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1、基于三維物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域化垃圾分類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)商業(yè)計(jì)劃書(shū) 　　基于三維物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域化垃圾分類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)商業(yè)計(jì)劃書(shū) 　　前言 　　目前，限于技術(shù)、管理制度等原因，垃圾分類(lèi)還有許多弊端。例如，每天定時(shí)定點(diǎn)投放垃圾，需要花費(fèi)的大量的人力資源和時(shí)間成本，不僅對(duì)群眾產(chǎn)生了很大的影響，同時(shí)也給管理階層帶來(lái)困擾。而目前市面上推出的智能分類(lèi)垃圾桶也存在著高成本、難操作、垃圾處理不夠細(xì)致，難以推廣普及使用。 　　“基于三維物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域化垃圾分類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)”是一套以三維物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的以監(jiān)控垃圾分類(lèi)是否正確為目的的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要面向于企事業(yè)單位及小區(qū)物業(yè)等封閉性區(qū)域管理階層，為區(qū)域管理者響應(yīng)居民垃圾分

2、類(lèi)政策號(hào)召帶來(lái)新型解決方案，克服取證，執(zhí)行等難題。同時(shí)優(yōu)化了居民垃圾分類(lèi)投放的體驗(yàn)過(guò)程，降低使用難度，操作時(shí)長(zhǎng)，減少了垃圾分類(lèi)推行過(guò)程中的阻礙。此監(jiān)控系統(tǒng)可以快速做到垃圾投放者的身份信息確定，垃圾分類(lèi)是否正確判斷，后期加以配套措施生態(tài)，管理當(dāng)前區(qū)域用戶。該系統(tǒng)優(yōu)化了用戶體驗(yàn)，帶來(lái)了新的推行垃圾分類(lèi)的解決方案。壓縮了硬件成本，技術(shù)要求，與智能分類(lèi)垃圾桶相比更有利于推廣 　　和使用。 　　目錄 　　第一章引言1 　　第二章系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)原理介紹2 　　2.1三維物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2 　　2.2云計(jì)算技術(shù)2 　　2.3Zigbee技術(shù)2 　　第三章區(qū)域化垃圾分類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)工作過(guò)程4 　　3

3、.1系統(tǒng)綜述4 　　3.2數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)過(guò)程5 　　3.2.1常規(guī)數(shù)據(jù)采集5 　　3.2.2身份數(shù)據(jù)預(yù)采集5 　　3.2.3常規(guī)桶內(nèi)環(huán)境信息采集6 　　3.3組網(wǎng)與傳輸實(shí)現(xiàn)過(guò)程6 　　3.3.1局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸6 　　3.3.2廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸6 　　3.4數(shù)據(jù)分析處理過(guò)程6 　　3.4.1常規(guī)數(shù)據(jù)分析7 　　3.4.2常規(guī)桶內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)分析8 　　3.4.3身份信息預(yù)分析8 　　3.5客戶數(shù)據(jù)反饋實(shí)現(xiàn)過(guò)程8 　　第四章實(shí)現(xiàn)原理10 　　4.1硬件部分10 　　4.2數(shù)據(jù)采集模塊10 　　4.3數(shù)據(jù)傳輸模塊11 　　4.3.1自組網(wǎng)模塊11 　　4.3.2廣域網(wǎng)模塊

4、12 　　4.4數(shù)據(jù)分析算法實(shí)現(xiàn)13 　　4.4.1基于近紅外結(jié)構(gòu)光與可見(jiàn)光的三維人臉識(shí)別算法13 　　4.4.2基于多視角的深度全景圖的三維形狀識(shí)別14 　　4.4客戶端（操作界面）17 　　第五章市場(chǎng)前景18 　　5.1時(shí)代背景18 　　5.2當(dāng)前市場(chǎng)分析18 　　5.3項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)18 　　第六章總結(jié)與展望19 　　參考文獻(xiàn)20 　　第一章引言 　　近年來(lái)，隨著我國(guó)居民生活水平的顯著提高，我國(guó)垃圾產(chǎn)生量急劇增加，城市垃圾也以每年8-12%左右的增幅快速增長(zhǎng)，垃圾的成分也發(fā)生較大的變化。垃圾分類(lèi)回收被普遍認(rèn)為是解決困境，提高資源化利用效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 　　20**年，

5、中國(guó)國(guó)家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部共同發(fā)布了《生活垃圾分類(lèi)制度實(shí)施方案》，為中國(guó)的垃圾分類(lèi)制度的實(shí)施制定了路線圖。同期各個(gè)省、市相繼出臺(tái)強(qiáng)制分類(lèi)實(shí)施方案，從完善頂層設(shè)計(jì)開(kāi)始補(bǔ)齊短板，提高垃圾分類(lèi)的法治化水平和全民參與程度。自此國(guó)家、省、市各級(jí)垃圾分類(lèi)工作開(kāi)始全面實(shí)施，相關(guān)工作也將會(huì)開(kāi)始邁出實(shí)質(zhì)步伐。垃圾分類(lèi)意義進(jìn)行垃圾分類(lèi)的意義在于：（1）有助于使末端焚燒（或填埋）更好的無(wú)害化處理垃圾分類(lèi)后，垃圾“各回各家”，進(jìn)入不同的后端處理通道，保證了垃圾的純凈度，提高了熱值，有助于垃圾焚燒或填埋處理無(wú)害化處理。（2）有助于再生資源循環(huán)利用，節(jié)約原生資源垃圾分類(lèi)后，廚余垃圾進(jìn)行生化處理，資源垃圾進(jìn)行再生資

