CN115285554B

CN115285554B - 一种智能清运方法和系统

Info

Publication number: CN115285554B
Application number: CN202210965255.6A
Authority: CN
Inventors: 刘俊哲
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2022-08-12
Filing date: 2022-08-12
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2042-08-12
Also published as: CN115285554A

Abstract

本发明涉及一种智能清运方法和系统，所述方法包括：在装满后移动回收装置移动到回收装置上时，触发位于移动通道上的开关以打开固定回收装置的容纳部分上的遮蔽装置，在移动到预设位置后，移动回收装置打开位于其下方的开口，使得垃圾落入固定回收装置的容纳部分中，而在移动回收装置离开回收装置时，触发位于移动通道上的开关以关闭回收装置上的遮蔽装置；本发明只有倾倒垃圾的时候才自动打开固定回收装置，而在不进行垃圾倾倒时处于遮蔽状态，大大降低了清运系统对环境的污染。

Description

一种智能清运方法和系统

【技术领域】

本发明属于垃圾处理及清运技术领域，尤其涉及一种智能清运方法和系统。

【背景技术】

居民生活垃圾的处理一直以来都是个相对机械且繁琐的劳动，随着垃圾分类的普及，目前大多居民区已经要求下楼分类投放垃圾。但是采用在居民楼内进行垃圾分类投放也存在问题，一方面分类时需要提供至少3个垃圾桶(主流4个)对不同垃圾进行分类存放，这就造成了清运数量直接增加几倍，此时势必成倍增加工作量，投入的人力物力也很大；另一方面随着老龄化的到来，劳动力短缺的现象势必日渐明显，而且目前物业费上涨难度大，这就导致物业服务单位不可能大量增加人力成本，这也是目前采用下楼投放垃圾的重要原因。

传统的垃圾站点几乎没有自动感知系统，垃圾几乎处于暴漏的状态，而且需要人工清运才能放置到一个固定的容纳装置中，固定容纳装置也主要依靠用户个人打开关闭，而且很多的容纳装置是始终暴漏的。而且现在的传统垃圾站点由于垃圾清运不足，非常容易出现垃圾多，清运车次少，垃圾堆积成山的问题。而且现有技术中的垃圾清运一般是环状或者是点对点的的清运，这样的固定清运模式效率较低，没有对节点代表的局部区域内部垃圾回收需求及其内部用户的生活习惯相结合的进行主动的垃圾分类，这样的回收方式显然效率较低。

本发明在只有倾倒垃圾的时候才自动打开固定回收装置，而在不进行垃圾倾倒时处于遮蔽状态，大大降低了清运系统对环境的污染。全局路线和局部停留相结合的移动方式，在保障全局回收效率的基础上，提高了局部回收效率和用户体验。

【发明内容】

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种智能清运方法和系统，所述系统包含：

移动回收装置、固定回收装置；

所述固定回收装置用于承载移动回收装置在一次或者多次主动移动后回收回来的垃圾；并在装满之后等待集中的垃圾转运；

所述固定回收装置包括容纳部分和移动通道；所述容纳部分用于容纳垃圾；移动通道用于使得移动回收装置移动到或者移动离开固定回收装置；移动回收装置在移动到回收装置上时，触发位于移动通道上的开关以打开固定回收装置的容纳部分上的遮蔽装置，在移动到预设位置后，移动回收装置打开位于其下方的开口，使得垃圾落入固定回收装置的容纳部分中，而在移动回收装置离开回收装置时，触发位于移动通道上的开关以关闭回收装置上的遮蔽装置；只有倾倒垃圾的时候才自动打开固定回收装置，而在不进行垃圾倾倒时处于遮蔽状态。

进一步的，所述使得垃圾落入固定回收装置中，具体为：使得垃圾按照其分类分别落入固定回收装置的不同空间中；所述不同的空间是不同的垃圾分类空间。

进一步的，所述垃圾为城市垃圾。

进一步的，所述垃圾主要分为三类:可回收物、厨余垃圾和其他生物垃圾。

进一步的，所述移动回收装置通过主动在清运区域内移动以进行主动清运；移动回收装置基于清运区域地图将清运区域划分为不重叠的网格区域，基于历史监测数据对网格区域合并以形成多个局部区域；基于所述局部区域规划行走路线，移动回收装置基于行走路线在清运区域中移动以进行垃圾回收；其中：所述局部区域包括经合并的网格区域以及未经过合并的网格区域；局部区域之间相互相邻并组合构成了所述清运区域。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种智能清运方法，所述方法包含：

