基于小程序云開(kāi)發(fā)的GS垃圾分類(lèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉穎 LIU Ying；趙楊 ZHAO Yang

（武漢商學(xué)院工商管理學(xué)院，武漢 430056）

0 引言

近年來(lái)，垃圾分類(lèi)已進(jìn)入全制度化時(shí)代，目前各大城市也進(jìn)行相關(guān)試點(diǎn)。雖然國(guó)家全面推進(jìn)城市生活垃圾分類(lèi)，但仍然存在用戶(hù)分類(lèi)意識(shí)不強(qiáng)和相關(guān)政策滯后的現(xiàn)象，導(dǎo)致生活垃圾分類(lèi)并未從源頭上進(jìn)行改變。為此我們依托互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)推出一款智能垃圾分類(lèi)小程序，節(jié)省垃圾分類(lèi)中耗費(fèi)的大量人力物力財(cái)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生活垃圾減量化、資源化、無(wú)害化。

1 系統(tǒng)需求分析

智能垃圾分類(lèi)小程序從社會(huì)和用戶(hù)兩個(gè)層面進(jìn)行精細(xì)化系統(tǒng)需求分析，以解決不同類(lèi)別用戶(hù)之間的個(gè)性化需求，從而更好地實(shí)現(xiàn)智能垃圾分類(lèi)。

1.1 社會(huì)需求分析

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不斷升級(jí)，城市垃圾分類(lèi)在社會(huì)化、市場(chǎng)化開(kāi)始新的嘗試，在這樣的環(huán)境中不主動(dòng)求變意味著可能被無(wú)情淘汰。作為市場(chǎng)主體的企業(yè)正在優(yōu)化調(diào)整進(jìn)程，尋找走向未來(lái)的新途徑。智能化垃圾分類(lèi)小程序逐漸成為企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，成為搶占流量的重要渠道。對(duì)于傳統(tǒng)商戶(hù)而言，開(kāi)發(fā)一款屬于自家環(huán)保企業(yè)的小程序費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。但是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，打造一款屬于自己的線上平臺(tái)又是必不可少，搭建企業(yè)與用戶(hù)之間的橋梁，用流量與技術(shù)重新連接用戶(hù)與服務(wù)，擴(kuò)展業(yè)務(wù)。在當(dāng)前垃圾分類(lèi)現(xiàn)狀中，垃圾分類(lèi)不明確就個(gè)人和社會(huì)而言，極大地耗費(fèi)時(shí)間人力物力財(cái)力，嚴(yán)重制約生態(tài)環(huán)境的發(fā)展。因此，在這個(gè)信息化的時(shí)代，引入互聯(lián)網(wǎng)的智能化分類(lèi)識(shí)別、分揀技術(shù)，做到垃圾投放精準(zhǔn)化，智能化垃圾分類(lèi)小程序?qū)?huì)是企業(yè)值得選擇和擁有的一個(gè)平臺(tái)。

1.2 系統(tǒng)用戶(hù)需求分析

①?gòu)睦斗耪呓嵌?，?jù)悉，自《武漢市生活垃圾管理辦法》于2020年7月1日正式實(shí)施以來(lái)，沒(méi)有正確將生活垃圾分類(lèi)投放至相應(yīng)地方且拒不改正的，則處以罰款。相應(yīng)條例的提出提醒著人們亂扔垃圾以后會(huì)被罰款甚至影響個(gè)人信用。因此GS垃圾分類(lèi)小程序的推出既要方便人們生活，又要在一定程度上解決用戶(hù)的問(wèn)題。

②從垃圾運(yùn)輸者角度，垃圾分類(lèi)后，垃圾運(yùn)輸也是一大難題?，F(xiàn)如今處理垃圾的方式為同一時(shí)間段環(huán)衛(wèi)車(chē)輛在不同垃圾投放點(diǎn)進(jìn)行回收，這樣的弊端在于垃圾溢滿導(dǎo)致垃圾處理不及時(shí)影響環(huán)境和垃圾未滿進(jìn)而浪費(fèi)運(yùn)輸者的時(shí)間精力。對(duì)于每個(gè)垃圾桶產(chǎn)生垃圾量，需要一個(gè)智能化垃圾分類(lèi)小程序，集“在線問(wèn)答，準(zhǔn)確識(shí)別，智能分類(lèi)與回收，信息反饋”于一體，建立起一整套智能化垃圾分類(lèi)管理體系，方便垃圾運(yùn)輸，合理分配資源，實(shí)現(xiàn)垃圾處理效率的最優(yōu)化。

