基于物联网的垃圾分类收集房集成智能控制系统及方法与流程

1.本发明涉及垃圾处理技术领域，具体为一种基于物联网的垃圾分类收集房集成智能控制系统及方法。


背景技术：

2.随着人们生活水平的不断提升，在日常的生产生活中产生的垃圾也在不断增加，垃圾分类在现代社会中变得越来越受关注，垃圾分类是构建环境友好型社会的发展要求，是贯彻落实可持续发展战略的重要组成部分，在城市中，垃圾分类收集房已经成为各小区常见的公共卫生设施，但是垃圾分类的繁琐增加了人们的生活负担，导致现在仍然存在着生活垃圾混合打包丢弃、垃圾车混合收集以及垃圾组成复杂的问题，现有的垃圾分类收集房大多数需要人工定期进行垃圾分拣，工作人员将垃圾桶内的垃圾分类后投入到不同类别的垃圾桶内，对各类垃圾再进行进一步的处理以及回收利用，但是体积较大的垃圾无法及时压缩，占据有限的垃圾桶空间，影响正常的垃圾处理，人工无法及时更换垃圾桶，造成垃圾堆积，受温度影响，垃圾分类收集房内会产生刺鼻气味，部分垃圾甚至会发生反应产生有害气体，造成空气污染，对工作人员的人身安全造成隐患。
3.因此，人们需要一种基于物联网的垃圾分类收集房集成智能控制系统及方法来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于物联网的垃圾分类收集房集成智能控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于物联网的垃圾分类收集房集成智能控制系统，所述系统包括：垃圾分类子系统、垃圾收集子系统、垃圾清运子系统、异常处理子系统和控制中心；
6.所述垃圾分类子系统的输出端连接所述垃圾收集子系统的输入端，所述垃圾手机子系统的输出端连接垃圾清运子系统的输入端，所述垃圾手机子系统、垃圾清运子系统和异常处理子系统的输出端连接所述控制中心的输入端；
7.通过所述垃圾分类子系统对投入的垃圾进行识别并分类；
8.通过所述垃圾收集子系统对分类完成的垃圾进行处理后存放到对应种类的垃圾箱内并对垃圾分类收集房进行监测；
9.通过所述垃圾清运子系统对环卫车信息进行实时监测并反馈到控制中心，根据控制中心的数据分析结果对环卫车进行调控，将垃圾分类收集房内的垃圾进行清运；
10.通过所述异常管理子系统在监测到垃圾分类收集房或环卫车出现异常时发出警报并进行处理。
11.进一步的，所述垃圾分类子系统包括混装垃圾拆分装置、垃圾筛分控制模块和垃圾数据获取模块；
12.所述混装垃圾拆分装置用于对用户打包丢弃的混装垃圾的外部垃圾袋进行拆除；
13.所述混装垃圾拆分装置安装有生命体征检测单元，通过红外感应器或雷达探测来判断是否存在生命体，若检测到有符合预设体积范围的生命体存在，向控制中心发出异常报警，等待处理；红外探测利用红外热效应和光电效应，将入射的红外辐射信号转变成电信号输出，再利用输出的电信号进行生命体的检测；雷达探测利用电磁波进行探测，用
14.无线电的方法发现生命体并测定其空间位置；
15.所述混装垃圾拆分装置通过使用勾爪或裁剪刀对垃圾袋进行破除；
16.所述垃圾数据获取模块用于对拆分出的垃圾进行识别，对其进行分类；
17.所述对垃圾的识别采用图像识别技术或多传感器机器抓手；
18.所述垃圾筛分控制模块用于对识别到的不同类别的垃圾进行筛分，传输到对应的垃圾收集箱内。
19.进一步的，所述垃圾收集子系统包括垃圾投放控制模块、垃圾处理模块和垃圾收集房监测模块；
20.所述垃圾投放控制模块用于根据垃圾收集箱内的载物程度控制垃圾投放；
21.所述垃圾收集箱内装有高度传感器用于检测箱内垃圾数量，防止垃圾满溢；
22.所述垃圾处理模块用于根据垃圾的类别对其进行预处理；
