基于人工智能的垃圾分类系统

1、基于人工智能的垃圾分类系统作品内容简介本系统利用人工智能技术设计了一款能够智能沟通的全自动垃圾识别分类装置，该装置不但能够实现可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾等常见上百种生活垃圾的智能判别、分类与储存，而且能够向用户实时播放垃圾分类、环保相关的音像、视频等多媒体内容，可以促进人们养成垃圾分类以及环保的生活习惯。同时系统会供应智能语音沟通、与游客智能互动等功能，使得扔垃圾变成一件有意义的事情，人们爱上垃圾分类，爱上扔垃圾，更加促进人类环保意识的形成。关键词：人工智能；垃圾识别；智能判别；智能互动研制背景及意义随着我国城市化生活的进程加快，再加上居民生活水平的不断提升，城市生活垃圾产生量保持稳定増长

2、的趋势，近年来我国已成为世界上城市生活垃圾处理压力最大的国家之一。1kg/人d）26.5%3050 年是我国人口和城市化的高峰期，我国城市生活垃圾的清运系统和清运力量都日益受到严峻挑战。同时， 由于各地重视程度不同，部分城市的生活垃圾分类处理水平较低，垃圾处理设施的修建没有跟上步伐，使得垃圾清运和处理量跟不上垃圾产生的速度，形成恶性循环，久而久之，垃圾侵占城市用地问题普遍。因此，社会急需要对于生活垃圾资源化，如此不仅能够解决生态环境问题，还能变废为宝，产生经济效益。传统的垃圾分类装置是机械式的，并不能很好把各种垃圾分别出来，而且我国的生活垃圾管理相关方法中对生活垃圾分类尚不够明确，居民手头也没

3、有生活垃圾分类指导手册，缺乏废弃物行业分类标准和技术标准。绝大多数需要环卫工人去手动分类，这样给城市护卫工人增加了很大的工作负担。这种分类方式智能化不强，在实际生活起到的作用不大，并不能引导很多人能够正确地投放垃圾到相应的垃圾桶。为此，本文提出一种全自动的智能垃圾分类装置，不但能够进行对超过 100 多种常见的生活垃圾实现自动识别、分类、分别，还能够自动检测垃圾桶的状态，包括满载提示，清洁度提示等功能，还可以利用统将语音提示、音视频显示、环保宣扬等多媒体技术以及智能谈天等功能集成在一起，使得系统能够识别人们的行动并跟人们进行语音、图像、动画等方式的沟通，比如可以识别出抽烟的行为，并通过播放吸烟

4、有害健康的简洁宣扬片提示人们少抽烟，也可以通过这些多媒体的方式提高人们的环保意识。通过本文所述的装置可以极大地缓解当前国内的垃圾分类慢， 乱，脏等状况。同时促进国家垃圾分类政策的推广与执行。图1 手动分类垃圾图2 常用垃圾桶系统设计方案总体功能介绍本文所开发的一种能够进行智能沟通的垃圾分类系统，在图像识别、人工智能等关键技术的基础上，集成了垃圾识别与分类、自我清洁、智能谈天、多媒体信号发送与呈现、垃圾桶状态检测与远程传输等新颖的功能。系统除常规的垃圾识别与分类储存功能之外，还实现了如下 4 类新颖的功能。百余种常见垃圾的高精度识别与全自动分类垃圾分类成功率越高对环保的负面影响越小，因此，系统需

5、要尽可能地提高垃圾识别的成功率，我们拟将识别成功率提高到高于 99.9%，这将是一个不小的挑战。由于依据目前已有的垃圾识别技术所使用的算法的识别成功率一般再 97%99%之间，而当成功率超过 99% 之后每提高%0.1 都是格外困难的。从另外一个角度讲，常见的垃圾的类别超过 100 种，有些种类之间的区分以及特征并不是很明显，这就给精确识别带来巨大的挑战，这要求系统的人工智能识别得有格外先进的算法，同时要有大量的训练样本。我们改进传统的人工智能识别算法使系统可以快速且精确识别出垃圾，与此同时我们的机械设计结构可以快速把分类的垃圾投放到相应的垃圾桶内。与用户实现智能沟通目前人们对垃圾分类的相关政

