一种城市垃圾量实时监测方法

本发明涉及智慧市政领域，具体地说，是利用图像识别的相关算法对城市垃圾桶内的垃圾量进行实时识别计算。

背景技术：

随着经济的飞速发展，城市生活垃圾总量也呈逐年增长的趋势，人们大量地消耗资源，大规模生产，大量地消费并产生更多废弃物，使得当今社会对于资源的可持续发展越来越重视。垃圾处理是社会的责任，如何高效地进行垃圾转运工作是当下面临的重要问题，而城市实时垃圾量的有效监控是实现高效地垃圾转运的前提，基于此，需要提出有效的城市实时垃圾量的计算方法。

垃圾量的实时统计工作量大，统计困难。现有的市政工程中关于垃圾量的统计方法多集中于在垃圾转运车上装载计量装置，该种方法时效性差，无法获得城市实时垃圾量的信息。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种城市垃圾量实时监测方法，解决现有技术中垃圾量的实时统计工作量大，统计困难的问题。

本发明的技术方案为：

一种城市垃圾量实时监测方法,首先利用安装在垃圾桶上的摄像头获取垃圾桶内的垃圾的实时图像；其次，利用图像识别相关算法对图像进行解析处理，然后计算垃圾桶内的垃圾量，得到该时刻城市的实时垃圾量后将计算数据反馈给垃圾桶或调度中心，以供决策。

所述垃圾桶包括桶体、位于桶体内的垃圾桶、太阳能电池板、电源、保护壳、分类标签、显示屏、控制器、摄像头、闪光灯和通信模块，所述太阳能电池板置于保护壳上方，通过接线柱与电源相连并为其供电；所述电源为可充电电池，置于保护壳内，为显示屏、控制器、摄像头、通信模块供电；所述分类标签贴于保护壳表面；所述显示屏设置于垃圾桶正前方，可显示通讯信息或广告；所述控制器置于保护壳下方左侧；所述摄像头为微型摄像头，置于保护壳下方中心位置，与通信模块相连；所述闪光灯为拍照补光设备，与摄像头同时工作；所述摄像头将采集到的图像通过通信模块无线传递给服务器，通信模块置于保护壳下方右侧；显示屏、摄像头、通信模块均与控制器相连；系统中的服务器处理由终端传来的图像信息后，可将处理结果反馈给终端或调度中心。

所述通信模块为基于gprs的远程数据传输模块。

所述图像解析处理过程为：

(1)对彩色图像进行直方图均衡化处理；即使采用了闪光灯补光的方式，由于垃圾桶深度较深且垃圾桶往往套有黑色塑料袋，所以拍到的图片较暗，需要增强图片的对比度以利于边缘识别；

(2)高斯滤波图像去噪；用高斯平滑滤波器卷积扫描图像中的每一个像素，用某像素邻域内像素的加权平均灰度值替代模板中心像素点的值，二维高斯函数形式如式1，高斯内核设置如式2；

(3)计算梯度幅值和方向；图像的每一个像素的横向及纵向梯度近似值用式(3)计算，其中gx、gy为sobel算子；梯度方向用式(4)计算；

(4)非极大值抑制；利用(3)中得到的梯度幅值，找到方向角上最大的点，再将此梯度幅值矩阵中的其他非边缘点抑制为0；

(5)设置两个阈值：高阈值和低阈值，检测和连接边缘。

所述计算具体过程为：

(1)对处于图像高度方向中点处的所有像素分别进行正向和反向遍历，分别记录第一个像素值为255的像素点的横坐标，记为lp、rp；

(2)对处于图像宽度方向中点处的所有像素分别进行正向和反向遍历，分别记录第一个像素值为255的像素点的纵坐标，记为up、dp；

(3)记图像宽、高为别为w、h，垃圾桶容积为v，则用式(5)计算垃圾量v；

本发明有益效果：

(1)本发明利用现在已经较为成熟的图像处理技术，通过处理终端采集到的图像信息，可以获得城市实时垃圾量数据，为城市实时垃圾量统计和垃圾转运工作提供便利，大大提升市政工作的效率；

