生活垃圾全程分類監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計與研究

李慶慶 李波

摘? 要：近年來生活垃圾產(chǎn)生量增多，而垃圾分類處理監(jiān)管尚未完善，監(jiān)管系統(tǒng)十分短缺。為此文章設(shè)計了一種監(jiān)管系統(tǒng)，基于服務(wù)API并利用WebGIS技術(shù)開發(fā)設(shè)備監(jiān)管功能，利用MapReduce技術(shù)分析計算采集到的設(shè)備信息;開發(fā)數(shù)據(jù)分析處理功能，將處理結(jié)果以圖表形式反饋不同登錄入口的系統(tǒng)用戶。采用該系統(tǒng)監(jiān)管垃圾分類處理全程，在節(jié)省人力物力的同時，還保證了監(jiān)管平臺數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為未來數(shù)據(jù)信息的探索和研究提供了有力的保證。

關(guān)鍵詞：生活垃圾全程分類;監(jiān)管系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計;WebGIS;MapReduce;數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：TP311.5;X705? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）17-0059-07

Abstract：In recent years，the amount of domestic waste has increased，but the supervision of waste classification treatment is not perfect，and the supervision system of waste treatment is very short. Therefore，a supervision system is designed. The system is based on service API and WebGIS technology to develop the equipment supervision function. MapReduce technology is used to analyze and calculate the collected equipment information，and develop the data analysis and processing function. The processing results are fed back to the system users with different login entries in the form of chart. Using this system to supervise the whole process of waste classification and treatment can not only save manpower and material resources，but also ensure the accuracy of monitoring platform data，which provides a strong guarantee for the exploration and research of future data information.

Keywords：whole process classification of domestic waste;supervision system;system design;WebGIS;MapReduce;data processing

0? 引? 言

隨著經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展和物質(zhì)消耗速度的提高，中國的生活垃圾產(chǎn)生量激增，環(huán)境危害問題日益顯著，這成為新型城市化發(fā)展的主要問題。并且吉林省為了進行東北亞區(qū)域性數(shù)字經(jīng)濟高地建設(shè)，助推長春老工業(yè)基地全面振興發(fā)展，由省委省政府、吉林大學(xué)承辦了數(shù)字青年人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，根據(jù)實際需求分析、研究、設(shè)計生活垃圾分類監(jiān)督系統(tǒng)。

此系統(tǒng)為長春工程學(xué)院計算機技術(shù)與工程學(xué)院學(xué)生團隊在比賽中獨立設(shè)計完成，但并沒有投入使用，正在測試論證之中。設(shè)計實現(xiàn)生活垃圾分類監(jiān)督系統(tǒng)可以有效減輕垃圾清理、垃圾運輸和垃圾終端處理的壓力，改善城鄉(xiāng)環(huán)境，提高文明水平，加快資源循環(huán)利用，建立多元化、資源化新型城市，可以有效改善城鄉(xiāng)環(huán)境，加快“兩型社會”建設(shè)，統(tǒng)籌推進“五位一體”總體布局和協(xié)調(diào)推進“四個全面”戰(zhàn)略布局，牢固樹立和貫徹落實創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享五個發(fā)展理念，提升民眾價值觀念，培養(yǎng)居民環(huán)保意識，提高新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量和生態(tài)文明建設(shè)水平，對于提升中華民族整體文明素質(zhì)具有重要且深遠(yuǎn)的意義。

1? 設(shè)計思路與方向

系統(tǒng)具體分為兩個入口，居民用戶入口和政府人員入口。不同用戶使用系統(tǒng)，則對應(yīng)不同的相關(guān)功能，臨時用戶可以通過臨時賬戶來查看系統(tǒng)的信息公示功能、使用舉報申訴功能，查看關(guān)于生活垃圾分類政策的專題頁面;政府人員可以通過固定賬戶登錄，使用數(shù)據(jù)處理、設(shè)備監(jiān)察、政務(wù)信息處理等相關(guān)功能。

如圖1所示，團隊建立與垃圾品種相匹配的收運體系監(jiān)管，完善對垃圾分類相關(guān)設(shè)備以及收集設(shè)備人員的監(jiān)管，更新鄉(xiāng)鎮(zhèn)城區(qū)內(nèi)的垃圾分類設(shè)備、垃圾運輸設(shè)備以及終端處理監(jiān)管設(shè)備，分配滿足生活垃圾分類基礎(chǔ)要求的垃圾分類專用收運車輛的設(shè)備，建立符合環(huán)保要求、與分類需求相匹配的垃圾收運體系。

