مدیریت هوشمند زباله های شهری در راستاي نیل به اهداف شهر الکترونیک(با استفاده از RFID و سایر خدمات مربوطه)

مقدمه

از جمله مهمترین اهداف ایجاد شهرهاي الکترونیک، جلوگیري از اتلاف سرمایه، انجام کارها در سریعترین زمان ممکن و ارائه خدمات مناسب به شهروندان میباشد. از طرفی به دلیل رشد روزافزون جوامع بشري وگسترش شهرها، یکی از دغدغه هاي مهم مسئولین در انجام امور شهري، موضوع مدیریت صحیح زباله هاي تولید شده در بخشهاي مختلف جامعه است . بر اساس استانداردهاي بین المللی منظور از مدیریت زباله (پسمانداري)، شامل مجموع مقررات منسجم و منظم براي کنترل، تولید، ذخیره، جمعآوري، جابجایی و دفن زباله ها منطبق بر قوانین بهداشت عمومی، بهینه سازي حفظ منابع و سایر ملزومات زیست محیطی میباشد . بهنحویکه امروزه با توجه به حجم زیاد و تنوع زباله هاي خانگی و صنعتی، کاربرد فنآوري اطلاعات در زمینه پسمانداري روش نوینی محسوب میشود که مورد توجه بسیاري از متخصصین قرار گرفته است . مدیریت هوشمند پسمانداري، قسمتی از زیرساختهاي لازم براي ایجاد شهر الکترونیک بوده که با بکارگیري تجهیزات هوشمند الکترونیکی قابلیتهاي فراوانی براي حفظ محیط زیست و ایجاد توسعه پایدار فراهم میکند . بر این اساس، در تحقیق حاضر سعی شده است ضمن معرفی بخشی از فعالیتهاي مرتبط با مدیریت هوشمند زباله ها، شامل شناسایی فرکانس رادیویی RFID، کاربرد شبکه موبایل منطقهاي GSM، و استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS، مزایا و تأثیر کاربرد آنها در رسیدن به اهداف شهر الکترونیک بیان گردد . نتایج بدست آمده، موید نقش موثر و مفید این سیستمها در بهینهسازي انجام فعالیتهاي پسمانداري است.

فنآوري شناسایی فرکانس رادیویی

از سال 1980 میلادي تحول شگرفی در صنعت بازیافت زباله هاي شهري و صنعتی صورت گرفت. بطوریکه در حال حاضر بسیاري از کشورهاي مختلف دنیا از فنآوريهاي جدیدي مانند شناسایی فرکانسRFID براي بازیافت استفاده میکنند. شکل 1، جزئیات رادیویی این فرآیند را نشان میدهد.

شکل (1). کاربرد RFID در مدیریت پسمانداري

در فنآوريRFID، از یکی سري برچسبهاي هوشمند (تگ) که قادر به ارسال امواج رادیویی براي انتقال داده هاي مربوط به هویت یک شیء باشد، استفاده میکنند. برچسب هوشمند (یا بارکد رادیوئی) یک ریزتراشه ساده به ابعادي حدود نیم میلیمتر بوده که از آنتن متصل به آن قادر به ارسال امواج رادیویی است. کل اجزاي مذکور در داخل محفظهاي از جنس پلاستیک (PVC) قرار گرفته و بر روي شیء مورد نظري که لازم است داراي کد شناسایی باشد، متصل میگردد.

زمانی که تگ نزدیک و یا در محدوده کدخوان قرار گیرد، میدان مغناطیسی تولیدي توسط کدخوان باعث فعال شدن آن شده و بطور پیوسته اقدام به ارسال داده ها از طریق پالسهاي رادیویی مینماید. درنهایت داده ها توسط دستگاه کدخوان دریافت و توسط نرمافزارهاي مربوطه پردازش میگردد. سامانه شناسایی فرکانس رادیویی یک ابزار موثر و مقرون به صرفه در بهبود عملکرد، کاهش زمان اجرا و کم کردن هزینه هاي نیروي انسانی در بسیاري از فعالیتهاي جامعه است. برخی از ویژگی خاص این سیستم مانند امکان تولید تگها در اندازه هاي مختلف، امکان جاسازي و مخفی کردن تگ، عدم نیاز به تماس مستقیم تگ با دستگاه کد خوان براي ارسال داده ها، عدم قابلیت دستکاري کدهاي سریال ذخیره شده در تگها، استهلاك کم سیستم (به دلیل عدم تماس مستقیم تگها و کدخوان) و همچنین راحتی نصب آن، باعث کاربرد فراوان سامانه RFID در بخشهاي مختلف مدیریت شهري ازجمله شناسایی و جمعآوري هوشمند زباله ها شده است. در ادامه جزئیات مربوط به نحوه استفاده از این سیستم در مدیریت پسمانداري، ارائه شده است.

