一個基于微信云開發(fā)的垃圾分類小助手程序的設(shè)計與實現(xiàn)

楊吉歡，李娟，周拓，徐思雨，谷銀珂，林沁瀚

摘要：隨著人們生活水平的提高，生活垃圾的種類和數(shù)量越來越多，為減少環(huán)境污染，提高資源利用率，許多城市實施垃圾分類?！袄诸愋≈帧笔且豢罨谖⑿旁崎_發(fā)的微信小程序，該小程序利用模糊查詢、圖像識別等技術(shù)，實現(xiàn)了垃圾信息查詢、拍照識別垃圾分類、視頻宣傳和益智答題等功能，為垃圾分類困難者提供了有效的幫助，保障了垃圾資源的合理運用。

關(guān)鍵詞：垃圾分類；云開發(fā)；信息查詢；拍照識別；微信小程序

中圖分類號：TP311.1? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）33-0042-03

1 引言

近幾年，我國大力推廣垃圾分類知識普及活動，加快推進全民垃圾分類工作，為建設(shè)綠色環(huán)保家園提供相應(yīng)保障。但由于垃圾分類工作在國內(nèi)許多城市還沒有太多實踐經(jīng)驗，導(dǎo)致垃圾分類踐行效果與其倡導(dǎo)的做法相比仍有一定的差距，人們的自主意識有待提高[1]。垃圾分類是一種新的習(xí)慣、新的素養(yǎng)，在提高群眾垃圾分類意識上，需要政府采取更多的措施，引導(dǎo)和幫助群眾樹立正確的生活方式。廣州城市管理和綜合執(zhí)法局開發(fā)了一套垃圾分類信息化管理系統(tǒng)[2]，助力垃圾分類高質(zhì)量發(fā)展。

基于當(dāng)下研究現(xiàn)狀，本文提出設(shè)計一款名為“垃圾分類小助手”的微信小程序，助力于垃圾分類高質(zhì)量發(fā)展?！袄诸愋≈帧笔腔谖⑿旁崎_發(fā)的小程序，具有多種方式幫助群眾了解垃圾分類常識，培養(yǎng)群眾對垃圾分類的意識，提高垃圾分類達標率，從而有效地進行資源利用回收，共建美麗家園。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 微信小程序及其框架

微信小程序作為一種內(nèi)存小、無須安裝并自帶流量的應(yīng)用，用戶可以通過微信搜索隨時使用，又無須考慮安裝卸載的問題。微信小程序的開發(fā)首先要具備微信開發(fā)者工具編譯器，并在小程序官網(wǎng)獲取自己的App ID，建立一個小程序項目。在小程序項目中，通過 WXML視圖和WXSS 樣式實現(xiàn)了小程序的UI界面設(shè)計。WXML展示的是小程序頁面的基本框架結(jié)構(gòu)，WXSS為框架和元素提供了相應(yīng)樣式。

微信小程序提供了一套名為MINA開發(fā)框架，它具有較高的運行速度，對于小程序端有著高度一致的呈現(xiàn)。MINA框架包括視圖層、邏輯層以及系統(tǒng)層。視圖層由多個Page頁面組成，邏輯層采用Javascript語言進行開發(fā)，開發(fā)者可以方便地調(diào)用其豐富的函數(shù)庫，對于初學(xué)者來說極易學(xué)習(xí)和上手開發(fā)。在程序運行時，邏輯層對數(shù)據(jù)進行修改，隨后視圖層根據(jù)邏輯層反饋的結(jié)果做出相應(yīng)的更新，系統(tǒng)層是視圖層與邏輯層通信的紐帶，允許小程序通過調(diào)用API從而提高用戶體驗。

2.2 云開發(fā)技術(shù)

2018年，微信推出了小程序云開發(fā)的功能。小程序云開發(fā)基于Serverless云服務(wù)的理念，為開發(fā)者提供完整的服務(wù)支持，開發(fā)者只需寫完函數(shù)并部署到Serverless即可，且后期無須關(guān)心服務(wù)器的維護。微信為云數(shù)據(jù)庫中的集合、云端資源和云函數(shù)提供了可視化的管理，并且為云開發(fā)提供了許多API。云開發(fā)為開發(fā)人員提供了云數(shù)據(jù)庫、云存儲和云函數(shù)3種基本功能[3]。云函數(shù)的寫法與在本地定義的JavaScript方法沒有很大差別，在調(diào)用云函數(shù)時，會將定義好的代碼放在Node.js環(huán)境中執(zhí)行，所有開發(fā)者都共有這段代碼，大大提高開發(fā)效率[4]。云端也可以存放AppID、OpenID 等數(shù)據(jù)信息，方便開發(fā)者保存調(diào)用。