6、源通道，這樣便于資源化利用，節(jié)省原生資源。（3）有助于提升全民文明素質(zhì)，進(jìn)一步改善人居環(huán)境垃圾分類(lèi)不是簡(jiǎn)單的舉手之勞，而是一個(gè)科學(xué)體系，綜合體現(xiàn)了國(guó)家的文明程度，城市的管理水平，民眾的素質(zhì)高低。應(yīng)放眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，讓垃圾分類(lèi)成為文明的行為方式的代表，改善我們?nèi)粘Ｉ瞽h(huán)境。 　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2018年垃圾分類(lèi)總合同額達(dá)**.*億元，預(yù)計(jì)2019年總合同額將翻倍，達(dá)120億元，2020年預(yù)計(jì)總合同額達(dá)***億元。作為環(huán)保企業(yè)，理應(yīng)抓住垃圾分類(lèi)業(yè)務(wù)市場(chǎng)機(jī)遇，在智能垃圾分類(lèi)回收設(shè)備及創(chuàng)新垃圾分類(lèi)模式方面迎難而上，打好垃圾分類(lèi)攻堅(jiān)戰(zhàn)。 　　鑒于此，垃圾分類(lèi)處理解決方案順應(yīng)當(dāng)今時(shí)代要求，我們團(tuán)隊(duì)提出基于三維

7、物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域化垃圾分類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)，面向企事業(yè)單位及小區(qū)物業(yè)協(xié)助于管理層面進(jìn)行有效的垃圾分類(lèi)管理，在區(qū)域范圍內(nèi)推行垃圾分類(lèi)，加強(qiáng)科學(xué)管理、形成長(zhǎng)效機(jī)制，同時(shí)降低垃圾分類(lèi)的推廣難度，以響應(yīng)國(guó)家政策上的號(hào)召。 　　第二章系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)原理介紹 　　2.1三維物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 　　三維物聯(lián)網(wǎng)是的是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的全三維數(shù)字化物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、射頻識(shí)別傳感器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、視頻分析系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，突破以人工管理為主的常規(guī)園區(qū)管理模式，解決常規(guī)管理模式中各系統(tǒng)各自獨(dú)立，支離破碎的問(wèn)題，同時(shí)解決傳統(tǒng)模式中信息量少、流通不暢、缺乏綜合分析、難以共享、應(yīng)對(duì)突發(fā)事件反應(yīng)遲

8、緩、安全隱患較大等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代全面感知各種信息，讓常規(guī)園區(qū)管理更加智能便捷。 　　2.2云計(jì)算技術(shù) 　　云計(jì)算（CloudComputing）是分布式計(jì)算的一種，指的是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無(wú)數(shù)個(gè)小程序，然后通過(guò)多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。 　　云計(jì)算由一系列可以動(dòng)態(tài)升級(jí)和被虛擬化的資源組成，這些資源被所有云計(jì)算的用戶共享并且可以方便地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，用戶無(wú)需掌握云計(jì)算的技術(shù)，只需要按照個(gè)人或者團(tuán)體的需要租賃云計(jì)算的資源。該項(xiàng)技術(shù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)任務(wù)處理時(shí)首先是將整個(gè)計(jì)算過(guò)程化分為若干個(gè)組成部分，并通過(guò)數(shù)臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行協(xié)同運(yùn)行將收

9、集的數(shù)據(jù)信息組建成云里,在云計(jì)算技術(shù)所謂“云”，他專(zhuān)指數(shù)據(jù)資源的匯集池?？梢院?jiǎn)單理解為在數(shù)據(jù)運(yùn)算形式中借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將計(jì)算能力演變?yōu)橐环N商,實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理上的高效性。云計(jì)算是繼1980年代大型計(jì)算機(jī)到客戶端-服務(wù)器的大轉(zhuǎn)變之后的又一種巨變。在20世紀(jì)80年代網(wǎng)格計(jì)算、90年代公用計(jì)算，21世紀(jì)初虛擬化技術(shù)、SOA、SaaS應(yīng)用的支撐下，云計(jì)算作為一種新興的資源使用和交付模式逐漸為學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界所認(rèn)知。 　　2.3Zigbee技術(shù) 　　Zigbee這一名稱來(lái)自于蜜蜂（bee）用于互相通信的八字舞（zigzag），這是蜜蜂之間的群體通信方式。這種自然界的通信方式很形象地描述了這種近距離、低

