基于小程序云開發的GS垃圾分類系統設計

劉穎 LIU Ying；趙楊 ZHAO Yang

（武漢商學院工商管理學院，武漢 430056）

0 引言

近年來，垃圾分類已進入全制度化時代，目前各大城市也進行相關試點。雖然國家全面推進城市生活垃圾分類，但仍然存在用戶分類意識不強和相關政策滯后的現象，導致生活垃圾分類并未從源頭上進行改變。為此我們依托互聯網和人工智能技術推出一款智能垃圾分類小程序，節省垃圾分類中耗費的大量人力物力財力，進而實現生活垃圾減量化、資源化、無害化。

1 系統需求分析

智能垃圾分類小程序從社會和用戶兩個層面進行精細化系統需求分析，以解決不同類別用戶之間的個性化需求，從而更好地實現智能垃圾分類。

1.1 社會需求分析

移動互聯網時代下，經濟社會發展不斷升級，城市垃圾分類在社會化、市場化開始新的嘗試，在這樣的環境中不主動求變意味著可能被無情淘汰。作為市場主體的企業正在優化調整進程，尋找走向未來的新途徑。智能化垃圾分類小程序逐漸成為企業關注的熱點，成為搶占流量的重要渠道。對于傳統商戶而言，開發一款屬于自家環保企業的小程序費時又費力。但是在移動互聯網時代，打造一款屬于自己的線上平臺又是必不可少，搭建企業與用戶之間的橋梁，用流量與技術重新連接用戶與服務，擴展業務。在當前垃圾分類現狀中，垃圾分類不明確就個人和社會而言，極大地耗費時間人力物力財力，嚴重制約生態環境的發展。因此，在這個信息化的時代，引入互聯網的智能化分類識別、分揀技術，做到垃圾投放精準化，智能化垃圾分類小程序將會是企業值得選擇和擁有的一個平臺。

1.2 系統用戶需求分析

①從垃圾投放者角度，據悉，自《武漢市生活垃圾管理辦法》于2020年7月1日正式實施以來，沒有正確將生活垃圾分類投放至相應地方且拒不改正的，則處以罰款。相應條例的提出提醒著人們亂扔垃圾以后會被罰款甚至影響個人信用。因此GS垃圾分類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的問題。

②從垃圾運輸者角度，垃圾分類后，垃圾運輸也是一大難題?，F如今處理垃圾的方式為同一時間段環衛車輛在不同垃圾投放點進行回收，這樣的弊端在于垃圾溢滿導致垃圾處理不及時影響環境和垃圾未滿進而浪費運輸者的時間精力。對于每個垃圾桶產生垃圾量，需要一個智能化垃圾分類小程序，集“在線問答，準確識別，智能分類與回收，信息反饋”于一體，建立起一整套智能化垃圾分類管理體系，方便垃圾運輸，合理分配資源，實現垃圾處理效率的最優化。

③從垃圾清理者角度，妥善處理生活垃圾是當今打好疫情防控阻擊戰的重要環節。隨著經濟的發展和城市規模的擴大，垃圾分類處理直接影響人們的生活環境，如果處理不及時，既影響城市建設，又會滋生細菌，產生異味。因此建立合理的垃圾分類系統小程序顯得非常重要，在源頭上進行垃圾分類，一定程度上幫助環衛工人，提高垃圾分類處理化效率，有助于構建文明和諧健康美麗的城市生活。

2 系統總體設計

以GS智能環保系統為例，從系統總體框架，業務流程、功能結構設計三個方面展開，各部分之間相互聯系，實現垃圾桶與智能小程序的有機結合，有利于人們進行垃圾分類，鼓勵更多的人們自覺參與垃圾分類活動。

2.1 系統總體框架

智能垃圾分類小程序系統總體框架主要為三層體系架構，分別為用戶前端，業務支撐層以及數據層。用戶前端覆蓋垃圾投放者，運輸者，清理者，方便用戶針對不同垃圾進行分類化處理。業務支撐層分為視圖層和邏輯層，視圖層主要通WXML描述頁面結構和WXSS描述頁面樣式。其中由控制層實現業務邏輯，包括利用圖像識別技術建立深度學習的CNN模型和百度地圖提供的API接口。通過服務器將數據傳送到數據層，然后與Neo4j數據庫中的垃圾分類條目進行匹配，最終確定該類垃圾的種類。