ساختار RFID در مدیریت پسمانداري

با توجه به شکل 2 اجزاي اصلی سامانه شناسایی فرکانس رادیویی در مدیریت پسمانداري، شامل برچسبهاي نصب شده روي سطل زباله ،کدخوان RFIDبر روي کامیو ن حمل زباله و آنتن RFIDبراي ارسال داده ها است. داده ها از طریق سیستم ارتباطات موبایل GSM)) انتقال و توسط سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS)) شناسایی میشود.البته در قسمت دسترسی به مکان، کد GLN میتواند موثر باشد. سپس پردازشگر مرکزي تجزیه و تحلیل داده ها را انجام داده و تصمیم براي جمع آوري زباله صادر خواهد شد . خلاصه مراحل انجام کار دراین سامانه مطابق شکل 3 است.

شکل (2). کامیون جمعآوري زباله مجهز به سیستم RFID در کنارسطل زباله داراي تگ

شکل(3). معماري سامانه RFID براي شناسایی و مدیریت هوشمند زباله هاي جامد شهري

سامانه RFID براي شناسایی و فرآیند مدیریت زباله هاي جامد سامانه پیشنهاد بسیار مناسبی است. سیستم مذکور زمان جمع آوري زباله ها، فعالیت و ردیابی موقعیت وسایل نقلیه، حداقل کردن مسیر حمل، بهینهسازي مصرف انرژي، پاکیزگی محیط زیست و در دسترس بودن وسایل نقلیه را تأمین میکند.  در این سیستم زمانیکه کامیونها به محل زباله ها میرسند کدخوان RFID با برچسب نصب شده روي سطل ارتباط برقرار کرده و پس از تبادل و پردازش اطلاعات (شامل تعیین نوع و حجم زباله)، امکانپذیري جمعآوري زباله ها توسط سیستم ارزیابی میشود البته می توان به هر سطل زباله یک کد GTIN و به هر وسیله حمل و نقل یک کد GIAI اختصاص داد.

بدین ترتیب با استفاده ازRFID و سایر خدمات مربوطه مانند سیستم کدینگ GS1، تفکیک و جمع آوري کنترل شده زباله ها بدون حضور فیزیکی مامورین شهرداري انجام خواهد شد .جداسازي زباله ها برحسب نوع آنها، یکی از مهمترین قسمتها در فرآیند بازیافت و مدیریت بهینه زباله محسوب میشود. لازم به ذکر است اگرچه بکارگیري همزمان سامانه GIS و GSM ،RFID امکان تفکیک هوشمند زباله ها، مدیریت بهینه بازیافت و هدایت کنترل شده زباله ها به محلهاي دفن را فراهم میکند، ولی استفاده از این فنآوري در پردازش زباله هاي شهري موانعی نیز دارد. مهمترین این موانع شامل هزینه مربوط به استفاده از تگها، غیراقتصادي بودن فرآیند بازیافت در بعضی از شرایط خاص و مصرف زیاد تگ است. علیرغم این مشکلات، از دیدگاه مهندسی ارزش کاربرد این سیستم مقرون به صرفه بوده و به عنوان مثال حدود 20 درصد از مدیریت پسمانداري کشور آلمان توسط این سامانه انجام میشود .

مکانیابی مراکز دفن زباله بوسیله GIS

با وجود کوششهاي فراوان براي بازیافت و بازیابی زباله ها، اما همچنان بخش زیادي از زباله ها قابل بازیافت نبوده و در چرخه مدیریت پسمانداري باید آنها را دفع کرد. امروزه یکی از روشهاي مهندسی براي دفع زباله ها، نگهداري طولانی مدت آنها در مراکز دفن بهداشتی زباله است . از طرفی به دلیل عدم رعایت کامل معیارهاي زیست محیطی و توجه نکردن به ملاحظات فنی، بعضاً مراکز دفن زباله از طریق نشت مواد آلاینده به درون زمین، سبب آلودگی محیط اطراف میشوند . بطوریکه مکانیابی مناسب براي محل دفن صرفاً از طریق در نظر گرفتن مجموعهاي از عوامل مختلف مانند مشخصات توپوگرافی، شرایط زمینشناسی، موقعیت آب و هوایی، وضعیت آبهاي زیرزمینی و رعایت استانداردهاي طراحی مرکز دفن امکانپذیر خواهد بود. نتایج بررسیهاي انجام شده نشان میدهد یکی از ابزارهاي موثر براي درنظر گرفتن همزمان این موارد و تعیین محل مرکز دفن،استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS)) به همراه تحلیلهاي تصمیمگیري چند منظوره میباشد.

