智能垃圾分類回收系統(tǒng)

鄧棟昊 程正鑫

摘要：隨著國內(nèi)環(huán)保意識的增強(qiáng)，我們的生活也越來越提倡垃圾分類。對垃圾分類回收處理，不僅可以使廢棄資源循環(huán)再生、變廢為寶，還可以節(jié)約對垃圾進(jìn)行無害化處理的費(fèi)用，美化城市街道環(huán)境，更可以減少垃圾給環(huán)境帶來的各類污染問題。針對上述問題，本文提出了一種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的新型智能垃圾回收系統(tǒng)，幫助人們處理日常生活垃圾、農(nóng)業(yè)垃圾及工業(yè)垃圾，提高垃圾回收利用率。

關(guān)鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+垃圾分類回收”;智能回收;智能環(huán)保

1、垃圾分類回收國內(nèi)外現(xiàn)狀

我國是一個(gè)擁有14億人口的國家，由于人口數(shù)量龐大，我國每年產(chǎn)生的城市生活垃圾、農(nóng)田垃圾、工業(yè)垃圾數(shù)量也極其龐大，盡管大部分垃圾都會統(tǒng)一進(jìn)行無害化處理，但是仍然有很多地方的垃圾被隨意堆放、沒有經(jīng)過處理進(jìn)行填埋或傾倒入海，這樣不僅導(dǎo)致垃圾腐化、氣味難聞，而且嚴(yán)重污染了土壤和水源，甚至破壞了海洋生態(tài)平衡，使得原本富饒的海底被迫成為了人們的垃圾場，在這樣的背景下，許多生物因?yàn)檎`食垃圾而丟失生命的報(bào)道已經(jīng)屢見不鮮。眾所周知，人們目前對垃圾進(jìn)行無害化處理的解決方式主要是高溫堆肥、衛(wèi)生填埋和焚燒等，但是垃圾無害化處理費(fèi)用并不便宜，一輛普通的擺臂式垃圾車一次大概可以裝3-10噸垃圾，而每處理一噸垃圾大約需要一百元到幾百元的費(fèi)用。如果對垃圾的處理不當(dāng)，將會導(dǎo)致人們大量地消耗各類資源，又大量地生產(chǎn)著生活垃圾、工業(yè)廢物、醫(yī)療廢物、植物秸稈等等，垃圾如此惡性循環(huán)、周而復(fù)始，后果將會不堪設(shè)想。

目前國外對垃圾分類和垃圾的可再生利用十分重視，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并在國內(nèi)的普及度比較高。一些國家和地區(qū)還有專門的垃圾處理公司對垃圾進(jìn)行回收處理，例如，在歐盟成員國，垃圾隨意亂倒是犯罪;在美國，垃圾處理公司甚至進(jìn)入鄉(xiāng)村;在日本，如果不按要求進(jìn)行垃圾分類，甚至?xí)艿教幜P。對比之下，中國在垃圾分類這一方面的形勢就比較嚴(yán)峻，同時(shí)也亟待處理[1]。

該項(xiàng)目研究的目的是通過互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，讓垃圾得到更經(jīng)濟(jì)、更有效、更環(huán)保的處理方法，提高全民的垃圾分類意識，掌握垃圾分類的相關(guān)知識。該系統(tǒng)不僅可以用于城市的垃圾回收，還可用于教學(xué)樓和寢室等公共場所的垃圾回收，改善公共環(huán)境。

2、智能垃圾分類回收系統(tǒng)功能劃分

該系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)二者融合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)垃圾投放過程的前端感知與服務(wù)以及后臺的監(jiān)測與控制。本系統(tǒng)主要運(yùn)用線上支付平臺（如支付寶、微信等）、云服務(wù)平臺、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能垃圾分類可手持終端、智能圖像識別、傳感器等技術(shù)，采用二維碼掃描、IC卡發(fā)放等方式，進(jìn)行用戶注冊登錄，以管理用戶信息;通過GPS定位技術(shù)，對智能垃圾回收箱進(jìn)行后臺定位與監(jiān)測;通過“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)手段，構(gòu)建一個(gè)功能完善的智能垃圾分類回收系統(tǒng)。

垃圾回收機(jī)可對塑料瓶、鋁質(zhì)和鐵質(zhì)易拉罐、各類金屬、廢紙、紙質(zhì)包裝盒、玻璃瓶、農(nóng)田秸稈、畜禽糞便等進(jìn)行回收。此系統(tǒng)可用于城市和鄉(xiāng)村的垃圾回收處理，運(yùn)行方式新穎實(shí)用，還能提高民眾的環(huán)保意識。通過分析，系統(tǒng)的功能模塊圖如下圖所示：

