李鸞 董宇波 劉暢 王文華 趙建華

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)垃圾分類(lèi)耗時(shí)、費(fèi)力、效率低下等問(wèn)題，文中設(shè)計(jì)了一款通過(guò)圖像識(shí)別進(jìn)行生活垃圾分類(lèi)的分類(lèi)裝置。產(chǎn)品以“專(zhuān)注環(huán)保，不懈追求”為理念，借助基于AI的自動(dòng)分類(lèi)垃圾桶識(shí)別垃圾種類(lèi)，通過(guò)垃圾集中自動(dòng)分揀裝置分揀，避免二次分揀混裝混投，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)收益與社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：垃圾分類(lèi);圖像識(shí)別

1 作品簡(jiǎn)介

本產(chǎn)品通過(guò)AI圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)對(duì)生活垃圾的自動(dòng)分類(lèi)。產(chǎn)品由輸送帶、四分類(lèi)垃圾桶（含有毒垃圾，大型）、樹(shù)莓派、OpenMv（攝像頭）、垃圾桶（分上下桶體，小型）、伺服電機(jī)、四顏色垃圾袋組成。系統(tǒng)包含基于AI的自動(dòng)分類(lèi)垃圾桶和垃圾集中自動(dòng)分揀裝置，其中基于AI的自動(dòng)分類(lèi)垃圾桶分為中小型垃圾桶，適用家庭、商場(chǎng);垃圾集中自動(dòng)分揀裝置為大型處理裝置，適用于社區(qū)中心等便捷投放垃圾的位置。基于AI的自動(dòng)分類(lèi)垃圾桶可識(shí)別可回收垃圾、有毒垃圾和不可回收垃圾;垃圾集中自動(dòng)分揀裝置可分揀可回收垃圾、有毒垃圾、廚余垃圾和不可回收垃圾，并配備相應(yīng)顏色的垃圾袋。分類(lèi)后只需聯(lián)系公司清運(yùn)即可，無(wú)需二次分揀且可避免混裝混放。

2 工作原理

將樹(shù)莓派的攝像頭模塊用于機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)幀差值過(guò)大時(shí)識(shí)別出物體被投入;處理圖像時(shí)使用base64編碼，為批量處理圖像進(jìn)行匹配，本產(chǎn)品調(diào)用百度AI開(kāi)放平臺(tái)的API接口;根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，在判斷物體分類(lèi)時(shí)需采集海量圖片進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比，因此需在使用前創(chuàng)建數(shù)據(jù)集并將識(shí)別類(lèi)型圖片打標(biāo)簽，對(duì)每個(gè)模型進(jìn)行超100 000次的訓(xùn)練以保證校驗(yàn)效果;用戶投放垃圾后使用EasyDL模糊算法AutoDL Transfer計(jì)算與數(shù)據(jù)集中圖片的相似度;調(diào)用樹(shù)莓派GPIO控制底桶轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)角度，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)將物體投入相似度最高區(qū)域。工作流程如圖1所示。

投放口內(nèi)側(cè)設(shè)有圖像采集攝像頭，定時(shí)采集垃圾袋顏色信息并處理，每種特定的顏色對(duì)應(yīng)一種垃圾類(lèi)別，通過(guò)CPU（控制器）判斷后計(jì)算輸送時(shí)間，投放的垃圾隨輸送帶傳輸至相應(yīng)類(lèi)別垃圾桶處，CPU發(fā)送指令將該垃圾袋推入垃圾桶。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

系統(tǒng)具有三大核心創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）技術(shù)創(chuàng)新：基于機(jī)器視覺(jué)自動(dòng)分類(lèi)，采用特定的拓展算法聯(lián)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決了識(shí)別準(zhǔn)確率不高、庫(kù)需求量大的問(wèn)題，取代傳統(tǒng)的人工分類(lèi)方式，無(wú)需二次分揀。

（2）模式創(chuàng)新：將不同垃圾模型特征參數(shù)等數(shù)據(jù)庫(kù)布署到云端，引申出API后只需本地聯(lián)網(wǎng)即可使用，可解決存儲(chǔ)芯片耗資大、計(jì)算速度因識(shí)別種類(lèi)增多受限等問(wèn)題。

（3）流程創(chuàng)新：從垃圾產(chǎn)生處自動(dòng)分類(lèi)，將分好的垃圾經(jīng)特定收集裝置運(yùn)輸?shù)交厥展S，形成系統(tǒng)的垃圾處理流程。

其他特點(diǎn)：使用樹(shù)莓派結(jié)合人工智能技術(shù)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)整工作區(qū)間，類(lèi)型匹配度達(dá)94.3%;社區(qū)運(yùn)輸分揀設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性強(qiáng)，可根據(jù)社區(qū)的不同需求開(kāi)發(fā)不同類(lèi)型的運(yùn)輸分揀設(shè)備;采用居家垃圾桶加社區(qū)分揀設(shè)備雙管齊下方式，實(shí)現(xiàn)垃圾分類(lèi)與運(yùn)輸?shù)牧己勉暯?集識(shí)別和分類(lèi)于一體，具有效率高、造價(jià)低、能耗低、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

4 市場(chǎng)前景

垃圾分類(lèi)從投放、收集、運(yùn)輸?shù)教幚?，全流程必須配備相?yīng)設(shè)備和設(shè)施。環(huán)境司南研報(bào)指出，隨著強(qiáng)制垃圾分類(lèi)政策的不斷推進(jìn)，國(guó)內(nèi)有望出現(xiàn)第一波靜脈產(chǎn)業(yè)發(fā)展井噴期。2019年7月1日起，《上海市生活垃圾管理?xiàng)l例》正式實(shí)施，根據(jù)規(guī)定，個(gè)人或單位未按規(guī)定分類(lèi)投放垃圾都將面臨處罰。據(jù)悉，7月1日當(dāng)天上海就開(kāi)出了623張整改單，意味著亂“放”垃圾不僅會(huì)被罰款，甚至還會(huì)影響到個(gè)人信用。與此同時(shí)，全國(guó)多地也陸續(xù)進(jìn)入垃圾分類(lèi)“強(qiáng)制時(shí)代”。隨著政府的大力宣傳與引導(dǎo)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高、人們環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)，對(duì)于生活質(zhì)量的要求在逐步提升，而生活垃圾無(wú)害化處理方式也越發(fā)先進(jìn)。本產(chǎn)品從源頭上實(shí)現(xiàn)了生活垃圾的無(wú)害化、資源化、減量化，能從根本上解決垃圾圍城的困境，代表了未來(lái)垃圾處理的趨勢(shì)，市場(chǎng)前景廣闊。