本文摘要：摘要：公共廁所是城市公共服務(wù)設(shè)施必不可少的組成部分，是一個(gè)城市文明形象和公共服務(wù)水平的重要體現(xiàn)。隨著廁所革命的深入貫徹，公廁的數(shù)量及質(zhì)量問題日益得到重視。掌握公廁準(zhǔn)確的運(yùn)行狀態(tài)及特征，將有助于合理安排保潔頻次、調(diào)整廁內(nèi)通風(fēng)設(shè)備工作時(shí)間，進(jìn)
摘要：公共廁所是城市公共服務(wù)設(shè)施必不可少的組成部分，是一個(gè)城市文明形象和公共服務(wù)水平的重要體現(xiàn)。隨著廁所革命的深入貫徹，公廁的數(shù)量及質(zhì)量問題日益得到重視。掌握公廁準(zhǔn)確的運(yùn)行狀態(tài)及特征，將有助于合理安排保潔頻次、調(diào)整廁內(nèi)通風(fēng)設(shè)備工作時(shí)間，進(jìn)而提升公廁精細(xì)化管理水平。本次研究利用LoRa、電化學(xué)傳感器等技術(shù)獲取研究試點(diǎn)環(huán)境、氣味及人流量數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)不同時(shí)間尺度的變化規(guī)律，以及各數(shù)據(jù)間的相關(guān)性。初步得出公廁夏季人流量開始增多的時(shí)間要早于冬季;工作日人流高峰時(shí)段為上午9-11點(diǎn);通風(fēng)設(shè)備可明顯改善公廁環(huán)境質(zhì)量等結(jié)論，為公共廁所精細(xì)化管理提供參考。
關(guān)鍵詞：智慧公廁;大數(shù)據(jù)分析;物聯(lián)網(wǎng)
引言公共廁所是城市公共服務(wù)設(shè)施必不可少的組成部分，體現(xiàn)了一個(gè)城市的文明形象和公共服務(wù)水平[1]。公廁的干凈和整潔與街道、城市的整潔度息息相關(guān)，直接影響人們對(duì)這個(gè)城市的感知。目前城市公廁管理還有許多亟待解決的難題：公廁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量龐大且雜亂，需要耗費(fèi)巨大的人力且效率低下;“臟亂差”的公廁影響居民的使用體驗(yàn);公廁數(shù)量、規(guī)格不符合現(xiàn)有需求和規(guī)定;公廁設(shè)施陳舊落后;問題響應(yīng)速度不及時(shí);市民參與監(jiān)管度低。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智慧城市的建設(shè)推動(dòng)城市的公共設(shè)施朝智能化方向發(fā)展。
全面建設(shè)現(xiàn)代智慧城市，打造“智慧公廁”是其中的重要一環(huán)�；谖锫�(lián)網(wǎng)的智慧公廁能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)公廁流量監(jiān)測、異味檢測、蹲位檢測、自動(dòng)除臭等智能化遠(yuǎn)程管理;采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)衛(wèi)公廁管理與智能技術(shù)的完美融合。“智慧公廁”即能提升公廁的整潔水平，也能為公廁的環(huán)境衛(wèi)生提供科學(xué)、合理的管理手段，使城市的環(huán)衛(wèi)公廁管理業(yè)務(wù)更加高效、智能和有序。
1發(fā)展現(xiàn)狀
縱觀世界范圍內(nèi)智慧公廁的研究情況，在國外學(xué)者對(duì)智慧公廁的研究中，同樣涉及了應(yīng)用如氣體檢測，溫濕度檢測，超聲波水位檢測等多個(gè)傳感器形成集成系統(tǒng)來收集衛(wèi)生間的監(jiān)測數(shù)據(jù)[2]。PrashantNamekar對(duì)智慧公廁的研究中設(shè)計(jì)了一套完整的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，收集信息后可將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在工作網(wǎng)頁中，顯示指數(shù)和衛(wèi)生等級(jí)，此外也設(shè)計(jì)了移動(dòng)端的查詢應(yīng)用，以滿足城市中市民對(duì)公廁地理位置知曉及良好環(huán)境的需求[2]。在國內(nèi)，“廁所革命”已為老式公共衛(wèi)生間帶來了全新的氣象，各個(gè)城市的新建或翻新公廁建設(shè)中，不少都應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧公廁的運(yùn)營[3，4]。
