基于神经网络的家居智能分类垃圾桶

曹玉玉，鲍蓉，强旭艳，祖宏磊

摘要：垃圾分类是大势所趋，目前，国家已经在上海等地区强制实行垃圾分类，而很多人对垃圾分类意识薄弱，对于家庭产生的垃圾不能及时正确进行垃圾分类处理，本项目通过对垃圾图像和人工语音信号进行去噪等预处理，后分别完成两类数据的特征提取，最后利用特征融合算法完成两种模态特征的融合，并输入到分类器中完成垃圾的识别。从而给居民的生活带来便利，提升居民生活质量，推进垃圾分类政策的实施。

关键词：卷积神经网络;图像语音双模态识别;智能分类;迁移学习;家居垃圾桶

中图分类号：TP183      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）21-0114-04

开放科学（资源服务）标识码（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，上海市开始强制施行《上海生活垃圾管理条例》，这个政策在当时的上海对人们的生活造成了很大的影响。在上海，没有正确地将垃圾进行分类会被处置50元及以上的罚款，因此人们在紧张工作之余还要时刻担心是否将垃圾正确分类。本项目通过寻找到这些痛点，并且为痛点找到合适的解决方案，提升用户垃圾分类的便利性。接下来通过分析下面的痛点，来凸显出我们产品的价值。主要的痛点被分为以下3类：

1）分类过程烦琐，给生活带来很多不便

根据国家规定的垃圾类别，主要被分为四类，人们需要按照规定将垃圾投入四种不同的垃圾袋中， 不仅占据家庭的空间大，而且消耗大量时间。

2）垃圾辨识度低，很难分清垃圾的属性

垃圾种类多样，人们不可能完全分清，因此在面对无法分清的产品类别，需要人们运用软件去搜索，这对于上班族、学生来说是非常不方便。

3）家中会面临卫生问题

现在普通的垃圾分类，家中都会选择增加垃圾桶的数量，放置4到5个桶，会给用户的家里环境卫生造成一定的污染。

目前已经存在的智能垃圾桶不仅价格昂贵，而且功能单一，不能很好地满足用户的需求。

基于这种背景下，研制家居智能分类垃圾桶具有很好的应用价值和意义。

2 项目描述

当前居民家中普遍使用的是普通垃圾桶，而这会存在空间占用大、卫生状况堪忧以及大多数居民对垃圾分类知识掌握程度不足以进行正确的垃圾分类等问题，本项目主要是通过家居型智能分类垃圾桶的智能分类功能，实现对家庭垃圾的正确分类，并利用多桶合一的结构设计，將垃圾自动投放到对应的桶槽中。相较一般的智能分类垃圾桶只能利用图像识别或者是语音识别来进行垃圾分类，本项目研发的智能分类垃圾桶是采用图像语音识别双模态进行分类，垃圾分类的精准性大幅提高，解决了垃圾分类存在的辨识度低问题。

垃圾桶本身是一个容易滋生细菌、病毒、飞虫和异味的地方，不及时处理会影响卫生甚至健康，故在本项目中为解决此问题设计了专门的异味处理系统和容量检测系统，使垃圾桶变得干净卫生。此外，考虑到取垃圾袋和换垃圾袋的卫生性和便捷性，还增加了自动束口和自动换袋功能，解放双手。目前国家正在不断地倡导、推行垃圾分类，故提高群众的对垃圾分类的相关知识的了解也至关重要，因此我们设有垃圾分类显示器，将每次分类的结果输出到显示器上，潜移默化地增强群众的分类知识。