智能垃圾分類回收系統

鄧棟昊 程正鑫

摘要：隨著國內環保意識的增強，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再生、變廢為寶，還可以節約對垃圾進行無害化處理的費用，美化城市街道環境，更可以減少垃圾給環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“互聯網+”的新型智能垃圾回收系統，幫助人們處理日常生活垃圾、農業垃圾及工業垃圾，提高垃圾回收利用率。

關鍵詞：“互聯網+垃圾分類回收”;智能回收;智能環保

1、垃圾分類回收國內外現狀

我國是一個擁有14億人口的國家，由于人口數量龐大，我國每年產生的城市生活垃圾、農田垃圾、工業垃圾數量也極其龐大，盡管大部分垃圾都會統一進行無害化處理，但是仍然有很多地方的垃圾被隨意堆放、沒有經過處理進行填埋或傾倒入海，這樣不僅導致垃圾腐化、氣味難聞，而且嚴重污染了土壤和水源，甚至破壞了海洋生態平衡，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，許多生物因為誤食垃圾而丟失生命的報道已經屢見不鮮。眾所周知，人們目前對垃圾進行無害化處理的解決方式主要是高溫堆肥、衛生填埋和焚燒等，但是垃圾無害化處理費用并不便宜，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用。如果對垃圾的處理不當，將會導致人們大量地消耗各類資源，又大量地生產著生活垃圾、工業廢物、醫療廢物、植物秸稈等等，垃圾如此惡性循環、周而復始，后果將會不堪設想。

目前國外對垃圾分類和垃圾的可再生利用十分重視，技術已經比較成熟，并在國內的普及度比較高。一些國家和地區還有專門的垃圾處理公司對垃圾進行回收處理，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入鄉村;在日本，如果不按要求進行垃圾分類，甚至會受到處罰。對比之下，中國在垃圾分類這一方面的形勢就比較嚴峻，同時也亟待處理[1]。

該項目研究的目的是通過互聯網相關技術，讓垃圾得到更經濟、更有效、更環保的處理方法，提高全民的垃圾分類意識，掌握垃圾分類的相關知識。該系統不僅可以用于城市的垃圾回收，還可用于教學樓和寢室等公共場所的垃圾回收，改善公共環境。

2、智能垃圾分類回收系統功能劃分

該系統采用物聯網與互聯網二者融合的技術，實現垃圾投放過程的前端感知與服務以及后臺的監測與控制。本系統主要運用線上支付平臺（如支付寶、微信等）、云服務平臺、人工智能、大數據技術、智能垃圾分類可手持終端、智能圖像識別、傳感器等技術，采用二維碼掃描、IC卡發放等方式，進行用戶注冊登錄，以管理用戶信息;通過GPS定位技術，對智能垃圾回收箱進行后臺定位與監測;通過“互聯網+”技術手段，構建一個功能完善的智能垃圾分類回收系統。

垃圾回收機可對塑料瓶、鋁質和鐵質易拉罐、各類金屬、廢紙、紙質包裝盒、玻璃瓶、農田秸稈、畜禽糞便等進行回收。此系統可用于城市和鄉村的垃圾回收處理，運行方式新穎實用，還能提高民眾的環保意識。通過分析，系統的功能模塊圖如下圖所示：

垃圾智能回收機設置了若干個箱體，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、農業廢棄物回收箱和有害垃圾回收箱等。這些箱體彼此獨立，單獨實現垃圾的分類存儲，方便后續對不同的垃圾進行加工處理。對于可回收能循環利用的廢棄物給出回收價格，后期再利用能產生一定的經濟收益。從而從經濟效益角度鼓勵大眾自發的對垃圾進行分類處理，而無法繼續回收利用的廢棄物（如玻璃瓶、農業廢棄物和有害垃圾等）則屬于免費回收。這些智能垃圾分類回收箱外側有高清攝像頭及傳感器，可以自動識別垃圾種類，回收箱內部有計重器，可自動對投放的可回收利用的垃圾進行稱重，并按照對應積分表計算出積分收益，借助支付寶、微信平臺可進行積分收益兌換。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行更好的管理，實時監控。

2.1垃圾智慧分類

主要利用垃圾分類回收箱外側的傳感器對各類垃圾進行精細分類，精準投放，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，稱重計費，反饋到智能垃圾分類可手持終端、IC卡等個人賬戶上，以供提現。

2.2垃圾智能回收

智能回收機具有接收投入垃圾、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、打印優惠券等）、愛心捐物等多重功能。智能垃圾分類回收機根據當地垃圾情況可設置多個箱體，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據等技術實現遠程監測箱內容量，當后臺人員收到滿箱報警反饋時，就可以及時安排車輛對箱內垃圾清運處理。根據垃圾分類和投擲計重情況進行積分獎勵，可以從經濟效益的角度大大提高市民進行垃圾分類的積極性。

2.3垃圾集中處理

不同區域的垃圾主要種類也是不同的，例如，小區主要是產生生活垃圾，工業區主要產生工業廢棄物，醫院主要產生醫療廢棄物，而鄉村主要產生農田秸稈廢物，根據地區情況，選擇最適合當地的垃圾箱擺放數量，每個區域產生的垃圾可以用垃圾清理車運走進行集中處理。

