基于機(jī)器學(xué)習(xí)的垃圾識(shí)別分類系統(tǒng)研究

朱珍珍 何然萍

摘要：由于現(xiàn)在的垃圾分類在全國(guó)各個(gè)省份開始逐漸執(zhí)行，該款應(yīng)用采用機(jī)器學(xué)習(xí)的辦法，進(jìn)行垃圾分類，是一款可通過圖像智能識(shí)別和語音識(shí)別進(jìn)行垃圾的類別識(shí)別功能，并具備提供垃圾快丟服務(wù)及廢品回收的應(yīng)用平臺(tái)，旨在助力解決垃圾分類難、提供良好的回收及可循環(huán)利用應(yīng)用體系。由于目前的環(huán)境存在很大的問題，該應(yīng)用可以緩解這個(gè)重大問題，同時(shí)給人們垃圾分類帶來便利，是一個(gè)比較實(shí)用和便捷的工具。采用的是Android開發(fā)環(huán)境，頁(yè)面比較簡(jiǎn)單，各個(gè)功能設(shè)置容易操作，適用于所有年齡段的人群，在該應(yīng)用中分別提供了垃圾識(shí)別、垃圾代收等功能，可以滿足使用用戶的日常垃圾識(shí)別的需求。

關(guān)鍵詞：垃圾分類;機(jī)器學(xué)習(xí);android;圖像智能識(shí)別

眾所周知，AI識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)融入進(jìn)生活的方方面面，每年春節(jié)間的“掃五?！睉?yīng)用的就是這一技術(shù)。本項(xiàng)目是基于機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)出一款應(yīng)用AI識(shí)別算法和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的垃圾識(shí)別分類應(yīng)用軟件——“垃圾快丟”AI垃圾識(shí)別分類應(yīng)用，一款可通過圖像智能識(shí)別和語音識(shí)別進(jìn)行垃圾的類別識(shí)別功能，并具備提供垃圾快丟服務(wù)及廢品回收的應(yīng)用平臺(tái)，旨在助力解決垃圾分類難、提供良好的回收及可循環(huán)利用應(yīng)用體系。一舉兩得。此外AI識(shí)別技術(shù)的便捷和易操作能幫用戶更便捷的進(jìn)行垃圾分類，廢品回收聯(lián)動(dòng)扶貧產(chǎn)業(yè)對(duì)接，有重大意義。在AI識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法的應(yīng)用。

在調(diào)研走訪時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分市民確實(shí)已經(jīng)養(yǎng)成垃圾分類、源頭減量習(xí)慣，試點(diǎn)小區(qū)管理也相對(duì)規(guī)范，部分學(xué)校開展了垃圾分類宣傳活動(dòng)。但從全社會(huì)來看，垃圾分類習(xí)慣尚未養(yǎng)成，垃圾分類工作存在問題依然很多。垃圾分類處理是環(huán)環(huán)相扣的，往往上一個(gè)環(huán)節(jié)的工作不徹底，就會(huì)給下一個(gè)環(huán)節(jié)帶來麻煩，一旦源頭上落實(shí)不到位，久而久之很容易使分類淪為形式。

濟(jì)南市城市生活垃圾中有機(jī)物平均含量為68.00%，廢品類平均含量為25.60%，無機(jī)物平均含量為6.26%，有毒有害垃圾平均含量為 0.14%。預(yù)測(cè)未來幾年濟(jì)南市城市生活垃圾中有機(jī)物含量變化不會(huì)特別明顯，生活垃圾中的可回收物所占比例將逐步提升，無機(jī)物的含量將進(jìn)一步降低，有毒有害類也 將保持平穩(wěn)。公共機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的生活垃圾以廢舊紙張、辦公消耗品、餐余垃圾居多，有毒有害垃圾很少。居民小區(qū)產(chǎn)生的生活垃圾以廚余垃圾、生活消耗品為主，大件垃圾、裝修垃圾占一定比重，有毒有害垃圾較少。

目前，大多數(shù)地區(qū)試點(diǎn)區(qū)域采取的是 “前端分類投放-中端分類收集轉(zhuǎn)運(yùn)-終端分類處理”的全密閉垃圾分類處理模式。為提供可靠的硬件設(shè)施保障，在前端分類方面，市區(qū)大中型餐飲單位及機(jī)關(guān)、學(xué)校、企事業(yè)單位、集貿(mào)市場(chǎng)都按比例配置了綠色、灰色、紅色、藍(lán)色垃圾收集桶，分別對(duì)廚余垃圾、其他垃圾、有毒有害垃圾 、可回收垃圾進(jìn)行收集。在中端方面，全部淘汰箱式垃圾運(yùn)輸車，集中更新了全密閉垃圾壓縮車，并升級(jí)改造市 區(qū)垃圾收集站 ，投資近4億元建設(shè)了轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)模達(dá)4000噸/日的大型垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站?？蓱?yīng)急暫存垃圾 12000噸。在終端方面，全市共建有焚燒發(fā)電、生化處理、衛(wèi)生填埋 、餐廚垃圾處理等生活垃圾終端處理設(shè)施11座，總處理能力達(dá)到 6700噸/日。