采用移动回收装置在清运区域内自主移动以进行垃圾的主动回收；

在装满后移动回收装置移动到回收装置上时，触发位于移动通道上的开关以打开固定回收装置的容纳部分上的遮蔽装置，在移动到预设位置后，移动回收装置打开位于其下方的开口，使得垃圾落入固定回收装置的容纳部分中，而在移动回收装置离开回收装置时，触发位于移动通道上的开关以关闭回收装置上的遮蔽装置；只有倾倒垃圾的时候才自动打开固定回收装置，而在不进行垃圾倾倒时处于遮蔽状态；其中：固定回收装置上的移动通道用于使得移动回收装置移动到或者移动离开固定回收装置；

固定回收装置承载移动回收装置在一次或者多次主动移动后回收回来的垃圾；并在装满之后等待集中的垃圾转运。

进一步的，所述垃圾为城市垃圾。

本发明的有益效果包括：

(1)通过主动垃圾清运，只有倾倒垃圾的时候才需要打开回收装置，大大降低了清运系统对环境的污染；(2)基于手工锚点设置和动态锚定次数统计，将实际的物理清运区域根据历史数据所蕴含的移动轨迹规律划分成相匹配的局部区域，以为后续的清运路线规划提供抽象基础；(3)设置基于清运区域的行走路线和局部区域内部的移动的相结合的回收装置移动方式，在保障回收装置的承载能力、区域之间的距离、局部区域内用户的移动特性之间良好平衡的基础上，为局部区域内部用户提供了主动回收时间和次数冗余，在保障全局回收效率的基础上，提高了局部回收效率和用户体验；

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为现有技术中的环状清运方法示意图。.

图2为本发明的智能清运方法示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定；

如附图1所示，现有技术中的垃圾清运一般是环状或者是点对点的的清运，这样的固定清运模式效率较低，没有对节点代表的局部区域内部垃圾回收需求及其内部用户的生活习惯相结合的进行主动的垃圾分类，这样的回收方式显然效率较低；本发明涉及一种智能清运系统，所述智能清运系统是采用主动清运的清运模式；所述系统包括：移动回收装置、固定回收装置；

所述固定回收装置包括容纳部分和移动通道；所述容纳部分用于容纳垃圾；移动通道用于使得移动回收装置移动到或者移动离开固定回收装置；移动回收装置在移动到回收装置上时，触发位于移动通道上的开关以打开固定回收装置的容纳部分上的遮蔽装置，在移动到预设位置后，移动回收装置打开位于其下方的开口，使得垃圾落入固定回收装置的容纳部分中，而在移动回收装置离开回收装置时，触发位于移动通道上的开关以关闭回收装置上的遮蔽装置；也就是说，本发明的这种方法可以在只有倾倒垃圾的时候才自动打开固定回收装置，而在不进行垃圾倾倒时处于遮蔽状态，大大降低了清运系统对环境的污染；

所述使得垃圾落入固定回收装置中，具体为：使得垃圾按照其分类分别落入固定回收装置的不同空间中；所述不同的空间是不同的垃圾分类空间；

优选的：所述垃圾为城市垃圾，主要分为三类:可回收物、厨余垃圾和其他生物垃圾；

如附图2所示，所述移动回收装置通过主动在清运区域内移动以进行主动清运；移动回收装置基于清运区域地图将清运区域划分为不重叠的网格区域，基于历史监测数据对网格区域合并以形成多个局部区域；基于所述局部区域规划行走路线，移动回收装置基于行走路线在清运区域中移动以进行垃圾回收；其中：所述局部区域包括经合并的网格区域以及未经过合并的网格区域；局部区域之间相互相邻并组合构成了所述清运区域；