23.对大体积的垃圾进行压缩或粉碎，减少对垃圾箱的占用量，提高垃圾分类收集房的利用率；
24.所述垃圾收集房监测模块用于对收集房内的实时情况进行监测，将监测信息传输到控制中心，对垃圾分类收集房内的收集箱容量、室内温度、烟雾和有害气体等进行监测。
25.进一步的，所述垃圾清运子系统包括环卫车监测模块和环卫车调控模块；
26.所述环卫车监测模块用于对环卫车辆的位置信息和载物情况进行实时监测，并将监测到的数据传输至控制中心进行整合；
27.所述环卫车调控模块用于根据控制中心的数据分析结果对环卫车辆进行调配；避免出现环卫车剩余容量不足以装载垃圾收集房内的垃圾的现象，以便于实现资源利用最大化；
28.所述异常管理子系统包括异常警报模块和异常处理模块；
29.所述异常警报模块用于在监测到垃圾分类收集房或环卫车出现异常时发出警报，并将异常情况相关数据进行记录备份；以便于避免意外事故发生，使得系统能够不断学习优化；
30.所述异常处理模块用于对出现的异常情况进行对应处理，以便于防止异常现象对设备或人员造成损伤。
31.基于物联网的垃圾分类收集房集成智能控制方法，包括以下步骤：
32.s1：对用户投入垃圾桶内的打包混装垃圾的进行拆分并识别种类；
33.s2：将分类好的垃圾进行处理后送入垃圾分类收集房内对应的垃圾收集箱；
34.s3：对垃圾分类收集房和环卫车辆进行实时监测，将监测到的数据传输至控制中心；
35.s4：控制中心对接收到的数据进行整合分析，判断是否存在异常，判断垃圾收集箱是否需要清运，环卫车的装载量是否满足承运需求；
36.s5：调度环卫车辆对垃圾分类收集房内的垃圾收集箱进行清运。
37.进一步的，在s1-s2中，通过混装垃圾拆分装置对用户投入垃圾桶内的用垃圾袋打包的混装垃圾进行包装拆除，将垃圾袋内的垃圾倒出至垃圾分类装置，通过采用摄像机拍摄的图像识别技术或带有多种传感器的机器抓手对垃圾的种类进行识别，将识别完成的各种类垃圾通过垃圾筛分控制模块传输向对应类别的垃圾收集箱，通过垃圾处理模块对要投入箱内的垃圾进行预处理，压缩或粉碎处理后送入垃圾收集箱内。
38.进一步的，在s3中，通过垃圾收集房监测模块对垃圾分类收集房内的情况进行实时监测，当监测到垃圾收集箱内的垃圾投入量到达预设高度时，通过控制中心对垃圾分类收集房内的各设备进行控制，暂停新垃圾投入，通过环卫车监测模块对各环卫车辆的位置信息和载物情况进行实时监测，通过无线传输，将监测到的信息数据发送到控制中心。
39.进一步的，在s4中，控制中心对各模块发送来的数据进行整理、统计和分析，对监测到的超出预设阈值的数据判定为异常情况，根据具体异常情况对其进行处置，对监测到的需要清运的垃圾分类收集房进行上报，控制中心接收请求为其分配满足所需装载量的环卫车辆。
40.进一步的，在s5中，调控环卫车辆对垃圾分类收集房进行清运具体为：对垃圾分类收集房进行编号，编号为1,2，...，n，第i个垃圾分类收集房的装载量为gi(i＝1,2，...，n)，需要将所有垃圾进行清运，由控制中心派出装载量为q的环卫车来进行运输，已知gi＜q，通过构建环卫车调度模型对各垃圾分类收集房进行垃圾清运；
41.定义变量如下：
[0042][0043][0044]
基本模型定义如下：
[0045][0046]
约束条件如下：
[0047][0048]
其中，式(1)表示第i个垃圾分类收集房是否由环卫车辆k来清运，式(2)表示环卫车辆k是否从第i个垃圾分类收集房行驶到第j个垃圾分类收集房，式(3)为模型的目标函数，z
min
表示环卫车辆完成全部清运任务所需的最短运行距离，式(4)为车辆的装载量约束。
