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附录A 译文

设计基于激励的家庭可回收废物智能回收系统

摘 要

生活垃圾回收利用是社会面临的重大挑战。世界各地的城市都在探索如何通过回收来减少废物。激励机制是提高居民参与垃圾回收活动的有效措施之一。然而，在基于激励的废物回收系统中观察到了几个缺陷：（1）回收服务中资源分配效率低下，（2）缺乏未来规划的系统缺陷，以及（3）在利益相关者之间传递响应性反馈方面的局限性。为了克服这些缺陷，利用物联网和数据分析技术，设计了一个基于智能激励的回收系统。设计系统的四个关键组成部分，即数量模式发现、价格调整建议、废物收集量预测和利益相关者之间的信息共享，有助于构建一个更智能的系统，以加强废物回收。上海的一个基本的基于奖励的回收系统，包括2018年8月21日至2019年3月20日的19个具体可回收物品的数据，得到了改进，以证明所设计的系统的有效性。以试点社区为例，可回收垃圾收集量增加了229.3%，但周收集量分布不均衡，尤其是周末。每周模式分析建议调整纸板、吸管板、塑料瓶和旧衣服在六个确定项目中的定价（即按重量计取约80.0%），以平衡收集量，并为废物收集作业更好地分配资源。为期两个月的趋势分析和两周的预测有助于合理规划回收业务，在新的信息共享平台下，利益相关者可以在生活垃圾回收和减量方面顺利合作。

关键词 生活垃圾回收；基于激励的智能系统；系统设计信息；共享；数据分析；数字化垃圾管理

1. 导言

城市化的快速增长和人口的持续增长所带来的一个重要后果是，随着垃圾数量的不断增加，世界城市产生了大量的废物(肖等人，2017)。世界各地的城市产生的废物比他们所能处理的要多得多，并且面临着前所未有的减少废物和零废物循环经济的挑战(张等人，2019)。到2050年，全球废物产生预计将达到34.亿吨，而只有13.5%的废物被回收(Kaza等人，2018年)。在人口稠密、消费节在人口稠密、消费节奏快、设施不便的地方，生活垃圾回收活动的参与率似乎很低。在2010年，中国的家庭回收率仅为25.0%(Meng等人，2018年)。新加坡的回收指数较低，自2012年以来，家庭垃圾回收利用的总数占20.0%(范等人，2019年)，马来西亚自1993年以来推出了新的废物管理程序，但家庭中的回收率仍为15.4%(Tiew等人，2019年)。日益增多的废物产生和成熟的回收系统使废物管理问题永远无法解决。家庭废物回收将继续是城市发展面临的一个重大问题。

回收性能的改善是对可回收材料、保护自然资源和减少土地的挑战(尼克梅耶，2019年)。这也是改变居民废物处理做法的一种方法(Thomas和Sharp , 2013年)提出了解决低回收率问题的各种策略和方法。例如引入回收费用(Usui等人，2015年)，制定强制性条例(Garlapati，2016)，以及开发互联网回收系统。(Gu等人，2019年)。以奖励为基础的再循环制度被认为是提高回收率的实用系统之一，它可以提高和维持公众对废物回收活动的参与(Li等人，2017年)。当前市场暴露出的几个问题，基于激励的回收系统仍然是一个非常令人关注的问题：(1)不同的回收服务，在人力、时间安排和运输(例如车辆和物流)分配方面，由于处于不稳定的业务，所以导致非生产性的业务的回报较少。(2)缺乏对未来回收业务的实际计划，不完善的系统很难面对市场的波动。(3)缺乏利益相关者(即居民、废物收集者、回收公司和政府授权机构)之间信息共享的简单信息平台。由于回收市场上的信息不不对称，家庭废物的回收无去控制(Shaw等人，2018年)。这些问题将导数废物回收服务的混乱和成本效益低下。环境设施和服务可以提高居民参与家庭回收做法的积极性(Meng等人，2019年)。本研究的目的是设计一个智能的基于激励的废物回收系统，旨在克服上述三个缺陷，从而改进现有的回收服务，减少生活垃圾。主要贡献如下:

(1)改善家居废物循环再造系统的设计

通过物联网(物联网)和数据分析技术，改进了生活垃圾回收系统的设计。与传统的经验设计相比，这使系统设计更加客观并且便于数据驱动。

(2)提出了一个由数量模式发现、价格调整建议、总量预测和信息共享四个智能组件组成的智能系统，以改善激励系统中的回收服务。值得注意的是，废物数量模式与价格调整建议相结合，以平衡可循环再造废物的供求关系，资讯共享和私隐保障都受到重视。

