鄭思晗 楊徐昕 袁文霞 申婷 董仙娜

摘 要：隨著我國電子商務的迅猛發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入居民生活的各個方面。本文通過問卷調查以及分析國內外的垃圾分類趨勢，基于SEM模型和物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾分類，來研究智能垃圾桶的配備。垃圾桶將仿照自動售賣機的設計，將我國目前的便捷收付端與垃圾分類處理機器結合，使其具有節(jié)能化、環(huán)保化、集約化、智能化等特點。在提高人們對于垃圾分類投放主動性的同時，可以加速我國的信用城市建設速度，從而達到保護環(huán)境、節(jié)約資源的目的。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能垃圾分類；SEM模型；便捷收付

中圖分類號：TU993.3；TP391.44；TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0052-03

Research on Intelligent Garbage Classification and Trash

Configuration Based on SEM Model and Internet of Things

ZHENG Sihan YANG Xuxin YUAN Wenxia SHEN Ting DONG Xianna

（Mathmatics and Computational Science， Hunan First Normal University， Changsha Hunan 410205）

Abstract： With the rapid development of e-commerce in China， the Internet of Things has gone deep into all aspects of civilian life. Based on the SEM model and IOT intelligent garbage classification， this paper studied intelligent garbage classification and trash cansequipment through the questionnaire survey and analysis of domestic and foreign trends in the classification of garbage. Trash will be modeled on the vending machine design， the current convenience of Chinas cashier and waste sorting processing machines combine to make it with energy-saving， environmental protection， intensive， intelligent and so on. While improving peoples initiative for sorting garbage， we can speed up the construction of Chinas credit city so as to achieve the goal of protecting the environment and saving resources.

Keywords： IOT；smart garbage classification；SEM model；convenient payment

自黨的十九大召開以來，生活垃圾分類的推廣力度之大前所未有。由于人們對于垃圾分類知識的理解存在不全面性，以及垃圾桶配置問題（太密集或太稀疏、分類指示不明確）、政府部門回收利用監(jiān)督力度不夠、垃圾分類的處理鏈斷裂（分類的后期處理依然是焚燒或填埋）等原因，導致推廣分類的過程效果不明顯，沒有達到預期的目的。本文針對以上問題，提出將物聯(lián)網(wǎng)與垃圾桶結合，實現(xiàn)垃圾桶的智能化。利用支付寶和微信平臺的便捷支付性和普及性，給人們普及垃圾分類知識，同時將支付寶的螞蟻積分與垃圾分類獎懲制度相結合，建立垃圾分類社會征信體制，從而加速我國的信用城市建設速度[1]。

1 垃圾桶配備及投放口分類研究

1.1 配備研究

由于存在智能垃圾桶配置成本較高以及居民對于垃圾分類的短期不適應性而產(chǎn)生懶惰心理兩方面原因，為了確保方案的實施可行性及經(jīng)濟可行性，在研究機器設計時首先要確保實現(xiàn)垃圾桶的優(yōu)化配置。

1.1.1 智能垃圾分類的2種方案。方案一，1個普通垃圾桶+1個智能垃圾桶。其研究背景為由于投放口的數(shù)量決定了智能垃圾桶的造價，從節(jié)約成本的角度考慮，普通垃圾桶用于投放除了投放口種類之外的垃圾。鑒于此，在學校附近的居民區(qū)發(fā)放問卷，對數(shù)據(jù)用MATLAB進行線性回歸，找出主要的因素，分析因素對于方案的重要性，根據(jù)數(shù)據(jù)分析確定各因素的權重，結合方案二進行基于SEM模型的綜合評價排序，選出相對最優(yōu)方案。

方案二，1個智能垃圾桶。其研究背景為針對方案一發(fā)放問卷時出現(xiàn)了一些問題，如居民為了省事會將垃圾全部投入普通垃圾桶，智能垃圾桶有陷入閑置狀態(tài)的可能性。另外，將其他垃圾設置為智能垃圾桶投放口之一，會導致智能垃圾桶造價較高。針對以上問題，重新設置問卷，提出方案二，建模過程同方案一。

