一個(gè)基于微信云開發(fā)的垃圾分類小助手程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：隨著人們生活水平的提高，生活垃圾的種類和數(shù)量越來越多，為減少環(huán)境污染，提高資源利用率，許多城市實(shí)施垃圾分類。“垃圾分類小助手”是一款基于微信云開發(fā)的微信小程序，該小程序利用模糊查詢、圖像識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了垃圾信息查詢、拍照識(shí)別垃圾分類、視頻宣傳和益智答題等功能，為垃圾分類困難者提供了有效的幫助，保障了垃圾資源的合理運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：垃圾分類；云開發(fā)；信息查詢；拍照識(shí)別；微信小程序

中圖分類號(hào)：TP311.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）33-0042-03

1 引言

近幾年，我國大力推廣垃圾分類知識(shí)普及活動(dòng)，加快推進(jìn)全民垃圾分類工作，為建設(shè)綠色環(huán)保家園提供相應(yīng)保障。但由于垃圾分類工作在國內(nèi)許多城市還沒有太多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致垃圾分類踐行效果與其倡導(dǎo)的做法相比仍有一定的差距，人們的自主意識(shí)有待提高[1]。垃圾分類是一種新的習(xí)慣、新的素養(yǎng)，在提高群眾垃圾分類意識(shí)上，需要政府采取更多的措施，引導(dǎo)和幫助群眾樹立正確的生活方式。廣州城市管理和綜合執(zhí)法局開發(fā)了一套垃圾分類信息化管理系統(tǒng)[2]，助力垃圾分類高質(zhì)量發(fā)展。

基于當(dāng)下研究現(xiàn)狀，本文提出設(shè)計(jì)一款名為“垃圾分類小助手”的微信小程序，助力于垃圾分類高質(zhì)量發(fā)展。“垃圾分類小助手”是基于微信云開發(fā)的小程序，具有多種方式幫助群眾了解垃圾分類常識(shí)，培養(yǎng)群眾對(duì)垃圾分類的意識(shí)，提高垃圾分類達(dá)標(biāo)率，從而有效地進(jìn)行資源利用回收，共建美麗家園。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 微信小程序及其框架

微信小程序作為一種內(nèi)存小、無須安裝并自帶流量的應(yīng)用，用戶可以通過微信搜索隨時(shí)使用，又無須考慮安裝卸載的問題。微信小程序的開發(fā)首先要具備微信開發(fā)者工具編譯器，并在小程序官網(wǎng)獲取自己的App ID，建立一個(gè)小程序項(xiàng)目。在小程序項(xiàng)目中，通過 WXML視圖和WXSS 樣式實(shí)現(xiàn)了小程序的UI界面設(shè)計(jì)。WXML展示的是小程序頁面的基本框架結(jié)構(gòu)，WXSS為框架和元素提供了相應(yīng)樣式。

微信小程序提供了一套名為MINA開發(fā)框架，它具有較高的運(yùn)行速度，對(duì)于小程序端有著高度一致的呈現(xiàn)。MINA框架包括視圖層、邏輯層以及系統(tǒng)層。視圖層由多個(gè)Page頁面組成，邏輯層采用Javascript語言進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)者可以方便地調(diào)用其豐富的函數(shù)庫，對(duì)于初學(xué)者來說極易學(xué)習(xí)和上手開發(fā)。在程序運(yùn)行時(shí)，邏輯層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，隨后視圖層根據(jù)邏輯層反饋的結(jié)果做出相應(yīng)的更新，系統(tǒng)層是視圖層與邏輯層通信的紐帶，允許小程序通過調(diào)用API從而提高用戶體驗(yàn)。

2.2 云開發(fā)技術(shù)

2018年，微信推出了小程序云開發(fā)的功能。小程序云開發(fā)基于Serverless云服務(wù)的理念，為開發(fā)者提供完整的服務(wù)支持，開發(fā)者只需寫完函數(shù)并部署到Serverless即可，且后期無須關(guān)心服務(wù)器的維護(hù)。微信為云數(shù)據(jù)庫中的集合、云端資源和云函數(shù)提供了可視化的管理，并且為云開發(fā)提供了許多API。云開發(fā)為開發(fā)人員提供了云數(shù)據(jù)庫、云存儲(chǔ)和云函數(shù)3種基本功能[3]。云函數(shù)的寫法與在本地定義的JavaScript方法沒有很大差別，在調(diào)用云函數(shù)時(shí)，會(huì)將定義好的代碼放在Node.js環(huán)境中執(zhí)行，所有開發(fā)者都共有這段代碼，大大提高開發(fā)效率[4]。云端也可以存放AppID、OpenID 等數(shù)據(jù)信息，方便開發(fā)者保存調(diào)用。