2? 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

生活垃圾全程分類監(jiān)管系統(tǒng)整體采用靈活的多層體系結(jié)構(gòu)，共分為支撐層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、用戶層四層架構(gòu)搭建。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖2所示。

支撐層是整套系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)，為系統(tǒng)提供資源設(shè)備支持，包含服務(wù)器、客戶端、交換機、應(yīng)用終端，TCP/IP協(xié)議通信。

數(shù)據(jù)層主要為系統(tǒng)提供系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)資源，是系統(tǒng)核心部分，利用MapReduce技術(shù)對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)合并、數(shù)據(jù)對比，并進行分布式分析計算處理;對數(shù)據(jù)作可視化處理，為上層的應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)支持和服務(wù)。

應(yīng)用層根據(jù)不同的用戶類型需求，完成與之相關(guān)的業(yè)務(wù)，主要包括系統(tǒng)用戶權(quán)限管理、信息查詢、信息公示、利用WebGIS技術(shù)完成設(shè)備監(jiān)察、設(shè)備地圖瀏覽、設(shè)備定點、設(shè)備規(guī)劃、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)可視化管理工具組件的設(shè)計。

用戶層主要包含了居民用戶、監(jiān)管人員、系統(tǒng)管理員、設(shè)備調(diào)配人員、單位領(lǐng)導(dǎo)，此外還與系統(tǒng)進行交互。系統(tǒng)管理人員對數(shù)據(jù)庫進行更新維護，并通過系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析匯報、規(guī)劃任務(wù)、轉(zhuǎn)發(fā)通知;監(jiān)管人員對執(zhí)行者完成監(jiān)督和管理;單位領(lǐng)導(dǎo)通過系統(tǒng)查看各類匯總統(tǒng)計分析報表。

3? 系統(tǒng)功能分析

3.1? 用戶角色分析

針對吉林省垃圾分類監(jiān)督系統(tǒng)的實際受眾需求，系統(tǒng)涉及以下角色分類：居民用戶、監(jiān)管人員、系統(tǒng)管理員、設(shè)備調(diào)配人員、單位領(lǐng)導(dǎo)，具體如圖3所示。

如圖3所示，系統(tǒng)用戶主要分為五種受眾，居民用戶屬于系統(tǒng)中臨時登錄用戶一類，此類用戶主要使用的功能有舉報生活垃圾分類的個人或者小區(qū)，對自己的信息提出申訴，并且通過本系統(tǒng)了解國家的相關(guān)政策以及關(guān)于生活垃圾分類的相關(guān)知識。監(jiān)管人員屬于系統(tǒng)中的監(jiān)管者，主要職責(zé)或職能是負(fù)責(zé)監(jiān)管系統(tǒng)管理員細(xì)分下的處理垃圾分類的人員、各單位垃圾處理的設(shè)備。系統(tǒng)管理員屬于系統(tǒng)中的執(zhí)行者，主要職責(zé)或職能是負(fù)責(zé)對人民大眾所上交的舉報或者申訴信息進行歸攏處理和審核公示，以及對上級部門或者上級領(lǐng)導(dǎo)下發(fā)的文件、通知、任務(wù)進行合理分配以及對各部門之間進行協(xié)調(diào)調(diào)用，并查看相關(guān)設(shè)備的維護狀況進行維護。設(shè)備調(diào)配人員屬于系統(tǒng)中人員的協(xié)調(diào)者，主要職責(zé)或職能是對垃圾處理設(shè)備的規(guī)劃調(diào)用，以及對系統(tǒng)管理員細(xì)分下的垃圾處理人員的協(xié)同調(diào)配。單位領(lǐng)導(dǎo)屬于系統(tǒng)中的決策者，主要職責(zé)或職能是人員調(diào)配，下達(dá)通知、任務(wù)，處理相關(guān)信息。

3.2? 系統(tǒng)流程分析

系統(tǒng)具體流程如圖4所示，系統(tǒng)做到從垃圾的產(chǎn)生開始，到垃圾的投放、收集、運輸、對垃圾的分類、垃圾的填埋、焚燒的監(jiān)管、資源化、垃圾收費和餐廚垃圾進行監(jiān)管，設(shè)備之間的調(diào)用及規(guī)劃、建設(shè)及維護，監(jiān)管部門之間的協(xié)調(diào)、人員的調(diào)配、任務(wù)的發(fā)布及執(zhí)行，以及對于出現(xiàn)問題之后的信息處理及公布的一系列規(guī)劃與處理。

