生活垃圾全程分類監管系統的設計與研究

李慶慶 李波

摘? 要：近年來生活垃圾產生量增多，而垃圾分類處理監管尚未完善，監管系統十分短缺。為此文章設計了一種監管系統，基于服務API并利用WebGIS技術開發設備監管功能，利用MapReduce技術分析計算采集到的設備信息;開發數據分析處理功能，將處理結果以圖表形式反饋不同登錄入口的系統用戶。采用該系統監管垃圾分類處理全程，在節省人力物力的同時，還保證了監管平臺數據的準確性，為未來數據信息的探索和研究提供了有力的保證。

關鍵詞：生活垃圾全程分類;監管系統;系統設計;WebGIS;MapReduce;數據處理

中圖分類號：TP311.5;X705? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）17-0059-07

Abstract：In recent years，the amount of domestic waste has increased，but the supervision of waste classification treatment is not perfect，and the supervision system of waste treatment is very short. Therefore，a supervision system is designed. The system is based on service API and WebGIS technology to develop the equipment supervision function. MapReduce technology is used to analyze and calculate the collected equipment information，and develop the data analysis and processing function. The processing results are fed back to the system users with different login entries in the form of chart. Using this system to supervise the whole process of waste classification and treatment can not only save manpower and material resources，but also ensure the accuracy of monitoring platform data，which provides a strong guarantee for the exploration and research of future data information.

Keywords：whole process classification of domestic waste;supervision system;system design;WebGIS;MapReduce;data processing

0? 引? 言

隨著經濟社會的迅速發展和物質消耗速度的提高，中國的生活垃圾產生量激增，環境危害問題日益顯著，這成為新型城市化發展的主要問題。并且吉林省為了進行東北亞區域性數字經濟高地建設，助推長春老工業基地全面振興發展，由省委省政府、吉林大學承辦了數字青年人才創新創業大賽，根據實際需求分析、研究、設計生活垃圾分類監督系統。

此系統為長春工程學院計算機技術與工程學院學生團隊在比賽中獨立設計完成，但并沒有投入使用，正在測試論證之中。設計實現生活垃圾分類監督系統可以有效減輕垃圾清理、垃圾運輸和垃圾終端處理的壓力，改善城鄉環境，提高文明水平，加快資源循環利用，建立多元化、資源化新型城市，可以有效改善城鄉環境，加快“兩型社會”建設，統籌推進“五位一體”總體布局和協調推進“四個全面”戰略布局，牢固樹立和貫徹落實創新、協調、綠色、開放、共享五個發展理念，提升民眾價值觀念，培養居民環保意識，提高新型城鎮化質量和生態文明建設水平，對于提升中華民族整體文明素質具有重要且深遠的意義。

1? 設計思路與方向

系統具體分為兩個入口，居民用戶入口和政府人員入口。不同用戶使用系統，則對應不同的相關功能，臨時用戶可以通過臨時賬戶來查看系統的信息公示功能、使用舉報申訴功能，查看關于生活垃圾分類政策的專題頁面;政府人員可以通過固定賬戶登錄，使用數據處理、設備監察、政務信息處理等相關功能。

如圖1所示，團隊建立與垃圾品種相匹配的收運體系監管，完善對垃圾分類相關設備以及收集設備人員的監管，更新鄉鎮城區內的垃圾分類設備、垃圾運輸設備以及終端處理監管設備，分配滿足生活垃圾分類基礎要求的垃圾分類專用收運車輛的設備，建立符合環保要求、與分類需求相匹配的垃圾收運體系。

2? 系統總體架構設計

生活垃圾全程分類監管系統整體采用靈活的多層體系結構，共分為支撐層、數據層、應用層、用戶層四層架構搭建。系統總體架構圖如圖2所示。

支撐層是整套系統架構的基礎，為系統提供資源設備支持，包含服務器、客戶端、交換機、應用終端，TCP/IP協議通信。

數據層主要為系統提供系統所需的數據資源，是系統核心部分，利用MapReduce技術對數據進行數據匯總、數據清洗、數據提取、數據合并、數據對比，并進行分布式分析計算處理;對數據作可視化處理，為上層的應用層提供數據支持和服務。