(3)对上海地区的组合回收案例进行了收集和分析，验证了设计的智能激激励回收系统中各功能模块的有效性。

本文其余部分的结构如下。第二节回顾废物回收系统。第三部分提出了系统设计中存在的问题及系统设计。第四节是一个案例研究，第五节讨论了所设计系统的益处。第六节对本文进行了总结，并重点介绍了今后的工作。

1. 相关工作

2.1 日常生活废物回收系统

几十年来，世界各国—直在积极寻找鼓励公众参与垃圾回收活动。20世纪90年代初，系统德国提出了一个“绿点'系统，以帮助减少包装废物(McKerlie等人，2006年)。其他欧洲国家，如英国、葡萄牙和法国也采用了类似的办去(da Cruz等人，2014年)。日本利用门到门回收系统展示了其在废物分类和回收方面的成功(郑等人，2017年)。自2000年代以来对废物回收率进行排名，韩国通过使用基于空气的废物收费系统—直保持最高水平，该系统对居民提供废物处理服务(Park ,2018)进行了管理，并进二步改善了废物回收行为。这种“按劳分配”的方式在其他发达国家也很流行，但这种方法在包括中国在内的现阶段的发展中并不十分适用，因为居民对“倡导责任”的认识述很薄引弱。

近年来，随着创新技术的发展，智能垃圾箱和“互联网 ”在线回收系统已成为流行。许多国家对垃圾回收利用技术进行了研究。以前的大多数研究侧重于设计用于垃圾分类和回收的自动拉圾桶系统(Sivakumar等人.2016年)。通过将先进技术和信息系统相结合，马来西亚开发了智能废物管理系统,以监测垃圾箱和卡车(Hannan等人，2011年)。马来西亚也采用基于射频识别的阳离子技术来监测废物的重量，并改善垃圾箱的功能(AlMamun等人，2016年)。由于移动电话的普及，在线口收应用在最近的几个月出现了。博尼诺特岛2016年，该公司推出了—款名为“Waste App”的在线应用程序，该应用整合了行为研究，并讨论了居民的反馈。在移动电话上开发一种在线整合的便宜货服务，—直是处理家庭可回收垃圾的一种时尚和承诺的方式(Wang等人，2018年)。该技术已成功地应用于电子废弃物的回收利用中。然而，在家庭垃圾回收方面，这—服务模式仍有待改进。

尽管回收系统不断得到开发和不断进步，但其中一些措施对提高居民的回收积极性和实现高回收率的目标是无效的。传统的回收策略更多地依赖于执法和提高公众意识。没有激励的智能垃圾箱和在线系统不可能激发居民对回收公共物品的热情。(马丁等人的调查，2006)表示大部分住户愿意参与循环再造活动，而不可靠及不便的本地循环再造服务则全面阻正他们参与循环再造活动。如果他们的行为得不到回报，他们就会丧失进行回收活动的热情。为了改善公众在这种情况下的参与，我们制定了以奖励为基础的制度。

2.2.鼓励式家居废物回收系统

Noorasikin等人(2018)建议消费者感知价值是激发可持续循环活力的重要工具。基于激励的回收经验将鼓励垃圾回收者从回收活动中获得更多的收益(benefits, Shaw和Maynard，2008年)评估了使用激励法来促进家庭废物回收的潜力。大多数回应者对基于社区的奖励和地方税退税表达了积极的着法。然而，实施基础的鼓励回收，需要对可回收生活垃圾的回收过程和制度进行调整，并通过监控措施加以调节。通过税收、补贴和押金退款制度的经济激励鼓励个人循环行为的改变。累进税收激励定价基于废物权重是有效的，它鼓励居民回收和尽量减少废物的数量。然而，这可能导致不愿参与这项政策的个人非法倾销(Kirakozian ,2016)。其他经济激励策略，如以现金交换或其他类型的奖励，也被用于鼓励废物分类和回收活动(FAN等人,2019年)。舍甫琴科等人(2019年)建议循环再造基于本发明的电子奖金卡系统的机制，从而提高了电器和电子设备的回收率。奖励的成本由不同的利益相关者分担，消费者可以使用累积的奖金购买返工产品。奖金金额的设定必须符合经济成本和环境要求。同时，它也为用户参与回收提供了良好的动力。王等人(2018年)在中国推出了新的“互联网＋”回收模式，新出现的几台回收机器激励可回收透源，但指出这种模式还不成热，许多“互联网＋”回收公司面临着探索新模式的问题。

