天津天獅學院 曹昕昕 李小紅 董保蓮 周杰 耿宣

為解決國家對垃圾分類重視和人們垃圾分類意識淡薄問題，本文提出了基于Android的垃圾分類App設計與實現(xiàn)，該款App設計采用了C/S結(jié)構(gòu)、Springboot框架以及Java語言。主要實現(xiàn)了識別文字/拼音、語音、圖片、AI來進行垃圾分類識別的功能。該App的UI設計界面清晰、富有童趣、操作簡單，以確保用戶最大限度的使用查詢，最大程度的增加人們對垃圾分類的興趣。為城市居民生活垃圾分類推行和落實的措施選擇提供了有力的依據(jù)，有效的說明了我國對垃圾分類政策實施的正確性和可行性。

近年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及工業(yè)革命的推進，人們對可持續(xù)發(fā)展的理念和環(huán)保的重視程度也越來越高，垃圾分類問題成為了社會熱點問題。目前，我國各地也制定了相關的垃圾管理條例，明確了完善的獎懲體系，不光對單位，也將對個人明確垃圾分類責任，以立法方式使軟約束逐步“硬起來”。垃圾分類和每個人的切身利益休戚相關，人們之所以對垃圾分類沒有好感并不是真的反感垃圾分類的活動，而是由于對垃圾分類的知識有所欠缺而害怕錯誤分類遭到處罰?；诖耍岢隽嘶谖锫?lián)網(wǎng)的垃圾分類教育設計與實現(xiàn)。本系統(tǒng)是一款基于Android設計的集文字/拼音搜索、語音搜索、圖像/AI搜索功能和積分記錄等功能于一體的手機App，同時具有垃圾分類介紹以及游戲評分的功能[1]。本設計面向用戶多元化，在使用過程中，成年人可以閱讀或發(fā)布相關的垃圾分類文章，可以根據(jù)相關的搜索功能進行垃圾識別，從根本上了解垃圾分類。而兒童則可以利用語音搜索、圖像/AI搜索功能進行垃圾分類識別，通過游戲評分功能激發(fā)兒童學習垃圾分類知識的興趣，把垃圾分類的思想通過游戲潛移默化的根植于孩子們的潛意識中，從小培養(yǎng)對垃圾分類的技能，而且隨著時間的推移，孩子也可以有能力提醒家長在丟垃圾時對垃圾分類的正誤，讓孩子去感染家長讓人們從根本上了解垃圾分類的意義和價值，最終實現(xiàn)全民垃圾分類的效果。

1 系統(tǒng)分析

App的總體結(jié)構(gòu)設計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊圖Fig.1 System module diagram

1.1 設計需求分析

針對智能化的垃圾分類教育社會接受度等問題設計了調(diào)查問卷，并通過問卷星的形式發(fā)放，共收回275份問卷，濱海新區(qū)塘沽183份、武清開發(fā)區(qū)92份。結(jié)果顯示14歲以下的兒童對收垃圾分類教育接受能力更強，而14歲以上的青少年以及成人只占了13.16%，相對來說接受能力較弱，這也間接的說明在早期我國的垃圾分類教育是不完善的，起步較晚、發(fā)展較慢，所以垃圾分類教育要趁早，垃圾分類App就是出于這一目的誕生的，很多事情都變得更加人性化、智能化、數(shù)字化。該款手機App界面簡潔，操作簡單，語音搜索功能和圖片/AI搜索功能恰好可以更好的滿足年齡較小的兒童來學習垃圾分類，而文字/拼音搜索可以滿足成人來進行垃圾分類訓練，手機App中的相關文章能為成人提供利用碎片化的時間進行學習，同時也可以自己發(fā)布文章記錄學習成長記錄等。從目前形式來看，它們將會起到較大的幫助作用，解決人們對于垃圾分類知識的不解、不知該如何分類的痛點，也會在一定程度上推動垃圾分類舉措的執(zhí)行。

1.2 主要模塊設計

1.2.1 文字/拼音搜索模塊

文字/拼音搜索模塊主要實現(xiàn)的功能為:用戶輸入想要查詢的垃圾名稱，文字和拼音皆可，與此同時進行預處理在輸入的內(nèi)容中提取出重要關鍵字和關鍵詞，同時把提取出來的關鍵詞進行拆分，再去掉語句中沒有起到作用的詞，經(jīng)過一系列的處理之后，再把篩選出來的字符和數(shù)據(jù)庫中的對比，查詢相應的垃圾信息并加以提示，并且將部分匹配的內(nèi)容也提供給客戶，以減少輸入量，達到使查詢更簡便快捷的目的。

根據(jù)本設計需求，使用了MS的Excel宏編程功能，復制VBA代碼，制作數(shù)字簽名，然后使用函數(shù)進行操作將漢字轉(zhuǎn)換為字母。為了實現(xiàn)模糊搜索功能，輸入框要對輸入的文字內(nèi)容的監(jiān)聽,一旦輸入框的內(nèi)容改變,系統(tǒng)就會將改變后的內(nèi)容作為搜索詞在數(shù)據(jù)庫中進行匹配查詢，本設計使用Servlet的監(jiān)聽器Listener，它是實現(xiàn)了Javax.Servlet.ServletContextListener接口的。服務器端程序，它也是隨Web應用的啟動而啟動，只初始化一次，隨Web應用的停止而銷毀。首先使用監(jiān)聽器對數(shù)據(jù)庫連接池DataSource進行初始化，然后創(chuàng)建DataSource對象，連接池技術DBCP，再把DataSource 放入ServletContext空間中供整個Web應用的使用。配置完成后，在Web應用中就可以直接通過ServletContext取得BasicDataSource對象，從而獲取與數(shù)據(jù)庫的連接，提高性能，方便用戶使用。