應用層根據不同的用戶類型需求，完成與之相關的業務，主要包括系統用戶權限管理、信息查詢、信息公示、利用WebGIS技術完成設備監察、設備地圖瀏覽、設備定點、設備規劃、數據統計分析、數據可視化管理工具組件的設計。

用戶層主要包含了居民用戶、監管人員、系統管理員、設備調配人員、單位領導，此外還與系統進行交互。系統管理人員對數據庫進行更新維護，并通過系統進行數據統計分析匯報、規劃任務、轉發通知;監管人員對執行者完成監督和管理;單位領導通過系統查看各類匯總統計分析報表。

3? 系統功能分析

3.1? 用戶角色分析

針對吉林省垃圾分類監督系統的實際受眾需求，系統涉及以下角色分類：居民用戶、監管人員、系統管理員、設備調配人員、單位領導，具體如圖3所示。

如圖3所示，系統用戶主要分為五種受眾，居民用戶屬于系統中臨時登錄用戶一類，此類用戶主要使用的功能有舉報生活垃圾分類的個人或者小區，對自己的信息提出申訴，并且通過本系統了解國家的相關政策以及關于生活垃圾分類的相關知識。監管人員屬于系統中的監管者，主要職責或職能是負責監管系統管理員細分下的處理垃圾分類的人員、各單位垃圾處理的設備。系統管理員屬于系統中的執行者，主要職責或職能是負責對人民大眾所上交的舉報或者申訴信息進行歸攏處理和審核公示，以及對上級部門或者上級領導下發的文件、通知、任務進行合理分配以及對各部門之間進行協調調用，并查看相關設備的維護狀況進行維護。設備調配人員屬于系統中人員的協調者，主要職責或職能是對垃圾處理設備的規劃調用，以及對系統管理員細分下的垃圾處理人員的協同調配。單位領導屬于系統中的決策者，主要職責或職能是人員調配，下達通知、任務，處理相關信息。

3.2? 系統流程分析

系統具體流程如圖4所示，系統做到從垃圾的產生開始，到垃圾的投放、收集、運輸、對垃圾的分類、垃圾的填埋、焚燒的監管、資源化、垃圾收費和餐廚垃圾進行監管，設備之間的調用及規劃、建設及維護，監管部門之間的協調、人員的調配、任務的發布及執行，以及對于出現問題之后的信息處理及公布的一系列規劃與處理。

3.3? 系統模塊分析

3.3.1? 信息公示功能分析

信息公示功能所在的垃圾分類專題頁面主要受眾群體為居民用戶，其主要功能有國家政策信息的內容公布，對于未進行垃圾分類的人員或小區的投訴，公示上級下發文件、任務，宣傳垃圾分類的有關知識及內容。居民用戶可以在此功能模塊學習垃圾分類知識，了解關于近期垃圾設備的投放點趨勢，以及垃圾產生到終端處理的整體流程。可以更好地培養居民環保意識，提高居民的文化素養，可以使居民及時地了解國家關于生活垃圾分類的相關政策。

3.3.2? 舉報申訴功能分析

舉報申訴功能的主要受眾群體為居民用戶。居民在此模塊可以舉報未進行垃圾分類的人員或小區和被舉報之后進行申訴，以及查詢舉報或者申訴后的進度。

3.3.3? 數據統計分析功能

數據統計分析功能的主要受眾群體為居民用戶、系統管理員以及單位領導。數據統計功能主要用于查看垃圾設備的建設情況、各地區垃圾類別回收趨勢、設備在全省的分配占比、設備保養率情況以及設備的覆蓋率，本系統各地區對垃圾回收量、設備建設、設備維護情況做了數據統計分析，可以更好地做出針對性的設備投放和人員分配。通過分析設備的建設情況，政府人員可以對環境問題嚴重地區做出針對性處理。