所述移动回收装置基于清运区域地图将清运区域划分为不重叠的网格区域，基于历史监测数据对网格区域合并以形成多个局部区域；具体包括如下步骤：

步骤SA1：根据清运区域地图将清运区域网格化，在每个网格中心设置锚点；所述锚点均匀的设置在清运区域地图中；

优选的：所述网格化为将清运区域按照地图中每个局部区域的归属，划分为大致相等的网格区域；

可替换的：所述网格化为将清运区域划分为大致相等的网格区域，并根据清运地图对每个网格做轻微调整，使得网格区域中的位置都是相互可直接到达的；

优选的；在每个网格区域中选择交通便利的地点设置锚点；每个网格区域中设置一个锚点；

可替换的；在每个网格区域中由人工设定锚点；

步骤SA2：获取历史监测数据中的用户移动数据，判断用户移动数据经过锚点位置的次数，称为锚定次数；这里对次数的统计可以是针对不同时间段展开或针对特定时间范围内的单位时间段的统计结果得到的平均数据；这里的时间段是适合进行垃圾清运的时间段；也就是说，本发明中的数据是建立在对真正执行垃圾回收的任务的用户统计；

步骤SA3：基于历史监测数据对网格区域合并以形成多个局部区域；具体为：

步骤SA31：选择最大的前D个锚定次数最大的锚点；

优选的：所述D为预设值，和清运区域的面积相关；

步骤SA32：选择所述D个锚点中的一个未处理锚点作为当前锚点；如果所述D个锚点均处理完毕，则进入步骤SA35；

步骤SA33:以当前锚点为中心作网格区域合并，将当前锚点对应网格区域和其相邻的未经过合并的网格区域中锚点的锚定次数最大者合并，合并后形成新的当前锚点，其锚定次数等于合并的两者的锚定次数之和，其对应网格区域为合并的网格区域之和；

步骤SA34：判断合并次数是否超过合并次数阈值，如果是，则当前锚点对应的经合并的网格区域称为局部区域，返回步骤SA32，否则，返回步骤SA33以重复合并直到达到次数阈值；其中：未合并的锚定次数最大者和所述最大锚定次数对应的锚点在清运区域中是可达的；也就是说，待合并的两个区域之间是可达的；因为网格区域大小是基本相等的，因此，限制次数设置次数阈值可以避免过度合并；局部区域是经过合并完毕后的网格区域；

优选的：所述可达的是指在预设时间内可达或在预设距离范围可达；

优选的：所述合并是加权合并，在进行合并时，对预设位置方向的未合并相邻锚点对应网格区域的锚定次数进行加权，将加权后的数值用于锚定次数大小的判断和锚点的选择上；对于垃圾回收来说需要尽量的覆盖清运区域才能满足区域内部大部分用户的需求，通过预设位置方向使得网格区域的划分能够在效率和分散覆盖之间达到相对平衡；

步骤SA35：计算未合并网格区域之和和清运区域面积的比值，根据所述比值判断是否需要做进一步的合并；如果需要，则进一步合并未合并网格区域以缩小比值，否则，网格区域合并完毕；具体包括如下步骤：

步骤SA351：计算未合并网格区域和清运区域面积的比值；

步骤SA352：若比值大于第一比值阈值，则进入步骤SA353，否则，进入步骤SA354；

步骤SA353：判断是否存在所有相邻区域都是未合并网格区域的孤点区域，如果是，计算孤点区域和清运区域面积的比值，如果所述比值大于第二比值阈值，则合并所有存在相邻关系的未合并网格区域，返回步骤SA353；否则，进入步骤SA354；这里的未合并网格区域是指未经过合并操作的网格区域；

优选的：第二比值阈值小于第一比值阈值；均是预设值；到这里，如果还存在未合并区域，这些区域在后续的移动中将被忽略；而不会规划在行走路线中，对于这类区域的回收成本较高，从而将回收模式从主动转为被动，也就是用户自行捕捉移动回收装置的行动轨迹或者到固定回收装置去回收；

步骤SA354：将每个非孤点区域作为一个局部区域；设置局部区域的属性包括大小、锚定次数；

所述基于所述局部区域规划行走路线，具体为：规划局部区域行走路线，以使得清运效率最优；通过上面的局部区域划分提供了行走路线规划的抽象基础，正是因为无论采用什么样的提前通知的模式，用户总可能未在指定时间到达指定地点，对于垃圾清运来说，更是无法要求用户严格遵循主动清运的规定，而在设置合理的局部区域后，由于回收装置是在局部区域的锚点间来回移动的，即使用户错过了一个时机，也清楚第二个时机马上会到来，而通过锚点次数可以发现，局部区域是一个连通性最强的最小区域，大大的方便了用户的主动回收体验；