云開發(fā)與傳統(tǒng)服務(wù)器相比，較為容易，開發(fā)者能更好地上手。對于一個小程序后臺的快速組建，云開發(fā)是一個不錯的選擇。通過云開發(fā)，開發(fā)者不用把精力和時間都花在服務(wù)器的注冊搭建以及設(shè)計維護上，相當(dāng)于弱化了服務(wù)器的功能。云開發(fā)將后端封裝成BaaS服務(wù)，并提供了相應(yīng)的SDK給開發(fā)者，開發(fā)者可以像調(diào)用函數(shù)一樣使用后端服務(wù)，極大減輕開發(fā)難度。

2.3 模糊查詢技術(shù)

模糊查詢是指用戶通過輸入關(guān)鍵字查詢相關(guān)內(nèi)容，并顯示在頁面上。目前小程序云開發(fā)還未提供模糊查詢機制，因此需要通過構(gòu)造正則表達式來完成云開發(fā)的模糊查詢。利用小程序提供的db.RegExp構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建正則表達式，其中regexp屬性填寫用戶需要查詢的內(nèi)容，options屬性支持i，m，s三個flag，注意，使用s這個flag時要先構(gòu)造一個正則對象。

2.4 百度圖像識別技術(shù)

百度AI開放平臺提供的通用物體和場景辨認接口支持識別10萬個常見物體及場景，能夠返回相應(yīng)的名稱結(jié)果[5]。該小程序利用百度AI開放平臺中的圖像識別的通用物體和場景識別接口，實現(xiàn)拍照識別功能，幫助用戶更好的識別垃圾，提高分類效率。

1）百度云開發(fā)注冊及配置

首先登錄百度AI開放平臺官網(wǎng)，注冊百度賬號，并進入百度云智能管理中心，點擊創(chuàng)建圖像識別應(yīng)用，創(chuàng)建完成后打開，可以看到相應(yīng)的API Key，Secret Key，需要在小程序中進行調(diào)用。

2）獲取Access Token

Access Token作為小程序全局唯一接口調(diào)用憑據(jù)，大多數(shù)接口的調(diào)用都需要Access Token，開發(fā)者需妥善保存。該小程序中使用POST方法向百度授權(quán)服務(wù)地址發(fā)送請求，并在URL中填寫好grant_type，client_id，client_secret三個參數(shù)，其中第一個參數(shù)固定為client_credentials，后兩個分別是應(yīng)用的API Key和Secret Key，都可以在百度AI平臺管理應(yīng)用中查看。

3）服務(wù)器域名配置

登錄微信小程序官網(wǎng)，點擊開發(fā)管理的開發(fā)設(shè)置，填寫服務(wù)器域名為百度接口域名。只有在小程序后臺配置合法域名后，才能調(diào)用該接口。注意，服務(wù)器域名配置僅支持https和wss協(xié)議，且每個月只能修改5次。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)對系統(tǒng)的需求分析，共設(shè)計了四個數(shù)據(jù)表，分別為：管理員信息表，用于存儲管理員的相關(guān)信息；垃圾分類信息表，用于存儲垃圾類別；垃圾信息庫表，用于存儲垃圾信息；益智題庫表，用于存儲答題練習(xí)中的題目。

其中垃圾分類信息是利用Python技術(shù)抓取的，并將其轉(zhuǎn)換為JSON格式，一條垃圾分類數(shù)據(jù)對應(yīng)一個JSON對象。通過轉(zhuǎn)換，得到了近萬條垃圾分類數(shù)據(jù)，并將其上傳至云數(shù)據(jù)庫。對于垃圾分類數(shù)據(jù)集合，系統(tǒng)將其權(quán)限設(shè)置為所有用戶都可讀，僅創(chuàng)建者可讀寫，各集合通過唯一的ID值相互引用數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)庫的安全。

3.2 功能設(shè)計

垃圾分類小助手微信小程序一共設(shè)計了六個功能，包括：用戶管理、垃圾分類常識、視頻宣傳、益智答題練習(xí)、垃圾信息查詢和拍照識別等，如圖1所示。

用戶管理：設(shè)置了管理員用戶和普通用戶兩類。其中，普通用戶首次登錄時，需要授權(quán)才能登錄，管理員登錄后具有完善垃圾模塊。

垃圾分類常識：該模塊大體介紹了可回收垃圾、濕垃圾、干垃圾、有害垃圾四類垃圾的相關(guān)常識和垃圾投放的要求。

視頻宣傳：該模塊提供了垃圾分類的相關(guān)視頻科普，分類宣傳可回收垃圾、濕垃圾、干垃圾、有害垃圾四類垃圾。視頻較為簡短，有助于用戶快速了解。

益智答題練習(xí)：該模塊提供了練習(xí)模式和答題模式。其中，答題模式將自動組卷10道垃圾分類題目，要求用戶在10分鐘內(nèi)完成答題。當(dāng)所有題目完成之后，用戶才能交卷，交卷后即時查看測試成績和答案。