3.3? 系統(tǒng)模塊分析

3.3.1? 信息公示功能分析

信息公示功能所在的垃圾分類專題頁面主要受眾群體為居民用戶，其主要功能有國家政策信息的內(nèi)容公布，對于未進行垃圾分類的人員或小區(qū)的投訴，公示上級下發(fā)文件、任務(wù)，宣傳垃圾分類的有關(guān)知識及內(nèi)容。居民用戶可以在此功能模塊學(xué)習(xí)垃圾分類知識，了解關(guān)于近期垃圾設(shè)備的投放點趨勢，以及垃圾產(chǎn)生到終端處理的整體流程?？梢愿玫嘏囵B(yǎng)居民環(huán)保意識，提高居民的文化素養(yǎng)，可以使居民及時地了解國家關(guān)于生活垃圾分類的相關(guān)政策。

3.3.2? 舉報申訴功能分析

舉報申訴功能的主要受眾群體為居民用戶。居民在此模塊可以舉報未進行垃圾分類的人員或小區(qū)和被舉報之后進行申訴，以及查詢舉報或者申訴后的進度。

3.3.3? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能的主要受眾群體為居民用戶、系統(tǒng)管理員以及單位領(lǐng)導(dǎo)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能主要用于查看垃圾設(shè)備的建設(shè)情況、各地區(qū)垃圾類別回收趨勢、設(shè)備在全省的分配占比、設(shè)備保養(yǎng)率情況以及設(shè)備的覆蓋率，本系統(tǒng)各地區(qū)對垃圾回收量、設(shè)備建設(shè)、設(shè)備維護情況做了數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，可以更好地做出針對性的設(shè)備投放和人員分配。通過分析設(shè)備的建設(shè)情況，政府人員可以對環(huán)境問題嚴(yán)重地區(qū)做出針對性處理。

3.3.4? 設(shè)備及人員監(jiān)察功能分析

設(shè)備監(jiān)察功能的主要受眾群體為監(jiān)管人員、系統(tǒng)管理人員、設(shè)備調(diào)配人員、單位領(lǐng)導(dǎo)。設(shè)備監(jiān)察功能主要用于對垃圾處理設(shè)備的投放點定位和分布數(shù)量趨勢的查看及設(shè)備投放，對垃圾從投放到最終處理的全程監(jiān)管，對垃圾運輸車輛的任務(wù)規(guī)劃，對垃圾處理設(shè)備的使用狀態(tài)、使用時間以及保養(yǎng)狀態(tài)的監(jiān)管，對垃圾處理設(shè)備所屬地區(qū)的工作記錄的監(jiān)管和設(shè)備及人員的任務(wù)規(guī)劃，以及所屬地區(qū)垃圾處理的收益的監(jiān)管。設(shè)備監(jiān)察功能的設(shè)計大大減輕了監(jiān)管人員的工作壓力，人力成本顯著減少，工作效率顯著提高;通過對設(shè)備的定位，可以更加細(xì)致地對人員進行分配，減少不必要的資源浪費，實現(xiàn)了監(jiān)管方式由傳統(tǒng)駐廠監(jiān)管向互聯(lián)網(wǎng)在線遠(yuǎn)程監(jiān)管的轉(zhuǎn)變。

3.3.5? 政務(wù)處理功能分析

政務(wù)處理功能的主要受眾群體為系統(tǒng)管理人員、單位領(lǐng)導(dǎo)。政務(wù)處理功能主要是系統(tǒng)管理員對居民用戶舉報垃圾未分類的個人和小區(qū)以及居民的申訴、居民關(guān)于垃圾分類意見的反饋、舉報及申訴進度的查詢進行處理，系統(tǒng)管理人員在此功能中處理信息結(jié)束后反饋到信息公示功能中公示;單位領(lǐng)導(dǎo)可以查看系統(tǒng)管理員的處理進度以及處理情況。

4? 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

4.1? 信息查詢功能實現(xiàn)

建立垃圾分類知識信息數(shù)據(jù)庫，利用SQL Server數(shù)據(jù)庫良好的集成性，對信息進行資源化、差異化處理分析，用戶通過客戶端登錄系統(tǒng)，發(fā)起查詢指令后，系統(tǒng)對信息進行資源分類查詢，并將查詢結(jié)果反饋回用戶。

4.2? 信息公示功能實現(xiàn)

對經(jīng)過MapReduce技術(shù)處理后的資源化信息再進一步進行可視化處理，通過圖表的方式將信息上傳到系統(tǒng)客戶端反饋給系統(tǒng)用戶。

4.3? 舉報申訴功能實現(xiàn)