垃圾分類工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、艱巨的系統(tǒng)工程，垃圾智能分類將給人類帶來科技的體驗(yàn)和生活的改變。從國(guó)內(nèi)外管理實(shí)踐來看，智能垃圾分類設(shè)施將為政府提供重要的創(chuàng)新管理載體，例如垃圾收費(fèi)制度、生產(chǎn)者責(zé)任追究制度、積分兌換制度等，在國(guó)內(nèi)，垃圾分類與人工智能相結(jié)合已然成為一種重要趨勢(shì)。此外，我國(guó)城市生活垃圾分類已經(jīng)進(jìn)入“強(qiáng)制時(shí)代”，全面深入推進(jìn)是必然趨勢(shì)，城市生活垃圾產(chǎn)生量逐年遞增，垃圾種類繁雜，由于分類設(shè)施不完善、居民分類投放不到位、缺乏頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃，導(dǎo)致垃圾源頭分類的準(zhǔn)確度較低，干垃圾中混雜大量可回收物，造成了資源浪費(fèi)、衛(wèi)生健康隱患和環(huán)境污染。為此計(jì)劃推出掃一掃識(shí)別垃圾的功能，旨在幫用戶更便捷的進(jìn)行垃圾分類，通過在源頭實(shí)現(xiàn)智能精準(zhǔn)分類，可以避免二次分揀、降低成本和環(huán)境衛(wèi)生隱患，還可以降低政府的財(cái)政補(bǔ)貼負(fù)擔(dān)。

本項(xiàng)目通過尋訪普通市民，對(duì)濟(jì)南市垃圾的總體現(xiàn)狀以及民眾對(duì)垃圾分類的了解程度進(jìn)行了調(diào)研，從垃圾分類處理成本角度出發(fā)，影響垃圾分類推進(jìn)主要有工藝、運(yùn)營(yíng)等問題以及群眾抵觸，人才不足等幾個(gè)方面。為解決這些問題，計(jì)劃設(shè)計(jì)出一款智能應(yīng)用，在垃圾分類識(shí)別方面，計(jì)劃開發(fā)出“垃圾分類”AR智能識(shí)別應(yīng)用。通過AR識(shí)別聯(lián)動(dòng)大數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)拍照標(biāo)記識(shí)別、語音識(shí)別，讓體驗(yàn)者更加便捷的獲取垃圾分類、學(xué)習(xí)垃圾分類的知識(shí)。

垃圾快丟-AR的功能設(shè)計(jì)，具體來說，通過【掃一掃】中的 AR 功能，用戶可以直接使用手機(jī)攝像頭實(shí)時(shí)識(shí)別垃圾類型，進(jìn)行垃圾分類操作。也可通過直接檢索功能，進(jìn)行分類查詢。

未來計(jì)劃提供預(yù)約上門收垃圾的服務(wù)，用戶通過掃描識(shí)別垃圾后，可直接跳轉(zhuǎn)到「快代扔」功能中，進(jìn)而形成了一條從識(shí)別分類到上門回收的完整服務(wù)的。項(xiàng)目后期可嘗試與支付寶螞蟻森林以及高校公益林的合作，代扔垃圾服務(wù)可以積累綠色能量進(jìn)行網(wǎng)上虛擬種樹，達(dá)到一定數(shù)量后可領(lǐng)取一顆真正屬于自己的樹，或換取廢物回收再加工的產(chǎn)品，以此激發(fā)項(xiàng)目實(shí)施，同時(shí)更好的發(fā)展可持續(xù)環(huán)保目標(biāo)。

AR即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是目前人機(jī)交互中最具應(yīng)用前景的技術(shù)之一。研究?jī)?nèi)容是通過應(yīng)用基于標(biāo)記型的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，制作出能夠?yàn)榻逃?、娛樂、醫(yī)療、商業(yè)、軍事、工業(yè)等提供AR服務(wù)的手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用即“AR攝像頭”。并嘗試建立網(wǎng)絡(luò)終端服務(wù)，對(duì)接線上數(shù)據(jù)庫(kù)，通過基于機(jī)器學(xué)習(xí)的決策樹算法，鏈接比對(duì)攝像頭捕捉畫面與數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)，進(jìn)而判斷出垃圾具體類別，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連通，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，為用戶提供一個(gè)便捷的垃圾分類解決方案。

3.2.1識(shí)別功能

識(shí)別功能主要是【AR 掃描】功能，利用 AR、圖像識(shí)別、等技術(shù)落地，掃一掃識(shí)別垃圾分類類別，配合垃圾分類宣傳手冊(cè)，為用戶提供更好的產(chǎn)品/服務(wù)體驗(yàn)。垃圾分類類別過多，垃圾種類不清楚，便可通過使用AR攝像頭將實(shí)時(shí)捕捉到的圖片上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)中通過相似度比對(duì)，并結(jié)合決策樹算法得出對(duì)于的垃圾類別，并通過增強(qiáng)顯示技術(shù)顯示在物品畫面之中。

3.2.2垃圾分類百科書

垃圾分類百科書中涵蓋了日常生活中常見的300種垃圾，能幫助用戶簡(jiǎn)單get垃圾分類知識(shí)，助力實(shí)現(xiàn)“人人參與垃圾分類”，用戶可以通過搜索，直接進(jìn)行垃圾分類的查詢。

3.2.3代扔功能

在下一步開發(fā)中，將【代扔】功能嵌入其中，為 對(duì)于一些腿腳不好的老年人或是一天之內(nèi)大部分時(shí)間都要待在外面的上班族，提供一鍵預(yù)約，上門收取垃圾，回收數(shù)碼家電、舊衣服等服務(wù)。

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朱珍珍，女，（1998.10.9-），河南駐馬店人，現(xiàn)于山東科技大學(xué)攻讀學(xué)士學(xué)位，目前主要從事于信息管理與信息系統(tǒng)相關(guān)的專業(yè)研究。