张淼马宏兴
北方民族大学 宁夏银川750021
摘要：随着人们生活水平的不断提高，也带来了大量的生活垃圾，特别是在城市地区，人们也很快认识到生活垃圾所带来的影响，但是采取的措施已经无法满足城市发展需要，城市越来越多的垃圾不断产生，不仅是资源的一种浪费，更是对城市环境的一种迫害。因此，人们不断探索新的方式来进行智能化垃圾分类系统，以期能为城市发展作出贡献。
关键词：机器视觉；智能垃圾分类系统；设计探究
引言
城市现行的垃圾分类系统缺乏合理性，导致城市中垃圾成山，违背了城市生态环境建设的初衷，成为人们追求品质生活道路上的一大阻碍。如果不能合理对垃圾进行分类处理，未来城市环境将面临巨大困境。为了加快生态文明体制改革，建设中国美丽城市，本文主要探究机器视觉下智能垃圾分类系统的设计。
一、当前我国垃圾分类现状分析
实际上很多垃圾都是可以再次利用的，我国是一个人口大国，同样也是一个垃圾生产大国。据不完全统计现实，我国平均每年因垃圾分类问题造成的间接经济损失高达几百亿元。所以合理正确的对垃圾进行分类，不但可以缓解城市生态压力，还能够推动国内经济的发展。我国当前处理垃圾的方式有很多种，如焚烧、填埋等。在垃圾分类不合理的情况下，会影响处理垃圾的效率，造成更多垃圾资源的浪费。在不同的城市，受居民生活习惯和城市环境、地理位置等因素的影响，所采用的垃圾分类方式有所差别。
（一）城市中主要的垃圾有以下几种：
可回收垃圾：以废纸、金属、玻璃、塑料等可以回收利用的垃圾为主。有害垃圾：包括了会危害人体健康、重金属含量超标的有毒垃圾，如锂电池、废弃药品等。易腐垃圾：主要以厨房垃圾为主，包括了其他一些容易腐烂的生活垃圾，如剩饭剩菜、瓜果皮屑等。其他垃圾：主要以无二次利用价值的干垃圾为主，对环境污染较小，适合焚烧处理。
（二）目前我国垃圾分类存在的主要问题有三点：
首先，垃圾分类正确率不高。其次，居民缺乏垃圾分类的意识和相关知识。最后， 没有真正意义上的高效的垃圾分类系统。
二、基于机器视觉的智能垃圾分类系统的设计
（一）移动端选择
智能垃圾分类系统主要由传感器、移动端、电源模块、无线通信模块等部分构成，移动端具备垃圾分类功能主要是通过图像分类、CNN深度学习等技术实现，这也是智能垃圾分类系统中核心组成部分。在智能垃圾分类系统中，传感器主要负责收集外部信息，是智能垃圾分类系统的“眼睛”，分别采用了红外传感器、压力传感器、温度传感器，负责对智能垃圾分类系统的安全检测，为智能垃圾桶的投放提供了较为人性化的服务。在智能垃圾分类系统中，无线通信设备的使用赋予了智能垃圾桶强大的通信功能，利用无线通信设备能够实现与移动终端数据信息的传输。机器视觉服务系统的功能在于，对传感器采集的数据进行分析，其会结合监测数据自动构建数据库，能够同时实现对多种数据的分析，还具有提示作用，提醒工作人员对垃圾桶进行清理。总的来说，智能垃圾分类系统是采用软、硬件结合的方式，能够实现对垃圾的智能投放，可以有效缓解工作人员的工作负担。如果赋予硬件设备图像识别的功能，可能会加大智能垃圾分类系统的整体能耗，并且想要升级图片库的难度较大，所以应将图像识别功能转移到移动端上。移动端目前有两大主流的平台，分别是Android和IOS，这两个平台都有成熟的技术体系，想要配置图像识别功能的开发难度和成本较大，会加大智能垃圾分类系统的设计成本，所以可以利用移动端上的小程序实现技术功能转移。
（二）Inception v3模型的技术及应用；