圖1 系統總體技術框架

2.2 業務流程

圖2為智能分類小程序的業務流程圖，通過流程圖的說明，可以清晰看到垃圾分類投放，在線學習，數據處理等環節將有效垃圾進行回收和再利用，實現變廢為寶。

圖2 智能小程序業務總流程

用戶可選擇搜索附近的垃圾投放區，系統按照步行距離由近及遠排序，降低垃圾分類投放所耗費的時間成本。系統自動判斷用戶為新老用戶，新用戶需授權登錄，老用戶則直接進入使用，由拍照、文本，語音輸入進行自動識別，也可在垃圾圖鑒板塊查找垃圾種類，學習大廳進行相關環保知識的學習，然后進行數據交換，將數據輸送到云后臺的數據庫中，經過百度地圖API將信息反饋至服務器，最后輸出垃圾識別結果。

2.3 系統功能模塊設計

GS垃圾分類系統主要分為四個模塊，分別為智能分類模塊，垃圾圖鑒模塊、學習大廳模塊和個人中心模塊。具體功能框架如圖3所示。

圖3 GS垃圾分類系統功能模塊圖

2.3.1 智能分類摸塊

智能分類涵蓋文字搜索，語音搜索，拍照識別三個模塊。進入智能分類應用，引導用戶輸入垃圾名稱或者語音進行搜索，使得垃圾分類不再是一項難題。詳情界面搜索垃圾所屬類型，對應垃圾的相關分類信息也會自動彈出。拍照識別有“選擇圖片”和“AI拍照識別”兩種，一種是在相冊中選擇一張圖片進行識別，另一種是用手機對準該類垃圾拍照從而進行識別，用戶想要知道生活垃圾屬于哪一類，拍照一鍵知曉。圖片越模糊系統就會自動提示未識別，則需重新進行拍照識別，反之圖片清晰度越高，垃圾識別度也就越高，用戶精準投放率也會得到相應提高。

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、干垃圾等垃圾分類知識點形象化，清晰有效地傳達垃圾分類信息，精心設計的小程序將技術與藝術完美結合，既可以提供垃圾分類的信息，也可利用圖示化的呈現方式增強人們記憶力，讓用戶清晰易懂，從而幫助人們從信息中提取知識、從知識中收獲價值。

2.3.3 學習大廳模塊

學習大廳模塊主要分為新聞資訊、國家政策、知識競答、小游戲等四個模塊。新聞資訊主要是近期各大地區環保實事新聞，由視頻、圖片、文字等形式展現出來；國家政策將會以文件的方式進行公示；知識競答主要是在新聞、國家政策、環?；境ＷR中抽取題目，可單槍匹馬進行隨機匹配，也可互加好友進行對答；小游戲模塊則是利用環保知識升級打怪，勝者會有相應的積分和頭銜，在后期可以兌換精美禮品。

2.3.4 個人中心模塊

個人中心模塊包括頭銜、我的積分、個人信息、常見問題、積分兌換和設置等方面，頭銜則是根據用戶垃圾分類正確投放次數依次稱為：青銅，白銀，黃金，鉑金，鉆石，最強王者六個級別，不同級別對應不同獎勵。個人積分可兌換生活用品，也可直接提現，一千積分可以兌換十塊錢。小程序遇到的任何問題可以在常見問題模塊找到答案，設置板塊包括GPS定位功能，可查找附近最近的垃圾投放點，便于用戶進行垃圾投放。

3 系統詳細操作設計

智能小程序以白色為底色，綠色作為輔色，布局清晰，簡約美觀，以視覺沖擊讓用戶在小程序中游刃有余地穿梭，增強用戶體驗感。其詳細操作如下：

3.1 用戶操作設計

3.1.1 注冊登錄

通過掃描智能分類垃圾桶上方的二維碼或小程序內搜索“GS垃圾分類”等方式使用該小程序。當用戶點擊進入小程序后，系統自動判斷是否已登錄，如若用戶未登錄，則跳轉登錄頁面。我們將用戶信息儲存在數據庫中，并且將登錄設計成微信授權公開頭像和昵稱的方式登進入程序，無論你想以什么身份登錄，或是垃圾投放者，或是后臺管理者，或是禮品兌換派送者，都只需要通過簡便的登錄方式進入程序身份認證通過后即可獲得你心儀的結果。若拒絕使用微信授權小程序登錄，則自動退出該界面。