1.1.2 獎懲制度的2種方案。方案一，獎懲電子現(xiàn)金。其研究背景為由于便捷支付的興起，人們越來越依賴于便捷支付端的化零為整的功能。鑒于此，人們根據(jù)不同種類的垃圾所制定的不同的返金制度得到一定的電子獎勵金存于微信錢包或者余額寶中。當出現(xiàn)錯誤投放現(xiàn)象時，將會扣除相應的余額。但是，調查發(fā)現(xiàn)由于扣除余額時需要用戶輸入支付密碼，故會產(chǎn)生用戶不配合現(xiàn)象。

方案二，積分返電子現(xiàn)金的獎懲制度。利用積分制可有效避免用戶因為需要輸入支付密碼而產(chǎn)生的不配合現(xiàn)象，即出現(xiàn)錯誤投放時扣除相應的積分，以積分兌換現(xiàn)金。調查發(fā)現(xiàn)，用戶對于積分返現(xiàn)制度較為滿意。

1.2 基于SEM模型的智能垃圾分類方案綜合評價排序

1.2.1 求解步驟。首先，建立符合研究需要的層次分析模型的一般形式，將問題分解為3個層次，依次是目標層、準則層和方案層，通過以下步驟確立各個層次之間的權值，如圖1所示。

圖1 SEM模型

其次，利用多方調查結果，結合Saaty的實驗研究[2]，采用1～9的標度方法（這是一種將思維判斷數(shù)量化的方法，是在較簡單的尺度中最好，也是結果并不劣于較復雜的尺度）。標度的含義如下：“1”表示兩個元素相比具有同樣的重要性（一般）；“3”表示兩個元素相比，一個元素比一個元素稍微重要（較好/較差）；“5”表示兩個元素相比，一個元素比另一個元素明顯重要（好/差）；“7”表示兩個元素相比，一個元素比另一個元素強烈重要（很好/很差）；“9”表示兩個元素相比，一個元素比另一個元素極端重要（極好/極差）。

再者，通過以上標度和圖1確立層次變量之間的關系，方案層P對于準則層B的標度如下：方案P1對應B1～B3的標度為很好、好、好，方案P2對應B1～B3的標度為差、極好、差。根據(jù)上述關系，確立各個層次之間的權值。

最后，賦值求解。通過以上步驟確定成對比較矩陣，通過和法步驟后計算最大特征根：

[λ=1ni=1n（Aω）iωi] （1）

然后根據(jù)：

[CI=λ-nn-1] （2）

[CR=CIRI] （3）

確定特征值是否通過一致性檢驗，其中λ是最大特征根，A是成對比較矩陣，ω是組合權向量，CI是一致性指標，CR是一致性比率，RI是隨機一致性指標。最后對算出的組合權向量進行排序，選出最佳方案。

1.2.2 求解結果。綜合上述所得的結果，利用MATLAB軟件計算出基于SEM模型的垃圾桶配備最佳方案，P層次總排序結果為：P1，1.742 265 74；P2，0.677 486 35。

1.2.3 結論。依據(jù)計算結果和各個判斷矩陣可知，各層一致性檢驗比例CR都小于0.1，可以認為：各個層次之間的成對比較陣為可以接受的，得到的結果是符合實際結果的[5]。總的排序結果為P1方案是最佳的基于SEM模型的垃圾桶配備方案，說明該方案是可行的。

1.3 智能垃圾桶投放口分類

綜合分析我國現(xiàn)階段垃圾分類標準和垃圾分類現(xiàn)狀，此次研究將垃圾桶投放口分為以下幾種：金屬、玻璃、紙張（不含衛(wèi)生紙）、可腐垃圾、有毒有害垃圾、衣物布料及其他垃圾。

2 垃圾桶設計

2.1 外觀設計

考慮垃圾箱內環(huán)境惡劣、設計復雜，且面向的消費人群為普通大眾人群，因此，垃圾箱外側主要采用不銹鋼材料，顏色為黑色，以長方體為主體形象。所有垃圾都投放到一個桶內，影響了垃圾的分類回收和無害化處理。

除此之外，垃圾桶投入口附近應設計一個顯示屏[3]。通過顯示屏和微信公眾號雙向提示居民投放垃圾的正確性，以實現(xiàn)居民投放獎罰的可視化。

2.2 功能設計

在具體應用過程中，垃圾桶的結構是最重要的組成部分。垃圾桶的設計不僅要使其具備垃圾分類的基本功能，而且要利用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)垃圾的智能分類[4]及獎懲投放。其中分類垃圾桶的形狀、大小、高度等尺寸參數(shù)的合理設計，傳感器設備的合理布置，能使垃圾桶與整體系統(tǒng)運行相匹配，充分發(fā)揮其功效。