(2)本发明中垃圾桶上的显示屏可用来显示广告，能有效增加收益。

附图说明

图1是垃圾桶结构示意图；

图2是垃圾桶正视图；

图3是垃圾桶侧视图；

图4是系统工作原理图；

附图标记：1-太阳能电池板，2-接线柱，3-电源，4-控制器，5-摄像头，6-闪光灯，7-通信模块，8-显示屏，9-分类标签，10-保护壳，11-门扣手，12-支架，13-安装框架，14-服务器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

系统终端的垃圾桶包括桶体、位于桶体内的垃圾桶、太阳能电池板1、电源3、保护壳10、分类标签9、显示屏8、控制器4、摄像头5、闪光灯6和通信模块7，太阳能电池板1置于保护壳上方，通过接线柱与电源3相连并为其供电；电源为可充电电池，置于保护壳10内，为显示屏8、控制器4、摄像头5、通信模块7供电；所述分类标签9贴于保护壳10表面；显示屏8设置于垃圾桶正前方，可显示通讯信息或广告；所述控制器4置于保护壳10下方左侧；所述摄像头5为微型摄像头，置于保护壳10下方中心位置，与通信模块7相连；所述闪光灯6为拍照补光设备，与摄像头同时工作；通信模块7为基于gprs的远程数据传输模块，可与服务器14之间传输信息，通信模块7置于保护壳下方右侧；显示屏8、摄像头5、通信模块6均与控制器4相连。系统中的服务器14处理由终端传来的图像信息后，可将处理结果反馈给终端或调度中心。

对于系统终端垃圾桶，其上所贴分类标签9可由使用者更换，标签内容包括但不限于“可回收垃圾”、“有害垃圾”、“厨余垃圾”。

摄像头5的拍照范围应能恰好拍到桶体内垃圾桶顶部边缘；

系统工作时，置于室外的垃圾桶可接收到光照，太阳能电池板1接收光照为电源3充电，电源3为显示屏8、控制器4、摄像头5、闪光灯6、通信模块7供电；

控制器4中控制闪光灯6工作的程序可以设置为与拍照频率一致，如每隔15分钟工作一次；

控制器4中控制摄像头5拍照的程序可以设置拍照频率，如每隔15分钟拍照一次；

摄像头5将采集到的图像通过通信模块7无线传递给服务器14；

本例中通信模块7采用gprs通信模块；

服务器14对图像信息进行处理并计算：

其具体处理过程为：

1.对彩色图像进行直方图均衡化处理。即使采用了闪光灯补光的方式，由于垃圾桶深度较深且垃圾桶往往套有黑色塑料袋，所以拍到的图片较暗，需要增强图片的对比度以利于边缘识别，本例中该功能借助opencv库中equalizehist函数实现；

2.高斯滤波图像去噪。用高斯平滑滤波器卷积扫描图像中的每一个像素，用某像素邻域内像素的加权平均灰度值替代模板中心像素点的值，二维高斯函数形式如式1，高斯内核设置如式2；

3.计算梯度幅值和方向。图像的每一个像素的横向及纵向梯度近似值用式(3)计算，其中gx、gy为sobel算子；梯度方向用式(4)计算；

4.非极大值抑制。利用3中得到的梯度幅值，找到方向角上最大的点，再将此梯度幅值矩阵中的其他非边缘点抑制为0；

5.设置两个阈值(高阈值和低阈值)检测和连接边缘。本例中低阈值设为50，高阈值设为300。

其具体计算过程为：

1.对处于图像高度方向中点处的所有像素分别进行正向和反向遍历，分别记录第一个像素值为255的像素点的横坐标，记为lp、rp；

2.对处于图像宽度方向中点处的所有像素分别进行正向和反向遍历，分别记录第一个像素值为255的像素点的纵坐标，记为up、dp；

3.记图像宽、高为别为w、h，垃圾桶容积为v，则用式(5)计算垃圾量v。

服务器将垃圾量信息反馈给终端垃圾桶或者调度中心；

垃圾桶上的通信模块接收到信息后将信号传递给控制器，控制器控制显示屏显示该垃圾桶内的垃圾量。

本发明并不局限于实施例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的。本发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围之内。