垃圾智能回收機(jī)設(shè)置了若干個(gè)箱體，包括金屬回收箱、塑料瓶回收箱、鋁制易拉罐回收箱、廢紙類回收箱、玻璃回收箱、廢舊紡織物回收箱、農(nóng)業(yè)廢棄物回收箱和有害垃圾回收箱等。這些箱體彼此獨(dú)立，單獨(dú)實(shí)現(xiàn)垃圾的分類存儲，方便后續(xù)對不同的垃圾進(jìn)行加工處理。對于可回收能循環(huán)利用的廢棄物給出回收價(jià)格，后期再利用能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)收益。從而從經(jīng)濟(jì)效益角度鼓勵大眾自發(fā)的對垃圾進(jìn)行分類處理，而無法繼續(xù)回收利用的廢棄物（如玻璃瓶、農(nóng)業(yè)廢棄物和有害垃圾等）則屬于免費(fèi)回收。這些智能垃圾分類回收箱外側(cè)有高清攝像頭及傳感器，可以自動識別垃圾種類，回收箱內(nèi)部有計(jì)重器，可自動對投放的可回收利用的垃圾進(jìn)行稱重，并按照對應(yīng)積分表計(jì)算出積分收益，借助支付寶、微信平臺可進(jìn)行積分收益兌換。此外，箱體還有GPS定位、容量檢測、溫度檢測、防水防火防爆等功能，以便后臺對垃圾回收箱進(jìn)行更好的管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.1垃圾智慧分類

主要利用垃圾分類回收箱外側(cè)的傳感器對各類垃圾進(jìn)行精細(xì)分類，精準(zhǔn)投放，并將不同類型的垃圾貼上二維碼，投入到不同類別的垃圾箱中，稱重計(jì)費(fèi)，反饋到智能垃圾分類可手持終端、IC卡等個(gè)人賬戶上，以供提現(xiàn)。

2.2垃圾智能回收

智能回收機(jī)具有接收投入垃圾、智能自動檢測識別垃圾種類、塑料瓶易拉罐壓扁、自動稱重、積分兌換（如支付寶微信支付、打印優(yōu)惠券等）、愛心捐物等多重功能。智能垃圾分類回收機(jī)根據(jù)當(dāng)?shù)乩闆r可設(shè)置多個(gè)箱體，可掃碼或持IC卡開箱，這些智能分類回收箱可在后臺通過大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測箱內(nèi)容量，當(dāng)后臺人員收到滿箱報(bào)警反饋時(shí)，就可以及時(shí)安排車輛對箱內(nèi)垃圾清運(yùn)處理。根據(jù)垃圾分類和投擲計(jì)重情況進(jìn)行積分獎勵，可以從經(jīng)濟(jì)效益的角度大大提高市民進(jìn)行垃圾分類的積極性。

2.3垃圾集中處理

不同區(qū)域的垃圾主要種類也是不同的，例如，小區(qū)主要是產(chǎn)生生活垃圾，工業(yè)區(qū)主要產(chǎn)生工業(yè)廢棄物，醫(yī)院主要產(chǎn)生醫(yī)療廢棄物，而鄉(xiāng)村主要產(chǎn)生農(nóng)田秸稈廢物，根據(jù)地區(qū)情況，選擇最適合當(dāng)?shù)氐睦鋽[放數(shù)量，每個(gè)區(qū)域產(chǎn)生的垃圾可以用垃圾清理車運(yùn)走進(jìn)行集中處理。

2.4環(huán)境污染監(jiān)測問題

主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)?shù)赝恋刭Y源和水資源污染以及監(jiān)測顯示垃圾場附近的空氣及重金屬污染指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)分析垃圾處理對附近居民生活環(huán)境的影響，從而實(shí)現(xiàn)對垃圾處理的改進(jìn)。

2.5廢棄物可持續(xù)利用

將不同類別的垃圾運(yùn)到不同的垃圾處理站，可燃垃圾通過加工后成為肥料，或可用于焚燒發(fā)電供暖;不可燃垃圾經(jīng)過特殊處理后可用作鋪路;金屬、廢紙、鋁質(zhì)易拉罐可運(yùn)往工廠循環(huán)再生;農(nóng)田秸稈、畜禽糞便可以用來制造農(nóng)家肥等等，不同類別的垃圾有著自己的去處，使得垃圾能最大程度的變廢為寶。

2.6環(huán)境保護(hù)知識教育

“互聯(lián)網(wǎng)+垃圾分類回收”的模式非常新穎，通過互聯(lián)網(wǎng)引導(dǎo)人們進(jìn)行垃圾分類回收，科普垃圾分類和環(huán)境保護(hù)相關(guān)知識具有重大意義，鼓勵孩子們從小養(yǎng)成垃圾分類的好習(xí)慣，為環(huán)保事業(yè)提供可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3、智能垃圾分類回收系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3.1智能垃圾分類回收系統(tǒng)主要功能模塊

實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，主要對以下四大功能模塊進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)：垃圾種類檢測模塊，該功能由高清攝像頭、傳感器完成，傳感器設(shè)置在垃圾分類箱上，通過智能識別檢測垃圾種類，實(shí)現(xiàn)垃圾的精準(zhǔn)投放;云儲存模塊：當(dāng)投放垃圾種類與可回收垃圾種類相匹配時(shí)，并能自動稱重，并計(jì)算出價(jià)格，分析未來收益，將這些數(shù)據(jù)和收益積分反饋到智能垃圾分類可手持終端或IC卡上;積分兌換模塊：用于用戶使用積分兌換物品或直接提現(xiàn)到支付平臺;垃圾箱容量后臺實(shí)時(shí)監(jiān)測模塊：定時(shí)反饋垃圾箱內(nèi)容量、高度情況，如垃圾箱容量已滿，箱外嵌入的LED會發(fā)出報(bào)警提示，同時(shí)云服務(wù)后臺也會收到反饋信息，從而保證垃圾能夠被及時(shí)清運(yùn)。