③從垃圾清理者角度，妥善處理生活垃圾是當(dāng)今打好疫情防控阻擊戰(zhàn)的重要環(huán)節(jié)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市規(guī)模的擴(kuò)大，垃圾分類(lèi)處理直接影響人們的生活環(huán)境，如果處理不及時(shí)，既影響城市建設(shè)，又會(huì)滋生細(xì)菌，產(chǎn)生異味。因此建立合理的垃圾分類(lèi)系統(tǒng)小程序顯得非常重要，在源頭上進(jìn)行垃圾分類(lèi)，一定程度上幫助環(huán)衛(wèi)工人，提高垃圾分類(lèi)處理化效率，有助于構(gòu)建文明和諧健康美麗的城市生活。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

以GS智能環(huán)保系統(tǒng)為例，從系統(tǒng)總體框架，業(yè)務(wù)流程、功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面展開(kāi)，各部分之間相互聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)垃圾桶與智能小程序的有機(jī)結(jié)合，有利于人們進(jìn)行垃圾分類(lèi)，鼓勵(lì)更多的人們自覺(jué)參與垃圾分類(lèi)活動(dòng)。

2.1 系統(tǒng)總體框架

智能垃圾分類(lèi)小程序系統(tǒng)總體框架主要為三層體系架構(gòu)，分別為用戶(hù)前端，業(yè)務(wù)支撐層以及數(shù)據(jù)層。用戶(hù)前端覆蓋垃圾投放者，運(yùn)輸者，清理者，方便用戶(hù)針對(duì)不同垃圾進(jìn)行分類(lèi)化處理。業(yè)務(wù)支撐層分為視圖層和邏輯層，視圖層主要通WXML描述頁(yè)面結(jié)構(gòu)和WXSS描述頁(yè)面樣式。其中由控制層實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，包括利用圖像識(shí)別技術(shù)建立深度學(xué)習(xí)的CNN模型和百度地圖提供的API接口。通過(guò)服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)層，然后與Neo4j數(shù)據(jù)庫(kù)中的垃圾分類(lèi)條目進(jìn)行匹配，最終確定該類(lèi)垃圾的種類(lèi)。

圖1 系統(tǒng)總體技術(shù)框架

2.2 業(yè)務(wù)流程

圖2為智能分類(lèi)小程序的業(yè)務(wù)流程圖，通過(guò)流程圖的說(shuō)明，可以清晰看到垃圾分類(lèi)投放，在線學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)將有效垃圾進(jìn)行回收和再利用，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。

圖2 智能小程序業(yè)務(wù)總流程

用戶(hù)可選擇搜索附近的垃圾投放區(qū)，系統(tǒng)按照步行距離由近及遠(yuǎn)排序，降低垃圾分類(lèi)投放所耗費(fèi)的時(shí)間成本。系統(tǒng)自動(dòng)判斷用戶(hù)為新老用戶(hù)，新用戶(hù)需授權(quán)登錄，老用戶(hù)則直接進(jìn)入使用，由拍照、文本，語(yǔ)音輸入進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，也可在垃圾圖鑒板塊查找垃圾種類(lèi)，學(xué)習(xí)大廳進(jìn)行相關(guān)環(huán)保知識(shí)的學(xué)習(xí)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將數(shù)據(jù)輸送到云后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，經(jīng)過(guò)百度地圖API將信息反饋至服務(wù)器，最后輸出垃圾識(shí)別結(jié)果。

2.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

GS垃圾分類(lèi)系統(tǒng)主要分為四個(gè)模塊，分別為智能分類(lèi)模塊，垃圾圖鑒模塊、學(xué)習(xí)大廳模塊和個(gè)人中心模塊。具體功能框架如圖3所示。