云開發(fā)與傳統(tǒng)服務(wù)器相比，較為容易，開發(fā)者能更好地上手。對(duì)于一個(gè)小程序后臺(tái)的快速組建，云開發(fā)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。通過云開發(fā)，開發(fā)者不用把精力和時(shí)間都花在服務(wù)器的注冊(cè)搭建以及設(shè)計(jì)維護(hù)上，相當(dāng)于弱化了服務(wù)器的功能。云開發(fā)將后端封裝成BaaS服務(wù)，并提供了相應(yīng)的SDK給開發(fā)者，開發(fā)者可以像調(diào)用函數(shù)一樣使用后端服務(wù)，極大減輕開發(fā)難度。

2.3 模糊查詢技術(shù)

模糊查詢是指用戶通過輸入關(guān)鍵字查詢相關(guān)內(nèi)容，并顯示在頁面上。目前小程序云開發(fā)還未提供模糊查詢機(jī)制，因此需要通過構(gòu)造正則表達(dá)式來完成云開發(fā)的模糊查詢。利用小程序提供的db.RegExp構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建正則表達(dá)式，其中regexp屬性填寫用戶需要查詢的內(nèi)容，options屬性支持i，m，s三個(gè)flag，注意，使用s這個(gè)flag時(shí)要先構(gòu)造一個(gè)正則對(duì)象。

2.4 百度圖像識(shí)別技術(shù)

百度AI開放平臺(tái)提供的通用物體和場(chǎng)景辨認(rèn)接口支持識(shí)別10萬個(gè)常見物體及場(chǎng)景，能夠返回相應(yīng)的名稱結(jié)果[5]。該小程序利用百度AI開放平臺(tái)中的圖像識(shí)別的通用物體和場(chǎng)景識(shí)別接口，實(shí)現(xiàn)拍照識(shí)別功能，幫助用戶更好的識(shí)別垃圾，提高分類效率。

1）百度云開發(fā)注冊(cè)及配置

首先登錄百度AI開放平臺(tái)官網(wǎng)，注冊(cè)百度賬號(hào)，并進(jìn)入百度云智能管理中心，點(diǎn)擊創(chuàng)建圖像識(shí)別應(yīng)用，創(chuàng)建完成后打開，可以看到相應(yīng)的API Key，Secret Key，需要在小程序中進(jìn)行調(diào)用。

2）獲取Access Token

Access Token作為小程序全局唯一接口調(diào)用憑據(jù)，大多數(shù)接口的調(diào)用都需要Access Token，開發(fā)者需妥善保存。該小程序中使用POST方法向百度授權(quán)服務(wù)地址發(fā)送請(qǐng)求，并在URL中填寫好grant_type，client_id，client_secret三個(gè)參數(shù)，其中第一個(gè)參數(shù)固定為client_credentials，后兩個(gè)分別是應(yīng)用的API Key和Secret Key，都可以在百度AI平臺(tái)管理應(yīng)用中查看。

3）服務(wù)器域名配置

登錄微信小程序官網(wǎng)，點(diǎn)擊開發(fā)管理的開發(fā)設(shè)置，填寫服務(wù)器域名為百度接口域名。只有在小程序后臺(tái)配置合法域名后，才能調(diào)用該接口。注意，服務(wù)器域名配置僅支持https和wss協(xié)議，且每個(gè)月只能修改5次。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的需求分析，共設(shè)計(jì)了四個(gè)數(shù)據(jù)表，分別為：管理員信息表，用于存儲(chǔ)管理員的相關(guān)信息；垃圾分類信息表，用于存儲(chǔ)垃圾類別；垃圾信息庫表，用于存儲(chǔ)垃圾信息；益智題庫表，用于存儲(chǔ)答題練習(xí)中的題目。

其中垃圾分類信息是利用Python技術(shù)抓取的，并將其轉(zhuǎn)換為JSON格式，一條垃圾分類數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)JSON對(duì)象。通過轉(zhuǎn)換，得到了近萬條垃圾分類數(shù)據(jù)，并將其上傳至云數(shù)據(jù)庫。對(duì)于垃圾分類數(shù)據(jù)集合，系統(tǒng)將其權(quán)限設(shè)置為所有用戶都可讀，僅創(chuàng)建者可讀寫，各集合通過唯一的ID值相互引用數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)庫的安全。

3.2 功能設(shè)計(jì)

垃圾分類小助手微信小程序一共設(shè)計(jì)了六個(gè)功能，包括：用戶管理、垃圾分類常識(shí)、視頻宣傳、益智答題練習(xí)、垃圾信息查詢和拍照識(shí)別等，如圖1所示。

用戶管理：設(shè)置了管理員用戶和普通用戶兩類。其中，普通用戶首次登錄時(shí)，需要授權(quán)才能登錄，管理員登錄后具有完善垃圾模塊。

垃圾分類常識(shí)：該模塊大體介紹了可回收垃圾、濕垃圾、干垃圾、有害垃圾四類垃圾的相關(guān)常識(shí)和垃圾投放的要求。

視頻宣傳：該模塊提供了垃圾分類的相關(guān)視頻科普，分類宣傳可回收垃圾、濕垃圾、干垃圾、有害垃圾四類垃圾。視頻較為簡(jiǎn)短，有助于用戶快速了解。

益智答題練習(xí)：該模塊提供了練習(xí)模式和答題模式。其中，答題模式將自動(dòng)組卷10道垃圾分類題目，要求用戶在10分鐘內(nèi)完成答題。當(dāng)所有題目完成之后，用戶才能交卷，交卷后即時(shí)查看測(cè)試成績(jī)和答案。

