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一、文献综述 （一）国内外研究现状ensp; 国内研究现状 我国生活垃圾管理的研究和技术应用始于20世纪80年代末，最开始以垃圾的末端处理和处置为主，到了90年代末，生活垃圾管理逐步从末端处理发展到全过程处理，从单一处理的方式发展到具有紧密的综合处理体系。生活垃圾分类的概念也在上世纪90年代末进入中国，这对中国人来说已不再陌生。但当这些政策真正实施时，情况却并不乐观。目前，我国生活垃圾分类的各环节基本比较混乱。据调查显示, 目前我国有1/3以上的城市面临着“垃圾围绕”的问题[6]。2019年，上海市发布了《上海市生活垃圾管理条例》这一政策，对垃圾分类进行政策化，法律化。人民群众在政策的指引下，根据不同城市的不同现状实际，采取不同的垃圾分类管理方法，能够有效的解决城市生活垃圾管理困难的问题，为垃圾分类管理的未来发展提供帮助。我国关于生活垃圾管理方面的研究和技术应用主要从20世纪80年代末开始,最初重点关注垃圾的末端处理处置到90年代后期,生活垃圾管理逐渐由末端处置向全过程方向延仲、由单一处理方式向综合处理系统方向发展。生活垃圾分类的概念也是在上世纪90年代末进入中国,对国人而言己不再陌生:但真正落实起来,情况却不容乐观,目前我国生活垃圾在所有链条中的分类情况几乎都很混乱。中国经济向发达国家迅速靠拢的同时,环境水平却与世界上最贫穷的国家近似。中国计算机学会青年计算机科技论坛于2004年11月在北京召开了中国第一次关于Wireless sensor network的专题报告会。讨论了Wireless sensor network技术及其在中国的发展问题。2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术定义了3个前沿方向，其中2个与无线传感器网络的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术。 国外研究现状 美国：垃圾公司深入乡村 具体来说美国对垃圾分类收集问题,采取大类粗分与部分居民分类相结合的方式。约有的居民垃圾只分两类收集，一类是资源垃圾（玻璃、金属、塑料、纸类），另一类是其他垃圾。另外，美国政府办公和校园垃圾，对园林垃圾、餐厨垃圾、建筑垃圾等分别组织回收利用[7]。 日本：各种垃圾分类回收 在日本，垃圾分类非常清楚，能回收的垃圾与生活垃圾都分开投放，各放其箱。 在有些地方每周回收不同的垃圾，包括玻璃制品、不燃物质(塑料、橡胶、皮革等)、金属、家电等。这样的好处是，垃圾车装运同一种垃圾，可直接送到处理厂去处理，省工、省时[7]。 在日本,用于运送垃圾的垃圾车，一般都是加压式、封闭式的，垃圾在装车的过程中可以被自动压实，比如,易拉罐之类的废弃物可以被压扁成片状。 一般的在线检测系统，检测数据相对单一，不能满足多成分分析的需要；对于一些大型的在线检测系统，虽然能满足实时检测和精度要求，但系统体积庞大、投资多，难推广使用，并且国内很多在线检测系统，对检测到的数据缺乏综合利用和管理，不能很好地为工艺和装置的优化节能及节能减耗改造服务[5]。基于8位、16位单片机采集，处理能力较差，模块功能较弱的缺点，在中高端市场缺乏竞争力[6]。 （二）研究主要成果 无线传感器数据采集传输系统，可以实现对温度，压力，气体，温湿度，液位，流量，光照，降雨量，振动，转速等数据参数的实时采集，无线传输，无线监控与预警。在实际应用中，无线传感器数据采集传输系统常见的有信立XL农业物联网智能大棚环境监控系统，智慧养殖环境监控系统，智慧管网管沟监控系统等 无线传感器数据采集传输系统，比较常用的的无线数据传输组网技术包括433MHZ，Zigbee（2.4G），运营商网络（GPRS）等三种方式，其中433MHZ，Zigbee（2.4G）属于近距离无线通讯技术，并且都使用ISM免执照频段。 1、基于Zigbee（2.4G）的智能传感网络 ZigBee的特点是低功耗、高可靠性、强抗干扰性，布网容易，通过无线中继器可以非常方便地将网络覆盖范围扩展至数十倍，因此从小空间到大空间、从简单空间环境到复杂空间环境的场合都可以使用。但相比于WiFi技术，Zigbee是定位于低传输速率的应用，因此Zigbee显然不适合于高速上网、大文件下载等场合。对于餐饮行业的无线点餐应用，由于其数据传输量一般来说都不是很大，因此Zigbee技术是非常适合该应用的。 2、基于433MHz的智能传感网络 433MHz技术使用433MHz无线频段，因此相比于WiFi和Zigbee，433MHz的显著优势是无线信号的穿透性强、能够传播得更远。但其缺点也是很明显的，就是其数据传输速率只有9600bps，远远小于WiFi和Zigbee的数据速率，因此433Mhz技术一般只适用于数据传输量较少的应用场合。从通讯可靠性的角度来讲，433Mhz技术和WiFi一样，只支持星型网络的拓扑结构，通过多基站的方式实现网络覆盖空间的扩展，因此其无线通讯的可靠性和稳定性也逊于Zigbee技术。另外，不同于Zigbee和WiFi技术中所采用的加密功能，433Mhz网络中一般采用数据透明传输协议，因此其网络安全可靠性也是较差的。 3、基于运营商的智能传感网络 GPRS无线传输设备主要针对工业级应用，是一款内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Modem，采用GSM/GPRS网络为传输媒介，是一款基于移动GSM短消息平台和GPRS数据业务的工业级通讯终端。