吕明亮,高素坤,张博雅,蒋严冰,徐学东,2*

1.山东农业大学 水利土木工程学院,山东 泰安 271000

2.山东省村镇住宅工程技术研究中心,山东 泰安 271000

3.北京大学软件与微电子学院,北京 100871

基于互联网＋的农村厕所信息化管理系统研究

吕明亮1,高素坤1,张博雅1,蒋严冰3,徐学东1,2*

1.山东农业大学 水利土木工程学院,山东 泰安 271000

2.山东省村镇住宅工程技术研究中心,山东 泰安 271000

3.北京大学软件与微电子学院,北京 100871

本系统是结合农村户用厕所和乡村公用厕所的特点以及农村环境的特殊性，运用互联网技术和信息化手段对农村厕所进行高效、便捷的管理，实现粪便的循环利用，提升并改善农村的厕所环境。结合山东农村地区的地理环境特点，对农村厕所环境、管理、运行方式进行了研究与探讨，并进行初步试点实施，按照当地村民的意愿进行安装管理，使农村厕所管理更加高效、便捷，取得了较好的效果。

农村户用厕所;乡村公用厕所;互联网;信息化;管理

厕所是人们生活的必备设施，是衡量社会发展和国家精神文明的重要标志[1]，农村厕所因为农村环境的特殊性，位置分散，不便统一管理。所以，要想管理好农村厕所，必须打破传统户厕散乱的格局，将厕所关联起来，统一管理。随着互联网技术、云技术的发展，信息化技术的使用范围在不断扩大，信息化的高速发展为农村厕所的信息化管理奠定了基础。运用信息化技术，可以高效便捷的管理厕所，同时可以降低厕所的运行管理成本。

1 农村厕所信息化发展现状

1.1 信息化的概念与特点

信息化（Informatization）是指培养、发展以计算机为主的智能化工具为代表的新生产力，并使之造福于社会的历史过程[2]。信息化最先于上世纪60年代，由一位日本学者提出这一概念，而后被译成英文传播到西方，到了上世纪70年代，西方社会才开始普遍使用“信息社会”和“信息化”的概念。

信息化的生产工具与传统生产工具相比较，信息化的生产工具打破了原来孤立分散的生产格局，建立一个具有庞大规模的有组织的信息网络体系[3]。信息化建立在现代通信、网络、数据库技术基础之上，对所研究对象各要素汇总，然后在数据库对数据进行分析处理，该技术的使用，可以大大的提高各种行为的工作效率。

1.2 我国农村厕所管理问题与需求

农村信息化是整个国民经济和社会信息化的重要方面，是以信息媒体技术装备农村相关领域，使信息资源在农村得以充分开发、应用，加快农村经济发展和社会进步的过程[4]。厕所信息化是农村信息化的重要组成部分，随着新农村建设的推进，农村信息化发展状况良好，但在农村厕所管理方面远远不够。

改革开放以来，经济快速发展，中国人民几乎享受到了优质生活的方方面面，唯独缺少优雅的厕所文化。城市公共厕所“第五空间”不仅仅是具备“解决内急”的单一功能，还有wifi、ATM机、充电桩、免费急救药箱，甚至还配备了管理人员的休息间和淋浴间，实现了智能化管理[5]。农村厕所分布散乱，卫生状况差，缺乏管理人员。2015年7月，习近平在延边考察时提出随着农业现代化步伐加快，新农村建设也要不断推进，要来个“厕所革命”，让农村群众用上卫生的厕所[6]。随着“厕所革命”的推进，厕改的数量越来越大，随之而来的管理问题越来越突出，解决厕所“重建设，轻管理”问题成为“厕所革命”的关键。在农村生态化建设中，厕所改造处于核心地位，厕所改革一要有政府的引导，二要加强技术的指导，两方面缺一不可。“厕所革命”的成功在于管理[7]。21世纪是高度信息化的时代，软件才是“厕所革命”成功的关键。运用互联网技术、信息化手段高效管理农村厕所，推动“厕所革命”又快又好的发展。

2 基于互联网＋农村厕所信息化管理系统

2.1 系统组成

系统由云服务子系统、农户用户终端子系统、管理员移动手机端管理子系统和村域微服务器子系统组成（图1、图2），其中①、②为信息的两种传输途径。基于互联网＋农村厕所信息化管理系统综合采用目前最为先进的物联网、云计算、传感器网络、移动计算等技术，实现了农村厕所的有效管理与服务。

图1 系统原理Fig.1 System principle

图2 系统结构Fig.2 System structure diagram

2.2 系统原理

在特定区域内以自然村为单位，建立村级管理平台及数据库。将每家每户厕所运行的具体需求(如粪筐已满、紧急求救等)编程设置代码，把需求代码收入数据库，平台可通过接收到的数据代码，转换为实际需求信息。每村都会配备户用的用户终端，管理员手机和村域微服务器，另外镇域会有镇域管理服务器。用户终端用以提供需求信息，管理员手机接收需求信息，镇域及村域服务器用以监督检查整个渠道的完善运行，云服务器对管理地区的信息进行存储、管理和统计。