10、復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。 　　Zigebee技術(shù)是一種新型的短距離、低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線連接。2002年8月，英國(guó)英維斯（Invensys，從事生產(chǎn)技術(shù)與能源管理的國(guó)際化公司）、日本三菱電氣、美國(guó)摩托羅拉以及荷蘭飛利浦等公司共同提出以研發(fā)具有低成本、體積小、能量消耗少和傳輸速率低的無(wú)線通信技術(shù)為目的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并為此組成了zigbee技術(shù)聯(lián)盟。 　　ZigBee是一種高可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，通信距離可達(dá)幾百米甚至幾公里。與傳統(tǒng)的移動(dòng)通信CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制所需的相關(guān)系數(shù)傳輸而建立的，具有

11、使用簡(jiǎn)單、方便、工作可靠、價(jià)格低的特點(diǎn)。每個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以連接傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)與不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線連接。 　　第三章區(qū)域化垃圾分類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)工作過(guò)程 　　3.1系統(tǒng)綜述 　　該系統(tǒng)分為兩大結(jié)構(gòu)：用戶數(shù)據(jù)反饋結(jié)構(gòu)，垃圾特征信息監(jiān)測(cè)判斷結(jié)構(gòu)。兩塊結(jié)構(gòu)分別采用GPRS，Zigbee+光纖通信兩種傳輸方式，從而提升用戶識(shí)別的速度，兩塊數(shù)據(jù)包采用識(shí)別碼進(jìn)行匹配。其中，用戶數(shù)據(jù)反饋結(jié)構(gòu)運(yùn)用三維結(jié)構(gòu)光采集用戶生物特征信息，通過(guò)GPRS直接反饋到

12、云端，云端匹配用戶之后反饋回到垃圾桶，數(shù)據(jù)量小，傳輸快； 　　垃圾特征信息監(jiān)測(cè)判斷結(jié)構(gòu)采用傳感器采集垃圾特征信息，以數(shù)據(jù)包的形式使用Zigbee協(xié)議，通過(guò)局域網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絽^(qū)域終端，區(qū)域終端通過(guò)光纖連接互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)包傳送到云端服務(wù)器，對(duì)垃圾種類(lèi)進(jìn)行分析，從而確定投放是否正確，將最終信息反饋到積分系統(tǒng)，對(duì)相應(yīng)用戶積分進(jìn)行修改，反饋到公眾平臺(tái)上，供用戶查詢。 　　用戶數(shù)據(jù)反饋結(jié)構(gòu)示意圖 　　3.2數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)過(guò)程 　　數(shù)據(jù)采集分為常規(guī)數(shù)據(jù)采集、身份數(shù)據(jù)預(yù)采集、常規(guī)桶內(nèi)環(huán)境信息采集三部分。 　　3.2.1常規(guī)數(shù)據(jù)采集 　　常規(guī)數(shù)據(jù)采集即每發(fā)生一次垃圾投放動(dòng)作的數(shù)據(jù)采集。 　　桶外的

13、紅外傳感器檢測(cè)到有人接近時(shí)，結(jié)束休眠，進(jìn)入開(kāi)啟狀態(tài)，喚醒監(jiān)控系統(tǒng)，各傳感器和通信模塊進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。 　　桶外傳感器識(shí)別生物特征的原始數(shù)據(jù)，桶內(nèi)傳感器感應(yīng)是否有垃圾投放事件發(fā)生。當(dāng)產(chǎn)生垃圾投放時(shí)間事，通信模塊將桶內(nèi)數(shù)據(jù)包（物體信息原始數(shù)據(jù)）和桶外數(shù)據(jù)包（生物特征信息原始數(shù)據(jù)）以ZigBee技術(shù)傳輸?shù)铰?lián)網(wǎng)終端。 　　3.2.2身份數(shù)據(jù)預(yù)采集 　　當(dāng)多人同時(shí)投放垃圾時(shí)，需要進(jìn)行身份數(shù)據(jù)預(yù)采集以避免信息混淆。 　　身份信息預(yù)采集采用“最近優(yōu)先”原則，即每次只采集距生物特征傳感器最近的人的數(shù)據(jù)，通過(guò)GPRS上傳到服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，并將身份信息反饋到桶外液晶顯示屏上。 　　身份信息預(yù)采集部分單

14、獨(dú)進(jìn)行，單獨(dú)聯(lián)網(wǎng)，只進(jìn)行身份信息的采集和反饋，用以提示用戶當(dāng)前垃圾投擲者。 　　3.2.3常規(guī)桶內(nèi)環(huán)境信息采集 　　桶內(nèi)環(huán)境信息包括垃圾量信息、氣味信息、煙霧信息、溫濕度信息。當(dāng)前垃圾桶無(wú)垃圾投放事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)將定時(shí)采集桶內(nèi)環(huán)境信息傳輸?shù)椒?wù)器。 　　3.3組網(wǎng)與傳輸實(shí)現(xiàn)過(guò)程 　　該部分分為局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸與廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸兩部分。 　　3.3.1局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸 　　局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸由ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)垃圾桶均有一個(gè)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腪igBee模塊，組成不完全連接網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)間路徑多，碰撞和阻塞可大大減少，局部的故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常工作，可靠性高； 　

