIOTY无线协议的版本，因此可以满足不同的应用标准（包含性能、成本、易于实施等）。安装后，所需的预期功耗非常低，因此，传感器模块将使用同一块电池持续工作5年（计算基于所使用的LoRa通信，数据发送3次/天）。
Apollon-Q的尺寸为109mm×54mm×33mm，提供了一种紧凑的构成方案，易于安装到任意尺寸格式的箱子中（因为占用的空间非常小）。该装置重量只有160g，因此不会显著增加已装载废物箱的总重量（因此操作人员移动/卸载废物箱所需的工作量可保持不变）。传感器67级外壳可阻止液体进入。它能抵抗多种不同的化学物质，这意味着传感器的组成部件不存在受损的风险。它支持的工作温度范围为−30°C 至+75°C。同时，还可以支持5%至99%的湿度等级。
这些装置的成本并不高，因此对于整个城镇或城市的应用智能废物管理系统，所需的投资不会太大，而且投资后很快就能看到回报。在需要进一步降低成本的情况下，Sentinum的Apollon-Q设备与该公司的Apollon-Zeta系列相辅相成，该系列能够以较低的价格提供更优异的性能。除了硬件之外，Sentinum还可以为客户提供数据管理软件和云服务，从而形成完整的端到端解决方案。
Apollon智能废弃物传感器产品开发的核心显然是所采用的无线技术。Sentinum已经通过其他合资企业与村田建立了牢固的合作关系，指定使用村田的通信模块。经过公司工程团队的协商，现在已经选定了相关模块，并将很快开始评估。村田ABZ模块被指定用于Apollon-Q LoRa，而Apollon-Q的NB-IoT版本将使用1SC模块。Apollon-Zeta LoRa则决定使用1SJ。
村田为低功耗广域（LPWA）应用提供集成先进技术的高质量通信模块，这些模块在促使物联网技术普及方面发挥着关键作用 – 可以提供各种解决方案给智慧城市、智能工业、环境监测、智能农业和可穿戴医疗应用。村田的模组集成了了多种通信协议，提供了高性能和低成本的完美组合。其袖珍的外形有利于系统集成，同时具有承受持续振动、剧烈冲击和极限温度所需的坚固耐用性。高集成的内置可缩短物料筛选和开发所有需要的时间。Sentinum智能废弃物传感器应用是村田在多样电子产品中实现即使受到操作限制也能保持实现差异化的一个例子。
Sentinum的智能废弃物传感器技术已经证明它可以为市政当局带来实质改变。根据客户实施情况收集到的数据表明，即使在相对较小的城市地区，每天也可以节省超过8个小时的收集时间。这意味着员工成本和废弃物车辆产生的碳排放都可以减少。除此之外，还有更多的采用村田通信模块的部署项目正在进行中。
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