生活垃圾全程分类监管系统的设计与研究

李庆庆 李波

摘  要：近年来生活垃圾产生量增多，而垃圾分类处理监管尚未完善，监管系统十分短缺。为此文章设计了一种监管系统，基于服务API并利用WebGIS技术开发设备监管功能，利用MapReduce技术分析计算采集到的设备信息;开发数据分析处理功能，将处理结果以图表形式反馈不同登录入口的系统用户。采用该系统监管垃圾分类处理全程，在节省人力物力的同时，还保证了监管平台数据的准确性，为未来数据信息的探索和研究提供了有力的保证。

关键词：生活垃圾全程分类;监管系统;系统设计;WebGIS;MapReduce;数据处理

中图分类号：TP311.5;X705       文献标识码：A 文章编号：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

隨着经济社会的迅速发展和物质消耗速度的提高，中国的生活垃圾产生量激增，环境危害问题日益显著，这成为新型城市化发展的主要问题。并且吉林省为了进行东北亚区域性数字经济高地建设，助推长春老工业基地全面振兴发展，由省委省政府、吉林大学承办了数字青年人才创新创业大赛，根据实际需求分析、研究、设计生活垃圾分类监督系统。

此系统为长春工程学院计算机技术与工程学院学生团队在比赛中独立设计完成，但并没有投入使用，正在测试论证之中。设计实现生活垃圾分类监督系统可以有效减轻垃圾清理、垃圾运输和垃圾终端处理的压力，改善城乡环境，提高文明水平，加快资源循环利用，建立多元化、资源化新型城市，可以有效改善城乡环境，加快“两型社会”建设，统筹推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局，牢固树立和贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享五个发展理念，提升民众价值观念，培养居民环保意识，提高新型城镇化质量和生态文明建设水平，对于提升中华民族整体文明素质具有重要且深远的意义。

1  设计思路与方向

系统具体分为两个入口，居民用户入口和政府人员入口。不同用户使用系统，则对应不同的相关功能，临时用户可以通过临时账户来查看系统的信息公示功能、使用举报申诉功能，查看关于生活垃圾分类政策的专题页面;政府人员可以通过固定账户登录，使用数据处理、设备监察、政务信息处理等相关功能。

如图1所示，团队建立与垃圾品种相匹配的收运体系监管，完善对垃圾分类相关设备以及收集设备人员的监管，更新乡镇城区内的垃圾分类设备、垃圾运输设备以及终端处理监管设备，分配满足生活垃圾分类基础要求的垃圾分类专用收运车辆的设备，建立符合环保要求、与分类需求相匹配的垃圾收运体系。

2  系统总体架构设计

生活垃圾全程分类监管系统整体采用灵活的多层体系结构，共分为支撑层、数据层、应用层、用户层四层架构搭建。系统总体架构图如图2所示。

支撑层是整套系统架构的基础，为系统提供资源设备支持，包含服务器、客户端、交换机、应用终端，TCP/IP协议通信。

数据层主要为系统提供系统所需的数据资源，是系统核心部分，利用MapReduce技术对数据进行数据汇总、数据清洗、数据提取、数据合并、数据对比，并进行分布式分析计算处理;对数据作可视化处理，为上层的应用层提供数据支持和服务。

应用层根据不同的用户类型需求，完成与之相关的业务，主要包括系统用户权限管理、信息查询、信息公示、利用WebGIS技术完成设备监察、设备地图浏览、设备定点、设备规划、数据统计分析、数据可视化管理工具组件的设计。

用户层主要包含了居民用户、监管人员、系统管理员、设备调配人员、单位领导，此外还与系统进行交互。系统管理人员对数据库进行更新维护，并通过系统进行数据统计分析汇报、规划任务、转发通知;监管人员对执行者完成监督和管理;单位领导通过系统查看各类汇总统计分析报表。

3  系统功能分析

3.1  用户角色分析

针对吉林省垃圾分类监督系统的实际受众需求，系统涉及以下角色分类：居民用户、监管人员、系统管理员、设备调配人员、单位领导，具体如图3所示。

如图3所示，系统用户主要分为五种受众，居民用户属于系统中临时登录用户一类，此类用户主要使用的功能有举报生活垃圾分类的个人或者小区，对自己的信息提出申诉，并且通过本系统了解国家的相关政策以及关于生活垃圾分类的相关知识。监管人员属于系统中的监管者，主要职责或职能是负责监管系统管理员细分下的处理垃圾分类的人员、各单位垃圾处理的设备。系统管理员属于系统中的执行者，主要职责或职能是负责对人民大众所上交的举报或者申诉信息进行归拢处理和审核公示，以及对上级部门或者上级领导下发的文件、通知、任务进行合理分配以及对各部门之间进行协调调用，并查看相关设备的维护状况进行维护。设备调配人员属于系统中人员的协调者，主要职责或职能是对垃圾处理设备的规划调用，以及对系统管理员细分下的垃圾处理人员的协同调配。单位领导属于系统中的决策者，主要职责或职能是人员调配，下达通知、任务，处理相关信息。