15、　網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充和主機(jī)入網(wǎng)比較靈活、簡(jiǎn)單。 　　組成內(nèi)網(wǎng)后，所有的節(jié)點(diǎn)均連接能夠連接到一個(gè)能連接廣域網(wǎng)的終端。每產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)采集事件，數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)傳輸?shù)竭@個(gè)能連接廣域網(wǎng)的終端，從而上傳到服務(wù)器。 　　3.3.2廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸 　　廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸由GPRS和光纖通信兩部分實(shí)現(xiàn)。 　　連接廣域網(wǎng)的終端接收到各個(gè)節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳向服務(wù)器，該部分通過(guò)光纖傳輸，不需要即時(shí)反饋，對(duì)速度的要求并不苛刻。 　　發(fā)生身份數(shù)據(jù)預(yù)采集時(shí)，由于需要即時(shí)反饋，該部分采用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于每個(gè)垃圾桶均帶有GPRS模塊，均可獨(dú)立連接到服務(wù)器，該部分無(wú)需通過(guò)ZigBee傳輸?shù)浇K端，只需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

16、服務(wù)器，待服務(wù)器處理完成之后，接收反饋到的數(shù)據(jù)，并反饋到液晶屏上。 　　3.4數(shù)據(jù)分析處理過(guò)程 　　數(shù)據(jù)分析過(guò)程分為常規(guī)數(shù)據(jù)分析，常規(guī)桶內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)分析，身份信息預(yù)分析三部分，這三部分均分配由特殊的識(shí)別碼，云端服務(wù)器根據(jù)收到的識(shí)別碼進(jìn)行不同類(lèi)型和不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)分析。 　　3.4.1常規(guī)數(shù)據(jù)分析 　　常規(guī)數(shù)據(jù)分析即每對(duì)發(fā)生一次垃圾投放動(dòng)作上傳的數(shù)據(jù)包的分析。 　　每發(fā)生一次垃圾投放動(dòng)作，服務(wù)器從數(shù)據(jù)采集模塊接收到原始數(shù)據(jù)包，包括桶內(nèi)數(shù)據(jù)包（物體信息原始數(shù)據(jù)）和桶外數(shù)據(jù)包（生物特征信息原始數(shù)據(jù)）兩部分，將這些原始數(shù)據(jù)通過(guò)生物/物體特征識(shí)別，轉(zhuǎn)換為生物/物體特征數(shù)據(jù)包，對(duì)比現(xiàn)有的生物/物體

17、特征庫(kù)以及身份信息庫(kù)，形成一次垃圾投放動(dòng)作信息包（身份信息、行為信息、物體信息），對(duì)該信息包的三部分信息進(jìn)行比對(duì)，從而判斷完成此次垃圾投放動(dòng)作的人是否進(jìn)行垃圾分類(lèi)。 　　3.4.2常規(guī)桶內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)分析 　　數(shù)據(jù)采集模塊定時(shí)將桶內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，云端服務(wù)器接收到原始數(shù)據(jù)包后與相應(yīng)的特征數(shù)據(jù)庫(kù)（氣味信息、煙霧信息、溫濕度信息）進(jìn)行比對(duì)，并且對(duì)垃圾余量進(jìn)行分析，生成桶內(nèi)環(huán)境狀況。 　　生成后的桶內(nèi)環(huán)境狀況以可視化數(shù)據(jù)的形式反饋到客戶端。 　　3.4.3身份信息預(yù)分析 　　通過(guò)GPRS傳送到云端服務(wù)器的身份信息優(yōu)先度最高，當(dāng)服務(wù)器識(shí)別到其數(shù)據(jù)包識(shí)別碼后，優(yōu)先分配線程對(duì)

18、該數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，和生物特征庫(kù)以及身份信息庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)完成后立即將用戶信息反饋到垃圾箱的液晶顯示屏上。 　　3.5客戶數(shù)據(jù)反饋實(shí)現(xiàn)過(guò)程 　　云端服務(wù)器通過(guò)獲取到的數(shù)據(jù)計(jì)算分析出結(jié)果，將結(jié)果分析出的數(shù)據(jù)分為三個(gè)等級(jí)進(jìn)行反饋。 　　配套管理制度建議：每人每月發(fā)放定額積分，違規(guī)投放系統(tǒng)扣除積分，管理者擁有積分解釋權(quán)，可以設(shè)置積分額度，用戶達(dá)到規(guī)定額度，系統(tǒng)會(huì)以公眾號(hào)形式通知用戶和管理者，可使用戶接受垃圾分類(lèi)知識(shí)學(xué)習(xí)或教育意義罰款，詳細(xì)措施可由該系統(tǒng)設(shè)備用戶制定。 　　模塊一數(shù)據(jù)反饋面向管理層。 　　1.區(qū)域管理者可以查詢到當(dāng)前管理范圍內(nèi)所有群眾的垃圾投放記錄。 　　2.管理者擁有當(dāng)月

