崔赟杰 廖舒灝 成福良 林祺沁
摘? ?要:利用當今最為流行的“識別”技術配合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術為基礎,以垃圾桶為載體,設計出集獨特外觀設計,自動識別垃圾種類,自動分揀垃圾,自動投放,滿載報警,除臭,線上APP等為一體的智能分類垃圾桶,實現(xiàn)真正意義上的投放垃圾全智能化,滿足當前居民,社會和國家的利益需求,符合智能化的發(fā)展需求以及綠色環(huán)保的發(fā)展理念。
關鍵詞:智能垃圾桶? 自動識別? 綠色環(huán)保
中圖分類號:TB47? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-098X(2019)10(c)-0067-02
據(jù)有關資料顯示:近10年,我國城市垃圾平均每年以8.98%的速度增長。我國歷年堆存的垃圾已達60億t,侵占了約5億多m2的土地。每年,我國生活垃圾產(chǎn)生量在4億t以上。在網(wǎng)絡購物日益普及的今天,快遞包裝垃圾也以驚人的速度增加。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,快遞包裝垃圾人均每年20kg。因此,智能垃圾分類勢在必行。
1? 系統(tǒng)總體結構
對于這款智能分類垃圾桶,垃圾桶外觀總體由一個總艙門,四個分艙門分別對應金屬,玻璃,塑料和其他垃圾構成。垃圾桶有個顯示屏,用戶選擇投放垃圾后,垃圾桶會打開總艙門,進行垃圾分類確定。在垃圾識別方面,有兩道識別工序,第一道工序是垃圾先進入分類桶,人工在云端上傳常見的垃圾種類,用OpenCV識別垃圾,對攝像頭捕捉到的圖像進行分析,然后樹莓派通過GPIO口控制機械臂移動并夾取相應的垃圾,配合識別箱的移動將不同垃圾投入對應的投放口。對于未能識別的垃圾,數(shù)據(jù)將上傳至云端進行備份,由人工操作對數(shù)據(jù)庫進行更新。當垃圾通過第一道工序后,分類桶下面有兩個門(一開一閉),利用安裝有傳感器和金屬探測儀的機械手臂1測量金屬并進行分揀,利用安裝有傳感器和紅外探測儀1的機械手臂2區(qū)分塑料和玻璃并進行分揀,通過內(nèi)部分辨垃圾的種類,把分好類的垃圾通過機械手臂分揀到可以打開的門處,利用滑軌滑動到相應的桶內(nèi)對垃圾進行依次投放,并且利用紅外探測儀2區(qū)別垃圾是否裝滿,在垃圾滿了后對環(huán)衛(wèi)人員發(fā)出報警信號,從而實現(xiàn)真正的智能。選擇合適的鋰電池作為獨立電源,在垃圾桶外安裝太陽能電池板對其進行供電,從而實現(xiàn)真正的綠色智能。
2? 垃圾識別功能
2.1 實現(xiàn)所需準備
(1)操作系統(tǒng):Ubuntu版本18.04。由于考慮到實際投入使用,識別是Linux系統(tǒng)下實現(xiàn)的, 防止實現(xiàn)過程中出現(xiàn)讀寫問題(TensorFlow涉及到python運用,windows下容易出現(xiàn)讀寫問題)。
(2)實際生產(chǎn)所用硬件:樹莓派+攝像頭等傳感器+機械臂。
(3)硬件測試運算環(huán)境:RTX2070顯卡通過Tensorflow-gpu調(diào)用CUDA。VScode終端調(diào)試運行。
2.2 實現(xiàn)流程
(1)首先準備好垃圾數(shù)據(jù),并對垃圾數(shù)據(jù)做好標簽分類導入到Tensorflow。
(2)Tensorflow將分好類的垃圾數(shù)據(jù)進行封裝成為dataset,并對dataset進行深度計算、擬合(模型)和訓練。
(3)數(shù)據(jù)被訓練完成后會轉換為數(shù)據(jù)模型文件,會被存為pb圖像文件,這時就可以運用OpenCV對數(shù)據(jù)進行識別并分類了。