圖3 GS垃圾分類(lèi)系統(tǒng)功能模塊圖

2.3.1 智能分類(lèi)摸塊

智能分類(lèi)涵蓋文字搜索，語(yǔ)音搜索，拍照識(shí)別三個(gè)模塊。進(jìn)入智能分類(lèi)應(yīng)用，引導(dǎo)用戶(hù)輸入垃圾名稱(chēng)或者語(yǔ)音進(jìn)行搜索，使得垃圾分類(lèi)不再是一項(xiàng)難題。詳情界面搜索垃圾所屬類(lèi)型，對(duì)應(yīng)垃圾的相關(guān)分類(lèi)信息也會(huì)自動(dòng)彈出。拍照識(shí)別有“選擇圖片”和“AI拍照識(shí)別”兩種，一種是在相冊(cè)中選擇一張圖片進(jìn)行識(shí)別，另一種是用手機(jī)對(duì)準(zhǔn)該類(lèi)垃圾拍照從而進(jìn)行識(shí)別，用戶(hù)想要知道生活垃圾屬于哪一類(lèi)，拍照一鍵知曉。圖片越模糊系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)提示未識(shí)別，則需重新進(jìn)行拍照識(shí)別，反之圖片清晰度越高，垃圾識(shí)別度也就越高，用戶(hù)精準(zhǔn)投放率也會(huì)得到相應(yīng)提高。

2.3.2垃圾圖鑒模塊

垃圾圖鑒模塊以圖示化形式將有害垃圾、可回收垃圾、濕垃圾、干垃圾等垃圾分類(lèi)知識(shí)點(diǎn)形象化，清晰有效地傳達(dá)垃圾分類(lèi)信息，精心設(shè)計(jì)的小程序?qū)⒓夹g(shù)與藝術(shù)完美結(jié)合，既可以提供垃圾分類(lèi)的信息，也可利用圖示化的呈現(xiàn)方式增強(qiáng)人們記憶力，讓用戶(hù)清晰易懂，從而幫助人們從信息中提取知識(shí)、從知識(shí)中收獲價(jià)值。

2.3.3 學(xué)習(xí)大廳模塊

學(xué)習(xí)大廳模塊主要分為新聞資訊、國(guó)家政策、知識(shí)競(jìng)答、小游戲等四個(gè)模塊。新聞資訊主要是近期各大地區(qū)環(huán)保實(shí)事新聞，由視頻、圖片、文字等形式展現(xiàn)出來(lái)；國(guó)家政策將會(huì)以文件的方式進(jìn)行公示；知識(shí)競(jìng)答主要是在新聞、國(guó)家政策、環(huán)?；境ＷR(shí)中抽取題目，可單槍匹馬進(jìn)行隨機(jī)匹配，也可互加好友進(jìn)行對(duì)答；小游戲模塊則是利用環(huán)保知識(shí)升級(jí)打怪，勝者會(huì)有相應(yīng)的積分和頭銜，在后期可以?xún)稉Q精美禮品。

2.3.4 個(gè)人中心模塊

個(gè)人中心模塊包括頭銜、我的積分、個(gè)人信息、常見(jiàn)問(wèn)題、積分兌換和設(shè)置等方面，頭銜則是根據(jù)用戶(hù)垃圾分類(lèi)正確投放次數(shù)依次稱(chēng)為：青銅，白銀，黃金，鉑金，鉆石，最強(qiáng)王者六個(gè)級(jí)別，不同級(jí)別對(duì)應(yīng)不同獎(jiǎng)勵(lì)。個(gè)人積分可兌換生活用品，也可直接提現(xiàn)，一千積分可以?xún)稉Q十塊錢(qián)。小程序遇到的任何問(wèn)題可以在常見(jiàn)問(wèn)題模塊找到答案，設(shè)置板塊包括GPS定位功能，可查找附近最近的垃圾投放點(diǎn)，便于用戶(hù)進(jìn)行垃圾投放。

3 系統(tǒng)詳細(xì)操作設(shè)計(jì)

智能小程序以白色為底色，綠色作為輔色，布局清晰，簡(jiǎn)約美觀，以視覺(jué)沖擊讓用戶(hù)在小程序中游刃有余地穿梭，增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)感。其詳細(xì)操作如下：

3.1 用戶(hù)操作設(shè)計(jì)