当农户发现自己家厕所粪筐已满或者有其他请求时，可以直接按动本系统用户终端面板上的相应按键，将信息发送给村域微服务器，村域微服务器再将信息上传到云端，村管理员通过云服务器将用户需求下载到指定手机上，这样就完成了信息的传输。同时，也可以通过红外感应器，自动监测粪筐是否满，并自动发送给村域微服务器。此外，管理员在成功接收并解决用户请求时，点击手机上的“已处理”按钮，此时管理员手机和村域微服务器上此请求会由“待处理”转为“已处理”。村委管理人员可以通过村域微服务器来监察管理员是否及时处理掉用户请求。

2.3 农村厕所信息采集、传输与处理

智能化工具，必须具备信息获取、传输、处理、再生、利用等一系列功能[8]。在基于互联网＋农村厕所信息化管理系统下，农村厕所信息的传输主要包括信息的采集、传输与处理等关键步骤。

2.3.1 信息的采集 在粪筐上缘安装一对激光发射接收传感器，粪筐满时自动报警，信号通过Internet协议传到云服务器，云服务器再将其下发到管理员手机和村域微服务器。这种方式不需要人为介入，信号自动采集，方便，快捷，增强了信号采集的即时性和准确性。但是，随着安装的传感器和动作单元的数量增多，这种信息采集的方式成本较高。此外，户用终端采用低成本嵌入式系统，农户发现粪筐满或者有其他需求时，可以手动触发终端按钮。这种方式即时性差，但是成本低。

2.3.2 信息的传输 农户手动触发终端按键时，用户终端和村域微服务器之间通过无线透明串口技术将信息传递，透明串口技术不需要网络，简单，快捷，稳定。在实际的运行当中，存在多个用户同时发送请求的可能，通讯模式采用时分复用+冲突检测技术，防止多个信息同时传输时干扰，在很大程度上保证了信息发送的可靠性。当管理范围较大时，采用中继技术，在村域内建立相应数量中继站，保证信号的有效传输。

2.3.3 信息的处理 村域微服务器采用树莓派2微小计算机，配以目前最先进的win10 IOT core微操作系统，系统时刻接受本村内所有的农户用户终端发送的各种信号，然后将信号进行处理准换为具体的消息，并通过3G/4G网络将消息通过WebAPI技术传递到云服务系统存储起来。

2.4 基于互联网＋的农村厕所信息化管理系统具体安装与部署

2.4.1 村域微服务器的安装方式 村域微服务器的安装方式主要有一户一台和多户合用一台的方式。

2.4.1.1 一户一台的方式 该方式为每家农户安装一台微服务器，可以为该农户提供丰富的传感器和动作单元接入资源，便于农户接入各种各样的传感器和动作单元，全方位自动监测户厕。同时，如果微服务器出现故障，只影响到一户。但安装与运行费用较高，适合比较富裕的村镇选用。

2.4.1.2 多户和用一台的方式 该方式中，多家农户合用一台微服务器，每户安装与运行费用降低，但每户可以安装的传感器和动作单元的数量减少，还需要进行综合布线，若微服务器出现故障，会影响到多户。

2.4.2 Internet接入的方式 Internet接入的方式主要分为3G/4G流量接入和宽带接入。

2.4.2.1 宽带接入 宽带接入可以每户宽带单独接入，每户单独开设部署一个Internet账号并部署网线。除了用于本系统的Internet接入外，还可供农户进行Internet访问。此外，也可多户和全村合用宽带，多户合用一个Internet账号，并通过无线路由器发送覆盖特定区域的Wifi信号。除了用于本系统的Internet接入外，还可供农户进行Internet访问。

2.4.2.2 3G/4G流量接入 3G/4G流量接入，使用运营商提供的3G/4G信号，每户一个账号和设备，可以在需要向云端传递数据时打开，不需要时关闭，节约流量。除了用于本系统的Internet接入外，还可供农户进行Internet访问。该方式需要每户都为流量付费，成本较高，且村庄周边通讯信号稳定性欠佳。另外，也可以为每个微服务器配置一个3G/4G接入设备，可以在需要向云端传递数据时打开，不需要时关闭，节约流量，只能用于本系统的Internet接入。

3 应用案例

新泰市楼德镇是全国城镇化示范镇，在全镇生态化建设的进程中，农村厕所改造是一项重要任务。目前，部分村庄已完成了农村厕所的试点改造，而改造的形式主要是组合式生态卫生旱厕。组合式生态卫生旱厕是利用粪尿不同的的生物特性，对粪尿进行单独收集并无害化处理，实现粪尿等废弃物的资源化循环利用，提升并改善了农村的生活环境[9]。组合式生态卫生旱厕实现尿便分离，具有成本低、安装简单、生态环保、粪便易于收集等特点，非常适合用于信息化管理。

