基于tensorflow的垃圾识别系统的设计与开发【字数：9816】
随着人类生产力的不断上升，商品的产量不断增加。而随着商品产量的上升，垃圾产量也日益增多，人工分拣垃圾的方式逐渐捉襟见肘。人们需要一套新的更加高效的垃圾分拣方式。随着算法技术的不断更新，使机器具有类似于人类的视觉识别能力变动可能。设计的这个垃圾识别系统已安卓应用程序作为依托，利用谷歌的TensorFlow框架训练机器视觉的权重。使用Android studio作为应用程序的开发工具，链接上由Python语言所编写的算法训练出来的权重数据。应用程序部分包含了摄像，内部文件系统图片读取，识别界面等子模块。训练权重时使用了卷积神经网络算法进行回归计算，通过Tensorboard提供的图形化显示界面显示训练结果。整套系统设计到最后，经过各个模块的链接，最终完成了一个完整的垃圾识别系统软件。
目 录
1 引 言 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2.研究意义 1
1.2 课题研究现状 1
2 开发工具介绍 3
2.1 ANDROID STUDIO介绍 3
2.1.1.概述 3
2.1.2.Android APP设计具体流程结构 4
2.2 TENSORFLOW框架介绍 5
2.2.1.概述 5
2.2.2.神经网络的特点 5
2.2.3.开发工具以及运行环境 6
3 APP框架构建 7
3.1 需求分析 7
3.1.1理解需求 7
3.1.3 系统流程 7
4 利用TENSORFLOW实现对图像的识别 9
4.1 概述 9
4.2 TENSORFLOW结构图 9
4.3 TENSORFLOW API结构图 10
4.3设定处理方式 10
4.3.1 CNN卷积神经网络优势 10
4.3.2 数据读取实现与返回 11
4.3.3 判断所读数据格式 11
4.3.4 调整格式 11
4.2.5 向量向阵转化 12
4.2.6 卷积神经网络算法实现 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
2
4.2.7训练模型信息 14
4.4本章小结 15
5 部分设计代码 15
5.1训练权重的调用 15
5.2训练权重的代码 18
5.3本章小结 19
结语 20
参考文献 21
致谢 23
1 引 言
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1研究背景
垃圾处理一直是全世界人类密切关心的问题，从某种意义上来说，其实并不存在真正的垃圾，而人们广义上认知的所谓垃圾，其实都只是放错地方的资源[1]。而这些数量可观的资源之所以并没有合理利用，其主要原因就是垃圾资源有效使用的前提就是将混在一起的垃圾按照其特性进行合理的分类，而对这些垃圾的分类成本又太过于巨大，当这种成本大于其可被利用的价值时，废物利用的意义就几乎被完全忽视。总览世界，对垃圾分类处理做的比较好的国家有日本，德国等。以日本为例，大约在13年前，日本国的全年垃圾循环再利用率将近达到了近20%左右，其中缩减处理比率已经大于95%，而其中的填埋率则低于3%[2]。然而在这远超其他国家的干嘛利用率背后，确是不开日本对垃圾分类处理的高额投入，其中就包括了高昂的人力成本，巨大的运输成本等，其所付出的已经远远大于所得。不得不说，垃圾分类处理是每一个国家所头疼的棘手问题。
1.1.2.研究意义
近年来，随着计算机技术的飞速发展，Apache Spark MLlib、H2O、Apache Singa、Caffe2、TensorFlow等机器学习框架被不断完善，渐渐的浮现于世人的眼中。利用机器学习的原理，计算机已经能够高效的帮助人们完成越来越多的复杂任务。基于Google的TensorFlow框架，利用神经网络卷积算法等技术，计算机已经能够实现对图像、音频，视频等高复杂性数据的多维度处理。这种技术的发展为大幅度降低垃圾处理的成本提供了可能性，利用tensorflow框架优秀的图像识别处理技术替代人工，使用图像输入设备与计算机结合，智能化处理不同种类的垃圾，并对它们进行分类，从而实现，大规模减少人工成本，时间成本，提高处理效率。
1.2 课题研究现状
垃圾处理的前期阶段，政府一般会使用对垃圾进行填满，焚烧等方法，其特点是对垃圾进行混合处理，简单随意，对环境污染极大。之后，一批以日本为代表的国家实行垃圾分类策略，大大缓解了垃圾处理对环境的伤害。以日本为例，日本国家政府利用各种电视广播、媒体杂志同时加大教育活动力度作为宣传手段，这些举措最终让大部分居民成功具有了自主分类垃圾的优秀意识。同时，日本也发行了许多非常精细的垃圾分类规范准则，其中规定了细到各类垃圾所需要的分类方法与他们的投放周期时间，并配套这些准则制定了一系列配套的经济实行方案。包括了：1）单纯的计算垃圾量收费制度。2）累进的计量收费制度。3）定量的免费制度。4）补助组合同时收费制度等一些列方案。在这些方案被有效的推行过后，展现的效果极佳，这使得日本俨然成为了垃圾利用率最为高效的国家。但是，由于这些分类的责任分别落实到各个家庭，为了想做好每一项分类的工作，家庭中的每一位主要成员通常都需要花费超过10分钟对垃圾进行细致分类，而大部分的家庭主妇们更是需要花费大约半个小时以上的时间对这些分类好的各种垃圾进行细节检查和分包化处理，而这些工作大大增加了全民的时间成本，并不适合人口众多的大国。