V3一个最重要的改进是分解（Factorization），将7x7分解成两个一维的卷积（1x7,7x1），3x3也是一样（1x3,3x1），这样的好处，既可以加速计算（多余的计算能力可以用来加深网络），又可以将1个conv拆成2个conv，使得网络深度进一步增加，增加了网络的非线性，还有值得注意的地方是网络输入从224x224变为了299x299，更加精细设计了35x35/17x17/8x8的模块。
具体实现方式是将已经训练好了的Inception v3模型进行了再训练，完成了四大类，100多种小类的垃圾分类，通过opencv捕捉信息，通过蓝牙与stm32通讯完成了硬件部分的动作。
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（三）其他技术模块的功能运用
在智能垃圾分类系统中，通常还设有其他技术模块，在智能垃圾分类系统运行过程中分别行使不同功能。具体有以下几种：
红外模块，当有人靠近垃圾桶的时候，红外模块会自动判断人与垃圾桶的距离，确定是否需要启动垃圾桶。
超声波模块，该模块主要安装在智能垃圾桶内部，不同形状和大小的智能垃圾桶其内部配备的超声波模块数量不同，主要是对垃圾桶内垃圾高度进行检测，并以此为基础判断垃圾桶的饱和程度。在垃圾桶趋于饱和的情况下，指示灯亮起提醒用户更换垃圾袋。智能垃圾桶在饱和的情况下也可以和服务器进行连接，同时会将数据传输至移动端，提醒用户对垃圾进行清理。
重量模块，主要针对的是可回收垃圾，对可回收垃圾进行称重，智能化计算垃圾回收量，给垃圾回收提供便利。
风扇模块，垃圾在进行分解的过程中会产生一定量的易燃易爆气体，如甲烷等。风扇模块的作用是防止易燃易爆气体在垃圾桶里聚集，能够有效降低火灾、爆炸等事故发生的风险。
GPS、无线模块，GPS模块可以帮助用户快速找到周边的智能垃圾桶，而无线模块主要是利用zigbee技术，将某一区域内的智能垃圾桶设定在同一网段下，并对该智能垃圾桶的数据信息进行采集，最后将数据信息传输至移动端，便于对区域内智能垃圾桶进行管理，进而更好地向用户提高服务。
智能垃圾分类系统即某一区域内由多个智能垃圾桶通过无线模块构成，利用无线通信构建智能垃圾分类网络，并利用无线模块将每一个智能垃圾桶的数据信息上传至服务器进行保存，随后利用互联网将数据信息传输到监管部门。
三、智能垃圾分类系统的工作流程
在智能垃圾分类系统运行过程中，用户需要使用带有标签的垃圾袋，阅读设备会自动识别垃圾袋上的信息。智能垃圾分类系统中，超声波模块在检测到标签靠近后，会对垃圾袋中垃圾类型进行识别，并打开对应的智能垃圾桶，方便用户投放垃圾。针对体型较大的垃圾，用户可采用手动输入的方式。阅读设备在识别到垃圾为可回收垃圾时，则称重模块开始运行，自动计算垃圾重量，在智能垃圾桶饱和的情况下，称重模块会停止运行，并将数据信息传输至服务器，提醒相关人员对垃圾进行清理。
四、结语
综上所述，城市中每天都会产生大量生活垃圾，在未对垃圾进行合理分类的情况下，不仅会影响城市生态环境，还会造成大量垃圾资源浪费。智能垃圾分类系统的设计与应用，不但可以帮助用户养成良好的垃圾分类习惯，还极大缓解了城市垃圾囤积的压力。基于机器视觉的智能垃圾分类系统，可以对垃圾投放、分类情况进行实时监督，帮助用户养成良好的垃圾分类习惯，在有效利用垃圾资源的同时，还具有净化城市生态环境的效果。
参考文献
[1]潘鹏,胡运峰,秦金志,等.一种基于NB-IOT的智能垃圾桶[J].科技风,2019(1):11.
[2]向伟,史晋芳,刘桂华,等.改进CaffeNet模型在水面垃圾识别中的应用[J].传感器与微系统,2019(8):150-152,156.
[3]任越,杨俊杰,曹洪军,等.农村生活垃圾全自动全组分分类处理技术与应用[J].农业工程学报,2019(4):248-254.