需求分析，以楼德镇自然村为单位建立数据库，在试点村内选择地点较为集中的100个厕所，厕所分为户厕和村庄公厕，考虑到试点建设的成本，确定全村共用一台村域微服务器，Internet接入的方式为全村合用宽带。首先，统计村庄需管理厕所的所有信息，包括姓名、位置、联系方式、所用用户终端编码等。然后，走入农户，结合当地农户的生活习性以及组合式生态卫生旱厕的运行特点，调查厕所在使用的过程中出现的需求，包括粪筐满、微生物菌液缺少、秸秆粉末缺少、紧急呼救等。将所有的信息和农户的需求统一编码，存到数据库中管理。

信息传输，在每家农户的厕所中安装一个用户终端设备，当厕所中粪筐满需要清理或有其他需求时，农户按下户用终端上对应的按钮，通过事先设置好的传输协议，运用无线透明串口技术发送给村委的村域微服务器。村域微服务器接收到用户终端的信号，再将信号上传到云服务器上，管理员再经云服务器下载用户需求。对于村庄公共厕所，因为不属于任何一家，所以安装红外感应探头，信号自动发送，而且当运行过程中有部件损坏或者运行异常时，也可以将信号发出，信号直接经网络上传到云服务器，然后再传到村域微服务器和管理员手机。

信息应用，村庄管理员下载用户需求后，按照用户提供的位置信息和需求信息及时解决厕所问题，解决之后点击已处理，这时经过网络刷新，未处理的信息变为已处理。村委管理员通过村域微服务器查看、统计每户的报警数据，及时查看和监督厕所需求信息是否得到及时解决。整个系统将各个村域微服务器连在一起，各自然村的数据，可通过网络上传至乡镇相关部门，或乡镇调取各村的报警、处理结果信息数据。

基于互联网＋的农村厕所信息化管理系统运用互联网技术和信息化手段，高效便捷的管理农村厕所，提高了农村厕所的管理效率，并改善了户厕卫生现状，同时该体系起到了监督作用（图3）。

图3 实物图Fig.3 Physical map

4 结语

农村信息化是建设社会主义新农村的重要部分，对于促进农村建设、农村发展具有重大作用。互联网时代的到来，运用信息化管理厕所是农村厕所管理的大势所趋，基于互联网＋的农村厕所信息化管理系统具有灵活性、便捷性和易操作性，大大提高了农村厕所管理的效率，改善了农村厕所环境。

[1]陈良玉,陈爱锋.中国农村信息化建设现状及发展方向研究[J].中国农业科技导报,2005(2):67-71

[2]张 博,李思经.我国农村信息化建设现状及对策建议[J].中国农业科技导报,2010(3):62-66

[3]张宇阳.世界厕所日“第五空间”亮相北京[J].城市管理与科技,2015(6):87

[4]徐学东.厕所革命,让农民过上更精致的生活[J].中国农村科技,2016(7):30-33

[5]高素坤,吕明亮,姚久星,等.组合式生态卫生旱厕在农村地区的应用[J].山东农业大学学报:自然科学版),2016,47(5):736-739

[6]单玉丽.台湾农业的信息化管理及启示[J].农业经济问题,2010(1):18-22

[7]王其钧.中国传统厕所研究[J].南方建筑,2010(6):43-46

[8]信息化功能.http://www.docin.com/p-675881991.html

[9]傅 敏.信息时代的建筑设计——论信息时代建筑设计的信息化[D].武汉:华中科技大学,2003

Research on Rural Toilet Information Management System Based on Internet+

LV Ming-liang1,GAO Su-kun1,ZHANG Bo-ya1,JIANG Yan-bing3,XU Xue-dong1,2*
1.College of Water Conservancy and Civil Engineering/Shandong Agricultural University,Tai’an271018,China
2.Shandong Province Engineering Technology Research Center of Rural Housing,Tai’an271018,China
3.School of Software and Microelectronics/Peking University,Beijing100871,China

This system is combined with the special characteristics of rural household toilets,rural public toilets and rural environment,using of internet technology and information technology to make efficient and convenient management of rural toilets,to realize the recycling of excrement and urine,to promote and improve the toilet environment in rural areas.Combined with the characteristics of the rural environment in rural areas of Shandong Province,the rural toilet environment,management,operation methods were studied and discussed,and the preliminary pilot implementation was made,in accordance with the wishes of the local villagers,the installation management has made the management of rural toilets more efficient and convenient,and achieved better results.

Rural household toilet;rural public toilets;internet+

TU18

A

1000-2324(2017)05-0745-04

2017-04-10

2017-04-29

“十二五”国家科技支撑计划课题:低成本村镇基础设施与环境建设技术研究与示范(2014BAL04B05)

吕明亮(1992-),男,在读硕士,研究方向为水利水电工程经济与项目管理.E-mail:807553833@qq.com

*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:xdxu2007@163.com