本發(fā)明涉及垃圾稱重的領(lǐng)域，尤其涉及一種環(huán)衛(wèi)收運車垃圾動態(tài)稱重的方法。

背景技術(shù)：

近年來隨著城鄉(xiāng)一體化進程的推進和發(fā)展，同時伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和推廣，智慧城市建設(shè)逐漸被提上日程，智慧環(huán)衛(wèi)作為智慧城市建設(shè)的重要組成部分，其呼聲也是越來越高。但是智慧環(huán)衛(wèi)是需要有明確的智慧環(huán)衛(wèi)管理指標體系，以指導(dǎo)、評估各地智慧環(huán)衛(wèi)的建設(shè)，如根據(jù)人口、面積、自然條件等設(shè)計垃圾收集模式、運輸模式、處置模式等。智慧環(huán)衛(wèi)，依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對環(huán)衛(wèi)管理所涉及到的人、車、物、事進行全過程實時管理，合理設(shè)計規(guī)劃環(huán)衛(wèi)管理模式，提升環(huán)衛(wèi)作業(yè)質(zhì)量，降低環(huán)衛(wèi)運營成本，用數(shù)字評估和推動垃圾分類管理實效。

現(xiàn)有環(huán)衛(wèi)收運車上轉(zhuǎn)載垃圾稱重的方法主要分為靜態(tài)稱重和動態(tài)稱重。靜態(tài)稱重：一般是車輛開到專門的地磅上進行稱量；優(yōu)點是計量準確，但缺點是一次性投資大，且無法進行現(xiàn)場結(jié)算，不能實時對轉(zhuǎn)載量進行監(jiān)控和調(diào)度。動態(tài)稱重，如專利申請?zhí)枮?01510582848.4，在稱重區(qū)域采用接近開關(guān)，檢測距離10～15mm，當感應(yīng)到信號后，停止幾秒進行稱重，其優(yōu)點是，相對于地磅上進行稱量，解決了無法進行現(xiàn)場結(jié)算，不能實時對轉(zhuǎn)載量進行監(jiān)控和調(diào)度，其本質(zhì)上仍是靜態(tài)稱重，存在的不足是：1接近開關(guān)容易受到撞擊而變形損壞；2時間久了，隨著提桶機構(gòu)的磨損，容易導(dǎo)致接近開關(guān)感應(yīng)位置發(fā)生偏移；3每次傾倒過程中都要進行停頓，工作效率會降低，容易引進用戶抱怨；4雖然此時是停頓在稱重，但由于車輛本身是在震動，按靜態(tài)稱重設(shè)計的傳感器和稱重方法 容易導(dǎo)致計量不準確；5由于現(xiàn)場情況多變，車輛停放的位置不一定水平，而存在傾角，此時計重傳感器上所實際承受的重量可能只是垃圾桶實際重量的一個分量?？傊捎诖嬖谏鲜龈鞣N不確定環(huán)境因數(shù)的影響，現(xiàn)有的動態(tài)稱重方案實際很難保證稱重的準確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是公開一種可以提高垃圾回收效率的情況下，盡可能提高垃圾稱重準確性的用于環(huán)衛(wèi)收運車垃圾動態(tài)稱重的方法。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：一種用于環(huán)衛(wèi)收運車垃圾動態(tài)稱重的方法，垃圾桶內(nèi)垃圾倒在環(huán)衛(wèi)收運車上的依次包括以下步驟：(1)掛桶，環(huán)衛(wèi)車上的支架向垃圾桶移動，直至垃圾桶掛在支架上；(2)提桶，支架帶動垃圾桶上升，垃圾桶離開地面；(3)旋轉(zhuǎn)運動，垃圾桶隨支架轉(zhuǎn)動角度向著環(huán)衛(wèi)收運車翻轉(zhuǎn)；(4)傾倒，翻轉(zhuǎn)到位后，將垃圾桶內(nèi)的垃圾傾倒在環(huán)衛(wèi)收運車內(nèi)；支架上設(shè)置重量傳感器和傾角傳感器，環(huán)衛(wèi)收運車上設(shè)置連接重量傳感器和傾角傳感器的處理器；在垃圾桶上升一秒以后，以及垃圾桶隨支架轉(zhuǎn)動角度在1-20度的時間段內(nèi)，重量傳感器采集重量數(shù)據(jù)，傾角傳感器同時采集支架翻轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)，處理器收集重量傳感器和傾角傳感器的數(shù)據(jù)，并濾除重量傳感器和傾角傳感器采集的異常數(shù)據(jù)，結(jié)合稱重數(shù)據(jù)隨支架翻轉(zhuǎn)角度的同步位置信號值，繪制成重量隨位置和時間變化的動態(tài)波形，通過計算波形平均值的方法，計算出本次提升垃圾的重量值。