蕭山有著智能化水平最高的公廁，這座智能廁所內(nèi)記憶功能面部識(shí)別取紙機(jī)，自動(dòng)感應(yīng)沖水器、整套安全扶手、一鍵報(bào)警按鈕、除臭噴香設(shè)備、一次性坐便墊紙及消毒液等設(shè)備一應(yīng)俱全，體現(xiàn)著人性化細(xì)節(jié)。公廁入口處的大屏幕播放著公廁出入口和城管驛站內(nèi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面，溫度、濕度、天氣等便民信息以及公廁打掃次數(shù)、使用人數(shù)、水電用量等詳細(xì)情況，既為市民提供了直觀的如廁指引，也為管理者的清潔、維護(hù)工作提供了數(shù)據(jù)支持[5]。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)架構(gòu)及部署
2.1.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
通過前端的智能檢測終端采集公廁環(huán)境和人流量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過LoRa傳輸，在每個(gè)試點(diǎn)部署網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)通過4G有線/無線通信方式傳輸至物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入及管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳。LoRa傳輸不受當(dāng)?shù)剡\(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)情況影響，沒有每月流量和連接數(shù)限制，數(shù)據(jù)傳輸費(fèi)用較低，相比于其他傳輸方式，更適用于本次研究。
2.1.2設(shè)備部署
本論文中的研究數(shù)據(jù)來源于北京市某公共廁所，該公廁位于公園旁邊，國內(nèi)外游客多，人流量大，配套設(shè)施完善，按《城市公共廁所設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》屬于二類公廁，可代表配套設(shè)施相對(duì)完善的公廁�；谏鲜鱿到y(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)際公廁內(nèi)無線物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備布點(diǎn)情況：(1)男女廁內(nèi)各裝有無線環(huán)境監(jiān)測終端(PM2.5、溫度、濕度)1臺(tái)、無線氣體監(jiān)測終端(氨氣、硫化氫)1臺(tái)，用于監(jiān)測公共廁所環(huán)境和氣味情況。(2)男女廁入口處各裝設(shè)無線客流量監(jiān)測終端1臺(tái)，用于統(tǒng)計(jì)衛(wèi)生間的人流量。
2.2數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2019年6月至2019年11月，研究數(shù)據(jù)通過無線傳感器配合智能網(wǎng)關(guān)的方式，主要采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間間隔為一小時(shí)，傳感器每逢整點(diǎn)采樣后向平臺(tái)傳回采集的數(shù)據(jù)，其中人流量數(shù)據(jù)為一小時(shí)內(nèi)的客流量累計(jì)數(shù)據(jù)。
3數(shù)據(jù)處理與分析
3.1數(shù)據(jù)處理
3.1.1數(shù)據(jù)清洗
數(shù)據(jù)清洗是指發(fā)現(xiàn)并糾正數(shù)據(jù)文件中可識(shí)別的錯(cuò)誤，檢查數(shù)據(jù)一致性，處理無效值和缺失值。本論文中處理的數(shù)據(jù)共7992條，每條數(shù)據(jù)包含采樣地點(diǎn)、采樣時(shí)間、人流量、氨氣濃度、硫化氫濃度、溫濕度、PM2.5數(shù)據(jù)。清洗數(shù)據(jù)包含刪除設(shè)備傳回的空數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。清洗后剩下的有效數(shù)據(jù)共7944條。
3.1.2數(shù)據(jù)融合
為分析公廁人流量、硫化氫濃度、溫濕度數(shù)據(jù)的分布特征與相關(guān)性，需要以時(shí)間維度進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，建立時(shí)空基準(zhǔn)。本文的數(shù)據(jù)分析方法主要采用的是數(shù)據(jù)可視化分析和相關(guān)性分析法。數(shù)據(jù)可視化即借助圖形化手段，清晰有效地傳達(dá)與溝通信息。對(duì)多維數(shù)據(jù)進(jìn)行切片、塊、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作剖析數(shù)據(jù)，將大型數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)以圖形圖像形式表示，并利用數(shù)據(jù)分析和開發(fā)工具發(fā)現(xiàn)其中未知信息的處理過程，通過直觀地傳達(dá)關(guān)鍵的方面與特征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于相當(dāng)稀疏而又復(fù)雜的數(shù)據(jù)集的深入洞察。