居民用戶通過登錄系統(tǒng)進行舉報申訴，舉報申訴信息被存儲到數(shù)據(jù)庫之后，系統(tǒng)利用MapReduce技術(shù)處理數(shù)據(jù)和MySQL數(shù)據(jù)庫存儲信息，經(jīng)過統(tǒng)計分析之后通過系統(tǒng)客戶端反饋給系統(tǒng)管理員，系統(tǒng)管理員在系統(tǒng)客戶端將處理之后的信息反饋到信息公示模塊展現(xiàn)給用戶。

4.4? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能實現(xiàn)

用戶通過客戶端輸入數(shù)據(jù)信息、收集設(shè)備信息、人員資源信息之后，系統(tǒng)利用MySQL數(shù)據(jù)庫和Oracle數(shù)據(jù)庫來存儲備份數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過JDBC調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，并利用MapReduce技術(shù)對數(shù)據(jù)信息進行清洗、提取、合并、計算，并反饋回數(shù)據(jù)分析模塊作為備用數(shù)據(jù)等待分析。

4.5? 數(shù)據(jù)分析功能實現(xiàn)

系統(tǒng)經(jīng)過Map函數(shù)和Reduce函數(shù)對收集來的資源數(shù)據(jù)進行分析、統(tǒng)計、計算與整理，完成對數(shù)據(jù)的清洗、提取與存儲備份，MapReduce運用信息技術(shù)手段，再對數(shù)據(jù)進行分類整理并向內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)接收到傳輸后的數(shù)據(jù)利用Power BI可視化工具或者Python對數(shù)據(jù)實現(xiàn)可視化處理，數(shù)據(jù)分析的主要目的是將大量的死數(shù)據(jù)變成信息活化的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，利用垃圾分類的大數(shù)據(jù)為操作對象做出高質(zhì)、高效分析的結(jié)果，提供可執(zhí)行的解決辦法。系統(tǒng)借助動態(tài)可視化分析方式，準(zhǔn)確、精簡地傳遞信息，幫助用戶發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的趨勢與關(guān)聯(lián)，分析數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的邏輯性，從而幫助用戶借助圖表更快做出科學(xué)合理的分析推理與對未來發(fā)展趨勢的預(yù)測。

4.6? 設(shè)備監(jiān)察功能實現(xiàn)

系統(tǒng)借助WebGIS分布式地理信息系統(tǒng)來實現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)察功能，借助WebGIS覆蓋式的訪問范圍來查看、統(tǒng)計分布到各處的垃圾分類處理設(shè)備，用戶訪問WebGIS服務(wù)器端的數(shù)據(jù)信息并提出一個請求（Request），經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)將請求傳遞回服務(wù)器，再將數(shù)據(jù)通過動態(tài)可視化分析方式展現(xiàn)出來，實現(xiàn)人機動態(tài)交互。利用WebGIS應(yīng)用組件對垃圾分類處理設(shè)備做可視化處理，能夠?qū)⑿畔⒅黧w與地理空間特征更加契合地組合在一起。將設(shè)備終端的設(shè)備信息人為輸入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，借助數(shù)據(jù)分析模塊，對設(shè)備進行標(biāo)注以及狀態(tài)信息顯示，以此來幫助設(shè)備監(jiān)管人員做好對設(shè)備更精細(xì)的控制。

4.7? 人員監(jiān)管功能實現(xiàn)

人員監(jiān)管的實現(xiàn)體現(xiàn)在設(shè)備的使用情況中，依托于設(shè)備監(jiān)察功能的GIS技術(shù)，設(shè)備人員在使用垃圾處理設(shè)備時，設(shè)備的狀態(tài)信息通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)较到y(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫，同時對使用情況與狀態(tài)信息數(shù)據(jù)進行存儲備份到業(yè)務(wù)綜合數(shù)據(jù)庫中;并對利用Power BI可視化工具對數(shù)據(jù)進行做可視化處理，再反饋回監(jiān)管人員與系統(tǒng)管理員。

4.8? 人員及設(shè)備規(guī)劃功能實現(xiàn)

人員及設(shè)備規(guī)劃功能依托于數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能的MapReudce技術(shù)與設(shè)備監(jiān)察功能的GIS技術(shù)，系統(tǒng)管理員得到處理后的數(shù)據(jù)，以系統(tǒng)為平臺，實現(xiàn)對人員的規(guī)劃與設(shè)備的規(guī)劃。

4.9? 政務(wù)處理功能實現(xiàn)

政務(wù)處理功能依托于數(shù)據(jù)分析功能，系統(tǒng)對經(jīng)過數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)比對、數(shù)據(jù)合并后的數(shù)據(jù)統(tǒng)一經(jīng)過Power BI可視化工具進行可視化處理。