所述基于所述局部区域规划行走路线，具体包括如下步骤：

步骤SP1：设置目标函数Z和约束条件；

其中：n是局部区域的个数；m是行走路线中途径固定回收装置的次数(不含从固定回收装置出发的起点)；每次途径固定回收装置，移动回收装置都会进行垃圾的回收；d_ij是局部区域i到j之间的距离；对于局部区域而言，距离可以是最近抵达距离或者中心点到中心点的距离；当两个局部区域之间不是直接可达时，设置d_ij＝∞；转移矩阵表示第k次从回收装置出发后的子路线中包含从局部区域i到局部区域j的移动；/>表示第k次从回收装置出发后的子路线中不包含从局部区域i到局部区域j的移动；

步骤SP2：设置子路线约束，也就是每次垃圾满了之后，移动回收装置需要返回回收装置作垃圾的回收或者说释放；每个局部区域可以构成自己的自回路；也就是说在同一个局部区域作更长时间的停留；在一个从回收装置出发的到回收装置结束的子行走路线上所有局部区域对应的锚定次数在上限阈值和下限阈值之间；一次回收计划对应的行走路线的垃圾回收数量需要满足最低重量阈值；

其中：0表示出发或者目的位置是固定回收装置；p是任一局部区域编号；DT1是锚定次数下限阈值，DT2是锚定次数上限阈值；DTALL是清运区域的一次行走路线对应的总锚定次数下限值；

上面的约束(4)是假定锚定次数和垃圾的回收重量之间呈现线性相关的关系；而为了进一步的精确化规划模型，采用下式(6)的约束条件替换式(4)；采用下式(7)的约束条件替换式(5)；

其中；WT1是重量下限阈值，WT2是重量上限阈值；f_j()是局部区域j中锚定次数和回收重量之间的关系函数；该关系函数可以通过历史数据拟合得到；也即是说，地域不同的局部区域来说，其对应的关系函数是相同或者不同的；对于每个局部区域来说，该函数是相同或者不同的；WTALL是最低重量阈值；

优选的：WT1和WT2和移动回收装置的容量相关；例如：WT1＝80％WTM，WT2＝WTM；WTM是移动回收装置的容量；

步骤SP3：通过蚁群算法进行路径选择，通过不断更新路径上的信息素浓度来逐代收敛解并最终求得最优行走路线；

可替换的：设置信息素浓度

优选的：设置信息素浓度τ_ij＝1/d_ij；

所述基于行走路线在清运区域中移动以进行垃圾回收；具体为：行走路线途径每个局部区域、回收装置一次或者多次，并在所述局部区域内移动一定时间以进行该局部区域内用户的垃圾回收，在回收装置中进行垃圾回收；

优选的：所述一定时间等于局部区域的单位停留时间*子回路次数；也就是说，当回收装置在局部区域内停留的时间越长，其得到的主动回收垃圾越多，而该主动回收垃圾的数量和其锚定次数相关；在该一定时间内移动回收装置移动的停留在该局部区域内；

所述局部区域内移动一定时间以进行该局部区域内用户的垃圾回收，具体为：移动回收装置在移动区域内移动并途经所述局部区域内的锚点，在经过锚点时停留等待用户回收垃圾，在停留结束后，离开当前锚点并移动至下一锚点，直到所述一定时间结束；在所述一定时间结束后，移动回收装置基于所规划的行走路线进入下一个位置节点，所述下一位置节点可能是局部区域或回收装置；也就是说，本发明中的移动路线是全局规划和局部规划结合；

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种智能清运系统，其特征在于，包括：移动回收装置、固定回收装置；

所述移动回收装置通过主动在清运区域内移动以进行主动清运；移动回收装置基于清运区域地图将清运区域划分为不重叠的网格区域，基于历史监测数据对网格区域合并以形成多个局部区域；基于所述局部区域规划行走路线，移动回收装置基于行走路线在清运区域中移动以进行垃圾回收；其中：所述局部区域包括经合并的网格区域以及未经过合并的网格区域；局部区域之间相互相邻并组合构成了所述清运区域；

步骤SA2：获取历史监测数据中的用户移动数据，判断用户移动数据经过锚点位置的次数，称为锚定次数；对次数的统计是针对不同时间段展开或针对特定时间范围内的单位时间段的统计结果得到的平均数据；所述时间段是适合进行垃圾清运的时间段；