1.2.2 語音搜索模塊

語音搜索模塊主要實現(xiàn)的功能和文字/拼音搜索模塊功能類似，本模塊使用的是訊飛輸入法語音識別輸入的功能，用戶使用前需要提前開啟手機麥克風權限，打開本模塊按住話筒標識，限時60s語音輸入，讓系統(tǒng)通過識別和理解過程把語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳奈谋净蛎?，最后實現(xiàn)用戶通過語音來查詢垃圾的類別與其他信息。其中,識別語言信號的工作使用訊飛提供的流式語音聽寫SDK完成,由于該接口返回的識別結(jié)果是JSON格式化字符串,因此還需要實現(xiàn)JSONParser類以獲取JSON字符串中需要的內(nèi)容。

1.2.3 圖片/AI搜索模塊

圖片/AI搜索模塊只要實現(xiàn)的功能為：用戶對想要查詢的垃圾進行拍照搜索，搜索后系統(tǒng)會給予用戶相應的信息提示。本功能借助手機終端調(diào)用設備攝像頭采集區(qū)域內(nèi)的圖像，選擇打開圖片/AI識別模塊，則會開啟AI圖像識別功能。本模塊調(diào)用自行開發(fā)的庫文件來完成圖像信息的智能比對。將采集到的圖像流數(shù)字化，通過特征點檢測、特征點描述子生成、特征點匹配一系列處理，找到識別標識物。識別出標識物后，以標識物作為參考，確定要生成的動畫AI環(huán)境中的位置和方向，并確定提前存入設備中的標圖像識別位置，對標識物中的標識符號與預設的目標圖進行匹配，最終返回到匹配到的結(jié)果將相對應的數(shù)據(jù)信息顯示在界面中。

1.2.4 數(shù)據(jù)庫設計模塊

由于本設計需要將用戶輸入的信息與數(shù)據(jù)庫中的信息進行搜索比對，所以數(shù)據(jù)庫中將儲存大量與之相關的垃圾編號、名稱以及類型。綜上所述，數(shù)據(jù)庫的設計如表1所示。

表1 垃圾表Tab.1 Rubbish table

2 設計實現(xiàn)

手機App界面簡潔，操作簡單，主要分為四個界面，啟動頁，首頁，垃圾知識信息瀏覽頁和個人積分頁。用戶可以根據(jù)手機界面最下方的三個導航欄進行選擇搜索識別。

2.1 App啟動界面

App啟動界面簡潔大方，設有垃圾桶圖標并標有垃圾分類小助手的文字提示，充分響應了垃圾分類的教育理念，讓垃圾分類深入人心。

2.2 搜索界面

搜索界面包括文字/拼音搜索模塊、語音搜索模塊、圖片/AI搜索模塊，三個模塊可以任意切換，功能靈活，具有特色，同時還設有問候語以及所在地區(qū)的天氣情況，面向的使用對象多元化。

2.2.1 文字/拼音搜索界面

從搜索界面進入點擊第一個放大鏡圖標即可進入文字/拼音搜索界面，用戶需要手動輸入想要查詢的垃圾分類名稱，系統(tǒng)經(jīng)過識別后，將會把詳細垃圾分類的類別與介紹顯示在App的界面中。如圖2所示。

圖2 文字/拼音搜索界面Fig.2 Text / Pinyin search interface

2.2.2 語音搜索界面

在使用該功能前用戶應確保此App是否被授予手機麥克風權限，如已經(jīng)授權則通過搜索界面點擊第二個話筒圖標，即可進入語音搜索模塊。用戶聽過手機話筒說出想要查詢的垃圾名稱，系統(tǒng)通過自動識別后將詳細垃圾分類的類別與介紹顯示在App的界面中。如圖3、圖4所示。

圖3 語音搜索界面Fig.3 Voice search interface

圖4 返回信息界面Fig.4 Return information interface

2.3 信息瀏覽界面

用戶可以點擊下方導航欄的第二個五角星按鈕進入垃圾信息瀏覽界面，通過四個不同的垃圾分類：可回收垃圾、有害垃圾、廚余垃圾、其他垃圾，點擊相對應的按鈕可以進行查詢學習[2]。

3 仿真實驗

目前主要的使用用戶為天津天獅學院的部分學生，依據(jù)測試數(shù)據(jù)返回的結(jié)果與預期結(jié)果進行對比可以得知三種方式的搜索功能模塊均可正常使用，測試結(jié)果同預期結(jié)果一致，應用效果較好，使用戶垃圾分類知識儲備都有所增加，有效提升用戶的生態(tài)文明素養(yǎng)，充分的體現(xiàn)了此款App的教育意義[3]。

4 結(jié)語

本文通過垃圾分類的國內(nèi)外現(xiàn)狀以及國民需求，設計并且實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的垃圾分類教育設計與實現(xiàn)，垃圾分類識別App，該App具有5個主要功能：文字/拼音搜索功能、語音搜索功能、圖片/AI搜索功能、游戲評分功能以及閱讀/發(fā)表文章功能。文字/拼音搜索功能尤為方便準確，可通過文字或垃圾名稱的首字母進行模糊查詢，從而提供與用戶查詢相關的垃圾信息。垃圾分類識別App積極響應了國家的政策，為人們提供了便利，使垃圾分類活動更加智能化、人性化，促進全民垃圾分類，共建環(huán)保家園。