垃圾信息查詢：用戶可以查詢相關(guān)垃圾的關(guān)鍵字，通過模糊搜索到相應(yīng)的垃圾分類信息。

拍照識別：用戶通過手機拍照，小程序利用百度AI開放平臺分析圖像，自動識別出照片中的有關(guān)垃圾。小程序?qū)棿疤峁┢ヅ湮锲返倪x項供用戶選擇，選定后即可查看垃圾所屬的類別。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 用戶管理模塊的實現(xiàn)

該模塊利用微信自帶的授權(quán)登錄功能，調(diào)用getOpenid云函數(shù)，獲取用戶的微信頭像和微信昵稱，并顯示在“我的”頁面上。管理員的_openid 存在于管理員信息表中，登錄時會把用戶的_openid 與管理員的_openid 做匹配，管理員登錄后能對普通用戶反饋的搜索不到的垃圾有關(guān)分類信息進行添加，解決垃圾信息完善問題，普通用戶則沒有。

4.2 垃圾分類常識模塊的實現(xiàn)

該模塊采用小豬佩奇的四種不同形態(tài)簡單判斷垃圾類別，形象而生動。用戶可點擊左側(cè)分類欄，即可查看四種分類的概念、主要包括哪些垃圾以及垃圾投放的要求，幫助用戶快速了解垃圾分類的常識。如圖2所示。

4.3 視頻宣傳模塊的實現(xiàn)

該模塊提供了干垃圾、可回收垃圾、濕垃圾、有害垃圾四種垃圾各一分鐘的視頻介紹，用戶可點擊查看四種垃圾分類的視頻，可隨時播放或暫停。通過簡短的視頻介紹，用戶可以快速了解垃圾分類的相關(guān)常識，增強垃圾分類意識。

4.4 益智答題練習(xí)模塊的實現(xiàn)

答題模式下，系統(tǒng)將自動抽取10道垃圾分類的題目，用戶可以點擊上一題或者下一題進行答題。用戶答題正確，選中框會變成綠色，答錯的話選中框會變成紅色。用戶每完成一題，題目下方將自動顯示出正確答案。練習(xí)模式的題目和答題模式的題目一樣，但是練習(xí)模式可以直接查看答案，方便用戶在測試前進行模擬練習(xí)。

4.5 垃圾信息查詢模塊的實現(xiàn)

用戶可以在搜索框內(nèi)輸入需要查詢的垃圾關(guān)鍵字，通過模糊搜索以及數(shù)據(jù)分頁加載技術(shù)，可以搜索到含有關(guān)鍵字的相關(guān)垃圾。用戶點擊想要查看的垃圾后，頁面會顯示該垃圾所屬分類以及該分類里面主要包括哪些垃圾，這樣可以大大提高搜索效率，幫助用戶更好的查詢。

4.6 拍照識別模塊的實現(xiàn)

用戶點擊拍照識別后，小程序首先將拍照時在微信本地緩存的圖片轉(zhuǎn)換成base64編碼，通過token請求調(diào)用百度的圖像識別API，然后將轉(zhuǎn)換后的圖片上傳到百度圖像進行識別。將識別之后的結(jié)果返回到小程序，再渲染到頁面彈窗。用戶勾選想要查看的垃圾后，小程序進行模糊搜索，再將符合條件的數(shù)據(jù)渲染到頁面上，這樣也盡可能提高了搜索正確率和拍照效率。圖3展示了拍照識別的全流程。

5 結(jié)束語

為了更好地提高居民垃圾分類意識，促進智能化垃圾分類，共建美好家園，本文通過對市場需求的調(diào)研和國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀的分析，設(shè)計了一款基于微信云開發(fā)的“垃圾分類小助手”小程序。該小程序積極響應(yīng)國家垃圾分類政策，借助人工智能技術(shù)，為群眾提供方便快捷的垃圾查詢服務(wù)，借助微信云開發(fā)技術(shù)，為人們提供益智答題服務(wù)，最終使垃圾分類更加全民化、智能化、寓教于樂，對于減少環(huán)境污染，推動資源回收利用提供有效幫助。

參考文獻：

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[5] 鄧斌權(quán)，李劍波，瞿先超.基于云開發(fā)和微信小程序的垃圾分類系統(tǒng)實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（7）：82-84.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】