垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用研究

陳梓瑜 趙玉婷

摘? ? 要：垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)將GPS通信和軌道規(guī)劃技術(shù)與自動(dòng)化的結(jié)合，設(shè)計(jì)垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)裝置，其基本工作原理是為自動(dòng)垃圾桶裝置，設(shè)計(jì)軌道，并在垃圾桶下設(shè)置自動(dòng)感應(yīng)裝置，垃圾桶達(dá)到一定重量即可順著軌道自動(dòng)運(yùn)輸至垃圾場(chǎng)倒掉，然后空缺的垃圾桶位置自動(dòng)補(bǔ)上。此系統(tǒng)有效解決了部分環(huán)境治理難題，配合垃圾分類(lèi)的展開(kāi)，可加快垃圾處理速度，減少垃圾堆積、垃圾未能及時(shí)處理污染環(huán)境、人工清理不及時(shí)的問(wèn)題，以及機(jī)器人使用的不便利性等問(wèn)，對(duì)于進(jìn)一步提高城市生活垃圾的資源化利用效率，降低垃圾處理成本和處理難度具有重要作用。

關(guān)鍵詞：垃圾桶;自動(dòng)化;軌道循環(huán)

1? 引言

中國(guó)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)年均增長(zhǎng)速度接近18%以上，環(huán)境服務(wù)業(yè)的增長(zhǎng)速度更是高達(dá)30%。并且，目前60%的環(huán)境治理需求還沒(méi)有被市場(chǎng)挖掘。為解決垃圾終端處理的問(wèn)題，2019年6月份，住建部等9部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于在全國(guó)地級(jí)及以上城市全面開(kāi)展生活垃圾分類(lèi)工作的通知》提出，自2019年起，全國(guó)地級(jí)及以上城市要全面啟動(dòng)生活垃圾分類(lèi)工作;2020年底，46個(gè)重點(diǎn)城市要基本建成垃圾分類(lèi)處理系統(tǒng);2022年前，各地級(jí)城市至少有1個(gè)區(qū)實(shí)現(xiàn)生活垃圾分類(lèi)全覆蓋;2025年底前，全國(guó)地級(jí)及以上城市要基本建成垃圾分類(lèi)處理系統(tǒng)。

2? 傳統(tǒng)垃圾桶現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)普遍采用的環(huán)保方式以人工清理垃圾為主，純?nèi)斯さ牡估嬖诒姸鄦?wèn)題，如垃圾清理不及時(shí)，導(dǎo)致垃圾桶附近垃圾成堆、惡臭難聞，嚴(yán)重污染環(huán)境，給人們的生活造成一定的困擾，這種垃圾成堆現(xiàn)象在一定的程度上也減少人們對(duì)環(huán)保的積極性。

（1）垃圾桶對(duì)垃圾的密封效果不好，導(dǎo)致垃圾桶附近異味較大，并且極易滋生細(xì)寄生蟲(chóng)等，對(duì)人們的健康造成較大的危害。

（2）現(xiàn)有的垃圾桶不能自動(dòng)處理桶內(nèi)垃圾，經(jīng)常出現(xiàn)大量垃圾溢出垃圾桶的現(xiàn)象，影響環(huán)境衛(wèi)生，造成污染，危害人們的健康。

（3）現(xiàn)有的垃圾桶不能及時(shí)封裝桶內(nèi)垃圾，垃圾長(zhǎng)時(shí)間裸露在外，環(huán)衛(wèi)工人處理垃圾時(shí)與垃圾直接接觸，增大環(huán)衛(wèi)工人患病幾率。

3? 采用垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)將GPS通信和軌道規(guī)劃技術(shù)與自動(dòng)化的結(jié)合，設(shè)計(jì)垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)裝置，其基本工作原理是為自動(dòng)垃圾桶裝置，設(shè)計(jì)軌道，并在垃圾桶下設(shè)置自動(dòng)感應(yīng)裝置，垃圾桶達(dá)到一定重量即可順著軌道自動(dòng)運(yùn)輸至垃圾場(chǎng)倒掉，然后空缺的垃圾桶位置自動(dòng)補(bǔ)上。后臺(tái)還設(shè)置路面檢測(cè)器和APP控制云端結(jié)合使用，讓環(huán)境管理人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控垃圾桶及軌道的運(yùn)行、使用等情況。