相關(guān)性分析主要使用圖表相關(guān)分析、協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)三種方法。單純從數(shù)據(jù)的角度很難發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的趨勢和聯(lián)系，而將數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制成圖表后趨勢和聯(lián)系就會(huì)變得清晰起來。協(xié)方差用來衡量兩個(gè)變量的總體誤差，相關(guān)系數(shù)用于衡量變量之間關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，相關(guān)系數(shù)的取值區(qū)間在1到-1之間。
3.2人流量特征分析
3.2.1以月為周期的特征分析
6-11月除了10月女廁日均人流量超過了男廁，9月份基本一致，其余月份男廁的日人流量均比女廁高。男女廁日均人流量均是10月份日均人流量最高，11月份次之，9月份日均人流量最低，其余3個(gè)月日均人流量介于兩者之間。6-11月，選取女廁每月第一周周六人流量數(shù)據(jù)分析其變化趨勢。從整體看，每月人流量隨時(shí)間的變化趨勢大致相同。從局部看，早上5-6點(diǎn)人數(shù)增加的時(shí)間段有所差異，6-8月女廁人流量在5-6點(diǎn)開始增加，9-11月女廁人流量增加約延后一小時(shí)。在相同時(shí)間內(nèi)男廁每月第一周周六人流量數(shù)據(jù)變化整體趨勢和局部差異均與女廁基本一致。
3.2.2以天為周期的特征分析
以6月第三周男女廁人流量數(shù)據(jù)分析，由結(jié)果可以看出，男廁周末人流量高于工作日，周日人流量最多，相同時(shí)間內(nèi)女廁一周人流量變化特征同男廁保持一致。
3.2.3以小時(shí)為周期的特征分析
以10月份30天(10月15日設(shè)備無數(shù)據(jù)傳回)24小時(shí)人流量數(shù)據(jù)做分析。縱坐標(biāo)的人流量是一個(gè)累積值。基本每天上午9點(diǎn)和11點(diǎn)人流量相對(duì)密集，每小時(shí)累計(jì)人流量上午11點(diǎn)達(dá)到最高值。相同時(shí)間內(nèi)男廁10月份每小時(shí)人流量堆積面積分布圖同女廁保持一致。每天上午9點(diǎn)-11點(diǎn)人流量相對(duì)密集，下午16點(diǎn)和晚上20點(diǎn)人流量達(dá)到另外兩個(gè)小高峰。
3.3氣味特征分析
3.3.1以月為周期的特征分析
在6-11月，該公廁女廁硫化氫濃度隨月份的變化趨勢不明顯，可以看出各月份25%左右的時(shí)間處于0.001-0.002ppm階段，大約65%的時(shí)間在0.002-0.005ppm階段，10%左右的時(shí)間處于0.005%-0.009%階段。為該公廁男廁硫化氫濃度隨月份的變化趨勢，可以看出各月硫化氫濃度變化趨勢不明顯，與女廁趨勢基本一致。
3.3.2以天為周期的特征分析
以6月1-2日女廁采集到的硫化氫濃度數(shù)據(jù)分析，可以看出大部分時(shí)間硫化氫濃度在0.005ppm以下，從時(shí)間軸上看，氨氣濃度隨時(shí)間變化特征不明顯。相同時(shí)間內(nèi)男廁硫化氫濃度與女廁一致，在大部分時(shí)間低于0.005ppm，從時(shí)間軸上看，沒有明顯的變化特征。
3.4溫濕度特征分析
分析6-11月女廁采集到的溫度數(shù)據(jù)，可以看出男女廁內(nèi)溫度均在6-7月處于一個(gè)較高溫的狀態(tài)，其中7月份達(dá)到了最高溫度，從10月開始溫度下降較快。且整體上女廁的溫度要高于男廁溫度。
3.5相關(guān)性分析
對(duì)各研究組數(shù)據(jù)間協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分析其相關(guān)性。表格中計(jì)算了人流量與硫化氫濃度、人流量與溫度、溫度與硫化氫濃度、溫度與濕度四組數(shù)據(jù)的協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)。其中協(xié)方差用來衡量兩個(gè)變量的總體誤差，相關(guān)系數(shù)用于反應(yīng)變量之間關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，數(shù)據(jù)越趨近于0表示相關(guān)關(guān)系越弱。人流量與硫化氫濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系且相關(guān)性較低，人流量與溫度、溫度與硫化氫濃度、溫度與濕度三組變量成正相關(guān)關(guān)系，其中溫度和濕度的相關(guān)性較高，溫度和硫化氫濃度的相關(guān)性較低。
