CN113320852B - 一种基于超声波的垃圾容量监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声波的垃圾容量监控系统及方法，包括信息数据存储模块、投放方式选择模块、垃圾称重模块、垃圾桶容量检测模块、温度检测模块、三维模型建立模块、垃圾满溢预警模块、信息接收模块、回收路线规划模块，本发明的有益效果在于：通过超声波探头测得时长数据，根据时长数据、温度、超声波的传播速度计算得到距离数据，并根据距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型，从而计算垃圾体积，以获得当前垃圾桶内的垃圾容量百分比，通过容量检测结果判断当前垃圾桶内是否出现满溢情况，根据满溢预警信息智能生成垃圾回收路线，使得回收人员能够及时获取垃圾桶的存放信息，能够及时对其进行清理。

Description

一种基于超声波的垃圾容量监控系统及方法

技术领域

本发明涉及超声波技术领域，具体为一种基于超声波的垃圾容量监控系统及方法。

背景技术

垃圾桶作为人们生活的必要基础设施之一，在日常生活中随处可见。

垃圾桶作为生活垃圾的临时存放设施，负责存放每天产生的大量生活垃圾，但是这些垃圾需要保洁人员的及时清理，若是无法及时清理，势必会造成垃圾桶满溢以及垃圾桶周围都是生活垃圾的情况，这样一来，不仅影响城市道路美观，也会因为垃圾大量堆放而产生细菌、蚊虫，但是工作人员无法及时知晓什么地方的垃圾桶满了，所以无法针对性的去清理。

基于上述问题，亟待提出一种基于超声波的垃圾容量监控系统及方法，本发明通过超声波探头测得若干个时长数据，并获取当前垃圾箱内的实时温度，根据时长数据、温度数据、该温度下超声波于空气中的传播速度计算得到若干个距离数据，并根据距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型，根据三维模型计算垃圾桶内的垃圾体积，并根据垃圾体积与垃圾桶体积计算当前容量百分比，完成垃圾桶容量检测，通过垃圾桶容量检测结果判断当前垃圾桶内是否出现满溢情况，将出现满溢情况的垃圾桶信息发送给回收人员，根据满溢预警信息智能生成垃圾回收路线，使得回收人员能够及时获取垃圾桶的存放信息，能够及时对其进行清理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超声波的垃圾容量监控系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于超声波的垃圾容量监控系统，包括信息数据存储模块、投放方式选择模块、垃圾称重模块、垃圾桶容量检测模块、温度检测模块、三维模型建立模块、垃圾满溢预警模块、信息接收模块、回收路线规划模块，

所述信息数据存储模块用于预先存储垃圾桶信息，所述垃圾桶信息包括垃圾桶编号、高度、体积、经度、纬度以及所在位置信息，所述信息数据存储模块进一步还存储有不同温度下超声波在空气中的传播速度数据，所述投放方式选择模块可用于自行选择不同的垃圾投放方式，所述投放方式包括直接投放和智能识别，若用户选择直接投放，则用户自行选取所要投放的垃圾分类，并选择开启相应的投口，若用户选择智能识别投放方式，则通过摄像头获取当前用户所持垃圾图像，并对垃圾图像进行识别，当识别成功之后，自动开启相应投口供用户进行投放，所述垃圾称重模块用于对每次投放的垃圾重量进行称量，所述垃圾桶容量检测模块用于对当前垃圾桶内的容量进行检测，根据当前垃圾桶内存放的垃圾体积与垃圾桶体积计算百分比，所述温度检测模块用于检测当前垃圾箱内的实时温度，所述三维模型建立模块用于根据垃圾桶容量检测得到的数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型，所述垃圾满溢预警模块用于根据当前垃圾桶内的垃圾体积占垃圾桶体积的百分比与百分比阈值之间的比较结果对当前满溢情况进行预报警，所述信息接收模块用于工作人员接收垃圾桶的满溢预警信息。

进一步的，所述垃圾桶容量检测模块包括多个超声波探头，所述超声波探头位于垃圾箱内，垃圾箱内还包括若干个分类的垃圾桶，并且每个垃圾桶都有其各自编号，所述超声波探头正对垃圾桶桶口，位于垃圾桶桶口上方，所述超声波探头向桶口内发射超声波，并于发射时计时，且超声波探头进一步在接收到反射波时停止计时，并得到若干个计时时长数据T₁、T₂、T₃、...、T_i-1、T_i，所述垃圾桶容量检测模块连接所述温度检测模块，进一步通过所述温度检测模块获取当前垃圾桶内的实时温度，所述垃圾桶容量检测模块进一步根据所述实时温度于所述信息数据存储模块获取当前温度下超声波在空气中的传播速度v，超声波测距是一种非接触检测技术，不受光线的干扰，而且耐潮湿、高温、粉尘、腐蚀气体等恶劣环境，因此在垃圾箱内采用超声波测距能够很好的测得当前垃圾桶内的垃圾所占容量，现有技术采用超声波测距所测得的垃圾容量数据不够准确，而且超声波还容易受到温度的影响，同时吸音棉也可以吸收超声波，所以导致现有技术针对垃圾容量的检测结果不够准确，本发明根据实时的温度变化，获取不同温度下的超声波传输速度，从而能够减小误差，而且通过设置多个超声波探头，能够获得多组数据，根据数据建立一个垃圾桶内的垃圾实时存储三维模型，通过该三维模型可以很清楚的观察到垃圾桶内的垃圾容量情况，

