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基于小程序云开发的GS垃圾分类系统设计

2023-01-12 17:35:08

刘颖 LIU Ying;
赵杨 ZHAO Yang

(武汉商学院工商管理学院,武汉 430056)

近年来,垃圾分类已进入全制度化时代,目前各大城市也进行相关试点。虽然国家全面推进城市生活垃圾分类,但仍然存在用户分类意识不强和相关政策滞后的现象,导致生活垃圾分类并未从源头上进行改变。为此我们依托互联网和人工智能技术推出一款智能垃圾分类小程序,节省垃圾分类中耗费的大量人力物力财力,进而实现生活垃圾减量化、资源化、无害化。

智能垃圾分类小程序从社会和用户两个层面进行精细化系统需求分析,以解决不同类别用户之间的个性化需求,从而更好地实现智能垃圾分类。

1.1 社会需求分析

移动互联网时代下,经济社会发展不断升级,城市垃圾分类在社会化、市场化开始新的尝试,在这样的环境中不主动求变意味着可能被无情淘汰。作为市场主体的企业正在优化调整进程,寻找走向未来的新途径。智能化垃圾分类小程序逐渐成为企业关注的热点,成为抢占流量的重要渠道。对于传统商户而言,开发一款属于自家环保企业的小程序费时又费力。但是在移动互联网时代,打造一款属于自己的线上平台又是必不可少,搭建企业与用户之间的桥梁,用流量与技术重新连接用户与服务,扩展业务。在当前垃圾分类现状中,垃圾分类不明确就个人和社会而言,极大地耗费时间人力物力财力,严重制约生态环境的发展。因此,在这个信息化的时代,引入互联网的智能化分类识别、分拣技术,做到垃圾投放精准化,智能化垃圾分类小程序将会是企业值得选择和拥有的一个平台。

1.2 系统用户需求分析

①从垃圾投放者角度,据悉,自《武汉市生活垃圾管理办法》于2020年7月1日正式实施以来,没有正确将生活垃圾分类投放至相应地方且拒不改正的,则处以罚款。相应条例的提出提醒着人们乱扔垃圾以后会被罚款甚至影响个人信用。因此GS垃圾分类小程序的推出既要方便人们生活,又要在一定程度上解决用户的问题。

②从垃圾运输者角度,垃圾分类后,垃圾运输也是一大难题。现如今处理垃圾的方式为同一时间段环卫车辆在不同垃圾投放点进行回收,这样的弊端在于垃圾溢满导致垃圾处理不及时影响环境和垃圾未满进而浪费运输者的时间精力。对于每个垃圾桶产生垃圾量,需要一个智能化垃圾分类小程序,集“在线问答,准确识别,智能分类与回收,信息反馈”于一体,建立起一整套智能化垃圾分类管理体系,方便垃圾运输,合理分配资源,实现垃圾处理效率的最优化。

③从垃圾清理者角度,妥善处理生活垃圾是当今打好疫情防控阻击战的重要环节。随着经济的发展和城市规模的扩大,垃圾分类处理直接影响人们的生活环境,如果处理不及时,既影响城市建设,又会滋生细菌,产生异味。因此建立合理的垃圾分类系统小程序显得非常重要,在源头上进行垃圾分类,一定程度上帮助环卫工人,提高垃圾分类处理化效率,有助于构建文明和谐健康美丽的城市生活。

以GS智能环保系统为例,从系统总体框架,业务流程、功能结构设计三个方面展开,各部分之间相互联系,实现垃圾桶与智能小程序的有机结合,有利于人们进行垃圾分类,鼓励更多的人们自觉参与垃圾分类活动。

2.1 系统总体框架

智能垃圾分类小程序系统总体框架主要为三层体系架构,分别为用户前端,业务支撑层以及数据层。用户前端覆盖垃圾投放者,运输者,清理者,方便用户针对不同垃圾进行分类化处理。业务支撑层分为视图层和逻辑层,视图层主要通WXML描述页面结构和WXSS描述页面样式。其中由控制层实现业务逻辑,包括利用图像识别技术建立深度学习的CNN模型和百度地图提供的API接口。通过服务器将数据传送到数据层,然后与Neo4j数据库中的垃圾分类条目进行匹配,最终确定该类垃圾的种类。

