CN109720756A - 一种智能垃圾分类回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能垃圾分类回收系统，包括垃圾回收终端、远程监控终端、无线传感器网络子系统以及设置于各个垃圾收集点的垃圾分类回收桶，所述无线传感器网络子系统包括设置于各垃圾分类回收桶的传感器节点和与所述远程监控终端通信连接的汇聚节点，所述传感器节点在当垃圾量达到或超出预设值时，向汇聚节点发送包含量满信号和位置信息的垃圾量监测数据，汇聚节点将接收的垃圾量监测数据发送至远程监控终端；所述远程监控终端与所述垃圾回收终端通信连接，生成垃圾装运操作信息和位置信息，选择相应的垃圾分类回收车型号，并将垃圾装运操作信息和位置信息以及该垃圾分类回收车型号发送至所述垃圾回收终端。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，具体涉及一种智能垃圾分类回收系统。
背景技术
相关技术中的环卫管理的模式都较为传统，大部分处理垃圾的方法是每天固定时间由垃圾车到各个垃圾桶或垃圾池收集垃圾，但是由于对每个垃圾桶产生的垃圾的量的信息掌握少，有些垃圾桶还未到收集时间就已经收满垃圾，反之有些垃圾桶放置一天也收不满垃圾，这样就会耗费环卫工人大量精力去巡逻。
无线传感器网络是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种智能垃圾分类回收系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种智能垃圾分类回收系统，包括垃圾回收终端、远程监控终端、无线传感器网络子系统以及设置于各个垃圾收集点的垃圾分类回收桶，所述无线传感器网络子系统包括设置于各垃圾分类回收桶的传感器节点和与所述远程监控终端通信连接的汇聚节点，所述传感器节点用于监测所在垃圾分类回收桶内的垃圾量，当垃圾量达到或超出预设值时，向汇聚节点发送包含量满信号和位置信息的垃圾量监测数据，汇聚节点将接收的垃圾量监测数据发送至远程监控终端；所述远程监控终端与所述垃圾回收终端通信连接，生成垃圾装运操作信息和位置信息，选择相应的垃圾分类回收车型号，并将垃圾装运操作信息和位置信息以及该垃圾分类回收车型号发送至所述垃圾回收终端。
在一种能够实现的方式中，所述传感器节点包括用于监测垃圾分类回收桶体内的垃圾量的传感器单元和用于定位的GPS单元。
在一种能够实现的方式中，所述传感器节点还包括与传感器单元连接的供电单元，所述供电单元用于为传感器单元提供电力支持。
在一种能够实现的方式中，所述传感器单元为应变片、载荷传感器或红外对射型传感器。
本发明的有益效果为：通过对垃圾分类回收桶是否装满分别进行检测，并利用无线传感器网络进行整合，当垃圾分类回收桶的垃圾装满时，传感器节点将量满信号发送给汇聚节点，最终发送到远程监控终端，实现了垃圾分类回收桶的垃圾装载信息的统计；环卫工人可以通过垃圾回收终端获得垃圾装运操作信息和位置信息以及该垃圾分类回收车型号，有利于使人力资源和车辆资源配置最优化，节能高效。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的一种智能垃圾分类回收系统的结构示意图；
图2是本发明一个示例性实施例的传感器节点的结构示意图。
附图标记：
垃圾回收终端1、远程监控终端2、无线传感器网络子系统3、垃圾分类回收桶4、传感器单元10、GPS单元20、供电单元30。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例的一种智能垃圾分类回收系统，包括垃圾回收终端1、远程监控终端2、无线传感器网络子系统3以及设置于各个垃圾收集点的垃圾分类回收桶4，所述无线传感器网络子系统3包括设置于各垃圾分类回收桶4的传感器节点和与所述远程监控终端2通信连接的汇聚节点，所述传感器节点用于监测所在垃圾分类回收桶4内的垃圾量，当垃圾量达到或超出预设值时，向汇聚节点发送包含量满信号和位置信息的垃圾量监测数据，汇聚节点将接收的垃圾量监测数据发送至远程监控终端2；所述远程监控终端2与所述垃圾回收终端1通信连接，生成垃圾装运操作信息和位置信息，选择相应的垃圾分类回收车型号，并将垃圾装运操作信息和位置信息以及该垃圾分类回收车型号发送至所述垃圾回收终端1。
在一种实施方式中，所述的垃圾回收终端1为由环卫工人手持的移动终端。
在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述传感器节点包括用于监测垃圾分类回收桶4体内的垃圾量的传感器单元10和用于定位的GPS单元20。进一步地，所述传感器节点还包括与传感器单元10连接的供电单元30，所述供电单元30用于为传感器单元10提供电力支持。
在一种能够实现的方式中，所述传感器单元10为应变片、载荷传感器或红外对射型传感器。
本发明上述实施例通过对垃圾分类回收桶4是否装满分别进行检测，并利用无线传感器网络进行整合，当垃圾分类回收桶4的垃圾装满时，传感器节点将量满信号发送给汇聚节点，最终发送到远程监控终端2，实现了垃圾分类回收桶4的垃圾装载信息的统计；环卫工人可以通过垃圾回收终端1获得垃圾装运操作信息和位置信息以及该垃圾分类回收车型号，有利于使人力资源和车辆资源配置最优化，节能高效。