3.1.2 查詢推薦

完成登錄后,點擊“智能分類”菜單拍照掃描識別垃圾，進行分類并投放。除了提供專業的垃圾分類查詢，能讓你快速地給垃圾找一個合適的家之外，還有垃圾分類相關的知識庫可供用戶學習。幫助用戶一鍵識別垃圾所屬種類，正確投放各種垃圾。此外，用戶可開啟位置服務，系統可自動推薦附近垃圾集中投放點，使用戶能夠更加有效、規范地對生活垃圾進行分類投放，改善居民生活環境。

3.1.3 信息綁定

用戶信息的完善對于整個程序來說是至關重要的，用戶可通過垃圾分類投放終端，了解自己產生的垃圾量以及所獲得的積分，方便換購商品。對于垃圾投放者，需要完善姓名、聯系電話、禮品派送地址以便保證禮品能準確送達目的地；對于后臺管理者，收集后臺實時數據，及時了解居民的垃圾分類情況、生活習慣、以及小程序的使用頻率。通過數據分析對相應區域制定有針對性的改良方案。對于禮品派送者來說，需要完善自己的常駐地址和聯系電話以便系統能按照該地址就近分配派送員。

3.2 功能實現

3.2.1 智能分類模塊實現

垃圾分類小程序通過建立深度學習的CNN模型，利用圖像識別技術與數據庫中的基準圖像進行對比，對垃圾進行分類。一般的CNN結構可分為輸入層、卷積層、池化層、全連接層以及輸出層。用戶將垃圾放置于垃圾桶前方，掃描屏幕上方二維碼進入小程序點擊拍照并確定上傳或者直接輸入垃圾名稱，卷積層通過上傳的照片和輸入的名稱提取圖像特征，進行卷積并產生特征圖；由池化層則將垃圾特征圖變小，簡化參數的計算，提取重要特征，降低特征維度；全連接層最后進行分類總結，給出分類建議。最后由輸出層輸出該垃圾所屬種類，從而實現智能識別的功能。

3.2.2 垃圾圖鑒模塊實現

垃圾分類知識圖譜主要是用于描述當今社會存在的實體、垃圾分類概念及事件間的客觀關系，并以圖形化的形式來表現出來。知識圖譜作為一個完整的垃圾分類關系網絡，需要借助CNN技術從海量的數據中提取關鍵特征信息用于關系抽取，進行知識融合，經過加工形成結構化體系，儲存在Neo4j數據庫內，用戶可在應用查看圖譜學習垃圾分類的相關知識。同時內部設有自動推理的機制，可以不斷地去推理出新的關系數據，形成豐富的垃圾分類知識圖，以供用戶學習。

3.2.3 學習大廳模塊實現

程序利用web嵌入組件，根據用戶瀏覽web站點的信息，推送此用戶感興趣的垃圾分類資源，系統根據信息資源的推送情況對web資源進行分析，挖掘數據，形成一個知識庫。并且對這些資源進行有效地提取，構建成結構化知識三元組以及其他環保知識抽取。完成環保知識抽取之后，需要與后臺已有的環保知識庫進行比對，及時進行更新和改進等操作。最后，需要對最終的環保知識庫狀態進行有效的存儲和監控，從而形成一個實時更新的知識庫系統。內部建立場景圖譜，用戶可在應用內抽取指定數量題目進行知識競答，也可進行游戲PK，將自己代入其中，運用環保知識升級打怪，成果以積分形式展現在個人中心模塊。

3.2.4 個人中心模塊實現

用戶在該模塊可通過分類投放垃圾獲得相應積分，當積分達到一定數量時，可在積分與兌換菜單換購商品及校園周邊購物。通過調用GPS定位功能，將用戶的地址發送至百度地圖API接口，程序會自動為用戶搜索附近的垃圾分類站點和路程規劃，方便用戶進行垃圾分類。GPS定位系統還可實時定位附近垃圾可回收投放站點位置和周圍商圈環境，定位精確度10m-20m，支持百度地圖軌跡導入，可與WiFi配合進行室內輔助定位，這將為更有針對性、更準確實行垃圾投放。

圖4 GS垃圾分類系統詳細界面圖

4 結束語

智能分類小程序借助互聯網、大數據和人工智能等先進技術，幫助人們精準高效識別垃圾類型，實現用戶、移動終端、運營商、分類設備之間的無縫鏈接，使得垃圾分類管理更顯智慧。一方面提高人們對垃圾分類的認知，號召人們培養垃圾分類的好習慣，全民動手，一起為改善環境作努力。另一方面使得用戶實現精準化投放，從源頭保障安全，保駕護航，實現可持續發展。