作為優(yōu)選，重量傳感器和傾角傳感器采集數(shù)據(jù)的次數(shù)均在70次以上。

作為優(yōu)選，在垃圾桶上升一秒以后，以及垃圾桶隨支架轉(zhuǎn)動角度在1-15度的時間段內(nèi)，重量傳感器和傾角傳感器采集的數(shù)據(jù)繪制重量隨位置和時間變化的動態(tài)波形，并以此計算出本次提升垃圾的重量值，當垃圾桶隨支架轉(zhuǎn)動角度 在1-15度時，支架及垃圾桶穩(wěn)定性最好，重量傳感器和傾角傳感器采集的數(shù)據(jù)最為準確，垃圾桶隨支架轉(zhuǎn)動角度在1-15度的范圍內(nèi)。進一步的，重量傳感器和傾角傳感器采集數(shù)據(jù)的次數(shù)均在90-110次之間，數(shù)據(jù)采集次數(shù)少于70次，在濾除異常數(shù)據(jù)之后就會影響稱重準確性，數(shù)據(jù)采集次數(shù)肯定是越多越好的，旋轉(zhuǎn)運動的過程時間一般在3-5秒，次數(shù)太多短時間內(nèi)難以完成，并且次數(shù)達到110次之后稱重準確率已經(jīng)非常高，再增加采集次數(shù)對于稱重準確性的提高也沒有更多的提升空間。

作為優(yōu)選，通過中值濾波算法濾除重量傳感器和傾角傳感器采集的異常數(shù)據(jù)，濾除異常數(shù)據(jù)，如車輛本身有可能突然抖動，導(dǎo)致本次采集的數(shù)據(jù)異常，可以提高稱重的準確性。

作為優(yōu)選，計算波形平均值的方法分如下幾步：a.根據(jù)數(shù)據(jù)在圖形上的分布情況，找出基準軸值；b.計算出圖中各部分面積波形的高度，并取各部分波形的平均值；c.計算實際重量值＝基準軸值+平均值，提高稱重準確性。

作為優(yōu)選，垃圾桶上設(shè)置電子標簽，支架上設(shè)置能夠讀取垃圾桶上電子標簽信息的讀卡器，用于記錄垃圾桶信息，包括垃圾種類等，例如區(qū)分餐廚垃圾和普通垃圾。

作為優(yōu)選，環(huán)衛(wèi)收運車上安裝車載GPS定位模塊和本地儀表顯示器，本地儀表顯示器連接處理器，本地儀表顯示器顯示處理器上的信息，使用操作方便。進一步的，信息包括每次稱重數(shù)據(jù)、累計稱重數(shù)據(jù)、操作員信息和環(huán)衛(wèi)收運車。更進一步的，處理器通過無線裝置連接遠程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，處理器通過無線裝置將信息傳輸?shù)竭h程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，處理器通過無線裝置接收遠程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的指令并在本地儀表顯示器上顯示，為智慧環(huán)衛(wèi)提供了大量的監(jiān)管數(shù)據(jù)，可以方便監(jiān)管和調(diào)度。

本發(fā)明的有益效果在于：在提桶初期，即垃圾桶上升一秒之內(nèi)，支架碰觸垃圾桶會有撞擊余波，此時稱重準確性低；當垃圾桶隨支架轉(zhuǎn)動角度大于20度時，支架及垃圾桶開始翻轉(zhuǎn)，重量傳感器和傾角傳感器也會一起震動，稱重準確性下降，垃圾桶隨支架轉(zhuǎn)動角度在1-20度的范圍內(nèi)是相對平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)運動階段，濾除重量傳感器和傾角傳感器采集的異常數(shù)據(jù)并通過計算波形平均值的方法，計算出本次提升垃圾的重量值，在大幅提高垃圾稱重效率的情況下，同時稱重基本準確，滿足了環(huán)衛(wèi)稱重的需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中垃圾桶在環(huán)衛(wèi)收運車上傾倒垃圾的示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例中50KG砝碼加15.2KG垃圾桶采樣數(shù)據(jù)波形示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例中舉例示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1和圖2對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，一種用于環(huán)衛(wèi)收運車垃圾動態(tài)稱重的方法，垃圾桶內(nèi)垃圾倒在環(huán)衛(wèi)收運車上的依次包括以下步驟：(1)掛桶，環(huán)衛(wèi)車1上的支架2向垃圾桶3移動，直至垃圾桶3掛在支架2上，具體是支架2由略微偏移垂直軸線負角度，一般是-1～-2°向與垂直軸線平行方向移動并上升與垃圾桶3邊沿接觸；(2)提桶，支架2帶動垃圾桶3上升，垃圾桶3離開地面；(3)旋轉(zhuǎn)運動，垃圾桶3隨支架2轉(zhuǎn)動角度向著環(huán)衛(wèi)收運車1翻轉(zhuǎn)，其過程大約3～4秒左右；(4)傾倒，翻轉(zhuǎn)到位后，將垃圾桶3內(nèi)的垃圾傾倒在環(huán)衛(wèi)收運車1內(nèi)。