投放的獎懲設計則是通過在投入口內部附近安裝紅外感應裝置[5]，當投入垃圾時紅外感應裝置會發(fā)出信號，使垃圾桶內部自動運行，檢驗居民對垃圾的分類投放是否正確，從而在系統(tǒng)中進行正確有效的獎罰。經(jīng)過紅外線檢測之后，則采取稱量或壓縮的方式。

3 智能垃圾分類投放的獎懲標準建議

通過在湖南省長沙市岳麓區(qū)、天心區(qū)、芙蓉區(qū)、寧鄉(xiāng)縣4個不同的區(qū)縣選取垃圾站進行調查，得出不同垃圾回收的價值（見表1），其中金屬以易拉罐為主。然后，以此數(shù)值為標準得出分類投放獎勵標準。

表1 不同垃圾的回收價值

[回收價值 岳麓區(qū) 天心區(qū) 芙蓉區(qū) 寧鄉(xiāng)縣 金屬（元/kg） 14.0 15.0 16.0 15.0 紙張（元/kg） 2.2 2.0 1.9 1.8 ]

以上例子可推廣至全國，通過分類投放垃圾獲得對應的獎勵，在公眾號中進行統(tǒng)計顯示，同時顯示出微信好友的得分及排名。還可以查看自己所在地區(qū)的排名，如岳麓區(qū)、長沙市、湖南省等。

除了對分類投放垃圾有獎勵之外，還設置了檢測及處罰系統(tǒng)。如果沒有分類就進行投放，會從系統(tǒng)中扣除一定的積分，同時會進行微信提醒。

4 研究的評價與推廣

4.1 評價

目前，我國的垃圾處理多采用衛(wèi)生填埋甚至簡易填埋的方式，環(huán)境污染嚴重。因此，進行基于SEM模型和物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾分類可以降低處理成本，減少土地資源的消耗，具有社會、經(jīng)濟、生態(tài)3方面的效益。

此次研究的智能垃圾分類具有節(jié)能化、環(huán)?；⒓s化、智能化和普及化的優(yōu)點。其中，節(jié)能化是指通過智能垃圾桶的設計，降低了垃圾分類的成本，提高了垃圾回收的比率；集約化是指內部設計將會對一些體積大的垃圾進行壓縮，節(jié)約垃圾儲存空間；智能化是指通過紅外線掃描、稱量、壓縮、檢測等；普及化是指利用支付寶和微信平臺的便捷支付性和普及性，全民普及環(huán)保與垃圾分類的知識，提高居民分類投放的主動性，通過把支付寶的螞蟻積分與垃圾分類獎懲制度相結合，建立垃圾分類社會征信體制，從而加速我國信用城市的建設速度。

但是，由于此次研究范圍有限，對于智能垃圾桶內部設計只能通過一些功能建議對機器開發(fā)者提出期望，對于環(huán)保部門垃圾處理鏈的斷裂只能通過提出一些政策建議來達到對此次研究的補充，如專門設立垃圾分類回收部門以加強監(jiān)管等。

4.2 推廣

根據(jù)不同地區(qū)的垃圾特點及回收效益和成本比值標準，本次研究可以進行全國范圍內的推廣。比如，可以根據(jù)地區(qū)的適用性對垃圾桶的設計做出不同適應性的調整。其中生活區(qū)可腐垃圾的容量應設置為最大，辦公學習區(qū)紙張垃圾桶的容量應設置為最大，各類具體容量還需根據(jù)進一步實地調研的結果來確定。

參考文獻：

[1]陳彥蓉.我國信用城市建設駛入“直車道”[N].金融時報，2017-07-21（005）.

[2]姜啟源.數(shù)學模型[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3]陳子恒，周志成，王夢帥.智能分類垃圾桶的設計與實現(xiàn)[J].機電信息，2017（9）：100-101.

[4]吳凡，孫穎，賈長青.基于物聯(lián)網(wǎng)的垃圾智能分類回收系統(tǒng)的研究[J].科技與創(chuàng)新，2017（14）：48-50.

[5]劉雅璇，張揚，許璐璐，等.基于拉曼光譜識別技術的創(chuàng)新型智能識別垃圾桶設計[J].河南科技，2016（21）：67-69.