3.2  系统流程分析

系统具体流程如图4所示，系统做到从垃圾的产生开始，到垃圾的投放、收集、运输、对垃圾的分类、垃圾的填埋、焚烧的监管、资源化、垃圾收费和餐厨垃圾进行监管，设备之间的调用及规划、建设及维护，监管部门之间的协调、人员的调配、任务的发布及执行，以及对于出现问题之后的信息处理及公布的一系列规划与处理。

3.3  系统模块分析

3.3.1  信息公示功能分析

信息公示功能所在的垃圾分類专题页面主要受众群体为居民用户，其主要功能有国家政策信息的内容公布，对于未进行垃圾分类的人员或小区的投诉，公示上级下发文件、任务，宣传垃圾分类的有关知识及内容。居民用户可以在此功能模块学习垃圾分类知识，了解关于近期垃圾设备的投放点趋势，以及垃圾产生到终端处理的整体流程。可以更好地培养居民环保意识，提高居民的文化素养，可以使居民及时地了解国家关于生活垃圾分类的相关政策。

3.3.2  举报申诉功能分析

举报申诉功能的主要受众群体为居民用户。居民在此模块可以举报未进行垃圾分类的人员或小区和被举报之后进行申诉，以及查询举报或者申诉后的进度。

3.3.3  数据统计分析功能

数据统计分析功能的主要受众群体为居民用户、系统管理员以及单位领导。数据统计功能主要用于查看垃圾设备的建设情况、各地区垃圾类别回收趋势、设备在全省的分配占比、设备保养率情况以及设备的覆盖率，本系统各地区对垃圾回收量、设备建设、设备维护情况做了数据统计分析，可以更好地做出针对性的设备投放和人员分配。通过分析设备的建设情况，政府人员可以对环境问题严重地区做出针对性处理。

3.3.4  设备及人员监察功能分析

设备监察功能的主要受众群体为监管人员、系统管理人员、设备调配人员、单位领导。设备监察功能主要用于对垃圾处理设备的投放点定位和分布数量趋势的查看及设备投放，对垃圾从投放到最终处理的全程监管，对垃圾运输车辆的任务规划，对垃圾处理设备的使用状态、使用时间以及保养状态的监管，对垃圾处理设备所属地区的工作记录的监管和设备及人员的任务规划，以及所属地区垃圾处理的收益的监管。设备监察功能的设计大大减轻了监管人员的工作压力，人力成本显著减少，工作效率显著提高;通过对设备的定位，可以更加细致地对人员进行分配，减少不必要的资源浪费，实现了监管方式由传统驻厂监管向互联网在线远程监管的转变。

3.3.5  政务处理功能分析

政务处理功能的主要受众群体为系统管理人员、单位领导。政务处理功能主要是系统管理员对居民用户举报垃圾未分类的个人和小区以及居民的申诉、居民关于垃圾分类意见的反馈、举报及申诉进度的查询进行处理，系统管理人员在此功能中处理信息结束后反馈到信息公示功能中公示;单位领导可以查看系统管理员的处理进度以及处理情况。

4  系统功能实现

4.1  信息查询功能实现

建立垃圾分类知识信息数据库，利用SQL Server数据库良好的集成性，对信息进行资源化、差异化处理分析，用户通过客户端登录系统，发起查询指令后，系统对信息进行资源分类查询，并将查询结果反馈回用户。

4.2  信息公示功能实现

对经过MapReduce技术处理后的资源化信息再进一步进行可视化处理，通过图表的方式将信息上传到系统客户端反馈给系统用户。

4.3  举报申诉功能实现

居民用户通过登录系统进行举报申诉，举报申诉信息被存储到数据库之后，系统利用MapReduce技术处理数据和MySQL数据库存储信息，经过统计分析之后通过系统客户端反馈给系统管理员，系统管理员在系统客户端将处理之后的信息反馈到信息公示模块展现给用户。

4.4  数据统计功能实现

用户通过客户端输入数据信息、收集设备信息、人员资源信息之后，系统利用MySQL数据库和Oracle数据库来存储备份数据，系统通过JDBC调用数据库数据，并利用MapReduce技术对数据信息进行清洗、提取、合并、计算，并反馈回数据分析模块作为备用数据等待分析。