所述垃圾桶容量检测模块进一步根据所述传播速度v与若干个计时时长数据计算得到若干个距离数据，所述距离数据为垃圾桶内的不同位置的垃圾距所述超声波探头之间的距离值，并将所述距离数据传输至所述三维模型建立模块，所述三维模型建立模块根据接收得到的距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型。

进一步的，所述超声波探头均匀分布于垃圾桶桶口上方，于垃圾桶桶口正中心位置所对上方处有一第一超声波探头，并以所述第一超声波探头的位置为圆心，建立半径不同的若干个圆形区域，在所述圆形区域的边缘轮廓上均匀分布有若干个超声波探头，并根据所述超声波探头的位置由内而外对其进行编号，

所述垃圾桶容量检测模块在对垃圾桶内的容量进行检测时，根据所述超声波探头的编号顺序逐一开始工作，当上一个超声波探头的计时结束时，下一个编号所对应的超声波探头开始计时，并发射超声波，从而以获得若干个计时时长数据，为了避免超声波之间出现抵消和干扰，在超声波探头工作时，选择采取一个一个逐一进行的工作方式，使得采集到的数据更加准确，从而保证容量检测的结果。

进一步的，所述垃圾桶容量检测模块根据公式

计算当前垃圾桶内的垃圾距桶口所在平面处的距离，其中，L_i为垃圾距桶口所在平面处的距离，L₀为桶口所在平面距超声波探头之间的距离，v为当前垃圾桶内的实时温度下超声波在空气中传播的速度，T_i为超声波探头发射超声波与接收超声波之间的时间间隔，

所述垃圾桶容量检测模块将通过计算得到的若干个距离数据L₁、L₂、L₃、...、L_i-1、L_i传输至所述三维模型建立模块，所述三维模型建立模块进一步通过信息数据存储模块获取垃圾桶信息，所述垃圾桶信息包括垃圾桶高度h以及垃圾桶体积V，所述三维模型建立模块根据垃圾桶高度h、垃圾距桶口所在平面出的距离L_i、垃圾桶体积V建立三维模型，所述垃圾容量检测模块进一步根据所述三维模型计算得到当前垃圾桶内所存放的垃圾体积V₁，并根据垃圾体积V₁与垃圾桶体积V计算当前垃圾所占垃圾桶总容量的百分比。

进一步的，所述垃圾称重模块连接所述投放方式选择模块以及垃圾桶容量检测模块，当用户通过所述投放方式选择模块选取投放方式并且投口关闭时，所述垃圾称重模块开始对本次用户所投放的垃圾重量进行称量，当称量完毕之后，再通过所述垃圾桶容量检测模块对当前垃圾桶内的垃圾容量进行检测，

所述垃圾容量检测模块将计算得到的垃圾体积占垃圾桶体积的百分比数据传输至所述垃圾满溢预警模块，

当所述百分比大于等于百分比阈值时，所述垃圾满溢预警模块发送满溢预警信息至所述信息接收模块，所述满溢预警信息包括垃圾箱信息，所述垃圾箱信息包括垃圾箱编号、所在位置、满溢垃圾桶编号、其他垃圾桶的容量百分比数据以及当前垃圾箱内各个垃圾桶内的垃圾重量和垃圾体积，回收人员可登录信息接收模块，查看满溢预警信息，通过满溢预警信息，回收人员能够及时查看到当前已满溢的垃圾箱信息，从而能够及时的对其进行清理，而且根据垃圾箱位置信息与回收人员的位置信息，自动生成回收路线，回收人员可根据回收路线逐一对该条路线上的垃圾箱进行清理，从而避免出现垃圾胡乱堆放的情况。

进一步的，所述信息接收模块连接回收路线规划模块，所述回收路线规划模块连接所述垃圾桶容量检测模块，当所述信息接收模块接收到满溢预警信息时，将所述满溢预警信息传输至所述回收路线规划模块，所述回收路线规划模块获取当前发出满溢预警处的垃圾箱信息，并进一步获取已满溢的垃圾桶编号，所述垃圾桶编号对应垃圾桶分类，

所述回收路线规划模块进一步获取回收人员当时所处的实时位置以及垃圾箱所在位置信息，并确定回收人员实时位置到垃圾箱所在位置方向上一定区域内的垃圾箱信息，所述垃圾箱信息包括垃圾箱内各个垃圾桶的容量百分比B、垃圾重量W，

