垃圾桶自動軌道循環系統應用研究

陳梓瑜 趙玉婷

摘? ? 要：垃圾桶自動軌道循環系統將GPS通信和軌道規劃技術與自動化的結合，設計垃圾桶自動軌道循環系統裝置，其基本工作原理是為自動垃圾桶裝置，設計軌道，并在垃圾桶下設置自動感應裝置，垃圾桶達到一定重量即可順著軌道自動運輸至垃圾場倒掉，然后空缺的垃圾桶位置自動補上。此系統有效解決了部分環境治理難題，配合垃圾分類的展開，可加快垃圾處理速度，減少垃圾堆積、垃圾未能及時處理污染環境、人工清理不及時的問題，以及機器人使用的不便利性等問，對于進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。

關鍵詞：垃圾桶;自動化;軌道循環

1? 引言

中國的環保產業年均增長速度接近18%以上，環境服務業的增長速度更是高達30%。并且，目前60%的環境治理需求還沒有被市場挖掘。為解決垃圾終端處理的問題，2019年6月份，住建部等9部門聯合發布《關于在全國地級及以上城市全面開展生活垃圾分類工作的通知》提出，自2019年起，全國地級及以上城市要全面啟動生活垃圾分類工作;2020年底，46個重點城市要基本建成垃圾分類處理系統;2022年前，各地級城市至少有1個區實現生活垃圾分類全覆蓋;2025年底前，全國地級及以上城市要基本建成垃圾分類處理系統。

2? 傳統垃圾桶現狀與存在的問題

目前，我國普遍采用的環保方式以人工清理垃圾為主，純人工的倒垃圾存在眾多問題，如垃圾清理不及時，導致垃圾桶附近垃圾成堆、惡臭難聞，嚴重污染環境，給人們的生活造成一定的困擾，這種垃圾成堆現象在一定的程度上也減少人們對環保的積極性。

（1）垃圾桶對垃圾的密封效果不好，導致垃圾桶附近異味較大，并且極易滋生細寄生蟲等，對人們的健康造成較大的危害。

（2）現有的垃圾桶不能自動處理桶內垃圾，經常出現大量垃圾溢出垃圾桶的現象，影響環境衛生，造成污染，危害人們的健康。

（3）現有的垃圾桶不能及時封裝桶內垃圾，垃圾長時間裸露在外，環衛工人處理垃圾時與垃圾直接接觸，增大環衛工人患病幾率。

3? 采用垃圾桶自動軌道循環系統的優勢

垃圾桶自動軌道循環系統將GPS通信和軌道規劃技術與自動化的結合，設計垃圾桶自動軌道循環系統裝置，其基本工作原理是為自動垃圾桶裝置，設計軌道，并在垃圾桶下設置自動感應裝置，垃圾桶達到一定重量即可順著軌道自動運輸至垃圾場倒掉，然后空缺的垃圾桶位置自動補上。后臺還設置路面檢測器和APP控制云端結合使用，讓環境管理人員可以實時監控垃圾桶及軌道的運行、使用等情況。

（1）發展優勢：垃圾桶自動軌道循環系統所設計出來的垃圾桶可以自動感應重量自動運輸至垃圾場，實現垃圾桶“自我管理”的目標，整個軌道路徑進行最優化設計，紅外光電感應、重力傳感器等為技術支持，技術較成熟，集成方便，因此有很大的發展優勢。

（2）性能優勢：垃圾桶紅外光感受體溫自動開蓋，無需人動手，又能讓垃圾與外面的空氣隔離，達到保護環境，利用太陽能環保節能。重力傳感器感受重力成為重要信號，智能路徑規劃技術為垃圾桶設計最短路線，紫外線消毒保持垃圾桶清潔無異味。而這種技術被應用到垃圾收集領域可以更好的代替人類進行這項工作，不僅可以保證健康，同時還要比目前被廣泛使用的搖臂式卡車更有效率。