2.4環境污染監測問題

主要包括實時監測當地土地資源和水資源污染以及監測顯示垃圾場附近的空氣及重金屬污染指標，根據指標分析垃圾處理對附近居民生活環境的影響，從而實現對垃圾處理的改進。

2.5廢棄物可持續利用

將不同類別的垃圾運到不同的垃圾處理站，可燃垃圾通過加工后成為肥料，或可用于焚燒發電供暖;不可燃垃圾經過特殊處理后可用作鋪路;金屬、廢紙、鋁質易拉罐可運往工廠循環再生;農田秸稈、畜禽糞便可以用來制造農家肥等等，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環境保護知識教育

“互聯網+垃圾分類回收”的模式非常新穎，通過互聯網引導人們進行垃圾分類回收，科普垃圾分類和環境保護相關知識具有重大意義，鼓勵孩子們從小養成垃圾分類的好習慣，為環保事業提供可持續發展打下堅實基礎。

3、智能垃圾分類回收系統具體實現技術

3.1智能垃圾分類回收系統主要功能模塊

實現該系統，主要對以下四大功能模塊進行分析和設計：垃圾種類檢測模塊，該功能由高清攝像頭、傳感器完成，傳感器設置在垃圾分類箱上，通過智能識別檢測垃圾種類，實現垃圾的精準投放;云儲存模塊：當投放垃圾種類與可回收垃圾種類相匹配時，并能自動稱重，并計算出價格，分析未來收益，將這些數據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到支付平臺;垃圾箱容量后臺實時監測模塊：定時反饋垃圾箱內容量、高度情況，如垃圾箱容量已滿，箱外嵌入的LED會發出報警提示，同時云服務后臺也會收到反饋信息，從而保證垃圾能夠被及時清運。

3.2智能垃圾分類回收系統硬件主要組成部分

其中，硬件系統包括主控裝置、服務器、傳感器、電源電路、單穩態觸發器，GNU/Linux操作系統，高清攝像頭、LED提示燈等等諸多設備，控制電路的特征包含工控一體機、傳感器、數據采集卡、微動開關、繼電器管控器、磁卡感應器、投遞門鎖、維護門鎖和開關電源等。其提到的開關控制電源、工控一體機和數據采集卡并聯在電源線路上，然后磁卡感應器與工控一體機相連，繼電器控制器連接在工控一體機上，繼電器管控器連接在開關電源上，投遞門鎖和維護門鎖分別連接在繼電器管控器的兩個輸入端上，投遞門鎖和維護門鎖一并連接在開關控制電源上，數據采集卡也連接在開關電源上，傳感控制開關也與電源連接上，傳感器與數據采集卡相連。該系統各個硬件部位整合，組合成一個整體[2]。

4、對比已有系統和我們的智能系統

4.1已有的智能垃圾分類回收系統現狀

已有的智能垃圾分類回收系統分兩種情況，第一種情況：把垃圾箱箱體做成不同的顏色（如綠色、黑色、藍色、紅色等等）或者箱體上印有不同標志，以提醒民眾各個垃圾箱存放垃圾種類，此方法監管力度低且沒有引導大眾自覺對垃圾進行分類的措施，常常出現垃圾錯投等現象。第二種情況：通過IC卡進行垃圾分類管理，民眾用統一發放的IC卡登錄系統，完成垃圾分類投放，并獲得相應積分，此方法實現步驟過于繁瑣，監管力度較低，積分到賬效率也較低。

4.2該智能垃圾分類回收系統不同之處

該智能回收機可以直接進行垃圾的檢測與分類，系統包括硬件和軟件部分，其技術核心包括AI技術及圖像識別技術。其中，硬件系統包括主控裝置、服務器、傳感器、電源電路、單穩態觸發器，GNU/Linux操作系統，高清攝像頭、LED提示燈等等諸多設備，組裝后構成整個系統。機器在運行過程中，通過桶箱外側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），并將不同垃圾精準投放。

5、結語

本論文所設計的智能垃圾分類回收系統融合了人工智能、物聯網、互聯網等多項技術，實現垃圾投放過程的前端感知與服務，以及后臺的監測與控制。并通過理論學習電腦模型、桶箱外側的高清攝像頭及輔助傳感器，可以實現系統對視覺的分揀控制，能夠按照不同垃圾的大小、形狀、顏色、不同材料等進行區分。人工智能化垃圾分類回收將人工智能技術應用于環保領域，符合國家政策發展的趨勢，也相應了國家的號召。通過不斷地學習與修改模型，可以將系統轉變為其它類型的智能應用系統，例如智能物流分揀系統等，可復制性強。

參考文獻：

[1]國內外垃圾分類現狀及研究現狀.http：//blog.sina.com.cn/faweilin.

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

項目基金：漢江師范學院2020年省級大學生創新訓練計劃項目資助，項目編號為S202010518026X。

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

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