[0049]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
[0050]
本发明将各种智能子系统集成统一于平台之上，形成具有信息汇集、资源共享及优化管理等综合功能的系统，增加了集成的信息量和系统功能，实现各类设备、子系统之间的互联，降低运行成本，减少了管理人员的人数，提高管理效率，机器设备代替人工处理垃圾，提高了垃圾处理效率，实时监测并调度环卫车辆进行清运，有效避免了垃圾堆积对居民区内空气质量造成的不良影响，完整的垃圾处理流程减少了环境污染，增加了资源回收利
用率。
附图说明
[0051]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0052]
图1是本发明基于物联网的垃圾分类收集房集成智能控制系统的结构示意图；
[0053]
图2是本发明基于物联网的垃圾分类收集房集成智能控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0054]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0055]
请参阅图1至图2，本发明提供技术方案：
[0056]
实施例一：
[0057]
如图1所示，本实施例提供了一种基于物联网的垃圾分类收集房集成智能控制系统，上述系统包括：垃圾分类子系统、垃圾收集子系统、垃圾清运子系统、异常处理子系统和控制中心；
[0058]
垃圾分类子系统的输出端连接所述垃圾收集子系统的输入端，垃圾手机子系统的输出端连接垃圾清运子系统的输入端，垃圾手机子系统、垃圾清运子系统和异常处理子系统的输出端连接控制中心的输入端；
[0059]
通过垃圾分类子系统对投入的垃圾进行识别并分类；
[0060]
通过垃圾收集子系统对分类完成的垃圾进行处理后存放到对应种类的垃圾箱内并对垃圾分类收集房进行监测；
[0061]
通过垃圾清运子系统对环卫车信息进行实时监测并反馈到控制中心，根据控制中心的数据分析结果对环卫车进行调控，将垃圾分类收集房内的垃圾进行清运；
[0062]
通过异常管理子系统在监测到垃圾分类收集房或环卫车出现异常时发出警报并进行处理。
[0063]
垃圾分类子系统包括混装垃圾拆分装置、垃圾筛分控制模块和垃圾数据获取模块；
[0064]
混装垃圾拆分装置用于对用户打包丢弃的混装垃圾的外部垃圾袋进行拆除；
[0065]
混装垃圾拆分装置安装有生命体征检测单元，通过红外感应器或雷达探测来判断是否存在生命体，若检测到有符合预设体积范围的生命体存在，向控制中心发出异常报警，等待处理；红外探测利用红外热效应和光电效应，将入射的红外辐射信号转变成电信号输出，再利用输出的电信号进行生命体的检测；雷达探测利用电磁波进行探测，用无线电的方法发现生命体并测定其空间位置；
[0066]
混装垃圾拆分装置通过使用勾爪或裁剪刀对垃圾袋进行破除；
[0067]
垃圾数据获取模块用于对拆分出的垃圾进行识别，对其进行分类；
[0068]
对垃圾的识别采用图像识别技术或多传感器机器抓手；
[0069]
垃圾筛分控制模块用于对识别到的不同类别的垃圾进行筛分，传输到对应的垃圾收集箱内。
[0070]
垃圾收集子系统包括垃圾投放控制模块、垃圾处理模块和垃圾收集房监测模块；
[0071]
所述垃圾投放控制模块用于根据垃圾收集箱内的载物程度控制垃圾投放；
[0072]
垃圾收集箱内装有高度传感器用于检测箱内垃圾数量，防止垃圾满溢；
[0073]
垃圾处理模块用于根据垃圾的类别对其进行预处理；对大体积的垃圾进行压缩或粉碎，
[0074]
减少对垃圾箱的占用量，提高垃圾分类收集房的利用率；
[0075]