4主要結(jié)論與建議
4.1主要結(jié)論
4.1.1公廁人流量變化趨勢
(1)每天9：00-11：00點(diǎn)為公廁人流量最大的時(shí)間段每天9-11點(diǎn)為公廁人流量最大的時(shí)間段，隨后人流量減少，在下午17-18點(diǎn)人流量會(huì)出現(xiàn)小幅增長，周末公廁人流量大于工作日。(2)10月日均人流量最大，9月最少公廁日均人流量9月份最小，約為1840人/天，10月最大，達(dá)到了8340人/天，11月次多，其余6個(gè)月份的人數(shù)介于兩者之間。(3)男廁日均人流量高于女廁10月份女廁的日均人流量高于男廁，9月份基本一致，其余各月男廁日均人流量均高于女廁。(4)公廁人流量的增加時(shí)間受到季節(jié)影響6-8月早上5-6點(diǎn)公廁人流量迅速增加，9-11月份人流快速增加的時(shí)間大約延后一小時(shí)。
4.1.2公廁人流量和硫化氫濃度具有相關(guān)性，但沒有明顯的線性關(guān)系根據(jù)公廁的人流量和硫化氫濃度協(xié)方差可知兩者具有相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)為-0.08131表明兩者沒有明顯的線性關(guān)系。人流量集中在800人/小時(shí)以下，硫化氫濃度集中在0.005ppm以下。
4.1.3人流量與溫度呈正相關(guān)
由人流量和溫度的協(xié)方差大于0可知人流量與溫度呈正相關(guān)，即當(dāng)人流量增多時(shí)，溫度會(huì)隨之上升;而當(dāng)人流量下降時(shí)溫度會(huì)隨之下降。
4.2建議
(1)公廁清掃工作可分時(shí)段調(diào)整頻次由人流量特征的分析結(jié)果可以得出男女廁在上午9-11點(diǎn)達(dá)到人流高峰，周末下午17-18點(diǎn)人流量呈現(xiàn)次高峰，可以在此時(shí)段增加公廁的清掃工作頻次。而工作日下午時(shí)段人流量逐漸減少，公廁環(huán)境較好，可減少打掃頻次。
(2)公廁節(jié)假日期間需增加清掃頻次由人流量月度特征的分析結(jié)果可以得出，在10月人流量最高，分析該結(jié)果可能與國慶假期有關(guān)，建議在節(jié)假日期間增加打掃頻次。
(3)環(huán)境較差的公廁建議安裝自動(dòng)通風(fēng)設(shè)備由硫化氫特征濃度特征分析結(jié)果可以得出本次研究的公廁雖然人流量較大但環(huán)境質(zhì)量很好，這可能與公廁內(nèi)安裝的自動(dòng)通風(fēng)設(shè)備有關(guān)。由此可以建議在投訴率較高或環(huán)境較差的廁所內(nèi)安裝自動(dòng)通風(fēng)設(shè)備，在一定程度上可以改善廁所內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。
(4)人流量數(shù)據(jù)對(duì)改善公廁環(huán)境有較大意義由硫化氫濃度與人流量相關(guān)性和硫化氫濃度與溫濕度相關(guān)性分析結(jié)果可以得出，硫化氫濃度與人流量相關(guān)性較高，和溫濕度相關(guān)性較低。公廁管理工作中，應(yīng)主要關(guān)注公廁氣體環(huán)境數(shù)據(jù)和公廁人流量數(shù)據(jù)。
5結(jié)束語
通過開展基于物聯(lián)網(wǎng)的公共廁所大數(shù)據(jù)分析研究，可以增強(qiáng)城市管理委員會(huì)對(duì)城市環(huán)衛(wèi)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀況的感知能力，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)公共廁所運(yùn)行情況進(jìn)行指導(dǎo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升城市精細(xì)化管理水平、保障民生的目標(biāo)。
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作者：李穎1，李佳2，王睿1，王堅(jiān)1，韓曉松1，劉心悅1
城市管理論文投稿刊物：《城市管理與科技》雜志是由北京市市政管理委員會(huì)主管、北京市市政管理委員會(huì)信息中心主辦的國內(nèi)外公開發(fā)行的綜合性期刊，是國內(nèi)城市管理領(lǐng)域一本具有重要影響力的刊物，現(xiàn)已被多家期刊數(shù)據(jù)庫全文收錄。
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