李鸞 董宇波 劉暢 王文華 趙建華

摘 要：針對傳統垃圾分類耗時、費力、效率低下等問題，文中設計了一款通過圖像識別進行生活垃圾分類的分類裝置。產品以“專注環(huán)保，不懈追求”為理念，借助基于AI的自動分類垃圾桶識別垃圾種類，通過垃圾集中自動分揀裝置分揀，避免二次分揀混裝混投，實現了良好的經濟收益與社會效益。

關鍵詞：垃圾分類;圖像識別

1 作品簡介

本產品通過AI圖像識別實現對生活垃圾的自動分類。產品由輸送帶、四分類垃圾桶（含有毒垃圾，大型）、樹莓派、OpenMv（攝像頭）、垃圾桶（分上下桶體，小型）、伺服電機、四顏色垃圾袋組成。系統包含基于AI的自動分類垃圾桶和垃圾集中自動分揀裝置，其中基于AI的自動分類垃圾桶分為中小型垃圾桶，適用家庭、商場;垃圾集中自動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?；贏I的自動分類垃圾桶可識別可回收垃圾、有毒垃圾和不可回收垃圾;垃圾集中自動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，并配備相應顏色的垃圾袋。分類后只需聯系公司清運即可，無需二次分揀且可避免混裝混放。

2 工作原理

將樹莓派的攝像頭模塊用于機器視覺進行運動檢測，運動檢測幀差值過大時識別出物體被投入;處理圖像時使用base64編碼，為批量處理圖像進行匹配，本產品調用百度AI開放平臺的API接口;根據應用場景的不同，在判斷物體分類時需采集海量圖片進行檢測對比，因此需在使用前創(chuàng)建數據集并將識別類型圖片打標簽，對每個模型進行超100 000次的訓練以保證校驗效果;用戶投放垃圾后使用EasyDL模糊算法AutoDL Transfer計算與數據集中圖片的相似度;調用樹莓派GPIO控制底桶轉動到相應角度，伺服電機旋轉將物體投入相似度最高區(qū)域。工作流程如圖1所示。

投放口內側設有圖像采集攝像頭，定時采集垃圾袋顏色信息并處理，每種特定的顏色對應一種垃圾類別，通過CPU（控制器）判斷后計算輸送時間，投放的垃圾隨輸送帶傳輸至相應類別垃圾桶處，CPU發(fā)送指令將該垃圾袋推入垃圾桶。

3 創(chuàng)新點

系統具有三大核心創(chuàng)新點：

（1）技術創(chuàng)新：基于機器視覺自動分類，采用特定的拓展算法聯合神經網絡解決了識別準確率不高、庫需求量大的問題，取代傳統的人工分類方式，無需二次分揀。

（2）模式創(chuàng)新：將不同垃圾模型特征參數等數據庫布署到云端，引申出API后只需本地聯網即可使用，可解決存儲芯片耗資大、計算速度因識別種類增多受限等問題。

（3）流程創(chuàng)新：從垃圾產生處自動分類，將分好的垃圾經特定收集裝置運輸到回收工廠，形成系統的垃圾處理流程。

其他特點：使用樹莓派結合人工智能技術，控制執(zhí)行機構自動調整工作區(qū)間，類型匹配度達94.3%;社區(qū)運輸分揀設備采用模塊化設計，擴展性強，可根據社區(qū)的不同需求開發(fā)不同類型的運輸分揀設備;采用居家垃圾桶加社區(qū)分揀設備雙管齊下方式，實現垃圾分類與運輸的良好銜接;集識別和分類于一體，具有效率高、造價低、能耗低、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點。

4 市場前景

垃圾分類從投放、收集、運輸到處理，全流程必須配備相應設備和設施。環(huán)境司南研報指出，隨著強制垃圾分類政策的不斷推進，國內有望出現第一波靜脈產業(yè)發(fā)展井噴期。2019年7月1日起，《上海市生活垃圾管理條例》正式實施，根據規(guī)定，個人或單位未按規(guī)定分類投放垃圾都將面臨處罰。據悉，7月1日當天上海就開出了623張整改單，意味著亂“放”垃圾不僅會被罰款，甚至還會影響到個人信用。與此同時，全國多地也陸續(xù)進入垃圾分類“強制時代”。隨著政府的大力宣傳與引導、社會經濟水平的不斷提高、人們環(huán)保意識逐漸增強，對于生活質量的要求在逐步提升，而生活垃圾無害化處理方式也越發(fā)先進。本產品從源頭上實現了生活垃圾的無害化、資源化、減量化，能從根本上解決垃圾圍城的困境，代表了未來垃圾處理的趨勢，市場前景廣闊。