垃圾信息查詢：用戶可以查詢相關(guān)垃圾的關(guān)鍵字，通過模糊搜索到相應(yīng)的垃圾分類信息。

拍照識(shí)別：用戶通過手機(jī)拍照，小程序利用百度AI開放平臺(tái)分析圖像，自動(dòng)識(shí)別出照片中的有關(guān)垃圾。小程序?qū)棿疤峁┢ヅ湮锲返倪x項(xiàng)供用戶選擇，選定后即可查看垃圾所屬的類別。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 用戶管理模塊的實(shí)現(xiàn)

該模塊利用微信自帶的授權(quán)登錄功能，調(diào)用getOpenid云函數(shù)，獲取用戶的微信頭像和微信昵稱，并顯示在“我的”頁面上。管理員的_openid 存在于管理員信息表中，登錄時(shí)會(huì)把用戶的_openid 與管理員的_openid 做匹配，管理員登錄后能對(duì)普通用戶反饋的搜索不到的垃圾有關(guān)分類信息進(jìn)行添加，解決垃圾信息完善問題，普通用戶則沒有。

4.2 垃圾分類常識(shí)模塊的實(shí)現(xiàn)

該模塊采用小豬佩奇的四種不同形態(tài)簡(jiǎn)單判斷垃圾類別，形象而生動(dòng)。用戶可點(diǎn)擊左側(cè)分類欄，即可查看四種分類的概念、主要包括哪些垃圾以及垃圾投放的要求，幫助用戶快速了解垃圾分類的常識(shí)。如圖2所示。

4.3 視頻宣傳模塊的實(shí)現(xiàn)

該模塊提供了干垃圾、可回收垃圾、濕垃圾、有害垃圾四種垃圾各一分鐘的視頻介紹，用戶可點(diǎn)擊查看四種垃圾分類的視頻，可隨時(shí)播放或暫停。通過簡(jiǎn)短的視頻介紹，用戶可以快速了解垃圾分類的相關(guān)常識(shí)，增強(qiáng)垃圾分類意識(shí)。

4.4 益智答題練習(xí)模塊的實(shí)現(xiàn)

答題模式下，系統(tǒng)將自動(dòng)抽取10道垃圾分類的題目，用戶可以點(diǎn)擊上一題或者下一題進(jìn)行答題。用戶答題正確，選中框會(huì)變成綠色，答錯(cuò)的話選中框會(huì)變成紅色。用戶每完成一題，題目下方將自動(dòng)顯示出正確答案。練習(xí)模式的題目和答題模式的題目一樣，但是練習(xí)模式可以直接查看答案，方便用戶在測(cè)試前進(jìn)行模擬練習(xí)。

4.5 垃圾信息查詢模塊的實(shí)現(xiàn)

用戶可以在搜索框內(nèi)輸入需要查詢的垃圾關(guān)鍵字，通過模糊搜索以及數(shù)據(jù)分頁加載技術(shù)，可以搜索到含有關(guān)鍵字的相關(guān)垃圾。用戶點(diǎn)擊想要查看的垃圾后，頁面會(huì)顯示該垃圾所屬分類以及該分類里面主要包括哪些垃圾，這樣可以大大提高搜索效率，幫助用戶更好的查詢。

4.6 拍照識(shí)別模塊的實(shí)現(xiàn)

用戶點(diǎn)擊拍照識(shí)別后，小程序首先將拍照時(shí)在微信本地緩存的圖片轉(zhuǎn)換成base64編碼，通過token請(qǐng)求調(diào)用百度的圖像識(shí)別API，然后將轉(zhuǎn)換后的圖片上傳到百度圖像進(jìn)行識(shí)別。將識(shí)別之后的結(jié)果返回到小程序，再渲染到頁面彈窗。用戶勾選想要查看的垃圾后，小程序進(jìn)行模糊搜索，再將符合條件的數(shù)據(jù)渲染到頁面上，這樣也盡可能提高了搜索正確率和拍照效率。圖3展示了拍照識(shí)別的全流程。

5 結(jié)束語

為了更好地提高居民垃圾分類意識(shí)，促進(jìn)智能化垃圾分類，共建美好家園，本文通過對(duì)市場(chǎng)需求的調(diào)研和國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀的分析，設(shè)計(jì)了一款基于微信云開發(fā)的“垃圾分類小助手”小程序。該小程序積極響應(yīng)國家垃圾分類政策，借助人工智能技術(shù)，為群眾提供方便快捷的垃圾查詢服務(wù)，借助微信云開發(fā)技術(shù)，為人們提供益智答題服務(wù)，最終使垃圾分類更加全民化、智能化、寓教于樂，對(duì)于減少環(huán)境污染，推動(dòng)資源回收利用提供有效幫助。

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