（3）地理優勢：高等院校、社區和主題公園屬于局部區域，有利于監控和形成循環的系統。

4? 垃圾桶自動軌道循環系統的主要應用原理

（1）紅外光電技術：紅外智能感應是基于紅外線技術的自動控制產品，設定30cm感應區域，當有人進入感應范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，自動接通開關，桶蓋自動打開，人不離開感應范圍，將持續接通;人離開后，延時3s自動關閉開關。親切方便，安全節能，更顯示出人性化關懷。

（2）重力傳感器：重力傳感器是根據壓電效應的原理來工作的，新型屬傳感器技術，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能彈簧來驅動電觸點，完成從重力變化到電信號的轉換，重力傳感器在進入消費電子市場之前，實際上已被廣泛應用于汽車電子領域，主要集中在車身操控、安全系統和導航，典型的應用如汽車安全氣囊（Airbag）、ABS防抱死剎車系統、電子穩定程序（ESP）、電控懸掛系統等。我們將這項技術應用到垃圾桶上，如假設當垃圾質量達到30kg時，觸發壓電效應將信號輸送到云端。

（3）云計算及管理系統：云計算基礎平臺，例如摩拜的云服務是建立在微軟的Azure公有云服務平臺之上，其云端應用是一個建立在云計算之上的大規模雙向實時應用。將此技術運用到垃圾桶自動軌道循環系統上，云計算一方面能夠保證垃圾桶應用的快速部署和高擴展性，另一方面能夠應付大規模高并發場景，滿足巨大數量的連接需要。垃圾桶將“已滿”信號傳輸到云端，云端再下發“倒垃圾”指令。

（4）GPS定位技術和移動通信芯片：GPS通信模塊可以將垃圾桶實時位置上報給云端，云端通過智能計算控制垃圾桶的行為。

（5）智能路徑規劃技術：最優路徑規劃就是依據某個或某些優化準則（ 如工作代價最小 、行走路線最短、行走時間最短等），在垃圾桶工作空間中找到 一 條從起始狀態到目標狀態、可以避開障礙物的最優路徑 ，垃圾桶可以自行找到垃圾收集中心的位置。

（6）電力來源：柔性薄膜太陽能電池：太陽電池是一種對光有響應并能將光能轉換成電力的器件，目前市面上有些共享單車的車筐上就安裝了太陽能電池板，而垃圾桶自動軌道循環系統使用的柔性薄膜太陽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：與傳統鉛酸蓄電池相比，具有以下優點：能量密度高、安全性強高溫性能好、高功率輸出、電鐵鋰電池。鐵鋰電池長循環壽命、重量輕，節省機房加固成本、體積小，電池長壽命、 安全性好等優點。當太陽電池無法正常工作時給垃圾桶提供電源，定期檢查充電即可。

（8）監控功能與煙霧檢測系統：煙霧檢測系統主要由視頻采集，圖像預處理，煙霧顏色檢測，煙霧模糊度計算，煙霧識別等模塊構成。基于圖像分析的先進煙霧檢測系統，在攝像頭的監控視野內，檢測煙霧的發生，如果發現該異常現象，能夠觸發報警，預防火災的發生或減輕火災的危害。

（9）蜂鳴器：用于異常狀態的發聲警告。

5? 垃圾桶自動軌道循環系統的應用價值

（1）垃圾桶自動軌道循環系統采用的是太陽能供電，節能環保，積極響應我國節能環保事業的發展，響應國家愛護環境的號召，可以獲得人民群眾的廣泛支持。此系統通過GPS通信和軌道規劃技術與自動化的結合，自動化技術的運用可以增加使用的便利性，有助于城市的干凈整潔，減少清掃人員的負擔，進而減少雇傭人力資源的浪費，另外還可解決機器人使用的不便利性和節省高昂的技術支持費用。

（2）垃圾桶自動軌道循環系統可以解決部分環境治理難題，配合垃圾分類的展開，可加快垃圾處理速度，減少垃圾堆積、垃圾未能及時處理污染環境等問題，可以為人民群眾提供良好的生存環境。對于進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。

參考文獻：

[1] 電子元件協會.中國電子元件“十二五”規劃[Z]，2011-7-13.

[2] 生態環境監測網絡建設方案[Z].北京國務院辦公廳，2015-7-26.