19、群眾積分余量查詢權(quán)限，接收到系統(tǒng)內(nèi)超額用戶信息提示。 　　模塊二數(shù)據(jù)面向垃圾投放用戶。 　　1.用戶可以查詢到自己積分余量。 　　2.每次投放垃圾得信息記錄（時(shí)間，地點(diǎn)，垃圾投放錯(cuò)誤原因） 　　模塊三針對(duì)游客數(shù)據(jù)反饋。 　　系統(tǒng)記錄違規(guī)投放的外來(lái)游客面部特征信息。并將反饋給管理者。 　　第四章實(shí)現(xiàn)原理 　　4.1硬件部分 　　硬件部分是智能監(jiān)控系統(tǒng)不可或缺的組成部分，主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊這兩部分實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集模塊是智能監(jiān)控系統(tǒng)的“眼睛”，數(shù)據(jù)傳輸模塊的“高速公路”，二者相互依存，缺一不可。數(shù)據(jù)采集模塊主要由各種傳感器組成，負(fù)責(zé)采集監(jiān)控區(qū)域的三維原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸模塊

20、由有線傳輸和無(wú)線傳輸組合而成，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器從而進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。 　　4.2數(shù)據(jù)采集模塊 　　原始數(shù)據(jù)采集部分由桶內(nèi)傳感器和桶外傳感器組成。 　　桶內(nèi)傳感器主要是紅外傳感器、超聲波傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、異味傳感器、金屬傳感器，桶外傳感器由深度感知傳感器和結(jié)構(gòu)光傳感器組成。 　　下面是桶外傳感器所采用的基本元器件： 　　紅外傳感器 　　超聲波傳感器 　　煙霧傳感器 　　溫濕度傳感器 　　異味傳感器 　　4.3數(shù)據(jù)傳輸模塊 　　數(shù)據(jù)傳輸模塊主要分為自組網(wǎng)模塊和廣域網(wǎng)模塊。自組網(wǎng)模塊主要由免費(fèi)的ZigBee無(wú)線傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)，廣域網(wǎng)模塊由收費(fèi)的GPRS技術(shù)和光纖

21、傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 　　4.3.1自組網(wǎng)模塊 　　自組網(wǎng)模塊由ZigBee終端組成，每一個(gè)封閉區(qū)域均設(shè)置一個(gè)可聯(lián)網(wǎng)終端，節(jié)點(diǎn)之間組成不完全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 　　Zigbee協(xié)議在滿足條件的情況下，協(xié)調(diào)器將會(huì)自動(dòng)組網(wǎng)。Zigbee組網(wǎng)有兩個(gè)鮮明的特點(diǎn)：①一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)的理論最大節(jié)點(diǎn)數(shù)就是2的16次方也就是65***個(gè)節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)藍(lán)牙的8個(gè)和Wifi的***個(gè)。②網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)之間都可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在有模塊加入和撤出時(shí)，網(wǎng)絡(luò)具有自動(dòng)修復(fù)功能。 　　ZigBee模塊組網(wǎng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)： 　　按照OSI模型，ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從下向上分別為物理層、媒體訪問(wèn)控制層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。其中物理層和媒

22、體訪問(wèn)控制層由IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； 　　網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由ZigBee聯(lián)盟定義。ZigBee網(wǎng)絡(luò)支持三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型、樹(shù)型和網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)。本文選擇星型網(wǎng)作為ZigBee終端節(jié)點(diǎn)模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。組網(wǎng)過(guò)程如下：ZigBee協(xié)調(diào)器將配置屬性值復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)象，然后按照之前設(shè)置的信道開(kāi)始掃描。掃描完畢后，協(xié)調(diào)器需要比較并從中選擇出附近還沒(méi)有被使用的信道并根據(jù)配置屬性和NIB屬性值以及配置的參數(shù)并在選定的信道上啟動(dòng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)接受設(shè)備加入到網(wǎng)絡(luò)，響應(yīng)其他設(shè)備的請(qǐng)求和服務(wù)發(fā)現(xiàn)，支持ZigBee設(shè)備間的綁定等功能。 　　ZigBee路由器首先完成配置屬性值復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)象，然后

23、開(kāi)始執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)工作，獲取該覆蓋范圍中PAN設(shè)備的基本情況并選擇一個(gè)合適的協(xié)調(diào)器或路由器建立連接，最后設(shè)備便作為路由器啟動(dòng)并轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)允許其他設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)建立連接，接受、執(zhí)行將某個(gè)設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)中移除的命令等功能。 　　ZigBee終端設(shè)備首先為工作中需要的參數(shù)設(shè)置初始值然后開(kāi)始發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)操作，并篩選出一個(gè)符合設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)建立連接； 　　以自己之前被設(shè)定IEEE地址和網(wǎng)絡(luò)地址發(fā)出終端設(shè)備通知信息后接受協(xié)調(diào)器發(fā)出的通知信息，檢查綁定表中是否存在與它匹配的項(xiàng)等功能。 　　4.3.2廣域網(wǎng)模塊 　　GPRS英文簡(jiǎn)稱為Generalpacketradioservice，中文名稱為通用無(wú)線分組

