Прикладной проект “Нейросеть – классификатор мусора на изображениях”

прикладной проект

Автор: Обухов Сергей Дмитриевич

Место работы/учебы: МБОУ "Лицей "МОК №2", г. Воронеж, 9 класс

Научный руководитель: Полякова Елена Георгиевна, учитель информатики

Аннотация

Экологическая проблема – это изменение природной среды из-за антропогенных воздействий или стихийных бедствий, ведущее к нарушению структуры и функционирования природы. В современном мире существует множество экологических проблем, вызванных человеческой деятельностью. Большинство из них ещё не оказывают какого-либо заметного влияния на нашу жизнь. Но, безусловно, все экологические проблемы нуждаются в решении, ведь от этого зависит сама возможность существования человечества на Земле. Именно поэтому поиск способов решения различных экологических проблем стал одной из самых важных и актуальных проблем XXI века.

Многие экологические проблемы напрямую связаны с неправильной утилизацией огромного количества отходов. Так, например, множество мусорных свалок по всему миру вызывает загрязнение почвы, воды и воздуха; бездумная утилизация отходов заставляет производителей постоянно использовать новое сырьё, что приводит к нехватке природных ресурсов; разложение некоторых классов отходов на свалках влияет на изменение климата и здоровье людей и т.д. Эти и многие другие проблемы решает разделение мусора по классам и дальнейшая его переработка. Данный метод позволяет уменьшить загрязнение окружающей среды, сократить объём складируемого на свалках мусора, снизить потребление природных ресурсов за счёт использования переработанных отходов в качестве вторсырья и улучшить как экологическую, так и экономическую обстановку в мире в целом.

К сожалению, несмотря на неоспоримые плюсы разделения отходов, на данный момент сортировать и перерабатывать мусор должным образом получается только у небольшого количества самых развитых стран мира. Большинство же (в том числе и Россия) пока что только пытаются реализовать этот подход к утилизации. Например, в нашей стране перерабатывается менее 10% твёрдых бытовых отходов. Остальные 90% гниют на полигонах (суммарная площадь которых составляет около 4 миллионов гектаров), занимая свободное место и отравляя окружающую среду. Такая же ситуация наблюдается и во многих других странах. Это вызвано рядом причин, среди которых:

  • высокая стоимость (от 10 до 50 тысяч долларов) специального оборудования для сортировки мусора (гиперспектральных камер, грохотов, сепараторов и др.), что отталкивает предпринимателей и инвесторов от этой сферы;
  • нежелание людей разделять бытовой мусор самостоятельно вследствие неосведомлённости о пользе этого метода для человечества;
  • наличие огромного количества мусорных контейнеров без разделения отходов на классы, где пригодный для повторного использования мусор смешивается с непригодным и теряет возможность быть переработанным;
  • нежелание людей работать в плохих условиях на мусороперерабатывающих заводах, где на данный момент ручная сортировка отходов не имеет альтернатив.

Использование передовых технологий нейросетей и компьютерного зрения на мусороперерабатывающих предприятиях может почти полностью автоматизировать сортировку отходов, что приведёт к увеличению как качества, так и скорости этого процесса. Также применение нейросетей значительно снизит размер вложений, необходимых для содержания предприятия по сортировке мусора, за счёт практически полного отсутствия сотрудников и более дешёвого оборудования. Другой способ сортировки мусора с применением компьютерного зрения и нейросетей – это замена обычных мусорных баков на «умные» урны с автоматической сортировкой отходов по классам. Таким образом, мусор будет сортироваться ещё на этапе сбора и накопления отходов. Оба этих способа в будущем могут привести к увеличению доли сортируемых отходов вплоть до 100%, что положительно скажется на экологии и экономике. В этом и заключается актуальность моей проектной работы. Также мой проект актуален из-за того, что в нём применяется очень актуальная в наши дни технология нейросетей. Уже сейчас существуют такие нейронные сети, способные лишить миллионы квалифицированных специалистов работы, ведь искусственный интеллект выполняет работу лучше и быстрее людей. Поэтому потенциал развития этой технологии в будущем практически безграничен.

Цель проекта: создание нейросети, способной определять тип представленного на изображении мусора (гофрокартон, электронные отходы, стекло, медицинские отходы, металл, бумага или пластик).

Задачи:

  1. Ознакомиться с информацией о сортировке мусора.
  2. Изучить основные принципы работы нейронных сетей (в частности, свёрточных CNN).
  3. Подготовить исходный набор данных с фотографиями различных типов мусора для обучения нейросети.
  4. Разработать архитектуру нейросети.
  5. Обучить модель нейросети на исходном наборе данных.
  6. Опробовать нейросеть на практике и создать для неё пользовательский интерфейс.

Методы и методики, которые использовались при разработке проекта:

  • изучение информации по данной теме в литературных источниках и в Интернете;
  • формирование исходного набора данных для обучения нейросети из фотографий мусора;
  • разработка архитектуры нейросети;
  • обучение нейросети на исходном наборе данных;
  • разработка компьютерного приложения с интегрированной нейросетью и графическим пользовательским интерфейсом;
  • тестирование работы приложения на новых фотографиях мусора.

Практическая значимость. Разработанную нейросеть можно будет встроить в какое-либо устройство, сортирующее мусор, например, на конвейер на мусороперерабатывающем заводе, в “умный” мусорный контейнер, который автоматически сортирует попадающий в него мусор и др.

Срок работы над проектом: 6 месяцев.

Результаты

Разработано исправно функционирующее компьютерное приложение «Классификатор мусора» со встроенной нейросетью, способное определять тип мусора, представленного на изображении (гофрокартон, электронные отходы, стекло, медицинские отходы, металл, бумага или пластик). В дальнейшем планируется добавить в нейросеть новые типы определяемого мусора (пищевые отходы, резина, текстиль и др.), улучшить точность нейросети путём переобучения её на более обширном датасете с большим количеством фотографий мусора, а также встроить нейросеть в какое-либо устройтсво, сортирующее мусор.
Технология нейросетей пока ещё мало применяется при переработке мусора (особенно в России), но в будущем она, безусловно, станет основополагающей в данной сфере. Поэтому моя проектная работа обладает высокой новизной и актуальностью.
Таким образом, в результате реализации проекта были выполнены все задачи, была достигнута поставленная цель, а также были составлены перспективы развития проекта на будущее.

Содержание работы

Автор предпочел не показывать работу на сайте.

Дата публикации работы: 15.05.2023

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Смотреть похожие работы

Практико-ориентированный проект “Создание сайта на языках html, css, javascript”
С учетом стремительного развития интернета и цифровых технологий количество онлайн-пользователей постоянно растет. Это означает, что веб-сайты по-прежнему являются основным инструментом для представления информации, продажи товаров и услуг, коммуникации с клиентами…
Исследовательский проект “Создание лендинга мини фермы КФХ на платформе Тильда”
Сегодня происходит активное развитие технологий, они проникают во все сферы нашей жизни. Работа зоотехников не стала исключением. Все больше предприятий используют современные технологии для построения общения со своими клиентами. Сегодняшние…