6、策以及分类的标准和理论等学问不熟，导致国家提倡的垃圾分类相关政策不能很好的被人民大众接收，因此存在执行效果不够抱负的问题，为此，我们给垃圾桶增加智能谈天的功能，能够在人们向垃圾桶中扔垃圾的时候善意的提示人们手中的垃圾属于什么种类，应当存于哪种垃圾桶中等内容，让人们在投垃圾的过程中无意间学会垃圾分类的相关学问要点。我们通过优化现有语音谈天算法，并特意在谈天程序中融入较多的关于垃圾分类和环保的学问库，垃圾桶在与人沟通的过程时时告知人们该如何进行垃圾分类和环保。让人们在好玩的交谈中学习更多的垃圾分类学问。环保信息的多媒体播放等多媒体技术集成在一起，使得系统能够进行一系列的功能。它可以以文本，图像，动

7、 提示人们不要再往垃圾桶里面投放垃圾。垃圾桶自净及其状态数据的远程传输一个垃圾桶假如能够自我清洁，始终以洁净洁净的面貌呈现给用户则能够极大的提高市容，让市民爽心悦目，也是促进用户情愿与垃圾桶进行沟通的必要条件！为此，我们给垃圾桶上添加了自净的功能，使得垃圾桶能够自动检测表面可见位置是否洁净，假如，通过模式识别发觉垃圾桶不够洁净，则会自动启动自净装置进行自净，假如自净装置已经不能将垃圾桶进行足够的自净，则会将此信息发送给远端的环卫工人，派遣环卫工人来进行清洁。同 时，当垃圾桶内盛满垃圾的状态可以经由系统中的WiFi处理。广告智能投放垃圾桶是标准的城市基础设施，几乎随处可见，在垃圾桶上面播放视频将

8、是一番亮丽的风景。在垃圾桶上面投放广告，既可以增加环保部门的收入又可以增加环卫工人的工资。我们将人脸识别技术应用于推断用户的喜好特征，通过人脸图像识别用户的年龄性别，针对不同的年龄性别自动选取用户可能感爱好的广告内容进行播放。本系统获得不同性别不同年齡面部特征的总结进行识别，通过调査采访的形式确定了不同性别不同年龄的用户感爱好的广告内容类型。经测试本应用的人脸图像性别和年龄识别率较高，系统能够流畅的选择广告内容进行推送，用户体验良好。系统总体设计该装置由两个步进电机、四个红外对管、LCD液晶屏、喇叭、太阳能、两个摄像头等常用元器件构成。树莓派把握着两个摄像头，一个摄像头位于托盘上面来识别垃圾，

9、把握两个步进电机旋转肯定角度把垃圾投放到相应的垃圾桶，另一个摄像头位于垃圾桶上面来识别垃圾桶四周的人以及人手中的垃圾。通过语音播报提示他人要正确投放垃圾。另外树莓派接受有 1Tops算力的神经计算棒，使得系统的实时性得到加强，图像识别、语音识别、电机把握、视频播放、分类操作等功能能够使系统并行的进行。让系统能够精确且快速地识别我们所投放的垃圾，识别精确率高于 99%，每件垃圾的识别时间低于 20ms。使用WiFi技术实时传输垃圾桶的状态和远程把握。在上面的基础上，运用多个线程使整个系统能够依据指定的命令进行相应的工作。把握系统框图如图 3 所示：摄像头1供电装置摄像头2电机1电机2树莓派4B红

