基于神經網絡的家居智能分類垃圾桶

曹玉玉，鮑蓉，強旭艷，祖宏磊

摘要：垃圾分類是大勢所趨，目前，國家已經在上海等地區強制實行垃圾分類，而很多人對垃圾分類意識薄弱，對于家庭產生的垃圾不能及時正確進行垃圾分類處理，本項目通過對垃圾圖像和人工語音信號進行去噪等預處理，后分別完成兩類數據的特征提取，最后利用特征融合算法完成兩種模態特征的融合，并輸入到分類器中完成垃圾的識別。從而給居民的生活帶來便利，提升居民生活質量，推進垃圾分類政策的實施。

關鍵詞：卷積神經網絡;圖像語音雙模態識別;智能分類;遷移學習;家居垃圾桶

中圖分類號：TP183? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）21-0114-04

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Household Intelligent Classification Trash Bin Based on Neural Network

CAO Yu-yu， BAO Rong，QIANG Xu-yan，ZU Hong-lei

（Information and Electrical Engineering College，Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou 221000，China）

Abstract：Garbage classification is the general trend. At present， the country has enforced garbage classification in Shanghai and other areas. Many people have weak awareness of garbage classification. The garbage generated by households cannot be classified and processed in a timely and correct manner. This project uses garbage images and artificial voice signals. After preprocessing such as denoising， the feature extraction of the two types of data is completed， and finally the feature fusion algorithm is used to complete the fusion of the two modal features， and input into the classifier to complete the garbage identification. This will bring convenience to the lives of residents， improve the quality of life of residents， and effectively promote the implementation of garbage classification policies.

Key words：Convolutional neural network; image and speech bimodal recognition; intelligent classification; migration learning; household trash can

1 引言

2019年7月1日，上海市開始強制施行《上海生活垃圾管理條例》，這個政策在當時的上海對人們的生活造成了很大的影響。在上海，沒有正確地將垃圾進行分類會被處置50元及以上的罰款，因此人們在緊張工作之余還要時刻擔心是否將垃圾正確分類。本項目通過尋找到這些痛點，并且為痛點找到合適的解決方案，提升用戶垃圾分類的便利性。接下來通過分析下面的痛點，來凸顯出我們產品的價值。主要的痛點被分為以下3類：

1）分類過程煩瑣，給生活帶來很多不便

根據國家規定的垃圾類別，主要被分為四類，人們需要按照規定將垃圾投入四種不同的垃圾袋中， 不僅占據家庭的空間大，而且消耗大量時間。

2）垃圾辨識度低，很難分清垃圾的屬性

垃圾種類多樣，人們不可能完全分清，因此在面對無法分清的產品類別，需要人們運用軟件去搜索，這對于上班族、學生來說是非常不方便。

3）家中會面臨衛生問題

現在普通的垃圾分類，家中都會選擇增加垃圾桶的數量，放置4到5個桶，會給用戶的家里環境衛生造成一定的污染。

目前已經存在的智能垃圾桶不僅價格昂貴，而且功能單一，不能很好地滿足用戶的需求。

基于這種背景下，研制家居智能分類垃圾桶具有很好的應用價值和意義。

2 項目描述

當前居民家中普遍使用的是普通垃圾桶，而這會存在空間占用大、衛生狀況堪憂以及大多數居民對垃圾分類知識掌握程度不足以進行正確的垃圾分類等問題，本項目主要是通過家居型智能分類垃圾桶的智能分類功能，實現對家庭垃圾的正確分類，并利用多桶合一的結構設計，將垃圾自動投放到對應的桶槽中。相較一般的智能分類垃圾桶只能利用圖像識別或者是語音識別來進行垃圾分類，本項目研發的智能分類垃圾桶是采用圖像語音識別雙模態進行分類，垃圾分類的精準性大幅提高，解決了垃圾分類存在的辨識度低問題。

垃圾桶本身是一個容易滋生細菌、病毒、飛蟲和異味的地方，不及時處理會影響衛生甚至健康，故在本項目中為解決此問題設計了專門的異味處理系統和容量檢測系統，使垃圾桶變得干凈衛生。此外，考慮到取垃圾袋和換垃圾袋的衛生性和便捷性，還增加了自動束口和自動換袋功能，解放雙手。目前國家正在不斷地倡導、推行垃圾分類，故提高群眾的對垃圾分類的相關知識的了解也至關重要，因此我們設有垃圾分類顯示器，將每次分類的結果輸出到顯示器上，潛移默化地增強群眾的分類知識。