3.3.4? 設備及人員監察功能分析

設備監察功能的主要受眾群體為監管人員、系統管理人員、設備調配人員、單位領導。設備監察功能主要用于對垃圾處理設備的投放點定位和分布數量趨勢的查看及設備投放，對垃圾從投放到最終處理的全程監管，對垃圾運輸車輛的任務規劃，對垃圾處理設備的使用狀態、使用時間以及保養狀態的監管，對垃圾處理設備所屬地區的工作記錄的監管和設備及人員的任務規劃，以及所屬地區垃圾處理的收益的監管。設備監察功能的設計大大減輕了監管人員的工作壓力，人力成本顯著減少，工作效率顯著提高;通過對設備的定位，可以更加細致地對人員進行分配，減少不必要的資源浪費，實現了監管方式由傳統駐廠監管向互聯網在線遠程監管的轉變。

3.3.5? 政務處理功能分析

政務處理功能的主要受眾群體為系統管理人員、單位領導。政務處理功能主要是系統管理員對居民用戶舉報垃圾未分類的個人和小區以及居民的申訴、居民關于垃圾分類意見的反饋、舉報及申訴進度的查詢進行處理，系統管理人員在此功能中處理信息結束后反饋到信息公示功能中公示;單位領導可以查看系統管理員的處理進度以及處理情況。

4? 系統功能實現

4.1? 信息查詢功能實現

建立垃圾分類知識信息數據庫，利用SQL Server數據庫良好的集成性，對信息進行資源化、差異化處理分析，用戶通過客戶端登錄系統，發起查詢指令后，系統對信息進行資源分類查詢，并將查詢結果反饋回用戶。

4.2? 信息公示功能實現

對經過MapReduce技術處理后的資源化信息再進一步進行可視化處理，通過圖表的方式將信息上傳到系統客戶端反饋給系統用戶。

4.3? 舉報申訴功能實現

居民用戶通過登錄系統進行舉報申訴，舉報申訴信息被存儲到數據庫之后，系統利用MapReduce技術處理數據和MySQL數據庫存儲信息，經過統計分析之后通過系統客戶端反饋給系統管理員，系統管理員在系統客戶端將處理之后的信息反饋到信息公示模塊展現給用戶。

4.4? 數據統計功能實現

用戶通過客戶端輸入數據信息、收集設備信息、人員資源信息之后，系統利用MySQL數據庫和Oracle數據庫來存儲備份數據，系統通過JDBC調用數據庫數據，并利用MapReduce技術對數據信息進行清洗、提取、合并、計算，并反饋回數據分析模塊作為備用數據等待分析。

4.5? 數據分析功能實現

系統經過Map函數和Reduce函數對收集來的資源數據進行分析、統計、計算與整理，完成對數據的清洗、提取與存儲備份，MapReduce運用信息技術手段，再對數據進行分類整理并向內部網絡系統傳輸數據。系統接收到傳輸后的數據利用Power BI可視化工具或者Python對數據實現可視化處理，數據分析的主要目的是將大量的死數據變成信息活化的數據資產，利用垃圾分類的大數據為操作對象做出高質、高效分析的結果，提供可執行的解決辦法。系統借助動態可視化分析方式，準確、精簡地傳遞信息，幫助用戶發現數據間的趨勢與關聯，分析數據與數據之間的邏輯性，從而幫助用戶借助圖表更快做出科學合理的分析推理與對未來發展趨勢的預測。

4.6? 設備監察功能實現

系統借助WebGIS分布式地理信息系統來實現設備的監察功能，借助WebGIS覆蓋式的訪問范圍來查看、統計分布到各處的垃圾分類處理設備，用戶訪問WebGIS服務器端的數據信息并提出一個請求（Request），經過網絡將請求傳遞回服務器，再將數據通過動態可視化分析方式展現出來，實現人機動態交互。利用WebGIS應用組件對垃圾分類處理設備做可視化處理，能夠將信息主體與地理空間特征更加契合地組合在一起。將設備終端的設備信息人為輸入到系統數據庫中，借助數據分析模塊，對設備進行標注以及狀態信息顯示，以此來幫助設備監管人員做好對設備更精細的控制。