步骤SA31：选择最大的前D个锚定次数最大的锚点；所述D为预设值，和清运区域的面积相关；

步骤SA34：判断合并次数是否超过合并次数阈值，如果是，则当前锚点对应的经合并的网格区域称为局部区域，返回步骤SA32，否则，返回步骤SA33以重复合并直到达到次数阈值；其中：未合并的锚定次数最大者和所述最大锚定次数对应的锚点在清运区域中是可达的；

步骤SA35：计算未合并网格区域之和和清运区域面积的比值，根据所述比值判断是否需要做进一步的合并；如果需要，则进一步合并未合并网格区域以缩小比值，否则，网格区域合并完毕；

所述局部区域内移动一定时间以进行该局部区域内用户的垃圾回收，具体为：移动回收装置在移动区域内移动并途经所述局部区域内的锚点，在经过锚点时停留等待用户回收垃圾，在停留结束后，离开当前锚点并移动至下一锚点，直到所述一定时间结束；在所述一定时间结束后，移动回收装置基于所规划的行走路线进入下一个位置节点，所述下一位置节点可能是局部区域或回收装置；

所述基于所述局部区域规划行走路线，具体包括如下步骤：

步骤SP1：设置目标函数Z和约束条件；

其中：n是局部区域的个数；m是行走路线中途径固定回收装置的次数；每次途径固定回收装置，移动回收装置都会进行垃圾的回收；d_ij是局部区域i到j之间的距离；对于局部区域而言，距离可以是最近抵达距离或者中心点到中心点的距离；当两个局部区域之间不是直接可达时，设置d_ij＝∞；转移矩阵表示第k次从回收装置出发后的子路线中包含从局部区域i到局部区域j的移动；/>表示第k次从回收装置出发后的子路线中不包含从局部区域i到局部区域j的移动；

步骤SP2：设置子路线约束，也就是每次垃圾满了之后，移动回收装置需要返回回收装置作垃圾的回收或者说释放；每个局部区域可以构成自己的自回路；

所述基于行走路线在清运区域中移动以进行垃圾回收；具体为：行走路线途径每个局部区域、回收装置一次或者多次，并在所述局部区域内移动一定时间以进行该局部区域内用户的垃圾回收，在回收装置中进行垃圾回收。

2.根据权利要求1所述的智能清运系统，其特征在于，所述使得垃圾落入固定回收装置中，具体为：使得垃圾按照其分类分别落入固定回收装置的不同空间中；所述不同的空间是不同的垃圾分类空间。

3.根据权利要求2所述的智能清运系统，其特征在于，所述垃圾为城市垃圾。

4.根据权利要求2所述的智能清运系统，其特征在于，所述垃圾主要分为三类:可回收物、厨余垃圾和其他生物垃圾。

5.根据权利要求4所述的智能清运系统，其特征在于，所述移动回收装置通过主动在清运区域内移动以进行主动清运；移动回收装置基于清运区域地图将清运区域划分为不重叠的网格区域，基于历史监测数据对网格区域合并以形成多个局部区域；基于所述局部区域规划行走路线，移动回收装置基于行走路线在清运区域中移动以进行垃圾回收；其中：所述局部区域包括经合并的网格区域以及未经过合并的网格区域；局部区域之间相互相邻并组合构成了所述清运区域。

6.一种智能清运方法，其特征在于，所述方法包含：

固定回收装置用于承载移动回收装置在一次或者多次主动移动后回收回来的垃圾；并在装满之后等待集中的垃圾转运；

所述基于所述局部区域规划行走路线，具体包括如下步骤：

步骤SP1：设置目标函数Z和约束条件；

所述基于行走路线在清运区域中移动以进行垃圾回收；具体为：行走路线途径每个局部区域、回收装置一次或者多次，并在所述局部区域内移动一定时间以进行该局部区域内用户的垃圾回收，在回收装置中进行垃圾回收；固定回收装置承载移动回收装置在一次或者多次主动移动后回收回来的垃圾；并在装满之后等待集中的垃圾转运。

7.根据权利要求6所述的智能清运方法，其特征在于，所述使得垃圾落入固定回收装置中，具体为：使得垃圾按照其分类分别落入固定回收装置的不同空间中；所述不同的空间是不同的垃圾分类空间。

8.根据权利要求7所述的智能清运方法，其特征在于，所述垃圾为城市垃圾。

9.根据权利要求8所述的智能清运方法，其特征在于，所述垃圾主要分为三类:

可回收物、厨余垃圾和其他生物垃圾。