图1 系统总体技术框架

2.2 业务流程

图2为智能分类小程序的业务流程图,通过流程图的说明,可以清晰看到垃圾分类投放,在线学习,数据处理等环节将有效垃圾进行回收和再利用,实现变废为宝。

图2 智能小程序业务总流程

用户可选择搜索附近的垃圾投放区,系统按照步行距离由近及远排序,降低垃圾分类投放所耗费的时间成本。系统自动判断用户为新老用户,新用户需授权登录,老用户则直接进入使用,由拍照、文本,语音输入进行自动识别,也可在垃圾图鉴板块查找垃圾种类,学习大厅进行相关环保知识的学习,然后进行数据交换,将数据输送到云后台的数据库中,经过百度地图API将信息反馈至服务器,最后输出垃圾识别结果。

2.3 系统功能模块设计

GS垃圾分类系统主要分为四个模块,分别为智能分类模块,垃圾图鉴模块、学习大厅模块和个人中心模块。具体功能框架如图3所示。

图3 GS垃圾分类系统功能模块图

2.3.1 智能分类摸块

智能分类涵盖文字搜索,语音搜索,拍照识别三个模块。进入智能分类应用,引导用户输入垃圾名称或者语音进行搜索,使得垃圾分类不再是一项难题。详情界面搜索垃圾所属类型,对应垃圾的相关分类信息也会自动弹出。拍照识别有“选择图片”和“AI拍照识别”两种,一种是在相册中选择一张图片进行识别,另一种是用手机对准该类垃圾拍照从而进行识别,用户想要知道生活垃圾属于哪一类,拍照一键知晓。图片越模糊系统就会自动提示未识别,则需重新进行拍照识别,反之图片清晰度越高,垃圾识别度也就越高,用户精准投放率也会得到相应提高。

2.3.2垃圾图鉴模块

垃圾图鉴模块以图示化形式将有害垃圾、可回收垃圾、湿垃圾、干垃圾等垃圾分类知识点形象化,清晰有效地传达垃圾分类信息,精心设计的小程序将技术与艺术完美结合,既可以提供垃圾分类的信息,也可利用图示化的呈现方式增强人们记忆力,让用户清晰易懂,从而帮助人们从信息中提取知识、从知识中收获价值。

2.3.3 学习大厅模块

学习大厅模块主要分为新闻资讯、国家政策、知识竞答、小游戏等四个模块。新闻资讯主要是近期各大地区环保实事新闻,由视频、图片、文字等形式展现出来;
国家政策将会以文件的方式进行公示;
知识竞答主要是在新闻、国家政策、环保基本常识中抽取题目,可单枪匹马进行随机匹配,也可互加好友进行对答;
小游戏模块则是利用环保知识升级打怪,胜者会有相应的积分和头衔,在后期可以兑换精美礼品。

2.3.4 个人中心模块

个人中心模块包括头衔、我的积分、个人信息、常见问题、积分兑换和设置等方面,头衔则是根据用户垃圾分类正确投放次数依次称为:青铜,白银,黄金,铂金,钻石,最强王者六个级别,不同级别对应不同奖励。个人积分可兑换生活用品,也可直接提现,一千积分可以兑换十块钱。小程序遇到的任何问题可以在常见问题模块找到答案,设置板块包括GPS定位功能,可查找附近最近的垃圾投放点,便于用户进行垃圾投放。

智能小程序以白色为底色,绿色作为辅色,布局清晰,简约美观,以视觉冲击让用户在小程序中游刃有余地穿梭,增强用户体验感。其详细操作如下:

3.1 用户操作设计

3.1.1 注册登录

通过扫描智能分类垃圾桶上方的二维码或小程序内搜索“GS垃圾分类”等方式使用该小程序。当用户点击进入小程序后,系统自动判断是否已登录,如若用户未登录,则跳转登录页面。我们将用户信息储存在数据库中,并且将登录设计成微信授权公开头像和昵称的方式登进入程序,无论你想以什么身份登录,或是垃圾投放者,或是后台管理者,或是礼品兑换派送者,都只需要通过简便的登录方式进入程序身份认证通过后即可获得你心仪的结果。若拒绝使用微信授权小程序登录,则自动退出该界面。