4.7? 人員監管功能實現

人員監管的實現體現在設備的使用情況中，依托于設備監察功能的GIS技術，設備人員在使用垃圾處理設備時，設備的狀態信息通過網絡實時傳輸到系統后臺數據庫，同時對使用情況與狀態信息數據進行存儲備份到業務綜合數據庫中;并對利用Power BI可視化工具對數據進行做可視化處理，再反饋回監管人員與系統管理員。

4.8? 人員及設備規劃功能實現

人員及設備規劃功能依托于數據統計功能的MapReudce技術與設備監察功能的GIS技術，系統管理員得到處理后的數據，以系統為平臺，實現對人員的規劃與設備的規劃。

4.9? 政務處理功能實現

政務處理功能依托于數據分析功能，系統對經過數據提取、數據比對、數據合并后的數據統一經過Power BI可視化工具進行可視化處理。

5? 人機交互界面設計與實現

本系統為吉林省政務系統中一個尚未完成的模塊，且大數據平臺正在建設，作者所帶領團隊為本系統的主要設計者。針對上述功能分析及設計，系統結合設計所用到的人機交互規范、配色標準、UI設計規范等，全方面多角度地設計了生活垃圾全程分類監管系統的雛形。

如圖5所示，此界面為系統用戶進入系統的首頁。居民用戶與政府人員進入此系統之后顯示該界面，且居民用戶為臨時登錄用戶。系統界面主體采用藏青色配色，輔助色為白色，突出政務系統的嚴謹性以及嚴肅感;系統功能板塊設置在頂部，同時按鈕適配屏幕，便于用戶進行交互。

如圖6所示，居民用戶打開系統之后，點擊上方“舉報申訴”按鈕，進入舉報界面，在舉報申訴界面下方根據需求選擇功能;舉報投訴功能上相同，需要用戶在所給出的選項欄里填寫相關信息。用戶填寫的信息經網絡存儲到業務數據庫中，做后續處理。

如圖7所示，系統監管人員、系統管理員登錄系統之后，選擇設備監察功能，進入此界面。該界面在左側選項欄中有五大核心功能，此為設備位置查看功能。用戶在此界面查看不同類型的垃圾投放點，并可以在此界面進行新的垃圾設備投放，以此來減少不必要的人力資源浪費。

如圖8所示，在設備監察頁面在左側選項欄選擇設備管理功能，對正在工作的垃圾處理設備進行查看、監督與規劃，可以對垃圾分類的人員以及垃圾處理設備進行時間規劃、地點劃分、狀態查看;同時在后臺數據庫中建立規劃數據分析，為智能數據管理提供保證。

如圖9所示，系統監管人員、系統管理員、單位領導登錄系統之后，選擇數據統計功能進入此界面，在此界面可以查看全省垃圾設備數據統計、設備使用狀況分析、各市關于垃圾分類處理的具體數據分析。

如圖10所示，系統管理員、單位領導登錄系統之后，點擊“政務處理”按鈕進入此界面，在左側選項欄選出需要處理的內容。圖10為政務處理功能中的舉報受理功能，在舉報申訴模塊中接收到的數據信息經過分布式分析計算之后，通過圖表形式展示，用戶可對此進行業務處理，并反饋回信息公示模塊的業務數據庫內。

如圖11所示，系統監管人員、系統管理員登錄系統之后，在舉報受理功能中，系統自動為信息進行編號，在中間區域實現對信息的處理;處理之后的信息存儲到業務數據庫中，通過信息公示功能反饋回用戶。

7? 結? 論

本系統從不同用戶出發，借助WebGIS技術構建了設備監察的核心功能，利用MapReduce技術采集、清洗、提取、分析數據為系統提供核心資源數據支撐，并對采集到的數據資源進行可視化處理。結合實際需求情況，分析設計了一套適用實際生活垃圾全程分類的監管系統。從多角度出發，建立分類處理的垃圾處理系統以及垃圾設備建設維護，多元化地設計、實現了覆蓋式、動態交互、多功能的監管系統，它可以從根本上解決生活垃圾全程分類監管的實際需求。

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作者簡介：李慶慶（1998—），男，漢族，安徽阜陽人，本科在讀，研究方向：軟件工程。