3.1.1 注冊(cè)登錄

通過(guò)掃描智能分類(lèi)垃圾桶上方的二維碼或小程序內(nèi)搜索“GS垃圾分類(lèi)”等方式使用該小程序。當(dāng)用戶(hù)點(diǎn)擊進(jìn)入小程序后，系統(tǒng)自動(dòng)判斷是否已登錄，如若用戶(hù)未登錄，則跳轉(zhuǎn)登錄頁(yè)面。我們將用戶(hù)信息儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且將登錄設(shè)計(jì)成微信授權(quán)公開(kāi)頭像和昵稱(chēng)的方式登進(jìn)入程序，無(wú)論你想以什么身份登錄，或是垃圾投放者，或是后臺(tái)管理者，或是禮品兌換派送者，都只需要通過(guò)簡(jiǎn)便的登錄方式進(jìn)入程序身份認(rèn)證通過(guò)后即可獲得你心儀的結(jié)果。若拒絕使用微信授權(quán)小程序登錄，則自動(dòng)退出該界面。

3.1.2 查詢(xún)推薦

完成登錄后,點(diǎn)擊“智能分類(lèi)”菜單拍照掃描識(shí)別垃圾，進(jìn)行分類(lèi)并投放。除了提供專(zhuān)業(yè)的垃圾分類(lèi)查詢(xún)，能讓你快速地給垃圾找一個(gè)合適的家之外，還有垃圾分類(lèi)相關(guān)的知識(shí)庫(kù)可供用戶(hù)學(xué)習(xí)。幫助用戶(hù)一鍵識(shí)別垃圾所屬種類(lèi)，正確投放各種垃圾。此外，用戶(hù)可開(kāi)啟位置服務(wù)，系統(tǒng)可自動(dòng)推薦附近垃圾集中投放點(diǎn)，使用戶(hù)能夠更加有效、規(guī)范地對(duì)生活垃圾進(jìn)行分類(lèi)投放，改善居民生活環(huán)境。

3.1.3 信息綁定

用戶(hù)信息的完善對(duì)于整個(gè)程序來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，用戶(hù)可通過(guò)垃圾分類(lèi)投放終端，了解自己產(chǎn)生的垃圾量以及所獲得的積分，方便換購(gòu)商品。對(duì)于垃圾投放者，需要完善姓名、聯(lián)系電話、禮品派送地址以便保證禮品能準(zhǔn)確送達(dá)目的地；對(duì)于后臺(tái)管理者，收集后臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，及時(shí)了解居民的垃圾分類(lèi)情況、生活習(xí)慣、以及小程序的使用頻率。通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)相應(yīng)區(qū)域制定有針對(duì)性的改良方案。對(duì)于禮品派送者來(lái)說(shuō)，需要完善自己的常駐地址和聯(lián)系電話以便系統(tǒng)能按照該地址就近分配派送員。

3.2 功能實(shí)現(xiàn)

3.2.1 智能分類(lèi)模塊實(shí)現(xiàn)

垃圾分類(lèi)小程序通過(guò)建立深度學(xué)習(xí)的CNN模型，利用圖像識(shí)別技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比，對(duì)垃圾進(jìn)行分類(lèi)。一般的CNN結(jié)構(gòu)可分為輸入層、卷積層、池化層、全連接層以及輸出層。用戶(hù)將垃圾放置于垃圾桶前方，掃描屏幕上方二維碼進(jìn)入小程序點(diǎn)擊拍照并確定上傳或者直接輸入垃圾名稱(chēng)，卷積層通過(guò)上傳的照片和輸入的名稱(chēng)提取圖像特征，進(jìn)行卷積并產(chǎn)生特征圖；由池化層則將垃圾特征圖變小，簡(jiǎn)化參數(shù)的計(jì)算，提取重要特征，降低特征維度；全連接層最后進(jìn)行分類(lèi)總結(jié)，給出分類(lèi)建議。最后由輸出層輸出該垃圾所屬種類(lèi)，從而實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別的功能。

3.2.2 垃圾圖鑒模塊實(shí)現(xiàn)