以环保为基础的回收系统必将成为—种新的增长点。然而，现有的回收方式是可行的，但由于发展的不顺利。Babaei等人(2015年)i调查显示，大多数居民在废物回收方面的知识和实践都不充分，他们对提供的垃圾回收服务感到不满，家庭垃圾回收仍然是项繁琐的任务。在混乱的市场中，回收商很难找到可回收资源的有利途径。而世界各地的居民则很难直接回收他们的垃圾。这种非等效的需求-供给关系造成了垃圾收集和回收的不平衡局面，原因是系统中的回收服务效率不高。现有的系统仍然运行得相当尴尬。在回收服务中对资源的配置，特别是回收服务的供给与居民的需求是不平衡的。由于垃圾收集量变化的不确定性和定价体系的滞后性，系统缺乏对未来的规划。未被组织的信息平台不能在循环中向利益相关者提供及时的信息。

1. 方法

3.1 问题陈述

家居废物循环再造计划由排序、收集、传输和传输以及恢复组成。发现回收价值和可回收废物收集服务是是向回收模式和回收系统主要行为者的关键因素。关键利益相关者，包括居民、废物收集者、回收公司和政府当局应该合作，来关闭废物回收循环。政策、服务和信息传递是决定住房废物回收有效性的三个主要因素。在消费速度快、流动人口众多的城市，废物回收还没有以组织良好的方式进行(肖等人，2018年)。可回收的废物主要是通过出售给非正式的个人收藏者和机构，或放在与其他类型的废物混合在一起的垃圾桶。即使在许多利用和鼓励废物回收翻新的系统中，以下缺点仍然暴露出来：

(1)循环利用服务中的资源配置。目前回收市场上的废物回收方服务在理论上是不成熟的。在以激励为基础的口收服务下，服务供应商和废物提交者仍在工作。废物收集所需的资源(例收人力、时间和交通)的安排，并不能配合可循环再造废物的需要，例如，如果只安排名员工和有限的运输来负盖一个社区，那么废物回收的高需求时间是所知的。在处理回收废品时，应注意的是过多的工作人员和现场交通将是多余的，并造成不必要的环境污染(Krole等，2016)。发现垃圾收集量模式，进—步调整可回收物品的价格，有助于平衡供需。然而，在目前的市场中，很少有人对此表示关注。因此，这种供需矛盾会导致产业内部低效化运作，并使居民失去参与循环利用活动的积极性。

(2)没有经过深思熟虑的未来规划的系统。

未来科学的规划仍然是经营—项有效业务的一种方式，特别是对于人口稿密的地方。在目前基于激励的回收系统中，回收业务运作相当保守，缺乏理性规划的参与(steuer等人，2017年)。例如，回收公司的运作在重复的时间表下运作,在某些地区使用相同的工作人员和运输工具，并且只对可回收材料的交易进行细微的价格调整。类似函数的趋势分析和预测也是当前系统中的方法。由于缺乏前期框架，回收业务效率低下，成本不高，无法向前推进。当面对市场的变化或模棱两可的时候，回收公司将遭受沉重的打击。

(3)简单的循环再造资讯平台

可靠的信息可能会降低废物回收活动中的参与积极性(肖等人，2017车)。一个特点是，当居民想要清理他们的废物时，要接触到垃圾服务部门(Gu等，2019)。结果，居民们会把垃圾和其他垃圾放在垃圾桶里，或者随随便便地把它们扔出去。此外，反腐败委员会与政府当局之间的沟通不顺畅，阻碍了废物分类和再循环( Yukalang等人，2017年)。不复杂的信息共享系统使得决策者在政策交付和反馈收集方面提供合理的解决方案变得不同。住户也无法及时了解最新政策或条例的新发布情况。此外，百货公司、社区和政府机构也无法从居民那里得到反馈。

鉴于这些事实，迫切需要一个基于激励的智能回收系统，该系统具有发现废物收集模式、价格调整建议、收集量预测和利益相关者之间信息共享等智能功能。3.2 智能回收系统设计

在这—节中，开发—个智能的基于激励的回收系统为关键，有助于改善选购和回收服务。这个智育能的“互联网 ”回收系统在资源(例如人力、工作计划和交通)分配、业务计划和基于物联网和数据挖掘技术的信息共享方面定制了回收服务。该系统集成了废物收集的模式发现、价格调整建议、数据分析对废物收集量的预则，对废物收集的人力资源和和材料资源进行了整理和规划。家庭可回收废物收集程序可集在一个移动应用程序中，以使回收利用更加方便和实用。智能系统的目标是促进以激励为基础的回收服务，以提高成本效益、城市清洁和可持续性。

传统的以激励为基础的回收系统中，家庭可循环再造废物可透过三种主要途径收集：(1)居民将回收废物出售给挨家挨户的回收商。(2)居民将可循环再造的物品交给收集站，并提供现金奖励。(3)居民将可循环再造的物品放置在指定的智能回收箱内，并获得—定的奖励。在目前的市场中,类似的系统己经存在于许多城市。然而，这些系统只嵌入基本数据记录、统计数据和简单的通信

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