当

的值大于等于一预设值时，其中，W₀为垃圾重量阈值，ɑ₁、ɑ₂为系数，ɑ₁+ɑ₂＝1，所述回收路线规划模块将对应的垃圾箱作为待清理垃圾箱，且实时更新所述一定区域内的垃圾箱信息，所述回收路线规划模块连接待清理垃圾箱位置形成一条回收路线，因为垃圾箱内的垃圾存储情况是实时变化的，而且垃圾的重量也是不尽相同的，先获取已发出满溢预警的垃圾箱信息，再获取一定区域内的其他垃圾箱的垃圾容量以及垃圾重量情况，因为垃圾回收车的载重也是有限制的，而且不可能说一次回收只清理一个垃圾箱中的垃圾，那样太耗费人力物力，得不偿失，所以在确定已满溢垃圾箱的前提下，再确定其他的待清理垃圾箱，待清理垃圾箱的选取根据垃圾箱内的垃圾容量和垃圾重量决定。

进一步的，所述回收路线规划模块自回收人员当前位置前往垃圾箱所在位置处生成第一回收路线，连接回收人员与垃圾箱所在位置为第一直线，所述第一回收路线位于所述第一直线任意一侧，并在回收人员按照第一回收路线行进的过程中实时更新所述一定区域内的垃圾箱信息，

若第一回收路线前方出现新的待清理垃圾箱，且在所述第一回收路线同一侧，则将其划入当前第一回收路线；

若第一回收路线后方出现新的待清理垃圾箱，无论在所述第一直线的任一侧，都将其划入第二回收路线，所述第二回收路线为垃圾箱所在位置处到回收人员起始位置。

进一步的，一种基于超声波的垃圾容量监控方法，所述垃圾容量监控方法包括以下步骤：

S1：通过超声波探头测得若干个时长数据，并获取当前垃圾箱内的实时温度；

S2：根据时长数据、温度数据、该温度下超声波于空气中的传播速度计算得到若干个距离数据，并根据距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型；

S3：根据三维模型计算垃圾桶内的垃圾体积，并根据垃圾体积与垃圾桶体积计算当前容量百分比，完成垃圾桶容量检测；

S4：通过垃圾桶容量检测结果判断当前垃圾桶内是否出现满溢情况，将出现满溢情况的垃圾桶信息发送给回收人员；

S5：根据满溢预警信息智能生成垃圾回收路线。

进一步的，所述步骤S2、S3中还包括：

超声波探头位于垃圾箱内，垃圾箱内还包括若干个分类的垃圾桶，并且每个垃圾桶都有其各自编号，所述超声波探头正对垃圾桶桶口，位于垃圾桶桶口上方，于垃圾桶桶口正中心位置所对上方处有一第一超声波探头，并以所述第一超声波探头的位置为圆心，建立半径不同的若干个圆形区域，在所述圆形区域的边缘轮廓上均匀分布有若干个超声波探头，并根据所述超声波探头的位置由内而外对其进行编号，所述垃圾桶容量检测模块在对垃圾桶内的容量进行检测时，根据所述超声波探头的编号顺序逐一开始工作，当上一个超声波探头的计时结束时，下一个编号所对应的超声波探头开始计时，并发射超声波，从而以获得若干个计时时长数据，所述超声波探头向桶口内发射超声波，并于发射时计时，且超声波探头进一步在接收到反射波时停止计时，并得到若干个计时时长数据T₁、T₂、T₃、...、T_i-1、T_i，进一步获取当前垃圾桶内的实时温度，根据所述实时温度获取当前温度下超声波在空气中的传播速度v，根据所述传播速度v与若干个计时时长数据计算得到若干个距离数据，所述距离数据为垃圾桶内的不同位置的垃圾距所述超声波探头之间的距离值，并根据距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型，根据公式

计算当前垃圾桶内的垃圾距桶口所在平面处的距离，其中，L_i为垃圾距桶口所在平面处的距离，L₀为桶口所在平面距超声波探头之间的距离，v为当前垃圾桶内的实时温度下超声波在空气中传播的速度，T_i为超声波探头发射超声波与接收超声波之间的时间间隔，

进一步通过垃圾桶高度h以及垃圾桶体积V，所述三维模型建立模块根据垃圾桶高度h、垃圾距桶口所在平面出的距离L_i、垃圾桶体积V以及若干个距离数据L₁、L₂、L₃、...、L_i-1、L_i建立三维模型，根据所述三维模型计算得到当前垃圾桶内所存放的垃圾体积V₁，并根据垃圾体积V₁与垃圾桶体积V计算当前垃圾所占垃圾桶总容量的百分比。

进一步的，所述步骤S5中还包括：

当接收到满溢预警信息时，并进一步通过满溢预警信息获取已满溢的垃圾桶编号，所述垃圾桶编号对应垃圾桶分类，并获取回收人员当时所处的实时位置以及垃圾箱所在位置信息，确定回收人员实时位置到垃圾箱所在位置方向上一定区域内的垃圾箱信息，所述垃圾箱信息包括垃圾箱内各个垃圾桶的容量百分比B、垃圾重量W，