24、業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接。相對(duì)GSM的撥號(hào)方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)，具有“實(shí)時(shí)在線”“按量計(jì)費(fèi)”“快捷登錄”“高速傳輸”“自如切換”的優(yōu)點(diǎn)。通俗地講，GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。GPRS是GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)過(guò)渡的一項(xiàng)2.5代通信技術(shù)，在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。GPRS在全國(guó)覆蓋范圍極廣，而且費(fèi)用相對(duì)較為低廉，非常適合做簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交換使用。 　　光纖傳輸，即以光導(dǎo)纖維為介質(zhì)進(jìn)行的數(shù)據(jù)、信號(hào)傳輸。光導(dǎo)纖維，不僅可用來(lái)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，而且可以滿足視頻

25、傳輸?shù)男枨?。光纖傳輸一般使用光纜進(jìn)行，單根光導(dǎo)纖維的數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)幾Gbps，在不使用中繼器的情況下，傳輸距離能達(dá)幾十公里。由于垃圾分類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)需要在云端完成所有的運(yùn)算，因此對(duì)傳輸速率的要求非?？量?，而目前市場(chǎng)上除光纖傳輸之外并沒(méi)有更加合適的解決方案，所以這一部分采用光纖傳輸。 　　GPRS模塊 　　光導(dǎo)纖維 　　4.4數(shù)據(jù)分析算法實(shí)現(xiàn) 　　4.4.1基于近紅外結(jié)構(gòu)光與可見(jiàn)光的三維人臉識(shí)別算法 　　算法主要步驟如下所示:(1)設(shè)有N個(gè)人臉模型參與訓(xùn)練，人臉模型的模型大小 　　為mn，將每個(gè)人臉圖像轉(zhuǎn)換為一個(gè)D(D=mn)維的列向量，去平均化后得到一個(gè)DN的矩陣A: 　　(2

26、)得到所有人臉樣本轉(zhuǎn)化來(lái)的列向量的方差矩陣C: 　　(3)計(jì)算矩陣C的本征值λi和特征向量Vi，按照從大到小的順序重新排列λi和特征向量Vi。根據(jù)特征值的大小，選擇前d個(gè)特征向量，非零特征值的個(gè)數(shù)有r個(gè)，δ一般大于等于0.85。具體公式如下所示: 　　(4)將人臉模型向量*i轉(zhuǎn)換到ω定義的子空間中，Ω在子空間中*i所對(duì)應(yīng)的人臉圖像的特征向量為yi。這樣使得其從D維空間降到d維空間后的方差最小，且在變換后的低維空間具有很好的人臉表達(dá)能力。當(dāng)?shù)玫较鄳?yīng)的特征臉后，將特征臉與已知的多個(gè)人臉模型進(jìn)行相似性匹配得分，得分越高，則能說(shuō)明兩個(gè)圖像更相近。設(shè)圖像*i的特征向量為 　　yi，*j的特征向量為

27、yj，圖像匹配得分使用余弦距離計(jì)算，公式如下: 　　在普遍的生物特征識(shí)別系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的融合分為4步，分別為傳感器層或像素層融合、特征層融合、得分層融合和決策層融合。得分層融合就是將單個(gè)特征分別輸入分類(lèi)器，得到各個(gè)特征的匹配得分，各個(gè)匹配得分進(jìn)行綜合用融合算法，得到一個(gè)綜合的得分用于最終的判別。本文基于簡(jiǎn)單組合策略，即使用加權(quán)求和的方法來(lái)進(jìn)行融合。 　　本文在前文已經(jīng)描述了得到可見(jiàn)光三維模型與紅外光三維模型的方法，根據(jù)模型我們可以得到相應(yīng)的人臉子空間與特征向量。再分別與可見(jiàn)光參照系和紅外光參照系模板進(jìn)行匹配，獲得匹配得分SVij和SNij。基于簡(jiǎn)單組合策略，設(shè)SFij為融合后的得分: 　　

28、其中α+β=1，α≥0，β≥0，α和β的取值范圍為0.0～1.0， 　　，SVij和SNij采用最大值—最小值進(jìn)行歸一化處理。通過(guò)SFij大小即可得到當(dāng)SFij最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的SVij和SNij，且其所對(duì)應(yīng)的可接受率為α和β，由此作出最后決策進(jìn)行人臉識(shí)別。 　　4.4.2基于多視角的深度全景圖的三維形狀識(shí)別 　　柱面投影過(guò)程如圖1所示。用許多密集的網(wǎng)格點(diǎn)離散得表示圓柱體的側(cè)面,用坐標(biāo)集合{(θu,hv)}{(θu,hv)}表示這些點(diǎn)。其中，θ表示極角，h表示高度,u,v=0,1,2,…。對(duì)于每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)p=(θu,hv)p=(θu,hv),在物體上都能通過(guò)坐標(biāo)(*0,y0,h0)(*0,y0