(4)可以通過調(diào)用OpenCV的dnn模塊讀取訓練出來的pb圖像文件,并對攝像頭傳感器捕獲到圖像每一幀進行預測推斷分析。同時考慮到垃圾桶有實時性,有時候會遇到識別時間問題,而OpenCV支持Openvino,通過初始化調(diào)用intel二代神經(jīng)網(wǎng)絡計算棒(ncs),可以很容易做到快速推斷,相比普通運算速度大幅提高。時間約為50ms/幀。
(5)最后OpenCV推斷出攝像機所捕獲的幀,匹配相應的垃圾的數(shù)據(jù)模型分辨出垃圾種類。直到攝像頭中的幀里檢測不出垃圾后停止工作,并取得不同類垃圾的xy坐標,分析數(shù)據(jù)返回樹莓派,樹莓派通過GPIO口控制機械臂移動并夾取相應的垃圾,配合識別箱的移動將不同垃圾投入對應的投放口,以此實現(xiàn)垃圾桶的智能垃圾分類。
3? 該智能分類垃圾桶的主要功能
3.1 垃圾分類自動化
該款智能分類垃圾箱將傳統(tǒng)的人工分類垃圾轉變?yōu)橹悄芑?,由專門的系統(tǒng)負責分揀垃圾,這樣的做法將大大地減少人工垃圾分類需要的大量的人力、物力,不讓垃圾分類再成為令人頭疼的問題,而是如此簡單、如此便利,減少了人們倒垃圾的負擔。
3.2 垃圾分類一體化
相比于當今市面上的大多數(shù)智能分類垃圾桶,該智能分類垃圾桶集識別,檢測,分類,投放,報警為一體的產(chǎn)品,真正地解決人們主觀上不能識別垃圾類別的問題。避免分類錯誤帶來的垃圾處理不當造成污染的環(huán)境問題。
3.3 了解轄區(qū)內(nèi)垃圾桶狀態(tài)
垃圾桶內(nèi)置無線傳輸模塊,可以把信息上傳至云端。環(huán)衛(wèi)工人可以通過APP了解當前垃圾桶的狀態(tài)。一旦垃圾裝滿,該智能分類垃圾桶會通過APP向環(huán)衛(wèi)工人發(fā)出報警信號,提醒環(huán)衛(wèi)工人進行清理作業(yè)工作。
3.4 處理垃圾桶異味
在垃圾桶蓋和垃圾桶內(nèi)筒壁上填充一層活性纖維炭,利用炭良好的吸附性能凈化空氣,美化周圍環(huán)境,避免招引飛蟲。該物理方法去除異味具有經(jīng)濟,有效的特點,并且不占用太多內(nèi)部空間,實現(xiàn)“小空間,大容量”的功能。
3.5 垃圾回收再利用
智能分類垃圾桶通過對垃圾的分類,可以有效地對可回收的垃圾進行回收再利用,避免浪費,符合中華民族節(jié)約節(jié)儉的美德,同時響應“不鋪張浪費”的主要思想。
4? 智能分類垃圾桶可行性分析
該產(chǎn)品響應了:垃圾分類工作就是新時尚的想法。2017年3月30日,國家發(fā)改委、住建部頒布《生活垃圾分類制度實施方案》,要求在全國46個城市先行實施生活垃圾強制分類。自2019年7月1日,《上海市生活垃圾管理條例》在上海正式實施以來,許多居民都不適應垃圾分類的要求,不能準確地將垃圾進行投放。在這個大的時代背景下,智能分類垃圾桶應運而生,它的出現(xiàn)不僅有利于維護社會良好的衛(wèi)生環(huán)境,而且有利于督促市民產(chǎn)生環(huán)保綠色的意識,同時有利于環(huán)衛(wèi)工人工作的效率,節(jié)省了時間和人力物力。如果有企業(yè)進行投資,在垃圾桶的外觀可以加入企業(yè)的廣告,這不僅可以使智能分類垃圾桶的價值最大化,還可以使得城市的資源得到合理的利用。
5? 結語
“世界上沒有垃圾,只有放錯資源的寶藏?!敝悄芊诸惱鞍褌鹘y(tǒng)的垃圾分類結合互聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)和其先進的分類功能,造就了新的垃圾分類的潮流,對可回收的垃圾進行回收再利用,避免浪費,符合當今社會發(fā)展需求以及個人需求。智能分類垃圾桶不僅在環(huán)境保護,美化城市,督促人們形成良好的環(huán)境保護意識等方面起到重要作用,而且,它能夠有效提高環(huán)保人員工作的效率以及減輕垃圾站的壓力,它還能夠帶動智能,環(huán)保行業(yè)的發(fā)展,創(chuàng)造一系列的財富。
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