当

的值大于等于一预设值时，其中，W₀为垃圾重量阈值，ɑ₁、ɑ₂为系数，ɑ₁+ɑ₂＝1，则将对应的垃圾箱作为待清理垃圾箱，且实时更新所述一定区域内的垃圾箱信息，连接待清理垃圾箱位置形成一条回收路线，自回收人员当前位置前往垃圾箱所在位置处生成第一回收路线，连接回收人员与垃圾箱所在位置为第一直线，所述第一回收路线位于所述第一直线任意一侧，并在回收人员按照第一回收路线行进的过程中实时更新所述一定区域内的垃圾箱信息，

若第一回收路线前方出现新的待清理垃圾箱，且在所述第一回收路线同一侧，则将其划入当前第一回收路线；

若第一回收路线后方出现新的待清理垃圾箱，无论在所述第一直线的任一侧，都将其划入第二回收路线，所述第二回收路线为垃圾箱所在位置处到回收人员起始位置。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过超声波探头测得若干个时长数据，并获取当前垃圾箱内的实时温度，根据时长数据、温度数据、该温度下超声波于空气中的传播速度计算得到若干个距离数据，并根据距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型，根据三维模型计算垃圾桶内的垃圾体积，并根据垃圾体积与垃圾桶体积计算当前容量百分比，完成垃圾桶容量检测，通过垃圾桶容量检测结果判断当前垃圾桶内是否出现满溢情况，将出现满溢情况的垃圾桶信息发送给回收人员，根据满溢预警信息智能生成垃圾回收路线，使得回收人员能够及时获取垃圾桶的存放信息，能够及时对其进行清理。

附图说明

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：

图1是本发明一种基于超声波的垃圾容量监控系统的模块示意图；

图2是本发明一种基于超声波的垃圾容量监控方法的步骤示意图。

具体实施方式

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。

请参阅图1-2，本发明提供技术方案：

一种基于超声波的垃圾容量监控系统，包括信息数据存储模块、投放方式选择模块、垃圾称重模块、垃圾桶容量检测模块、温度检测模块、三维模型建立模块、垃圾满溢预警模块、信息接收模块、回收路线规划模块，

信息数据存储模块用于预先存储垃圾桶信息，垃圾桶信息包括垃圾桶编号、高度、体积、经度、纬度以及所在位置信息，信息数据存储模块进一步还存储有不同温度下超声波在空气中的传播速度数据，投放方式选择模块可用于自行选择不同的垃圾投放方式，投放方式包括直接投放和智能识别，若用户选择直接投放，则用户自行选取所要投放的垃圾分类，并选择开启相应的投口，若用户选择智能识别投放方式，则通过摄像头获取当前用户所持垃圾图像，并对垃圾图像进行识别，当识别成功之后，自动开启相应投口供用户进行投放，垃圾称重模块用于对每次投放的垃圾重量进行称量，垃圾桶容量检测模块用于对当前垃圾桶内的容量进行检测，根据当前垃圾桶内存放的垃圾体积与垃圾桶体积计算百分比，温度检测模块用于检测当前垃圾箱内的实时温度，三维模型建立模块用于根据垃圾桶容量检测得到的数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型，垃圾满溢预警模块用于根据当前垃圾桶内的垃圾体积占垃圾桶体积的百分比与百分比阈值之间的比较结果对当前满溢情况进行预报警，信息接收模块用于工作人员接收垃圾桶的满溢预警信息。

垃圾桶容量检测模块包括多个超声波探头，超声波探头位于垃圾箱内，垃圾箱内还包括若干个分类的垃圾桶，并且每个垃圾桶都有其各自编号，超声波探头正对垃圾桶桶口，位于垃圾桶桶口上方，超声波探头向桶口内发射超声波，并于发射时计时，且超声波探头进一步在接收到反射波时停止计时，并得到若干个计时时长数据T₁、T₂、T₃、...、T_i-1、T_i，垃圾桶容量检测模块连接温度检测模块，进一步通过温度检测模块获取当前垃圾桶内的实时温度，垃圾桶容量检测模块进一步根据实时温度于信息数据存储模块获取当前温度下超声波在空气中的传播速度v，垃圾桶容量检测模块进一步根据传播速度v与若干个计时时长数据计算得到若干个距离数据，距离数据为垃圾桶内的不同位置的垃圾距超声波探头之间的距离值，并将距离数据传输至三维模型建立模块，三维模型建立模块根据接收得到的距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型。

超声波探头均匀分布于垃圾桶桶口上方，于垃圾桶桶口正中心位置所对上方处有一第一超声波探头，并以第一超声波探头的位置为圆心，建立半径不同的若干个圆形区域，在圆形区域的边缘轮廓上均匀分布有若干个超声波探头，并根据超声波探头的位置由内而外对其进行编号，

垃圾桶容量检测模块在对垃圾桶内的容量进行检测时，根据超声波探头的编号顺序逐一开始工作，当上一个超声波探头的计时结束时，下一个编号所对应的超声波探头开始计时，并发射超声波，从而以获得若干个计时时长数据。