在一个实施例中，初始时传感器节点将自己的发送距离调至最大，若传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的垃圾量监测数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的垃圾量监测数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将垃圾量监测数据发送至汇聚节点；设邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点，网络初始时，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息，构建邻居节点集，并从其邻居节点集中选择相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为备选节点，为每个备选节点分配优先级；传感器节点选择下一跳节点时，向其各备选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后，在向其发送反馈消息的备选节点中选择优先级最大的备选节点作为下一跳节点，其中备选节点在接收到所述请求消息后根据自身资源情况确定是否向该传感器节点发送所述反馈消息；传感器节点按照下列公式为每个备选节点分配优先级：
式中，Gij为传感器节点i的备选节点j的优先级，D(i,j)为传感器节点i与该备选节点j的距离，D(i,k)为传感器节点i与其第k个备选节点的距离，D(j,s)为该备选节点j与汇聚节点的距离，D(k,s)为所述第k个备选节点与汇聚节点的距离，ni为传感器节点i的备选节点数量，Ni为传感器节点i的邻居节点数量，Nj为所述备选节点j的邻居节点数量，Ni∩Nj为传感器节点i与备选节点j所拥有的共同邻居节点的数量，α1、α2为预设的影响因子，满足α1+α2＝1；β1、β2为预设的权重系数，满足β1+β2＝1。
本实施例中传感器节点将相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为备选节点，构建作为下一跳节点候选的备选节点集，限制了传感器节点至汇聚节点的路由路径的长度和方向，保障了垃圾量监测数据的单向传输。
本实施例创新性地设定了优先级的指标，传感器节点选择下一跳节点时，向其各备选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后，在向其发送反馈消息的备选节点中选择优先级最大的备选节点作为下一跳节点，有利于传感器节点尽可能选择关联性较少的备选节点，并尽可能地缩短传感器节点至汇聚节点的路由路径长度，从而减少垃圾量监测数据传输的能耗，进一步延长无线传感器网络的寿命。
在一个实施例中，所述请求消息包括传感器节点为备选节点分配的优先级信息，备选节点在接收到所述请求消息后根据自身资源情况确定是否向该传感器节点发送所述反馈消息，包括：
(1)备选节点在接收到所述请求消息后计算自己的中继能力值：
式中，Qj为备选节点j的中继能力值，Kj为备选节点j的缓存列表中的垃圾量监测数据包数量，ET为预设的转发一个垃圾量监测数据包的能耗，Ej为备选节点j的当前剩余能量，LT为预设的为一个垃圾量监测数据包服务所消耗的带宽，Lj为备选节点j的当前剩余带宽，Gij为备选节点j的优先级；λ1、λ2为预设的影响因子，满足λ1+λ2＝1；
(2)若备选节点j向传感器节点i发送所述反馈消息，若备选节点j丢弃该请求消息，其中Gik为传感器节点i的第k个备选节点的优先级，ni为传感器节点i的备选节点数量，与预设阈值系数，的取值范围为[0.4,0.6]。
本实施例为备选节点衡量自己的资源情况设定了中继能力值的指标，备选节点在接收到所述请求消息后根据中继能力值是否满足一定的条件，来确定是否向该传感器节点发送所述反馈消息，有利于有效保证传感器节点的下一跳节点可以有足够的资源执行垃圾量监测数据转发的任务，提高了垃圾量监测数据传输的可靠性，同时有益于均衡网络中各传感器节点的资源。本实施例根据能量消耗情况和带宽消耗情况设定了中继能力值的计算公式，使得中继能力值能够有效地反映备选节点的资源利用情况，进而有效反映备选节点的转发垃圾量监测数据的能力。
在一个实施例中，传感器节点按照下列公式定期更新自己的发送距离：
式中，Ri(t)为传感器节点i在第t个周期更新的发送距离，Ri(t-1)为传感器节点i在第t-1个周期更新的发送距离，Ei为传感器节点i的当前剩余能量，Ei0为传感器节点i的初始能量，Emin为预设的能量下限，为取整函数，表示对取整，ρ为预设的基于能量的衰减系数，ρ的取值范围为[0.4,0.6]。