3.1.2 查询推荐

完成登录后,点击“智能分类”菜单拍照扫描识别垃圾,进行分类并投放。除了提供专业的垃圾分类查询,能让你快速地给垃圾找一个合适的家之外,还有垃圾分类相关的知识库可供用户学习。帮助用户一键识别垃圾所属种类,正确投放各种垃圾。此外,用户可开启位置服务,系统可自动推荐附近垃圾集中投放点,使用户能够更加有效、规范地对生活垃圾进行分类投放,改善居民生活环境。

3.1.3 信息绑定

用户信息的完善对于整个程序来说是至关重要的,用户可通过垃圾分类投放终端,了解自己产生的垃圾量以及所获得的积分,方便换购商品。对于垃圾投放者,需要完善姓名、联系电话、礼品派送地址以便保证礼品能准确送达目的地;
对于后台管理者,收集后台实时数据,及时了解居民的垃圾分类情况、生活习惯、以及小程序的使用频率。通过数据分析对相应区域制定有针对性的改良方案。对于礼品派送者来说,需要完善自己的常驻地址和联系电话以便系统能按照该地址就近分配派送员。

3.2 功能实现

3.2.1 智能分类模块实现

垃圾分类小程序通过建立深度学习的CNN模型,利用图像识别技术与数据库中的基准图像进行对比,对垃圾进行分类。一般的CNN结构可分为输入层、卷积层、池化层、全连接层以及输出层。用户将垃圾放置于垃圾桶前方,扫描屏幕上方二维码进入小程序点击拍照并确定上传或者直接输入垃圾名称,卷积层通过上传的照片和输入的名称提取图像特征,进行卷积并产生特征图;
由池化层则将垃圾特征图变小,简化参数的计算,提取重要特征,降低特征维度;
全连接层最后进行分类总结,给出分类建议。最后由输出层输出该垃圾所属种类,从而实现智能识别的功能。

3.2.2 垃圾图鉴模块实现

垃圾分类知识图谱主要是用于描述当今社会存在的实体、垃圾分类概念及事件间的客观关系,并以图形化的形式来表现出来。知识图谱作为一个完整的垃圾分类关系网络,需要借助CNN技术从海量的数据中提取关键特征信息用于关系抽取,进行知识融合,经过加工形成结构化体系,储存在Neo4j数据库内,用户可在应用查看图谱学习垃圾分类的相关知识。同时内部设有自动推理的机制,可以不断地去推理出新的关系数据,形成丰富的垃圾分类知识图,以供用户学习。

3.2.3 学习大厅模块实现

程序利用web嵌入组件,根据用户浏览web站点的信息,推送此用户感兴趣的垃圾分类资源,系统根据信息资源的推送情况对web资源进行分析,挖掘数据,形成一个知识库。并且对这些资源进行有效地提取,构建成结构化知识三元组以及其他环保知识抽取。完成环保知识抽取之后,需要与后台已有的环保知识库进行比对,及时进行更新和改进等操作。最后,需要对最终的环保知识库状态进行有效的存储和监控,从而形成一个实时更新的知识库系统。内部建立场景图谱,用户可在应用内抽取指定数量题目进行知识竞答,也可进行游戏PK,将自己代入其中,运用环保知识升级打怪,成果以积分形式展现在个人中心模块。

3.2.4 个人中心模块实现

用户在该模块可通过分类投放垃圾获得相应积分,当积分达到一定数量时,可在积分与兑换菜单换购商品及校园周边购物。通过调用GPS定位功能,将用户的地址发送至百度地图API接口,程序会自动为用户搜索附近的垃圾分类站点和路程规划,方便用户进行垃圾分类。GPS定位系统还可实时定位附近垃圾可回收投放站点位置和周围商圈环境,定位精确度10m-20m,支持百度地图轨迹导入,可与WiFi配合进行室内辅助定位,这将为更有针对性、更准确实行垃圾投放。

图4 GS垃圾分类系统详细界面图

智能分类小程序借助互联网、大数据和人工智能等先进技术,帮助人们精准高效识别垃圾类型,实现用户、移动终端、运营商、分类设备之间的无缝链接,使得垃圾分类管理更显智慧。一方面提高人们对垃圾分类的认知,号召人们培养垃圾分类的好习惯,全民动手,一起为改善环境作努力。另一方面使得用户实现精准化投放,从源头保障安全,保驾护航,实现可持续发展。

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