5? 人機交互界面設(shè)計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)為吉林省政務(wù)系統(tǒng)中一個尚未完成的模塊，且大數(shù)據(jù)平臺正在建設(shè)，作者所帶領(lǐng)團隊為本系統(tǒng)的主要設(shè)計者。針對上述功能分析及設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)合設(shè)計所用到的人機交互規(guī)范、配色標(biāo)準(zhǔn)、UI設(shè)計規(guī)范等，全方面多角度地設(shè)計了生活垃圾全程分類監(jiān)管系統(tǒng)的雛形。

如圖5所示，此界面為系統(tǒng)用戶進入系統(tǒng)的首頁。居民用戶與政府人員進入此系統(tǒng)之后顯示該界面，且居民用戶為臨時登錄用戶。系統(tǒng)界面主體采用藏青色配色，輔助色為白色，突出政務(wù)系統(tǒng)的嚴(yán)謹(jǐn)性以及嚴(yán)肅感;系統(tǒng)功能板塊設(shè)置在頂部，同時按鈕適配屏幕，便于用戶進行交互。

如圖6所示，居民用戶打開系統(tǒng)之后，點擊上方“舉報申訴”按鈕，進入舉報界面，在舉報申訴界面下方根據(jù)需求選擇功能;舉報投訴功能上相同，需要用戶在所給出的選項欄里填寫相關(guān)信息。用戶填寫的信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存儲到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中，做后續(xù)處理。

如圖7所示，系統(tǒng)監(jiān)管人員、系統(tǒng)管理員登錄系統(tǒng)之后，選擇設(shè)備監(jiān)察功能，進入此界面。該界面在左側(cè)選項欄中有五大核心功能，此為設(shè)備位置查看功能。用戶在此界面查看不同類型的垃圾投放點，并可以在此界面進行新的垃圾設(shè)備投放，以此來減少不必要的人力資源浪費。

如圖8所示，在設(shè)備監(jiān)察頁面在左側(cè)選項欄選擇設(shè)備管理功能，對正在工作的垃圾處理設(shè)備進行查看、監(jiān)督與規(guī)劃，可以對垃圾分類的人員以及垃圾處理設(shè)備進行時間規(guī)劃、地點劃分、狀態(tài)查看;同時在后臺數(shù)據(jù)庫中建立規(guī)劃數(shù)據(jù)分析，為智能數(shù)據(jù)管理提供保證。

如圖9所示，系統(tǒng)監(jiān)管人員、系統(tǒng)管理員、單位領(lǐng)導(dǎo)登錄系統(tǒng)之后，選擇數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能進入此界面，在此界面可以查看全省垃圾設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計、設(shè)備使用狀況分析、各市關(guān)于垃圾分類處理的具體數(shù)據(jù)分析。

如圖10所示，系統(tǒng)管理員、單位領(lǐng)導(dǎo)登錄系統(tǒng)之后，點擊“政務(wù)處理”按鈕進入此界面，在左側(cè)選項欄選出需要處理的內(nèi)容。圖10為政務(wù)處理功能中的舉報受理功能，在舉報申訴模塊中接收到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過分布式分析計算之后，通過圖表形式展示，用戶可對此進行業(yè)務(wù)處理，并反饋回信息公示模塊的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

如圖11所示，系統(tǒng)監(jiān)管人員、系統(tǒng)管理員登錄系統(tǒng)之后，在舉報受理功能中，系統(tǒng)自動為信息進行編號，在中間區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對信息的處理;處理之后的信息存儲到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中，通過信息公示功能反饋回用戶。

7? 結(jié)? 論

本系統(tǒng)從不同用戶出發(fā)，借助WebGIS技術(shù)構(gòu)建了設(shè)備監(jiān)察的核心功能，利用MapReduce技術(shù)采集、清洗、提取、分析數(shù)據(jù)為系統(tǒng)提供核心資源數(shù)據(jù)支撐，并對采集到的數(shù)據(jù)資源進行可視化處理。結(jié)合實際需求情況，分析設(shè)計了一套適用實際生活垃圾全程分類的監(jiān)管系統(tǒng)。從多角度出發(fā)，建立分類處理的垃圾處理系統(tǒng)以及垃圾設(shè)備建設(shè)維護，多元化地設(shè)計、實現(xiàn)了覆蓋式、動態(tài)交互、多功能的監(jiān)管系統(tǒng)，它可以從根本上解決生活垃圾全程分類監(jiān)管的實際需求。

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作者簡介：李慶慶（1998—），男，漢族，安徽阜陽人，本科在讀，研究方向：軟件工程。