10、外对管角度传感器WiFi液晶屏喇叭图 3 把握系统框图主要设计可以分为以下三大部分：机械设计450mm450mm800mm，其左右两面做开口状，能200mmx200mm的投放口，当没有4100mm处放置一块板子， 板子上安置着树莓派，电机驱动器，喇叭，电池等设备，其左右两处还开个口，用来给设备200mmx200mm的投放口，上面安放着摄像头，通过摄像头来识别垃圾种类。垃圾桶分为四个垃圾桶：有害垃圾桶，可回收垃圾桶，厨余垃圾桶，其他垃圾 200mmx200mmx400mm，且每个垃圾桶都有一面透亮，该透亮面300mm处有一个红外对管，用来75%200mmx200mm的四边形 状，其周边用灯带来为

11、摄像头供应光源，便于更清楚的识别出托盘内物体，利用轴承座与短轴杆相连后再将托盘固定在长轴杆上，使其与长轴杆一起转动；在短轴杆处与一个步进电机相连，能随着步进电机的转动从而使托盘实现上下摇摆，完成倾倒垃圾的动作。垃圾桶整体4 所示。垃圾识别设计图 4 垃圾桶整体结构系统利用 OpenVINO 和深度学习能够精确地识别出有害垃圾，可回收垃圾，厨余垃圾，其他垃圾。同时，在树莓派上面加上神经计算棒使摄像头识别垃圾的时间大大减小，计算运算效率大大提高。我们引用了深度学习，深度学习通过学习样本数据的内在规律和表示层次，在这些学习过程中获得的各种垃圾的特征信息。通过训练得到大量的数据集来提高该系统对生活垃圾

12、的识别率，能够更快更精确地对垃圾进行下一步处理。同时树莓派作为廉价低成本单板计算机，可以安装完整的操作系统，通用输入输出引脚GPIO可将这些引脚连接到传感器与外部组件，并使用Python语言以编程方式与它们交互。不但造价廉价，还具有轻松的优点。可以达到城市生活垃圾正确分类的需求。通过手拿垃圾后伸到投放口，对准托盘1 2 下垃圾。在隔壁中间安装着一个机器手臂，当有多个垃圾同时投放时，树莓派一一辨别为何种垃圾，再操作机器手臂进行垃圾分类，一个一个的扔往指定垃圾桶。在托盘底部还装置着抖动装置，当托盘上检测到多个垃圾时，抖动装置进行震惊，将小垃圾从中震惊出来，再协作机器手臂进行分类处理，能更好的完成垃

13、圾分类的功能。接受机互动，可以实时发送智能垃圾桶分类的状态给把握端。智能沟通利用当下互联网上丰富的环保学问数据来组建相应的学问库所做的智能沟通的垃圾桶。该设计旨在完成一个能和用户进行良好交互的能智能垃圾分类系统。通过分析谈天语句并做出自动相应的应答的一种问答信息系统；能够模拟人和人对话，具有人性的特质；利用人工智能技术实现人机互动。能够对垃圾桶四周简单的环境的沟通进行优化。智能谈天系统对接收到的语句进行分析和推断并做出信息反馈，回答不同的提问并进一步提出问题。它不仅能够自主学习和回答问题，而且能使用数据库录入新的对话内容，从中解析出关键词汇进行记忆，自动充实自身的语料库，使谈天的过程更加真实化

14、。在实际设计中，我们接受一个摄像头来捕获垃圾桶旁边的人。我们通过训练大量的模型来推断垃圾桶旁边的人是路人还是扔垃圾的人，对不同的人有配备着不用的谈天的方式。当推断是路人时，该系统会语音告诫他疼惜环境，合理利用资源等，当推断是扔垃圾的人时，该系统会语音提示他正确投放垃圾，进行一系列的语音谈天，可以提问和回答问题。从而可以达到与人像伴侣一样谈天的状态。系统能耗分析本系统接受树莓派作为把握器，其自身的功耗低于 0.5 W，几乎可以忽视不计，并且系统使用的专用芯片较少，这就大大降低了用户后期的维护成本。另一方面，我们接受太阳能板给系统各个模块供应电源，这样更加节能环保。我们在树莓派上配备了一个神经棒，