垃圾桶容量检测模块根据公式

计算当前垃圾桶内的垃圾距桶口所在平面处的距离，其中，L_i为垃圾距桶口所在平面处的距离，L₀为桶口所在平面距超声波探头之间的距离，v为当前垃圾桶内的实时温度下超声波在空气中传播的速度，T_i为超声波探头发射超声波与接收超声波之间的时间间隔，

垃圾桶容量检测模块将通过计算得到的若干个距离数据L₁、L₂、l₃、...、L_i-1、L_i传输至三维模型建立模块，三维模型建立模块进一步通过信息数据存储模块获取垃圾桶信息，垃圾桶信息包括垃圾桶高度h以及垃圾桶体积V，三维模型建立模块根据垃圾桶高度h、垃圾距桶口所在平面出的距离L_i、垃圾桶体积V建立三维模型，垃圾容量检测模块进一步根据三维模型计算得到当前垃圾桶内所存放的垃圾体积V₁，并根据垃圾体积V₁与垃圾桶体积V计算当前垃圾所占垃圾桶总容量的百分比。

垃圾称重模块连接投放方式选择模块以及垃圾桶容量检测模块，当用户通过投放方式选择模块选取投放方式并且投口关闭时，垃圾称重模块开始对本次用户所投放的垃圾重量进行称量，当称量完毕之后，再通过垃圾桶容量检测模块对当前垃圾桶内的垃圾容量进行检测，垃圾容量检测模块将计算得到的垃圾体积占垃圾桶体积的百分比数据传输至垃圾满溢预警模块，

当百分比大于等于百分比阈值时，垃圾满溢预警模块发送满溢预警信息至信息接收模块，满溢预警信息包括垃圾箱信息，垃圾箱信息包括垃圾箱编号、所在位置、满溢垃圾桶编号、其他垃圾桶的容量百分比数据以及当前垃圾箱内各个垃圾桶内的垃圾重量和垃圾体积，回收人员可登录信息接收模块，查看满溢预警信息。

信息接收模块连接回收路线规划模块，回收路线规划模块连接垃圾桶容量检测模块，当信息接收模块接收到满溢预警信息时，将满溢预警信息传输至回收路线规划模块，回收路线规划模块获取当前发出满溢预警处的垃圾箱信息，并进一步获取已满溢的垃圾桶编号，垃圾桶编号对应垃圾桶分类，

回收路线规划模块进一步获取回收人员当时所处的实时位置以及垃圾箱所在位置信息，并确定回收人员实时位置到垃圾箱所在位置方向上一定区域内的垃圾箱信息，垃圾箱信息包括垃圾箱内各个垃圾桶的容量百分比B、垃圾重量W，

当

的值大于等于一预设值时，其中，W₀为垃圾重量阈值，ɑ₁、ɑ₂为系数，ɑ₁+ɑ₂＝1，回收路线规划模块将对应的垃圾箱作为待清理垃圾箱，且实时更新一定区域内的垃圾箱信息，回收路线规划模块连接待清理垃圾箱位置形成一条回收路线。

回收路线规划模块自回收人员当前位置前往垃圾箱所在位置处生成第一回收路线，连接回收人员与垃圾箱所在位置为第一直线，第一回收路线位于第一直线任意一侧，并在回收人员按照第一回收路线行进的过程中实时更新一定区域内的垃圾箱信息，

若第一回收路线前方出现新的待清理垃圾箱，且在第一回收路线同一侧，则将其划入当前第一回收路线；

若第一回收路线后方出现新的待清理垃圾箱，无论在第一直线的任一侧，都将其划入第二回收路线，第二回收路线为垃圾箱所在位置处到回收人员起始位置。

一种基于超声波的垃圾容量监控方法，垃圾容量监控方法包括以下步骤：

S1：通过超声波探头测得若干个时长数据，并获取当前垃圾箱内的实时温度；

S2：根据时长数据、温度数据、该温度下超声波于空气中的传播速度计算得到若干个距离数据，并根据距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型；

S3：根据三维模型计算垃圾桶内的垃圾体积，并根据垃圾体积与垃圾桶体积计算当前容量百分比，完成垃圾桶容量检测；

S4：通过垃圾桶容量检测结果判断当前垃圾桶内是否出现满溢情况，将出现满溢情况的垃圾桶信息发送给回收人员；

S5：根据满溢预警信息智能生成垃圾回收路线。

步骤S2、S3中还包括：

超声波探头位于垃圾箱内，垃圾箱内还包括若干个分类的垃圾桶，并且每个垃圾桶都有其各自编号，超声波探头正对垃圾桶桶口，位于垃圾桶桶口上方，于垃圾桶桶口正中心位置所对上方处有一第一超声波探头，并以第一超声波探头的位置为圆心，建立半径不同的若干个圆形区域，在圆形区域的边缘轮廓上均匀分布有若干个超声波探头，并根据超声波探头的位置由内而外对其进行编号，垃圾桶容量检测模块在对垃圾桶内的容量进行检测时，根据超声波探头的编号顺序逐一开始工作，当上一个超声波探头的计时结束时，下一个编号所对应的超声波探头开始计时，并发射超声波，从而以获得若干个计时时长数据，超声波探头向桶口内发射超声波，并于发射时计时，且超声波探头进一步在接收到反射波时停止计时，并得到若干个计时时长数据T₁、T₂、T₃、...、T_i-1、T_i，进一步获取当前垃圾桶内的实时温度，根据实时温度获取当前温度下超声波在空气中的传播速度v，根据传播速度v与若干个计时时长数据计算得到若干个距离数据，距离数据为垃圾桶内的不同位置的垃圾距超声波探头之间的距离值，并根据距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型，