圖1中，Y線是與地面垂直的軸線，轉(zhuǎn)動角度就是指垃圾桶或支架與Y線的夾角，a是本專利最佳的轉(zhuǎn)動角度1-15度，b是本專利選擇的轉(zhuǎn)動角度1-20度。

支架上設(shè)置重量傳感器和傾角傳感器，環(huán)衛(wèi)收運車上設(shè)置連接重量傳感器和傾角傳感器的處理器；在垃圾桶上升一秒以后，重量傳感器采集重量數(shù)據(jù)， 傾角傳感器同時采集支架翻轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)，在旋轉(zhuǎn)運動過程中，具體是垃圾桶隨支架轉(zhuǎn)動角度在1-15度的范圍內(nèi)，重量傳感器采集重量數(shù)據(jù)，傾角傳感器同時采集支架翻轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)，處理器收集重量傳感器和傾角傳感器的數(shù)據(jù)，結(jié)合稱重數(shù)據(jù)隨支架翻轉(zhuǎn)角度的同步位置信號值，繪制成重量隨位置和時間變化的動態(tài)波形，通過計算波形平均值的方法，計算出本次提升垃圾的重量值。

重量傳感器是應(yīng)變式重量傳感器，能夠?qū)討B(tài)提升中的垃圾重量信號的變化實時的體現(xiàn)出來。傾角傳感器可以用來測量相對于水平面的傾角變化量，由于該傾角傳感器和應(yīng)變式重量傳感器配合使用，例如固定在同一個安裝支架或傳感器本身上，傾角傳感器的輸出角度是隨時與重量傳感器所處的位置一致的一般采集的次數(shù)也相同。

當垃圾桶隨支架轉(zhuǎn)動角度在1-15度時，支架及垃圾桶穩(wěn)定性最好，重量傳感器和傾角傳感器采集的數(shù)據(jù)最為準確，稱重準確性下降，垃圾桶隨支架轉(zhuǎn)動角度在1-15度的范圍內(nèi)，重量傳感器和傾角傳感器采集數(shù)據(jù)的次數(shù)均在90-110次之間，稱重準確性可達99％。經(jīng)過實驗，數(shù)據(jù)采集次數(shù)少于70次，在濾除異常數(shù)據(jù)之后就會影響稱重準確性，數(shù)據(jù)采集次數(shù)肯定是越多越好的，旋轉(zhuǎn)運動的過程時間一般在3-5秒，次數(shù)太多短時間內(nèi)難以完成，并且次數(shù)達到110次之后稱重準確率已經(jīng)非常高，再增加采集次數(shù)對于稱重準確性的提高也沒有更多的提升空間。

垃圾桶上設(shè)置電子標簽，支架上設(shè)置能夠讀取垃圾桶上電子標簽信息的讀卡器，用于記錄垃圾桶信息，包括垃圾種類等，例如區(qū)分餐廚垃圾和普通垃圾。環(huán)衛(wèi)收運車上安裝車載GPS定位模塊和本地儀表顯示器，本地儀表顯示器連接處理器，本地儀表顯示器顯示處理器上的信息，使用操作方便。

進一步的，信息包括每次稱重數(shù)據(jù)、累計稱重數(shù)據(jù)、操作員信息和環(huán)衛(wèi)收運車。更進一步的，處理器通過無線裝置連接遠程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，處理器通過無線裝置將信息傳輸?shù)竭h程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，處理器通過無線裝置接收遠程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的指令并在本地儀表顯示器上顯示，為智慧環(huán)衛(wèi)提供了大量的監(jiān)管數(shù)據(jù)，可以方便監(jiān)管和調(diào)度。