این سیستم در واقع یک سامانه کامپیوتري با قابلیت ذخیره داده ها و نمایش گرافیکی آنها، با هدف تجزیه و تحلیل سریع و کسب اطلاعات بهینه در زمینه مورد نظر میباشد. تکنولوژي GIS با جمعآوري و تلفیق پایگاه داده هاي معمولی، امکان دسترسی همزمان به چندین لایه اطلاعات و پیشبینی براي منظورهاي خاص را فراهم میکند. براي استفاده از GIS در مکانیابی مراکز دفن زباله، معمولاً لایه هاي اطلاعاتی مربوط به توپوگرافی منطقه، وضعیت لایه هاي زمین شناسی،جنس لایه ها، نقشه مناطق شهري و روستایی، راه هاي دسترسی منطقه، گسلها و درزه ها، محل مسیلها و رودخانه ها، وضعیت تراز آبهاي زیرزمینی، و نقشه لرزهخیزي منطقه با یکدیگر ترکیب و به عنوان نقشه پایه مورد استفاده قرار می گیرند، همانطور که قبلا گفته شد به هر مکان یک کد GLN اختصاص داده میشود.

شکل 4 بطور شماتیک چگونگی کاربرد این روش براي انتخاب محل نهایی را نشان میدهد.

شکل(4). ساختار شماتیک برنامه ریزي براي مکانیابی مرکز دفن زباله (مشخصات فنی C ، اقتصادي B ، ملاحظات زیست محیطیA)

سامانه هوشمند دفع و بازیافت زباله

فناوري راديو شناسه نيز در اين امر نقش بسيار مهم و كارسازي را ايفا كرده است. در روش‌هاي پياده شده، از تگ‌هاي راديو شناسه براي شناسايي و مشخص كردن سطل‌هاي زباله استفاده مي‌گردد، با توجه به جنسي كه اين تگ‌ها ساخته مي‌شوند امكان خرابي و از كار افتادن آن‌ها بسيار كم مي‌باشد. شکل زیر این مراحل را نمایش میدهد.

نیویورک شهری هوشمند با سطل‌های زباله مجهز به وای‌فای

سطلهای هوشمند و متقاوتی در نیویورک نصب خواهند شد که نه تنها از قابلیتهای متفاوتی برخوردارند بلکه همانند «هات اسپات» عمل میکنند. اگر در نیویورک در حال قدم زدن بودید و ناگهان موبایل شما «هات اسپات وای فای» را نشان داد، تعجب نکنید زیرا نشانهای از نزدیک بودن شما به سطلهای هوشمندی دارد که چنین امکانی را در اختیار کاربرانشان قرار میدهند. این سطلها، سطلهای زباله بازیافت خورشیدی و وایفایدار هستند. شرکت «Bigbelly» با همکاری «Downtown Alliance» سطلهای زباله را مبدل به هات اسپات رایگان وای فای کردهاند تا این طرح را به صورت آزمایشی مورد بررسی قرار دهند. انرژی خورشید، نیروی لازم برای فشردهسازی زباله ها را فراهم ند تا هر سطل زبالهای بتواند حجم داخلی خود را افزایش دهد. هرچند اینترنت پدیده قرن جدید است و سابقه چندانی ندارد اما به خوبی توانسته جای خود را در زندگی مردم باز کند و به وسیلهای ضروری در زندگی روزمره تبدیل شود. اکنون بسیاری از شرکت ها با توجه به این نیاز، ایده دستیابی به اینترنت در هرجا و مکان را تجاری سازی کردهاند. آنها برای این منظور هر وسیله ای را به کانون وای فای تبدیل می کنند. به این ترتیب در سال های آتی با انبوهی از دستگاه ها روبرو خواهیم شد که دو کاربرد دارند. به عبارت دیگر علاوه بر کارکرد معمول خود، اینترنت بی سیم را نیز فراهم میکنند. در همین زمینه یک شرکت تهیهکننده سطل آشغالهای شهری دست به ابتکار جالبی زده است. زمستان گذشته شرکت مدیریت زباله Big belly دو سطل آشغال هوشمند در مرکز منهتن را به اینترنت بی سیم مجهز کرد که هرکدام سرعتی معادل 50 تا 75 مگابیت به ازای هر ثانیه فراهم میکنند. این سرعت برای دانلود کردن یک فیلم با کیفیت HD طی 9 دقیقه یا آپلود کردن 200 عکس طی 27 ثانیه کافی است. اکنون این شرکت میخواهد تعداد بیشتری از سطلهای زباله هوشمند و سطلهای بازیافت خود را در شهر نیویورک به کانون اینترنت وای فای (Wi-Fi hotspot) تبدیل کند. شرکت «بیگ بلی» اکنون از شهردار نیویورک درخواست وام کرده تا سطلهای زباله مجهز به وای فای را در محله های محروم از خدمات فناوری نصب کند. همچنین این شرکت قصد دارد برنامه های آزمایشی بیشتری در سال جاری اجرا کند و در پاییز امسال با تایید هیات مدیره سطل آشغالهای هوشمند بیشتری را به طور کامل به کار گیرد. همچنین شهرهای دیگر در آمریکای شمالی نیز به زودی صاحب سطل زباله های مجهز به اینترنت بی سیم مخصوص خود خواهند شد.