根据公式

计算当前垃圾桶内的垃圾距桶口所在平面处的距离，其中，L_i为垃圾距桶口所在平面处的距离，L₀为桶口所在平面距超声波探头之间的距离，v为当前垃圾桶内的实时温度下超声波在空气中传播的速度，T_i为超声波探头发射超声波与接收超声波之间的时间间隔，

进一步通过垃圾桶高度h以及垃圾桶体积V，三维模型建立模块根据垃圾桶高度h、垃圾距桶口所在平面出的距离L_i、垃圾桶体积V以及若干个距离数据L₁、L₂、L₃、...、L_i-1、L_i建立三维模型，根据三维模型计算得到当前垃圾桶内所存放的垃圾体积V₁，并根据垃圾体积V₁与垃圾桶体积V计算当前垃圾所占垃圾桶总容量的百分比。

步骤S5中还包括：

当接收到满溢预警信息时，并进一步通过满溢预警信息获取已满溢的垃圾桶编号，垃圾桶编号对应垃圾桶分类，并获取回收人员当时所处的实时位置以及垃圾箱所在位置信息，确定回收人员实时位置到垃圾箱所在位置方向上一定区域内的垃圾箱信息，垃圾箱信息包括垃圾箱内各个垃圾桶的容量百分比B、垃圾重量W，

当

的值大于等于一预设值时，其中，W₀为垃圾重量阈值，ɑ₁、ɑ₂为系数，ɑ₁+ɑ₂＝1，则将对应的垃圾箱作为待清理垃圾箱，且实时更新一定区域内的垃圾箱信息，连接待清理垃圾箱位置形成一条回收路线，

自回收人员当前位置前往垃圾箱所在位置处生成第一回收路线，连接回收人员与垃圾箱所在位置为第一直线，第一回收路线位于第一直线任意一侧，并在回收人员按照第一回收路线行进的过程中实时更新一定区域内的垃圾箱信息，若第一回收路线前方出现新的待清理垃圾箱，且在第一回收路线同一侧，则将其划入当前第一回收路线；

若第一回收路线后方出现新的待清理垃圾箱，无论在第一直线的任一侧，都将其划入第二回收路线，第二回收路线为垃圾箱所在位置处到回收人员起始位置。

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。

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。

Claims (7)

1.一种基于超声波的垃圾容量监控系统，其特征在于：包括信息数据存储模块、投放方式选择模块、垃圾称重模块、垃圾桶容量检测模块、温度检测模块、三维模型建立模块、垃圾满溢预警模块、信息接收模块、回收路线规划模块，

所述信息数据存储模块用于预先存储垃圾桶信息，所述垃圾桶信息包括垃圾桶编号、高度、体积、经度、纬度以及所在位置信息，所述信息数据存储模块进一步还存储有不同温度下超声波在空气中的传播速度数据，所述投放方式选择模块可用于自行选择不同的垃圾投放方式，所述投放方式包括直接投放和智能识别，若用户选择直接投放，则用户自行选取所要投放的垃圾分类，并选择开启相应的投口，若用户选择智能识别投放方式，则通过摄像头获取当前用户所持垃圾图像，并对垃圾图像进行识别，当识别成功之后，自动开启相应投口供用户进行投放，所述垃圾称重模块用于对每次投放的垃圾重量进行称量，所述垃圾桶容量检测模块用于对当前垃圾桶内的容量进行检测，根据当前垃圾桶内存放的垃圾体积与垃圾桶体积计算百分比，所述温度检测模块用于检测当前垃圾箱内的实时温度，所述三维模型建立模块用于根据垃圾桶容量检测得到的数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型，所述垃圾满溢预警模块用于根据当前垃圾桶内的垃圾体积占垃圾桶体积的百分比与百分比阈值之间的比较结果对当前满溢情况进行预报警，所述信息接收模块用于工作人员接收垃圾桶的满溢预警信息；

所述垃圾桶容量检测模块根据公式

计算当前垃圾桶内的垃圾距桶口所在平面处的距离，其中，L_i为垃圾距桶口所在平面处的距离，L₀为桶口所在平面距超声波探头之间的距离，v为当前垃圾桶内的实时温度下超声波在空气中传播的速度，T_i为超声波探头发射超声波与接收超声波之间的时间间隔，