本实施例基于传感器节点的能量设定了发送距离的计算公式，创新性地为传感器节点发送垃圾量监测数据的路由方式选择给出了较好的衡量标准，即传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的垃圾量监测数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的垃圾量监测数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将垃圾量监测数据发送至汇聚节点。传感器节点基于发送距离选择合适的路由方式，有利于减少传感器节点发送垃圾量监测数据的能量消耗，避免传感器节点因能量快速消耗而失效，保障无线传感器网络中路由的稳定性。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种智能垃圾分类回收系统，其特征是，包括垃圾回收终端、远程监控终端、无线传感器网络子系统以及设置于各个垃圾收集点的垃圾分类回收桶，所述无线传感器网络子系统包括设置于各垃圾分类回收桶的传感器节点和与所述远程监控终端通信连接的汇聚节点，所述传感器节点用于监测所在垃圾分类回收桶内的垃圾量，当垃圾量达到或超出预设值时，向汇聚节点发送包含量满信号和位置信息的垃圾量监测数据，汇聚节点将接收的垃圾量监测数据发送至远程监控终端；所述远程监控终端与所述垃圾回收终端通信连接，生成垃圾装运操作信息和位置信息，选择相应的垃圾分类回收车型号，并将垃圾装运操作信息和位置信息以及该垃圾分类回收车型号发送至所述垃圾回收终端。
2.根据权利要求1所述的一种智能垃圾分类回收系统，其特征是，初始时传感器节点将自己的发送距离调至最大，若传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的垃圾量监测数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的垃圾量监测数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将垃圾量监测数据发送至汇聚节点；设邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点，网络初始时，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息，构建邻居节点集，并从其邻居节点集中选择相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为备选节点，为每个备选节点分配优先级；传感器节点选择下一跳节点时，向其各备选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后，在向其发送反馈消息的备选节点中选择优先级最大的备选节点作为下一跳节点，其中备选节点在接收到所述请求消息后根据自身资源情况确定是否向该传感器节点发送所述反馈消息；传感器节点按照下列公式为每个备选节点分配优先级：
式中，Gij为传感器节点i的备选节点j的优先级，D(i，j)为传感器节点i与该备选节点j的距离，D(i，k)为传感器节点i与其第k个备选节点的距离，D(j，s)为该备选节点j与汇聚节点的距离，D(k，s)为所述第k个备选节点与汇聚节点的距离，ni为传感器节点i的备选节点数量，Ni为传感器节点i的邻居节点数量，Nj为所述备选节点j的邻居节点数量，Ni∩Nj为传感器节点i与备选节点j所拥有的共同邻居节点的数量，α1、α2为预设的影响因子，满足α1+α2＝1；β1、β2为预设的权重系数，满足β1+β2＝1。
3.根据权利要求2所述的一种智能垃圾分类回收系统，其特征是，所述请求消息包括传感器节点为备选节点分配的优先级信息，备选节点在接收到所述请求消息后根据自身资源情况确定是否向该传感器节点发送所述反馈消息，包括：
(1)备选节点在接收到所述请求消息后计算自己的中继能力值：
式中，Qj为备选节点j的中继能力值，Kj为备选节点j的缓存列表中的垃圾量监测数据包数量，ET为预设的转发一个垃圾量监测数据包的能耗，Ej为备选节点j的当前剩余能量，LT为预设的为一个垃圾量监测数据包服务所消耗的带宽，Lj为备选节点j的当前剩余带宽，Gij为备选节点j的优先级；λ1、λ2为预设的影响因子，满足λ1+λ2＝1；
(2)若备选节点j向传感器节点i发送所述反馈消息，若备选节点j丢弃该请求消息，其中Gik为传感器节点i的第k个备选节点的优先级，ni为传感器节点i的备选节点数量，与预设阈值系数，的取值范围为[0.4，0.6]。
4.根据权利要求2或3所述的一种智能垃圾分类回收系统，其特征是，所述传感器节点包括用于监测垃圾分类回收桶体内的垃圾量的传感器单元和用于定位的GPS单元。
5.根据权利要求4所述的一种智能垃圾分类回收系统，其特征是，所述传感器节点还包括与传感器单元连接的供电单元，所述供电单元用于为传感器单元提供电力支持。
6.根据权利要求4所述的一种智能垃圾分类回收系统，其特征是，所述传感器单元为应变片、载荷传感器或红外对射型传感器。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190507 |
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