3.2智能垃圾分類回收系統(tǒng)硬件主要組成部分

其中，硬件系統(tǒng)包括主控裝置、服務(wù)器、傳感器、電源電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，GNU/Linux操作系統(tǒng)，高清攝像頭、LED提示燈等等諸多設(shè)備，控制電路的特征包含工控一體機(jī)、傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、微動開關(guān)、繼電器管控器、磁卡感應(yīng)器、投遞門鎖、維護(hù)門鎖和開關(guān)電源等。其提到的開關(guān)控制電源、工控一體機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡并聯(lián)在電源線路上，然后磁卡感應(yīng)器與工控一體機(jī)相連，繼電器控制器連接在工控一體機(jī)上，繼電器管控器連接在開關(guān)電源上，投遞門鎖和維護(hù)門鎖分別連接在繼電器管控器的兩個(gè)輸入端上，投遞門鎖和維護(hù)門鎖一并連接在開關(guān)控制電源上，數(shù)據(jù)采集卡也連接在開關(guān)電源上，傳感控制開關(guān)也與電源連接上，傳感器與數(shù)據(jù)采集卡相連。該系統(tǒng)各個(gè)硬件部位整合，組合成一個(gè)整體[2]。

4、對比已有系統(tǒng)和我們的智能系統(tǒng)

4.1已有的智能垃圾分類回收系統(tǒng)現(xiàn)狀

已有的智能垃圾分類回收系統(tǒng)分兩種情況，第一種情況：把垃圾箱箱體做成不同的顏色（如綠色、黑色、藍(lán)色、紅色等等）或者箱體上印有不同標(biāo)志，以提醒民眾各個(gè)垃圾箱存放垃圾種類，此方法監(jiān)管力度低且沒有引導(dǎo)大眾自覺對垃圾進(jìn)行分類的措施，常常出現(xiàn)垃圾錯(cuò)投等現(xiàn)象。第二種情況：通過IC卡進(jìn)行垃圾分類管理，民眾用統(tǒng)一發(fā)放的IC卡登錄系統(tǒng)，完成垃圾分類投放，并獲得相應(yīng)積分，此方法實(shí)現(xiàn)步驟過于繁瑣，監(jiān)管力度較低，積分到賬效率也較低。

4.2該智能垃圾分類回收系統(tǒng)不同之處

該智能回收機(jī)可以直接進(jìn)行垃圾的檢測與分類，系統(tǒng)包括硬件和軟件部分，其技術(shù)核心包括AI技術(shù)及圖像識別技術(shù)。其中，硬件系統(tǒng)包括主控裝置、服務(wù)器、傳感器、電源電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，GNU/Linux操作系統(tǒng)，高清攝像頭、LED提示燈等等諸多設(shè)備，組裝后構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。機(jī)器在運(yùn)行過程中，通過桶箱外側(cè)的高清攝像頭及輔助傳感器獲取垃圾圖像，分析垃圾種類（射屏識別），并將不同垃圾精準(zhǔn)投放。

5、結(jié)語

本論文所設(shè)計(jì)的智能垃圾分類回收系統(tǒng)融合了人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等多項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)垃圾投放過程的前端感知與服務(wù)，以及后臺的監(jiān)測與控制。并通過理論學(xué)習(xí)電腦模型、桶箱外側(cè)的高清攝像頭及輔助傳感器，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對視覺的分揀控制，能夠按照不同垃圾的大小、形狀、顏色、不同材料等進(jìn)行區(qū)分。人工智能化垃圾分類回收將人工智能技術(shù)應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域，符合國家政策發(fā)展的趨勢，也相應(yīng)了國家的號召。通過不斷地學(xué)習(xí)與修改模型，可以將系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷闹悄軕?yīng)用系統(tǒng)，例如智能物流分揀系統(tǒng)等，可復(fù)制性強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]國內(nèi)外垃圾分類現(xiàn)狀及研究現(xiàn)狀.http：//blog.sina.com.cn/faweilin.

[2]楊會玲，葉利華等.智能垃圾分類系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)[J].電腦知識與技術(shù)，2020（2）：261-264.

項(xiàng)目基金：漢江師范學(xué)院2020年省級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助，項(xiàng)目編號為S202010518026X。

第一作者簡介：鄧棟昊（1999年12月），男，湖北鐘祥人，漢江師范學(xué)院軟件工程專業(yè)本科在讀。研究方向：互聯(lián)網(wǎng)移動開發(fā)。

第二作者簡介：程正鑫（1999年11月），女，湖北隨州人，漢江師范學(xué)院軟件工程專業(yè)本科在讀。研究方向：互聯(lián)網(wǎng)移動開發(fā)。