29、,h0)找到相應(yīng)的點(diǎn)q,這些點(diǎn)標(biāo)記在主軸上與p點(diǎn)的高度相同的位置。作一條從q到p的射線,會(huì)與三維物體的三角面片有零個(gè)或多個(gè)交點(diǎn),記交點(diǎn)與q點(diǎn)之間的距離為D={d1,d2,?,di},i=1,2,3,?D={d1,d2,?,di},i=1,2,3,?。用d記錄D的最大值,將其轉(zhuǎn)換為灰度值存在對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格像素中。當(dāng)D為空集合時(shí),d為 　　圖1柱面投影示意圖 　　在投影完成后,將圓柱側(cè)面在θ=0的角度展開(kāi)形成二維全景圖像,每個(gè)像素值對(duì)應(yīng)的是圓柱體側(cè)面網(wǎng)格點(diǎn)的像素值。選擇圓柱體的高度與三維物體相同,且在進(jìn)一步處理中,將全景圖減去其平均值再除以其標(biāo)準(zhǔn)偏差,可以使構(gòu)造的全景圖避免受到尺度變化的影響。

30、　　由于單個(gè)的柱面投影得到的全景圖不能表示物體形狀的全部信息,比如物體內(nèi)部凹陷部分,單從側(cè)面觀察就得不到凹陷信息。構(gòu)建全景圖時(shí),記平行于三維物體直立狀態(tài)的坐標(biāo)軸方向?yàn)閦軸,根據(jù)笛卡爾坐標(biāo)系,將每個(gè)三維模型分別從平行于*,y,z軸方向?qū)⒛Ｐ屯队暗揭粋€(gè)平行于物體主軸的圓柱體的側(cè)面,得到3幅全景圖。如圖2所示。 　　圖23個(gè)視角的全景圖 　　基于三視圖原理,三幅全景圖基本能描述三維物體的全部形狀信息。從每副全景圖提取出的二維特征都可以用來(lái)描述三維物體的形狀,當(dāng)同一物體具有多個(gè)描述符時(shí),有時(shí)也能得到好的結(jié)果,但仍然是低效不便的。所以需要將三幅全景圖提取的信息聚合成一個(gè)更為緊湊的三維形狀描述子。采用

31、三分支的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架,輸入三視角的全景圖進(jìn)行訓(xùn)練,從中提取特征。首先,將三個(gè)視角的全景圖輸入到訓(xùn)練框架的第一部分網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)分支中,在視圖池化層View-pooling層聚合成一個(gè)特征向量后傳入到下一層網(wǎng)絡(luò)2中。其中第一部分網(wǎng)絡(luò)所有的CNN分支的權(quán)重參數(shù)相同,可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明,將View-pooling層放置在最后的卷積層(conv5)附近,可以獲得最佳的分類(lèi)性能。View-pooling與ma*-pooling層和 　　ma*out層類(lèi)似,唯一區(qū)別是它們的維度不同。由于三分支卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架是有向無(wú)環(huán)圖,所以使用隨機(jī)梯度下降法與反向傳播方法進(jìn)行訓(xùn)練或微調(diào)。 　　4.4客

32、戶端（操作界面） 　　第五章市場(chǎng)前景 　　5.1時(shí)代背景 　　在垃圾強(qiáng)制分類(lèi)中，管理約束困難重重。社區(qū)個(gè)體人多，層次復(fù)雜，居住分散，難免出現(xiàn)監(jiān)管盲區(qū)。而就“執(zhí)法、取證”這兩個(gè)難題，就需要管理層必須加大執(zhí)法力度。垃圾強(qiáng)制分類(lèi)，是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，涉及面廣、頭緒多，監(jiān)管，執(zhí)法都面臨巨大困難，且執(zhí)法成本代價(jià)巨大。如今，大部分地區(qū)已經(jīng)到了從“鼓勵(lì)”到“強(qiáng)制”階段。但是如果不從建設(shè)垃圾分類(lèi)投放生態(tài)的高度加以落實(shí)，真正的垃圾強(qiáng)制分類(lèi)，就將遙遙無(wú)期。而最令人擔(dān)憂的，就是有法不依，使垃圾分類(lèi)的措施變成擺設(shè)，一旦如此，人們對(duì)垃圾強(qiáng)制分類(lèi)的關(guān)注度就會(huì)降低，當(dāng)垃圾分類(lèi)中的違規(guī)者“無(wú)痛感”時(shí)，那么要想推廣全民

33、垃圾分類(lèi)就難以進(jìn)行。 　　5.2當(dāng)前市場(chǎng)分析 　　目前社會(huì)上垃圾分類(lèi)設(shè)備主要還是傳統(tǒng)垃圾桶為主，主要是憑借群眾的自覺(jué)意識(shí)，在一些有強(qiáng)制管理垃圾分類(lèi)條例的地區(qū)，還會(huì)有專(zhuān)門(mén)的監(jiān)督員，定時(shí)定點(diǎn)監(jiān)督檢查居民垃圾投放。這樣的做法耗時(shí)耗力，給居民的生活帶來(lái)以前沒(méi)有的麻煩，增加生活壓力。在推行垃圾分類(lèi)的過(guò)程中還帶來(lái)了阻力。一些大型社區(qū)引進(jìn)智能垃圾分類(lèi)箱。這些設(shè)備成本高，操作復(fù)雜，并且還不能做到真正意義的智能垃圾分類(lèi)。相反使居民丟垃圾的過(guò)程變得耗時(shí)，失去了便利性。 　　5.3項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì) 　　我們的項(xiàng)目區(qū)域化垃圾分類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)，另辟蹊徑，沒(méi)有采用市場(chǎng)主流思想，研發(fā)智能垃圾分類(lèi)箱。而是從管理層次出發(fā)，面向