所述垃圾桶容量检测模块将通过计算得到的若干个距离数据L₁、L₂、L₃、...、L_i-1、L_i传输至所述三维模型建立模块，所述三维模型建立模块进一步通过信息数据存储模块获取垃圾桶信息，所述垃圾桶信息包括垃圾桶高度h以及垃圾桶体积V，所述三维模型建立模块根据垃圾桶高度h、垃圾距桶口所在平面出的距离L_i、垃圾桶体积V建立三维模型，所述垃圾容量检测模块进一步根据所述三维模型计算得到当前垃圾桶内所存放的垃圾体积V₁，并根据垃圾体积V₁与垃圾桶体积V计算当前垃圾所占垃圾桶总容量的百分比；

所述垃圾称重模块连接所述投放方式选择模块以及垃圾桶容量检测模块，

当用户通过所述投放方式选择模块选取投放方式并且投口关闭时，所述垃圾称重模块开始对本次用户所投放的垃圾重量进行称量，当称量完毕之后，再通过所述垃圾桶容量检测模块对当前垃圾桶内的垃圾容量进行检测，

所述垃圾容量检测模块将计算得到的垃圾体积占垃圾桶体积的百分比数据传输至所述垃圾满溢预警模块，

当所述百分比大于等于百分比阈值时，所述垃圾满溢预警模块发送满溢预警信息至所述信息接收模块，所述满溢预警信息包括垃圾箱信息，所述垃圾箱信息包括垃圾箱编号、所在位置、满溢垃圾桶编号、其他垃圾桶的容量百分比数据以及当前垃圾箱内各个垃圾桶内的垃圾重量和垃圾体积，回收人员可登录信息接收模块，查看满溢预警信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的垃圾容量监控系统，其特征在于：所述垃圾桶容量检测模块包括多个超声波探头，

所述超声波探头位于垃圾箱内，垃圾箱内还包括若干个分类的垃圾桶，并且每个垃圾桶都有其各自编号，所述超声波探头正对垃圾桶桶口，位于垃圾桶桶口上方，所述超声波探头向桶口内发射超声波，并于发射时计时，且超声波探头进一步在接收到反射波时停止计时，并得到若干个计时时长数据T₁、T₂、T、...、T_i-1、T_i，

所述垃圾桶容量检测模块连接所述温度检测模块，进一步通过所述温度检测模块获取当前垃圾桶内的实时温度，所述垃圾桶容量检测模块进一步根据所述实时温度于所述信息数据存储模块获取当前温度下超声波在空气中的传播速度v，

所述垃圾桶容量检测模块进一步根据所述传播速度v与若干个计时时长数据计算得到若干个距离数据，所述距离数据为垃圾桶内的不同位置的垃圾距所述超声波探头之间的距离值，并将所述距离数据传输至所述三维模型建立模块，所述三维模型建立模块根据接收得到的距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型。

3.根据权利要求2所述的一种基于超声波的垃圾容量监控系统，其特征在于：所述超声波探头均匀分布于垃圾桶桶口上方，于垃圾桶桶口正中心位置所对上方处有一第一超声波探头，并以所述第一超声波探头的位置为圆心，建立半径不同的若干个圆形区域，在所述圆形区域的边缘轮廓上均匀分布有若干个超声波探头，并根据所述超声波探头的位置由内而外对其进行编号，

所述垃圾桶容量检测模块在对垃圾桶内的容量进行检测时，根据所述超声波探头的编号顺序逐一开始工作，当上一个超声波探头的计时结束时，下一个编号所对应的超声波探头开始计时，并发射超声波，从而以获得若干个计时时长数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于超声波的垃圾容量监控系统，其特征在于：所述信息接收模块连接回收路线规划模块，所述回收路线规划模块连接所述垃圾桶容量检测模块，当所述信息接收模块接收到满溢预警信息时，将所述满溢预警信息传输至所述回收路线规划模块，所述回收路线规划模块获取当前发出满溢预警处的垃圾箱信息，并进一步获取已满溢的垃圾桶编号，所述垃圾桶编号对应垃圾桶分类，

所述回收路线规划模块进一步获取回收人员当时所处的实时位置以及垃圾箱所在位置信息，并确定回收人员实时位置到垃圾箱所在位置方向上一定区域内的垃圾箱信息，所述垃圾箱信息包括垃圾箱内各个垃圾桶的容量百分比B、垃圾重量W，

当

的值大于等于一预设值时，其中，W₀为垃圾重量阈值，a₁、a₂为系数，a₁+a₂＝1，所述回收路线规划模块将对应的垃圾箱作为待清理垃圾箱，且实时更新所述一定区域内的垃圾箱信息，所述回收路线规划模块连接待清理垃圾箱位置形成一条回收路线。

5.根据权利要求4所述的一种基于超声波的垃圾容量监控系统，其特征在于：所述回收路线规划模块自回收人员当前位置前往垃圾箱所在位置处生成第一回收路线，连接回收人员与垃圾箱所在位置为第一直线，所述第一回收路线位于所述第一直线任意一侧，并在回收人员按照第一回收路线行进的过程中实时更新所述一定区域内的垃圾箱信息，