（1）發(fā)展優(yōu)勢(shì)：垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)所設(shè)計(jì)出來(lái)的垃圾桶可以自動(dòng)感應(yīng)重量自動(dòng)運(yùn)輸至垃圾場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)垃圾桶“自我管理”的目標(biāo)，整個(gè)軌道路徑進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，紅外光電感應(yīng)、重力傳感器等為技術(shù)支持，技術(shù)較成熟，集成方便，因此有很大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

（2）性能優(yōu)勢(shì)：垃圾桶紅外光感受體溫自動(dòng)開(kāi)蓋，無(wú)需人動(dòng)手，又能讓垃圾與外面的空氣隔離，達(dá)到保護(hù)環(huán)境，利用太陽(yáng)能環(huán)保節(jié)能。重力傳感器感受重力成為重要信號(hào)，智能路徑規(guī)劃技術(shù)為垃圾桶設(shè)計(jì)最短路線，紫外線消毒保持垃圾桶清潔無(wú)異味。而這種技術(shù)被應(yīng)用到垃圾收集領(lǐng)域可以更好的代替人類(lèi)進(jìn)行這項(xiàng)工作，不僅可以保證健康，同時(shí)還要比目前被廣泛使用的搖臂式卡車(chē)更有效率。

（3）地理優(yōu)勢(shì)：高等院校、社區(qū)和主題公園屬于局部區(qū)域，有利于監(jiān)控和形成循環(huán)的系統(tǒng)。

4? 垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)的主要應(yīng)用原理

（1）紅外光電技術(shù)：紅外智能感應(yīng)是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制產(chǎn)品，設(shè)定30cm感應(yīng)區(qū)域，當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)，專(zhuān)用傳感器探測(cè)到人體紅外光譜的變化，自動(dòng)接通開(kāi)關(guān)，桶蓋自動(dòng)打開(kāi)，人不離開(kāi)感應(yīng)范圍，將持續(xù)接通;人離開(kāi)后，延時(shí)3s自動(dòng)關(guān)閉開(kāi)關(guān)。親切方便，安全節(jié)能，更顯示出人性化關(guān)懷。

（2）重力傳感器：重力傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來(lái)工作的，新型屬傳感器技術(shù)，它采用彈性敏感元件制成懸臂式位移器，與采用彈性敏感元件制成的儲(chǔ)能彈簧來(lái)驅(qū)動(dòng)電觸點(diǎn)，完成從重力變化到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，重力傳感器在進(jìn)入消費(fèi)電子市場(chǎng)之前，實(shí)際上已被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)電子領(lǐng)域，主要集中在車(chē)身操控、安全系統(tǒng)和導(dǎo)航，典型的應(yīng)用如汽車(chē)安全氣囊（Airbag）、ABS防抱死剎車(chē)系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序（ESP）、電控懸掛系統(tǒng)等。我們將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到垃圾桶上，如假設(shè)當(dāng)垃圾質(zhì)量達(dá)到30kg時(shí)，觸發(fā)壓電效應(yīng)將信號(hào)輸送到云端。

（3）云計(jì)算及管理系統(tǒng)：云計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)，例如摩拜的云服務(wù)是建立在微軟的Azure公有云服務(wù)平臺(tái)之上，其云端應(yīng)用是一個(gè)建立在云計(jì)算之上的大規(guī)模雙向?qū)崟r(shí)應(yīng)用。將此技術(shù)運(yùn)用到垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)上，云計(jì)算一方面能夠保證垃圾桶應(yīng)用的快速部署和高擴(kuò)展性，另一方面能夠應(yīng)付大規(guī)模高并發(fā)場(chǎng)景，滿(mǎn)足巨大數(shù)量的連接需要。垃圾桶將“已滿(mǎn)”信號(hào)傳輸?shù)皆贫?，云端再下發(fā)“倒垃圾”指令。