垃圾分類(lèi)知識(shí)圖譜主要是用于描述當(dāng)今社會(huì)存在的實(shí)體、垃圾分類(lèi)概念及事件間的客觀關(guān)系，并以圖形化的形式來(lái)表現(xiàn)出來(lái)。知識(shí)圖譜作為一個(gè)完整的垃圾分類(lèi)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，需要借助CNN技術(shù)從海量的數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵特征信息用于關(guān)系抽取，進(jìn)行知識(shí)融合，經(jīng)過(guò)加工形成結(jié)構(gòu)化體系，儲(chǔ)存在Neo4j數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，用戶(hù)可在應(yīng)用查看圖譜學(xué)習(xí)垃圾分類(lèi)的相關(guān)知識(shí)。同時(shí)內(nèi)部設(shè)有自動(dòng)推理的機(jī)制，可以不斷地去推理出新的關(guān)系數(shù)據(jù)，形成豐富的垃圾分類(lèi)知識(shí)圖，以供用戶(hù)學(xué)習(xí)。

3.2.3 學(xué)習(xí)大廳模塊實(shí)現(xiàn)

程序利用web嵌入組件，根據(jù)用戶(hù)瀏覽web站點(diǎn)的信息，推送此用戶(hù)感興趣的垃圾分類(lèi)資源，系統(tǒng)根據(jù)信息資源的推送情況對(duì)web資源進(jìn)行分析，挖掘數(shù)據(jù)，形成一個(gè)知識(shí)庫(kù)。并且對(duì)這些資源進(jìn)行有效地提取，構(gòu)建成結(jié)構(gòu)化知識(shí)三元組以及其他環(huán)保知識(shí)抽取。完成環(huán)保知識(shí)抽取之后，需要與后臺(tái)已有的環(huán)保知識(shí)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)進(jìn)行更新和改進(jìn)等操作。最后，需要對(duì)最終的環(huán)保知識(shí)庫(kù)狀態(tài)進(jìn)行有效的存儲(chǔ)和監(jiān)控，從而形成一個(gè)實(shí)時(shí)更新的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)。內(nèi)部建立場(chǎng)景圖譜，用戶(hù)可在應(yīng)用內(nèi)抽取指定數(shù)量題目進(jìn)行知識(shí)競(jìng)答，也可進(jìn)行游戲PK，將自己代入其中，運(yùn)用環(huán)保知識(shí)升級(jí)打怪，成果以積分形式展現(xiàn)在個(gè)人中心模塊。

3.2.4 個(gè)人中心模塊實(shí)現(xiàn)

用戶(hù)在該模塊可通過(guò)分類(lèi)投放垃圾獲得相應(yīng)積分，當(dāng)積分達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，可在積分與兌換菜單換購(gòu)商品及校園周邊購(gòu)物。通過(guò)調(diào)用GPS定位功能，將用戶(hù)的地址發(fā)送至百度地圖API接口，程序會(huì)自動(dòng)為用戶(hù)搜索附近的垃圾分類(lèi)站點(diǎn)和路程規(guī)劃，方便用戶(hù)進(jìn)行垃圾分類(lèi)。GPS定位系統(tǒng)還可實(shí)時(shí)定位附近垃圾可回收投放站點(diǎn)位置和周?chē)倘Νh(huán)境，定位精確度10m-20m，支持百度地圖軌跡導(dǎo)入，可與WiFi配合進(jìn)行室內(nèi)輔助定位，這將為更有針對(duì)性、更準(zhǔn)確實(shí)行垃圾投放。

圖4 GS垃圾分類(lèi)系統(tǒng)詳細(xì)界面圖

4 結(jié)束語(yǔ)

智能分類(lèi)小程序借助互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，幫助人們精準(zhǔn)高效識(shí)別垃圾類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)、移動(dòng)終端、運(yùn)營(yíng)商、分類(lèi)設(shè)備之間的無(wú)縫鏈接，使得垃圾分類(lèi)管理更顯智慧。一方面提高人們對(duì)垃圾分類(lèi)的認(rèn)知，號(hào)召人們培養(yǎng)垃圾分類(lèi)的好習(xí)慣，全民動(dòng)手，一起為改善環(huán)境作努力。另一方面使得用戶(hù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化投放，從源頭保障安全，保駕護(hù)航，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。