Preview

Вестник Казахстанско-Британского технического университета

Расширенный поиск

ГЛУБОКИЕ НЕЙРОННЫЕ СЕТИ КАК ИНСТРУМЕНТ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОРТИРОВКИ ПЛАСТИКОВЫХ ОТХОДОВ

https://doi.org/10.55452/1998-6688-2024-21-3-116-127

Аннотация

В индустрии вторсырья наблюдается острая потребность в качественном сортированном материале. Проблематика сортировочных центров, связанная с трудностями сортировки и очистки пластика, приводит к накоплению отходов на свалках вместо их переработки, подчеркивая необходимость развития эффективных автоматизированных методов сортировки. В этом исследовании предлагается интеллектуальная модель классификации пластиков, разработанная на основе сверточной нейронной сети (CNN) с использованием таких архитектур, как MobileNet, ResNet и EfficientNet. Модели были обучены на наборе данных, состоящем из более чем 4000 изображений, распределенных по пяти категориям пластика. Среди протестированных архитектур EfficientNet-SED продемонстрировала самую высокую точность классификации – 99,1%, что соответствует результатам предыдущих исследований в этой области. Эти результаты подчеркивают потенциал использования передовых архитектур CNN для повышения эффективности процессов переработки пластика.

Об авторах

Н. Алимбекова
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева; Международный университет Астана
Казахстан

докторант 

010008, г. Астана;
010000, г. Астана



Ш. Хашим
Университет Путра Малайзия
Малайзия

PhD, профессор 

Куала-Лумпур



А. Жумадиллаева
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Казахстан

к.т.н,, доцент 

010008, г. Астана



С. Айымбай
Astana IT University
Казахстан

м.т.н. 

010000, г. Астана



Список литературы

1. Waste management. The official site of the Ministry of Ecology and Natural Resources of the Republic of Kazakhstan. Application date: 08.03.2024. [electronic resource] URL: https://www.gov.kz/memleket/entities/ecogeo/activities/14791?lang=ru&parentId=14790.

2. Mannheim V. Life Cycle Assessment Model of Plastic Products: Comparing Environmental Impacts for Different Scenarios in the Production Stage. Polymers 2021, vol. 13, p. 777. https://doi.org/10.3390/polym13050777.

3. Antonis Vlasopoulos, Jurgita Malinauskaite, Alina Żabnieńska-Góra, Hussam Jouhara. Life cycle assessment of plastic waste and energy recovery. Energy, 2023, vol. 277, p. 127576. ISSN 0360-5442, https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127576.

4. Powerful optical sorting technologies, artificial intelligence and robotics reduce contamination for recycling operations. [electronic resources]. URL: https://www.recyclingproductnews.com/article/34294/powerful-optical-sorting-technologies-artificial-intelligence-and-robotics-reduce-contamination-forrecycling-operations.

5. Masoumi H., Safavi S.M., & Khani Z. Identification and classification of plastic resins using near infrared reflectance spectroscopy. International Journal of Mechanical and Industrial Engineering, 2012, no 6, pp. 213–220.

6. Wu X., Li J., Yao L., & Xu Z. Auto-sorting commonly recovered plastics from waste household appliances and electronics using near-infrared spectroscopy. Journal of Cleaner Production, 2020, 246, p. 118732. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118732.

7. Zheng Y., Bai J., Xu J., Li X., & Zhang Y. A discrimination model in waste plastics sorting using NIR hyperspectral imaging system. Waste Management, 2018, no. 72, pp. 87–98. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.10.015.

8. Zhu S., Chen H., Wang M., Guo X., Lei Y., & Jin G. Plastic solid waste identification system based on near infrared spectroscopy in combination with support vector machine. Advanced Industrial and Engineering Polymer Research, 2019, vol. 2, pp. 77–81.

9. Carrera B., Pinol V.L., Mata J.B., & Kim K. A machine learning based classification models for plastic recycling using different wavelength range spectrums. Journal of Cleaner Production, 2022, vol. 374, p. 133883.

10. Choi J., Lim B., & Yoo Y. Advancing plastic waste classification and recycling efficiency: Integrating image sensors and deep learning algorithms. Applied Sciences, 2023, vol. 13, no. 18, p. 10224. https://doi.org/10.3390/app131810224.

11. Abdallah N., Burhan R.H., Ali T., Alrehaili A., & Toqeer S. An ensemble learning based classification approach for the prediction of household solid waste generation. Sensors, 2022, vol. 22, no. 9, p. 3506. https://doi.org/10.3390/s22093506.