34、企事業(yè)單位及小區(qū)物業(yè)等封閉性區(qū)域范圍管理者，只需做到投放垃圾過(guò)程中，人物信息數(shù)據(jù)采集和判斷投放垃圾分類(lèi)是否準(zhǔn)確這兩個(gè)信息模塊。這樣垃圾分類(lèi)監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)于智能垃圾箱技術(shù)難度下降，成本縮小，更利于推廣普及。解決掉當(dāng)前時(shí)代背景下管理階級(jí)執(zhí)行，取證這兩個(gè)難題，建立起完善的獎(jiǎng)懲措施，主觀上培養(yǎng)居民垃圾分類(lèi)意識(shí)。有利于各企事業(yè)單位及小區(qū)物業(yè)響應(yīng)政府號(hào)召，降低垃圾分類(lèi)推廣難度，共同構(gòu)建和諧社會(huì)。 　　第六章總結(jié)與展望 　　區(qū)域化垃圾分類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，在解決垃圾分類(lèi)問(wèn)題上另辟蹊徑，以解決管理難為目的提供方案。同時(shí)還彌補(bǔ)了市場(chǎng)上現(xiàn)有的智能分類(lèi)垃圾桶操作復(fù)雜，使用耗時(shí)的不足，提高了用戶體驗(yàn)，還以配套生態(tài)增

35、強(qiáng)了大家垃圾分類(lèi)意識(shí)的主動(dòng)性，且以成本低，安裝方便為優(yōu)點(diǎn)更易于推廣普及。經(jīng)我們團(tuán)隊(duì)調(diào)研分析，目前市場(chǎng)上沒(méi)有同類(lèi)產(chǎn)品，且與當(dāng)前相似產(chǎn)品（智能分類(lèi)垃圾桶）的面向客戶存在差異，這有利于我們的項(xiàng)目進(jìn)入市場(chǎng)并取得市場(chǎng)份額。但同時(shí)，區(qū)域化垃圾分類(lèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)還處于測(cè)試階段，還需要克服一些技術(shù)問(wèn)題和仍繼續(xù)壓縮成本空間以增強(qiáng)項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)力。 　　在未來(lái)，我們?cè)趽碛休^大用戶數(shù)量的優(yōu)勢(shì)前提下，開(kāi)發(fā)延伸功能，進(jìn)行我們團(tuán)隊(duì)的生態(tài)建設(shè)。一，以大數(shù)據(jù)技術(shù)分析用戶使用數(shù)據(jù)，上線用戶當(dāng)日垃圾制造總量預(yù)測(cè)，完善管理制度，防止群眾垃圾私自處理，更好的建設(shè)垃圾分類(lèi)投放生態(tài)。 　　二，擴(kuò)大識(shí)別范圍，更新傳感器設(shè)施，開(kāi)放對(duì)垃圾中敏

36、感信息檢測(cè)，如兇器，贓物進(jìn)行甄別，加強(qiáng)區(qū)域治安建設(shè)，構(gòu)建和諧社會(huì)。日后還會(huì)結(jié)合氣味傳感器等技術(shù)，配套其他硬件設(shè)備，對(duì)垃圾桶周?chē)目諝鈹?shù)據(jù)進(jìn)行分析，主動(dòng)凈化空氣質(zhì)量、處理一些火災(zāi)等其他險(xiǎn)情，保障社區(qū)居民生活幸福度。 　　第三，在以獲得足夠資金支持的前提下，我們將會(huì)進(jìn)一步完善開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能，當(dāng)?shù)玫酱蠓秶茝V時(shí)，可以考慮利用用戶優(yōu)勢(shì)，發(fā)展到公共場(chǎng)所，將業(yè)務(wù)從封閉式環(huán)境擴(kuò)展到開(kāi)放式環(huán)境中； 　　也可以考慮納入征信系統(tǒng)代替積分系統(tǒng)，更好的引導(dǎo)人們進(jìn)行垃圾分類(lèi)，建設(shè)垃圾分類(lèi)投放生態(tài)。 　　參考文獻(xiàn) 史秋陽(yáng),李浩,石鳳蕊,楊凱凡.基于近紅外結(jié)構(gòu)光與可見(jiàn)光的三維人臉識(shí)別算法[J].無(wú)線互聯(lián)科技,2019,16(04):124-125. 黃寧寧,方美娥.基于多視角的深度全景圖的三維形狀識(shí)別[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2019,39(02):35-39. 馬千里.LED燈光遠(yuǎn)程分布式控制系統(tǒng)——基于GPRS和ZigBee技術(shù)[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,20**(16):39-40. 潘磊，尹義龍，李徐周.基于得分的近紅外線與可見(jiàn)光圖像融合算法[J].計(jì)算機(jī)工程，20**(4):226-230. 李杰.可見(jiàn)光/近紅外人臉識(shí)別方法的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京交通大學(xué),20**.