它利用GSM 移动通信网络的短信息和GPRS业务为用户搭建了一个超远距离的数据传输平台。 在系统开发过程中，视觉识别需要结合图像采集、数据处理等技术，技术难度大且对PC终端处理器设备的要求高，虽然有更加广泛的应用范围和技术基础，但其成本和京精度正比，让很多简单的系统研发者望而却步。因此，对于部分重要数据（1.垃圾箱剩余空间2.垃圾投放时间检测3.读取垃圾箱的类别。）的定时检测传输充分体现出原理简单、可控性高、成本低、移植简单的特点，成为研发人员的优先选择。实时数据回传，并将各项数据正确地显示在后台，能实现人机交互。组建网络，完成三个站点，每个站点包含6个传感器的网络搭建。通过网络节点，以图示或数据显示的方式来展示检测数据。 （三）发展趋势 1.微型化 在现有的条件下，设计出的垃圾桶监测节点包括了超声波测距模块，一个时钟模块用于确定实时时间并反馈。整个监测节点的体积较大，还不符合实际应用的场景，在很多不同场景的实际使用中也会受到很大的限制。在确保性能的前提下，整个测距节点的体积需要经行进一步缩小，用于测距的模块的测量广角增大，以此来适应各种不同的应用场景，以及减少各种外界因素对于整个测距节点的干扰甚至损坏。 2.节能化与可持续能源 在4.2中的不足之处中曾经提到，当使用可充电电池进行供电时，一次充电的最大工作时间约为10个小时，这对于需要24小时保持工作状态的测距节点以及协调器节点来说是不足够的，对此首先需要使得整个测距的节点的模块设计更为简单化，去除多余的模块，只保留必要的工作模块。除此之外可以考虑能源的可持续化，比如加入一个小型太阳能发电模块来分担供电的压力。找到节点微型化与所需要增加的模块的平衡点，使得整个模块更加符合实际不同场合的应用。 3.数据传输 在现有的节点模块设计中，为保持数据的精确、及时的传输，也由于天线接收范围的限制，协调器节点与监测节点之间的距离应在15米的范围之内，才能保证整个系统的正确、高效的运行。本系统目前虽然还没有设计上位机，建立数据库对于监测的数据进行有效的录入和处理，但是当系统需要应用于实际场合时，这是不可或缺的一部分。因此数据传输的精度、速度、频率都是非常重要的。因此需要通过优化算法、硬件设备的测量精确度，提高软件计算的速度，并降低硬件处理时产生的误差问题，使得数据的传输更加的高效、合理。 4.智能化 目前本垃圾分类监测系统仅能判断垃圾箱的剩余空间，垃圾投放的时间等，对于垃圾箱类别的判段主要来自于前期的软件系统设计。而在垃圾分类工作的进一步开展中，这并不足以满足所有的要求。仅能判断垃圾箱的剩余空间和垃圾箱的类别信息，并无法对于错误投放产生的问题进行监测和防范，但这些要求在整个工作的开展中却是不可避免会碰到的严峻问题。所以随着现代技术的不断发展，图像识别已经在各种智能机器中开始出现，如自动售货机已经可以通过视觉判断内部的产品来自动识别产品信息，并可以无需手动操作自动根据所取的商品进行自动付款。所以图像识别技术应用与垃圾分类的领域也是极有可能的智能化发展方向。这能够极大程度上对于垃圾的错误投放文件进行监测和防范。 （四）存在的问题 1.硬件器件存在误差 影响测量结果的重要因素之一，就是硬件器件的测量误差，包括测量的精度、数据处理的效率、数据传输的准确度等，无论是传感器采集的数据，还是硬件电路实际的输入输出，都会产生一定的误差。当有物体直接接触到超声波传感器时，传感器将无法正确读取到正确的当前距离，在协调器节点上只会显示剩余空间为99%,与实际的情况不符，且使得使用者无法正确的了解到当前实时的情况。 2.传感器使用寿命的隐患。 由于使用环境复杂，如果整个垃圾箱监测节点依然处于裸露在外的情况下，有可能导致垃圾投放时，接触或者撞击到传感器模块，甚至整个节点，物理撞击可能导致传感器模块以及其他模块受损故障。所以还需要将整个垃圾桶监测节点小型化，甚至与垃圾箱成为一体。 3.成本问题 每个节点的成本较高，垃圾分类是一个重大的工程，真正实施时需要非常多的点位，所以在普及性上仍有不足，需要进一步改进并降低成本。 4.数据传输距离 为了保证数据传输的及时与准确性，监测节点与协调器节点之间的距离最好不超过15米，这就决定了在协调器节点上观察数据时，协调器节点的位置与监测节点的距离不是特别远。如果在下一步的发展中完成协调器与上位机的数据传输，天线的数据传输距离会限制需要比较大范围监测，具有多个点位且每个点位需要多个监测节点的情况。 5.应用场景的不足 在实验的过程中我发现，很多地区用于开展垃圾分类工作的垃圾箱为翻盖式，这就对于整个垃圾桶监测节点的安装以及使用产生了比较重大的问题。对此我初步的想法是将其安装在翻盖与垃圾箱的连接处，在未来的发展中，可以使用测量广角更大的超声波测距模块，以此来优化整个监测节点的安装位置，以此来适应不同的应用场景。 6.供电问题 根据实验测出，当使用三节可充电电池供电时，一次充电可供监测节点工作10个小时左右，所以供电问题也是决定整个垃圾分类监测系统使用的关键问题。需要更加节能的各个模块，以及更为省电的节点，或者可以使用太阳能充电。 3．参考文献（15篇以上，其中英文至少2篇） 参考文献
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三、起止日期及进度安排（包括论文各阶段的内容和时间安排的要求）
四、系主任审查意见：
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资料编号：[273487]
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