[論文レビュー] Design of a Smart Waste Management System for the City of Johannesburg

Beauty L. Komane, Topside E. Mathonsi|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2023

Municipal Solid Waste Management被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、IoTセンサー、リアルタイム監視、モバイルアプリケーションを活用したスマートごみ管理システムをヨハネスブルグに提案する。このシステムにより、データドリブンなルート計画とアラート機能が可能になり、人的な収集の非効率性と環境汚染を低減し、リソース制約のあるタウンシップにおける都市ごみ管理を顕著に改善する。

ABSTRACT

Every human being in this world produces waste. South Africa is a developing country with many townships that have limited waste resources. Over-increasing population growth overpowers the volume of most municipal authorities to provide even the most essential services. Waste in townships is produced via littering, dumping of bins, cutting of trees, dumping of waste near rivers, and overrunning of waste bins. Waste increases diseases, air pollution, and environmental pollution, and lastly increases gas emissions that contribute to the release of greenhouse gases. The ungathered waste is dumped widely in the streets and drains contributing to flooding, breeding of insects, rodent vectors, and spreading of diseases. Therefore, the aim of this paper is to design a smart waste management system for the city of Johannesburg. The city of Johannesburg contains waste municipality workers and has provided some areas with waste resources such as waste bins and trucks for collecting waste. But the problem is that the resources only are not enough to solve the problem of waste in the city. The waste municipality uses traditional ways of collecting waste such as going to each street and picking up waste bins. The traditional way has worked for years but as the population is increasing more waste is produced which causes various problems for the waste municipalities and the public at large. The proposed system consists of sensors, user applications, and a real-time monitoring system. This paper adopts the experimental methodology.

研究の動機と目的

• 急速な人口増加と不十分なインfraストラクチャーによるヨハネスブルグのタウンシップにおけるごみ管理危機の解消。
• 非効率で持続可能性に欠ける従来の人的収集方法の限界を克服すること。
• リアルタイムでのごみレベルの監視と収集ロジスティクスの最適化を可能にするスケーラブルでデータドリブンなシステムの設計。
• 未収集および不適切な処理によるごみが引き起こす環境汚染、疾病の拡散、温室効果ガス排出の低減。
• 発展途上都市の既存のごみ管理フレームワークに技術を統合し、行政サービスの質を向上させること。

提案手法

• 選定されたタウンシップのごみ箱にIoTベースの満量センサーを設置し、リアルタイムでのごみ蓄積を監視する。
• 分散したごみ箱からのセンサー情報を収集・分析するための集中型リアルタイム監視システムを実装する。
• ごみ収集作業員がデータに基づいたアラートとルート最適化を受信できるモバイルアプリケーションを開発する。
• ヨハネスブルグの実際の都市環境でシステムのパフォーマンスを評価するための実験的手法を採用する。
• ユーザーのフィードバックとシステムアラートを統合し、不要な収集移動を削減することで運用効率を向上させる。
• 人工知能とゲーム理論の原則を応用し、ごみ収集ロジスティクスにおける意思決定の最適化をモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IoTベースのセンサーは、ヨハネスブルグのタウンシップのようなリソースが限られた都市地域におけるごみ収集の効率をどのように向上させるか？
• RQ2 リアルタイム監視は、ごみが溢れ出し、環境的危害を引き起こす頻度をどの程度低減できるか？
• RQ3 モバイルアプリケーションとデータドリブンなルート計画は、行政ごみ収集の運用コストを削減し、対応時間を短縮できるか？
• RQ4 スマートごみ管理システムは、非公式集住地域における汚染と病原体の拡散にどのような影響を与えるか？
• RQ5 スケーラビリティと持続可能性の観点から、従来のごみ収集方法とデータドリブンなアプローチを比較すると、どちらが優れているか？

主な発見

• 提案されたシステムにより、リアルタイムでのごみレベルの追跡が可能になり、溢れ出しや未収集ごみの発生確率が顕著に低減された。
• データドリブンなルート計画により、不要な収集移動が最小限に抑えられ、運用効率が向上した。
• モバイルアプリケーションの統合により、作業員がアラートに迅速に対応できるようになり、サービスの対応性が向上した。
• 環境汚染とタウンシップにおける開放的ごみ捨てやごみの散乱に起因する健康リスクが低減された。
• 実験的導入の結果、センサーによる監視がリソース制約のある都市環境における行政ごみ管理を改善することを示した。
• AIおよびゲーム理論の原則の応用により、ごみ収集ロジスティクスにおける意思決定の最適化が可能になり、システムのスケーラビリティが向上した。