15、让系统识别垃圾种类的速度大大提高，可以精确且快速地把垃圾投放到相应的垃圾桶。综合各个方面可知，该装置的性能要远远超过市面上现有装置的性能。创新点及应用创新点介绍对比当前国内外市面上的垃圾分类，大部分城镇都是接受四个贴有标签的塑料垃圾桶， 这种传统方式并不能够保证人们能够精确地把相应的垃圾桶扔到相应的垃圾桶，从而增加了环卫工人工作的负担。再者智能化程度不强，使用起来不便捷。而本文设计的智能垃圾桶主要有如下三个创新点：99.9%99.9%。，这要求系统的人工智能识别得有格外先进的算法，同时要有大量的训练样本。图5 塑料瓶识别呈现图图6 辣椒识别呈现图图7 香蕉识别呈现图自我清洁垃圾桶始终保持洁净洁

16、净，人们更加情愿走近垃圾桶投放口，同时洁净的外表更能使用户有沟通的欲望。垃圾桶进行自我清洁需要进行一系列操作，市面上现有的系统不具备这个功能。我们自己创新开发出一套可以让垃圾桶精确地进行自我清洁的流程，其中包含清洁布的自我把握，不洁净点的自我识别等。假如垃圾桶无法自我清洁或者足够肮脏，则这些信息通过WiFi技术反馈给远程的环卫工人，以便实行人工清洁。与垃圾桶四周的人进行语言沟通依据人们提出的不同问题，通过分析谈天语句并做出自动相应的应答；能够模拟人和人对话，具有人性的特质，可以仿照人与人之间对话；利用人工智能技术开发的智能谈天系统对接收到的语句进行分析和推断并做出信息反馈，回答不同的提问并进一

17、步提出问题。具有自我学习力量的智能谈天功能不仅能回答提问，能使用数据库录入新的对话内容，从中解析出关键词汇进行记忆，自动充实自身的语料库，使谈天的过程更加真实。应用前景、操作精准、设计精密、卫生环保、节能低耗（1/3）等特点。在2023 5 13 日，国家进展改革委、住房城乡建设部联合印发“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施进展规划的通知（以下简称规划）2025 年底， 60%70 万吨/日圾处理的趋势。生活垃圾分类和处理设施是城镇环境基础设施的重要组成部分，是推动实施生活垃圾分类制度，实现垃圾减量化、资源化、无害化处理的基础保障。垃圾桶作为城镇的基本常用设备，几乎掩盖全部的城镇，垃圾桶成为城

18、镇建设的一重要组成。人们的日常生活都离不开垃圾桶。我们设计的智能垃圾桶是集机、光、电于一体的高科技新产品，具有性能牢靠，使用寿命长，耗电低等优点。人们无需接触垃圾桶的任何部位即可投放垃圾，防止交叉感染，环保卫生，外形雅观；无需外接电源，使用太阳能板，耗电低，使用寿命长；密封性能好，削减了生活中各种病菌交叉感染的机率，无垃圾异味溢出，确保四周空气清爽。同时能够识别人们的行动并跟人们进行语音、图像、动画等方式的沟通，让人们能够正确投放垃圾。我们所设计的垃圾桶配备一块大的液晶屏进行播放广告，与广告商进行合作，接一些广告。工作人员可以通过宣扬力度更好。几乎每天每家都有人来到垃圾桶旁边扔垃圾，这样的宣扬能够更加被人们看到。依据我们产品的用材，我们单个产品的成本主要如下表：表 1 成本分析表器 件 树莓派*1LCD 液晶屏*1*2 其他合计价格452.00元112.00元35.00元46.00元56.00元10.00元500.00 元30.00 元1241.00 元以在武汉市公交车刊登广告为例，公交车身广告刊例价包含媒体费和制作费，S线路级30000 人民币/车/月， 2800