在国内，此种模式在实行时有许多问题，以上海为例。在人们将垃圾按照各自的类别区分开来的时候，第一步总是会需要各家各户自己先把他们分开来，在他们把类别区分好后，再按照各自的属性分别投放入各个小区中的废物投放处。小区中的废物收集箱一般会有五种类别，这就代表着如果居民想要做到这种垃圾分类的事情，每一户的居民就必须要按天为单位准备至少四个塑料袋来分类存放它们。由于历史的遗留习惯，这些居民点的居民们并不习惯将这些废物按照他们各自的类别去处理他们，这就将会一个对于他们来说大量耗时耗力的负担。
目 录
1 引 言 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2.研究意义 1
1.2 课题研究现状 1
2 开发工具介绍 3
2.1 ANDROID STUDIO介绍 3
2.1.1.概述 3
2.1.2.Android APP设计具体流程结构 4
2.2 TENSORFLOW框架介绍 5
2.2.1.概述 5
2.2.2.神经网络的特点 5
2.2.3.开发工具以及运行环境 6
3 APP框架构建 7
3.1 需求分析 7
3.1.1理解需求 7
3.1.3 系统流程 7
4 利用TENSORFLOW实现对图像的识别 9
4.1 概述 9
4.2 TENSORFLOW结构图 9
4.3 TENSORFLOW API结构图 10
4.3设定处理方式 10
4.3.1 CNN卷积神经网络优势 10
4.3.2 数据读取实现与返回 11
4.3.3 判断所读数据格式 11
4.3.4 调整格式 11
4.2.5 向量向阵转化 12
4.2.6 卷积神经网络算法实现 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
2
4.2.7训练模型信息 14
4.4本章小结 15
5 部分设计代码 15
5.1训练权重的调用 15
5.2训练权重的代码 18
5.3本章小结 19
结语 20
参考文献 21
致谢 23
1 引 言
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1研究背景
垃圾处理一直是全世界人类密切关心的问题，从某种意义上来说，其实并不存在真正的垃圾，而人们广义上认知的所谓垃圾，其实都只是放错地方的资源[1]。而这些数量可观的资源之所以并没有合理利用，其主要原因就是垃圾资源有效使用的前提就是将混在一起的垃圾按照其特性进行合理的分类，而对这些垃圾的分类成本又太过于巨大，当这种成本大于其可被利用的价值时，废物利用的意义就几乎被完全忽视。总览世界，对垃圾分类处理做的比较好的国家有日本，德国等。以日本为例，大约在13年前，日本国的全年垃圾循环再利用率将近达到了近20%左右，其中缩减处理比率已经大于95%，而其中的填埋率则低于3%[2]。然而在这远超其他国家的干嘛利用率背后，确是不开日本对垃圾分类处理的高额投入，其中就包括了高昂的人力成本，巨大的运输成本等，其所付出的已经远远大于所得。不得不说，垃圾分类处理是每一个国家所头疼的棘手问题。
1.1.2.研究意义
近年来，随着计算机技术的飞速发展，Apache Spark MLlib、H2O、Apache Singa、Caffe2、TensorFlow等机器学习框架被不断完善，渐渐的浮现于世人的眼中。利用机器学习的原理，计算机已经能够高效的帮助人们完成越来越多的复杂任务。基于Google的TensorFlow框架，利用神经网络卷积算法等技术，计算机已经能够实现对图像、音频，视频等高复杂性数据的多维度处理。这种技术的发展为大幅度降低垃圾处理的成本提供了可能性，利用tensorflow框架优秀的图像识别处理技术替代人工，使用图像输入设备与计算机结合，智能化处理不同种类的垃圾，并对它们进行分类，从而实现，大规模减少人工成本，时间成本，提高处理效率。
1.2 课题研究现状
垃圾处理的前期阶段，政府一般会使用对垃圾进行填满，焚烧等方法，其特点是对垃圾进行混合处理，简单随意，对环境污染极大。之后，一批以日本为代表的国家实行垃圾分类策略，大大缓解了垃圾处理对环境的伤害。以日本为例，日本国家政府利用各种电视广播、媒体杂志同时加大教育活动力度作为宣传手段，这些举措最终让大部分居民成功具有了自主分类垃圾的优秀意识。同时，日本也发行了许多非常精细的垃圾分类规范准则，其中规定了细到各类垃圾所需要的分类方法与他们的投放周期时间，并配套这些准则制定了一系列配套的经济实行方案。包括了：1）单纯的计算垃圾量收费制度。2）累进的计量收费制度。3）定量的免费制度。4）补助组合同时收费制度等一些列方案。在这些方案被有效的推行过后，展现的效果极佳，这使得日本俨然成为了垃圾利用率最为高效的国家。但是，由于这些分类的责任分别落实到各个家庭，为了想做好每一项分类的工作，家庭中的每一位主要成员通常都需要花费超过10分钟对垃圾进行细致分类，而大部分的家庭主妇们更是需要花费大约半个小时以上的时间对这些分类好的各种垃圾进行细节检查和分包化处理，而这些工作大大增加了全民的时间成本，并不适合人口众多的大国。
在国内，此种模式在实行时有许多问题，以上海为例。在人们将垃圾按照各自的类别区分开来的时候，第一步总是会需要各家各户自己先把他们分开来，在他们把类别区分好后，再按照各自的属性分别投放入各个小区中的废物投放处。小区中的废物收集箱一般会有五种类别，这就代表着如果居民想要做到这种垃圾分类的事情，每一户的居民就必须要按天为单位准备至少四个塑料袋来分类存放它们。由于历史的遗留习惯，这些居民点的居民们并不习惯将这些废物按照他们各自的类别去处理他们，这就将会一个对于他们来说大量耗时耗力的负担。
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