12. Kumar S., Yadav D., Gupta H., Verma O.P., Ansari I.A., & Ahn C.W. A novel YOLOv3 algorithmbased deep learning approach for waste segregation: Towards smart waste management. Electronics, 2021, vol. 10, no. 1, p. 14. https://doi.org/10.3390/electronics10010014.

13. Bobulski J., & Kubanek M. Deep learning for plastic waste classification system. Applied Computational Intelligence and Soft Computing, 2021, Article ID 6626948. https://doi.org/10.1155/2021/6626948.

14. Chowdhury S.S., Hossain N.B., Saha T., Ferdous J., & Zishan M.S.R. The design and implementation of an autonomous waste sorting machine using machine learning technique. AJSE, 2021, vol. 19, no. 3, pp. 134–142. https://doi.org/10.53799/ajse.v19i3.104.

15. Olowolayemo A., Ahmad Radzi N.I., & Ismail N.F. Classifying Plastic Waste Using Deep Convolutional Neural Networks for Efficient Plastic Waste Management. International Journal on Perceptive and Cognitive Computing, 2022, vol. 8, no. 2, pp. 6–15. Retrieved from https://journals.iium.edu.my/kict/index.php/IJPCC/article/view/282.

16. Cheema S.M., Hannan A., & Pires I.M. Smart waste management and classification systems using cutting edge approach. Sustainability, 2022, vol. 14, no. 16, p.10226. https://doi.org/10.3390/su141610226.

17. Ziouzios D., Baras N., Balafas V., Dasygenis M., & Stimoniaris A. Intelligent and real-time detection and classification algorithm for recycled materials using convolutional neural networks. Recycling, 2022, vol. 7, no. 1, p. 9. https://doi.org/10.3390/recycling7010009.

18. Howard A.G., Zhu M., Chen B., Kalenichenko D., Wang W., Weyand T., Andreetto M., & Adam H. MobileNets: Efficient convolutional networks for mobile vision applications. arXiv:1704.04861, 2017.

19. He K., Zhang X., Ren S., & Sun J. Deep residual learning for image recognition. In Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2016.

20. Tan M., & Le Q.V. EfficientNet: Rethinking model scaling for convolutional neural networks. In Proceedings of the 36th International Conference on Machine Learning, 2019, vol. 97, pp. 6105–6114.

21. Patrizi A., Gambosi G. & Zanzotto F.M. Data Augmentation Using Background Replacement for Automated Sorting of Littered Waste. J. Imaging, 2021, vol. 7, p. 144. https://doi.org/10.3390/jimaging7080144.

22. Sunardi, Yudhana A., & Fahmi M. Improving waste classification using convolutional neural networks: An application of machine learning for effective environmental management. Revue d'Intelligence Artificielle, 2023, vol. 37, no. 4, pp. 845–855. https://doi.org/10.18280/ria.370404.

23. Cai Z., Yang J., Fang H., Ji T., Hu Y. & Wang X. Research on Waste Plastics Classification Method Based on Multi-Scale Feature Fusion. Sensors. 2022, vol. 22, no. 20, p. 7974. https://doi.org/10.3390/s22207974.

24. Zheng D., Wang R., Duan Y., Pang Ch.P. & Pan T. Focus-RCNet: a lightweight recyclable waste classification algorithm based on focus and knowledge distillation. Vis. Comput. Ind. Biomed. 2023, Art 6, 19. https://doi.org/10.1186/s42492-023-00146-3.


Рецензия

Для цитирования:


Алимбекова Н., Хашим Ш., Жумадиллаева А., Айымбай С. ГЛУБОКИЕ НЕЙРОННЫЕ СЕТИ КАК ИНСТРУМЕНТ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОРТИРОВКИ ПЛАСТИКОВЫХ ОТХОДОВ. Вестник Казахстанско-Британского технического университета. 2024;21(3):116-127. https://doi.org/10.55452/1998-6688-2024-21-3-116-127

For citation:


Alimbekova N., Hashim Sh., Zhumadillayeva A., Aiymbay S. DEEP NEURAL NETWORKS AS A TOOL FOR ENHANCING THE EFFICIENCY OF PLASTIC WASTE SORTING. Herald of the Kazakh-British technical university. 2024;21(3):116-127. https://doi.org/10.55452/1998-6688-2024-21-3-116-127

Просмотров: 395


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1998-6688 (Print)
ISSN 2959-8109 (Online)