通過中值濾波算法濾除重量傳感器和傾角傳感器采集的異常數(shù)據(jù)，濾除異常數(shù)據(jù)，可以提高稱重的準確性。中值濾波是基于排序統(tǒng)計理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術(shù)，中值濾波的基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點的值用該點的一個鄰域中各點值的中值代替，讓周圍的像素值接近的真實值，從而消除孤立的噪聲點。方法是用某種結(jié)構(gòu)的二維滑動模板，將板內(nèi)像素按照像素值的大小進行排序，生成單調(diào)上升或下降的為二維數(shù)據(jù)序列。二維中值濾波輸出為g(x,y)＝med{f(x-k,y-l),(k,l∈W)}，其中,f(x,y)，g(x,y)分別為原始圖像和處理后圖像。W為二維模板，通常為2*2，3*3區(qū)域，也可以是不同的的形狀，如線狀，圓形，十字形，圓環(huán)形等。對于上面的數(shù)字序列，我們使用的方法是，對于每個數(shù)據(jù)，用它周圍鄰域一定數(shù)量的數(shù)據(jù)的中值替代。舉一個例子，如圖3所示，如果我們設(shè)置鄰域的數(shù)量為7，那么對于數(shù)據(jù)45來說，這個鄰域數(shù)列就是45前邊的3個數(shù)字和45后邊的3個數(shù)字，再加上本身，就是7個數(shù)字：鄰域就是{9,10,9,45,13,12,10}。對這個新序列進行排序，取中值。排序后的結(jié)果是{9,9,10,10,12,13,45}，中值就是10。那在原始的數(shù)列中數(shù)字45，就用10來代替，這樣就過濾了45這個異常數(shù)據(jù)。

針對本專利的方法，雖然選取的有效數(shù)據(jù)采集范圍內(nèi)，系統(tǒng)本身基本比較平穩(wěn)，但任然可能存在外在因素的干擾，如車輛本身有可能突然抖動，導(dǎo)致本次采集的數(shù)據(jù)異常，所以本系統(tǒng)采取了濾波算法，如中值濾波算法進行異常數(shù)據(jù)剔除。

計算波形平均值的方法分如下幾步：a.根據(jù)數(shù)據(jù)在圖形上的分布情況，找出基準軸值h；b.計算出圖中各部分面積波形的高度，并取各部分波形的平均值高度h1；c.計算實際重量值＝基準軸值h+h1，提高稱重準確性。平均值average value，對于某一段波形來說，其數(shù)學(xué)意義就是一周期信號的平均高度。一般這個周期信號平均值計算為：平均值＝一周波形的面積和/一周的時間即周期，但是對于上下對稱的波形，例如正弦波、方波等，其正負面積相等，其正負半周期面積相等，正負抵消后面積和為0，因此對于這種波形，平均值計算為：平均值＝半周波形的面積和/半周的時間。

針對本專利，如圖2所示，平均值算法分如下幾步：a.根據(jù)數(shù)據(jù)在圖形上的分布情況，找出基準軸值h。找基準軸的方法可以是求平均值，或?qū)?shù)據(jù)按單調(diào)上升或下降進行排序，然后按照數(shù)據(jù)分布情況選取中間值等。b.計算出圖中各部分波形的平均高度，實際使用時采集數(shù)據(jù)越多波形就越多，計算越接近真實值,但為了說明簡化，本例僅以一個半周期為例，即計算圖中面積S1，S2，S3波形的平均高度|h1|，|h2|，|h3|，并取平均值△h＝(|h1|+|h2|+|h3|)/3。c.計算實際重量值＝基準軸h+△h。計算過程如下：A.找基準軸；原始數(shù)據(jù)：{64,68,66,65,61,60,59,60,63,69,67,64}；平均值：(64+68+66+65+61+60+59+60+63+69+67+64)/12＝63.833，取整數(shù)后為63，所以基準軸為h＝63；B.計算波形面積s1部分平均高度絕對值|h1|＝|(64-63)+(68-63)+(66-63)+(65-63)|/4＝2.75；計算波形面積s2部分平 均高度絕對值|h2|＝|(61-63)+(60-63)+(59-63)+(60-63)|/4＝3；計算波形面積s3部分平均高度絕對值|h3|＝|(63-63)+(69-63)+(67-63)+(64-63)|/4＝2.75；計算兩部分波形平均值△h＝(2.75+3+2.75)/3＝2.833；C.計算實際重量值＝h+△h＝63+2.833＝65.833kg，目標重量為50kg+15.2kg＝65.2kg。

轉(zhuǎn)動角度取值范圍對稱重準確性影響很大，在垃圾桶上升一秒以后，不同的轉(zhuǎn)動角度取值范圍的實驗數(shù)據(jù)詳見下表2。

表2：采樣次數(shù)100次,重量單位KG。

垃圾桶上升一秒以后重量傳感器和傾角傳感器才開始采集數(shù)據(jù)對稱重準確性影響很大，實驗數(shù)據(jù)詳見下。

表3：采樣次數(shù)100次，轉(zhuǎn)動角度1-15度。