若第一回收路线前方出现新的待清理垃圾箱，且在所述第一回收路线同一侧，则将其划入当前第一回收路线；

若第一回收路线后方出现新的待清理垃圾箱，无论在所述第一直线的任一侧，都将其划入第二回收路线，所述第二回收路线为垃圾箱所在位置处到回收人员起始位置。

6.一种基于超声波的垃圾容量监控方法，其特征在于：所述垃圾容量监控方法包括以下步骤：

S1：通过超声波探头测得若干个时长数据，并获取当前垃圾箱内的实时温度；

S2：根据时长数据、温度数据、该温度下超声波于空气中的传播速度计算得到若干个距离数据，并根据距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型；

S3：根据三维模型计算垃圾桶内的垃圾体积，并根据垃圾体积与垃圾桶体积计算当前容量百分比，完成垃圾桶容量检测；

S4：通过垃圾桶容量检测结果判断当前垃圾桶内是否出现满溢情况，将出现满溢情况的垃圾桶信息发送给回收人员；

S5：根据满溢预警信息智能生成垃圾回收路线；

所述步骤S2、S3中还包括：

超声波探头位于垃圾箱内，垃圾箱内还包括若干个分类的垃圾桶，并且每个垃圾桶都有其各自编号，所述超声波探头正对垃圾桶桶口，位于垃圾桶桶口上方，于垃圾桶桶口正中心位置所对上方处有一第一超声波探头，并以所述第一超声波探头的位置为圆心，建立半径不同的若干个圆形区域，在所述圆形区域的边缘轮廓上均匀分布有若干个超声波探头，并根据所述超声波探头的位置由内而外对其进行编号，所述垃圾桶容量检测模块在对垃圾桶内的容量进行检测时，根据所述超声波探头的编号顺序逐一开始工作，当上一个超声波探头的计时结束时，下一个编号所对应的超声波探头开始计时，并发射超声波，从而以获得若干个计时时长数据，所述超声波探头向桶口内发射超声波，并于发射时计时，且超声波探头进一步在接收到反射波时停止计时，并得到若干个计时时长数据T₁、T₂、T、...、T_i-1、T_i，

进一步获取当前垃圾桶内的实时温度，根据所述实时温度获取当前温度下超声波在空气中的传播速度v，根据所述传播速度v与若干个计时时长数据计算得到若干个距离数据，所述距离数据为垃圾桶内的不同位置的垃圾距所述超声波探头之间的距离值，并根据距离数据建立垃圾桶内的实时存储三维模型，

根据公式

计算当前垃圾桶内的垃圾距桶口所在平面处的距离，其中，L_i为垃圾距桶口所在平面处的距离，L₀为桶口所在平面距超声波探头之间的距离，v为当前垃圾桶内的实时温度下超声波在空气中传播的速度，T_i为超声波探头发射超声波与接收超声波之间的时间间隔，

进一步通过垃圾桶高度h以及垃圾桶体积V，所述三维模型建立模块根据垃圾桶高度h、垃圾距桶口所在平面出的距离L_i、垃圾桶体积V以及若干个距离数据L₁、L₂、L₃、...、L_i-1、L_i建立三维模型，根据所述三维模型计算得到当前垃圾桶内所存放的垃圾体积V₁，并根据垃圾体积V₁与垃圾桶体积V计算当前垃圾所占垃圾桶总容量的百分比。

7.根据权利要求6所述的一种基于超声波的垃圾容量监控方法，其特征在于：所述步骤S5中还包括：

当接收到满溢预警信息时，并进一步通过满溢预警信息获取已满溢的垃圾桶编号，所述垃圾桶编号对应垃圾桶分类，并获取回收人员当时所处的实时位置以及垃圾箱所在位置信息，确定回收人员实时位置到垃圾箱所在位置方向上一定区域内的垃圾箱信息，所述垃圾箱信息包括垃圾箱内各个垃圾桶的容量百分比B、垃圾重量W，

当

的值大于等于一预设值时，其中，W₀为垃圾重量阈值，a₁、a₂为系数，a₁+a₂＝1，则将对应的垃圾箱作为待清理垃圾箱，且实时更新所述一定区域内的垃圾箱信息，连接待清理垃圾箱位置形成一条回收路线，

自回收人员当前位置前往垃圾箱所在位置处生成第一回收路线，连接回收人员与垃圾箱所在位置为第一直线，所述第一回收路线位于所述第一直线任意一侧，并在回收人员按照第一回收路线行进的过程中实时更新所述一定区域内的垃圾箱信息，

若第一回收路线前方出现新的待清理垃圾箱，且在所述第一回收路线同一侧，则将其划入当前第一回收路线；

若第一回收路线后方出现新的待清理垃圾箱，无论在所述第一直线的任一侧，都将其划入第二回收路线，所述第二回收路线为垃圾箱所在位置处到回收人员起始位置。

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