垃圾收集房监测模块用于对收集房内的实时情况进行监测，将监测信息传输到控制中心，对垃圾分类收集房内的收集箱容量、室内温度、烟雾和有害气体等进行监测。
[0076]
垃圾清运子系统包括环卫车监测模块和环卫车调控模块；
[0077]
环卫车监测模块用于对环卫车辆的位置信息和载物情况进行实时监测，并将监测到的数据传输至控制中心进行整合；
[0078]
环卫车调控模块用于根据控制中心的数据分析结果对环卫车辆进行调配；避免出现环卫车剩余容量不足以装载垃圾收集房内的垃圾的现象，以便于实现资源利用最大化；
[0079]
异常管理子系统包括异常警报模块和异常处理模块；
[0080]
异常警报模块用于在监测到垃圾分类收集房或环卫车出现异常时发出警报，并将异常情况相关数据进行记录备份；以便于避免意外事故发生，使得系统能够不断学习优化；
[0081]
异常处理模块用于对出现的异常情况进行对应处理，以便于防止异常现象对设备或人员造成损伤。
[0082]
实施例二：
[0083]
如图2所示，本实施例提供了一种基于物联网的垃圾分类收集房集成智能控制方法，其基于实施例中的垃圾分类收集房集成智能控制系统实现，具体包括以下步骤：
[0084]
s1：对用户投入垃圾桶内的打包混装垃圾的进行拆分并识别种类；
[0085]
通过混装垃圾拆分装置对用户投入垃圾桶内的用垃圾袋打包的混装垃圾使用勾爪或裁剪刀具进行包装拆除，将垃圾袋内的垃圾倒出至垃圾分类装置，通过采用摄像机拍摄的图像识别技术或带有多种传感器的机器抓手对垃圾的种类进行识别，将识别完成的各种类垃圾通过垃圾筛分控制模块传输向对应类别的垃圾收集箱；
[0086]
s2：通过垃圾处理模块对要投入箱内的垃圾进行预处理，压缩或粉碎处理后送入垃圾分类收集房内对应的垃圾收集箱内；
[0087]
s3：对垃圾分类收集房和环卫车辆进行实时监测，将监测到的数据传输至控制中心；
[0088]
具体为：通过垃圾收集房监测模块对垃圾分类收集房内的情况进行实时监测，当监测到垃圾收集箱内的垃圾投入量到达预设高度时，通过控制中心对垃圾分类收集房内的各设备进行控制，暂停新垃圾投入，通过环卫车监测模块对各环卫车辆的位置信息和载物情况进行实时监测，通过无线传输，将监测到的信息数据发送到控制中心；
[0089]
s4：控制中心对各模块发送来的数据进行整理、统计和分析，对监测到的超出预设阈值的数据判定为异常情况，根据具体异常情况对其进行处置，对监测到的需要清运的垃圾分类收集房进行上报，控制中心接收请求为其分配满足所需装载量的环卫车辆；
[0090]
如当通过检测仪监测到垃圾分类收集房内出现烟雾和一氧化碳浓度升高时，判定为出现火灾风险，启用消防装置，减少事故发生率；
[0091]
s5：调度环卫车辆对垃圾分类收集房内的垃圾收集箱进行清运。
[0092]
具体为：对垃圾分类收集房进行编号，编号为1,2，...，n，第i个垃圾分类收集房的装载量为gi(i＝1,2，...，n)，需要将所有垃圾进行清运，由控制中心派出装载量为q的环卫车来进行运输，已知gi＜q，通过构建环卫车调度模型对各垃圾分类收集房进行垃圾清运；
[0093]
监测到编号为4的垃圾分类收集房内的收集箱垃圾放置量达到预设阈值，控制中心分析得出附近存在环卫车辆k符合优选的清运要求，向该环卫车发出指令，对四号垃圾分类收集房进行清运作业，并对环卫车驶向垃圾中转站或处理厂的路线进行规划，实现资源利用最大化。
[0094]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0095]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。