（4）GPS定位技術(shù)和移動(dòng)通信芯片：GPS通信模塊可以將垃圾桶實(shí)時(shí)位置上報(bào)給云端，云端通過(guò)智能計(jì)算控制垃圾桶的行為。

（5）智能路徑規(guī)劃技術(shù)：最優(yōu)路徑規(guī)劃就是依據(jù)某個(gè)或某些優(yōu)化準(zhǔn)則（ 如工作代價(jià)最小 、行走路線最短、行走時(shí)間最短等），在垃圾桶工作空間中找到 一 條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)、可以避開(kāi)障礙物的最優(yōu)路徑 ，垃圾桶可以自行找到垃圾收集中心的位置。

（6）電力來(lái)源：柔性薄膜太陽(yáng)能電池：太陽(yáng)電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件，目前市面上有些共享單車(chē)的車(chē)筐上就安裝了太陽(yáng)能電池板，而垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)使用的柔性薄膜太陽(yáng)能電池不需要采用玻璃背板和蓋板，重量比雙層玻璃的太陽(yáng)能電池片組件輕80%，采用PVC背板和ETFE薄膜蓋板的柔性電池片甚至可以任意彎曲，安裝的時(shí)候也不需要特殊的支架，可以方便安裝在桶邊上使用，在正常情況下給垃圾桶提供電源。

（7）可充的鉛酸蓄電池：與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：能量密度高、安全性強(qiáng)高溫性能好、高功率輸出、電鐵鋰電池。鐵鋰電池長(zhǎng)循環(huán)壽命、重量輕，節(jié)省機(jī)房加固成本、體積小，電池長(zhǎng)壽命、 安全性好等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)太陽(yáng)電池?zé)o法正常工作時(shí)給垃圾桶提供電源，定期檢查充電即可。

（8）監(jiān)控功能與煙霧檢測(cè)系統(tǒng)：煙霧檢測(cè)系統(tǒng)主要由視頻采集，圖像預(yù)處理，煙霧顏色檢測(cè)，煙霧模糊度計(jì)算，煙霧識(shí)別等模塊構(gòu)成?；趫D像分析的先進(jìn)煙霧檢測(cè)系統(tǒng)，在攝像頭的監(jiān)控視野內(nèi)，檢測(cè)煙霧的發(fā)生，如果發(fā)現(xiàn)該異?，F(xiàn)象，能夠觸發(fā)報(bào)警，預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生或減輕火災(zāi)的危害。

（9）蜂鳴器：用于異常狀態(tài)的發(fā)聲警告。

5? 垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值

（1）垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)采用的是太陽(yáng)能供電，節(jié)能環(huán)保，積極響應(yīng)我國(guó)節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，響應(yīng)國(guó)家愛(ài)護(hù)環(huán)境的號(hào)召，可以獲得人民群眾的廣泛支持。此系統(tǒng)通過(guò)GPS通信和軌道規(guī)劃技術(shù)與自動(dòng)化的結(jié)合，自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用可以增加使用的便利性，有助于城市的干凈整潔，減少清掃人員的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而減少雇傭人力資源的浪費(fèi)，另外還可解決機(jī)器人使用的不便利性和節(jié)省高昂的技術(shù)支持費(fèi)用。

（2）垃圾桶自動(dòng)軌道循環(huán)系統(tǒng)可以解決部分環(huán)境治理難題，配合垃圾分類(lèi)的展開(kāi)，可加快垃圾處理速度，減少垃圾堆積、垃圾未能及時(shí)處理污染環(huán)境等問(wèn)題，可以為人民群眾提供良好的生存環(huán)境。對(duì)于進(jìn)一步提高城市生活垃圾的資源化利用效率，降低垃圾處理成本和處理難度具有重要作用。

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