newyork garbage cans

نکته جالب درباره سطل آشغالهای «بیگ بلی» آن است که علاوه بر زیبایی کاربردهای مختلف دارند. انرژی مورد نیاز سطل آشغالها توسط پنلهای خورشیدی تامین میشود. همچنین آنها مجهز به حسگرهایی هستند که میزان پر بودن و بوی نامطبوع سطل را اندازه گیری میکند و به مسئولان جمعآوری زباله اطلاع میدهد که چه زمان باید اقدام به خالی کردن سطلها کنند. برخی دیگر از انواع این سطل آشغالهای هوشمند ، به محض پر شدن، زباله ها را فشرده میکنند. اضافه کردن اینترنت بی سیم وای فای به سطل زباله های هوشمند در خیابانها دیگر اجازه نمیدهد آسمانخراشها سیگنالهای اینترنت بی سیم را مسدود کنند. بنابراین شهروندان در نقاط کور به اینترنت دسترسی خواهند داشت.

نتيجه گيري

1. امروزه رشد جمعیت و گسترش شهرها، دائماً بر پیچیدگیهاي مدیریت شهري اضافه میکند. بر این اساس، گزینه مناسب براي تسریع و بهینهسازي فعالیتها، استفاده از سیستمهاي هوشمند مدیریتی و انجام امور از طریق شبکه هاي رایانهاي است. توسعه این شبکه ها از طریق ایجاد شهر الکترونیک، علاوه بر افزایش سطح رضایتمندي شهروندان، سبب کاهش هزینه هاي اقتصادي خواهد شد.

2. یکی از مهمترین مسائل مرتبط با امور شهري، موضوع مدیریت

زباله هاي تولید شده در بخشهاي مختلف خانگی و صنعتی است.مدیریت زباله ها(پسمانداري) بایستی برمبناي حداکثر بازیافت و حداقل مواد زاید نهایی، با رعایت تمامی معیارهاي لازم براي حفظ محیط زیست و توسعه پایدار انجام شود.

3. نتایج پژوهش حاضر نشان میدهد ترکیب فنآوري شناسایی فرکانس رادیویی، شبکه موبایل منطقهاي و سیستم اطلاعات جغرافیایی، میتواند نقش مهمی در مدیریت بهینه پسمانداري ایفا نماید. این سامانه با تلفیق دانش الکترونیک و مخابرات، علاوه بر افزایش سرعت جمعآوري زباله ها از سطح شهر، با شناسایی و تفکیک مواد زائد امکان بازیافت بهتر آنها را فراهم خواهد کرد.

4. یافتن محل مناسب براي دفن زباله، به دلیل حساسیتهاي بسیار زیاد آن کار پرهزینه، وقتگیر و دشواري است. محلهاي انتخاب شده علاوه بر تامین مسائل فنی و اقتصادي، بایستی تمامی استانداردها زیست محیطی را نیز برآورده نمایند. بر اساس تحقیق حاضر، یکی از بهترین روشها براي مکان یابی بهینه مراکز دفن زباله استفاده از سامانه GIS است.

در کنار کلیه این تکنولوژیها هر جا سخن از سیستم مکانیزه باشد، GS1 نیز میتواند راهکاری در کنار RFID، اینترنت وسایر مسائل مربوطه داشته باشد. هر چه به هوشمندسازی نزدیک شویم ، کاربرد GS1 را بهتر احساس میکنیم.