4.5  数据分析功能实现

系统经过Map函数和Reduce函数对收集来的资源数据进行分析、统计、计算与整理，完成对数据的清洗、提取与存储备份，MapReduce运用信息技术手段，再对数据进行分类整理并向内部网络系统传输数据。系统接收到传输后的数据利用Power BI可视化工具或者Python对数据实现可视化处理，数据分析的主要目的是将大量的死数据变成信息活化的数据资产，利用垃圾分类的大数据为操作对象做出高质、高效分析的结果，提供可执行的解决办法。系统借助动态可视化分析方式，准确、精简地传递信息，帮助用户发现数据间的趋势与关联，分析数据与数据之间的逻辑性，从而帮助用户借助图表更快做出科学合理的分析推理与对未来发展趋势的预测。

4.6  设备监察功能实现

系统借助WebGIS分布式地理信息系统来实现设备的监察功能，借助WebGIS覆盖式的访问范围来查看、统计分布到各处的垃圾分类处理设备，用户访问WebGIS服务器端的数据信息并提出一个请求（Request），经过网络将请求传递回服务器，再将数据通过动态可视化分析方式展现出来，实现人机动态交互。利用WebGIS应用组件对垃圾分类处理设备做可视化处理，能够将信息主体与地理空间特征更加契合地组合在一起。将设备终端的设备信息人为输入到系统数据库中，借助数据分析模块，对设备进行标注以及状态信息显示，以此来帮助设备监管人员做好对设备更精细的控制。

4.7  人员监管功能实现

人员监管的实现体现在设备的使用情况中，依托于设备监察功能的GIS技术，设备人员在使用垃圾处理设备时，设备的状态信息通过网络实时传输到系统后台数据库，同时对使用情况与状态信息数据进行存储备份到业务综合数据库中;并对利用Power BI可视化工具对数据进行做可视化处理，再反馈回监管人员与系统管理员。

4.8  人员及设备规划功能实现

人员及设备规划功能依托于数据统计功能的MapReudce技术与设备监察功能的GIS技术，系统管理员得到处理后的数据，以系统为平台，实现对人员的规划与设备的规划。

4.9  政务处理功能实现

政务处理功能依托于数据分析功能，系統对经过数据提取、数据比对、数据合并后的数据统一经过Power BI可视化工具进行可视化处理。

5  人机交互界面设计与实现

本系统为吉林省政务系统中一个尚未完成的模块，且大数据平台正在建设，作者所带领团队为本系统的主要设计者。针对上述功能分析及设计，系统结合设计所用到的人机交互规范、配色标准、UI设计规范等，全方面多角度地设计了生活垃圾全程分类监管系统的雏形。

如图5所示，此界面为系统用户进入系统的首页。居民用户与政府人员进入此系统之后显示该界面，且居民用户为临时登录用户。系统界面主体采用藏青色配色，辅助色为白色，突出政务系统的严谨性以及严肃感;系统功能板块设置在顶部，同时按钮适配屏幕，便于用户进行交互。

如图6所示，居民用户打开系统之后，点击上方“举报申诉”按钮，进入举报界面，在举报申诉界面下方根据需求选择功能;举报投诉功能上相同，需要用户在所给出的选项栏里填写相关信息。用户填写的信息经网络存储到业务数据库中，做后续处理。

如图7所示，系统监管人员、系统管理员登录系统之后，选择设备监察功能，进入此界面。该界面在左侧选项栏中有五大核心功能，此为设备位置查看功能。用户在此界面查看不同类型的垃圾投放点，并可以在此界面进行新的垃圾设备投放，以此来减少不必要的人力资源浪费。

如图8所示，在设备监察页面在左侧选项栏选择设备管理功能，对正在工作的垃圾处理设备进行查看、监督与规划，可以对垃圾分类的人员以及垃圾处理设备进行时间规划、地点划分、状态查看;同时在后台数据库中建立规划数据分析，为智能数据管理提供保证。

如图9所示，系统监管人员、系统管理员、单位领导登录系统之后，选择数据统计功能进入此界面，在此界面可以查看全省垃圾设备数据统计、设备使用状况分析、各市关于垃圾分类处理的具体数据分析。

如图10所示，系统管理员、单位领导登录系统之后，点击“政务处理”按钮进入此界面，在左侧选项栏选出需要处理的内容。图10为政务处理功能中的举报受理功能，在举报申诉模块中接收到的数据信息经过分布式分析计算之后，通过图表形式展示，用户可对此进行业务处理，并反馈回信息公示模块的业务数据库内。

如图11所示，系统监管人员、系统管理员登录系统之后，在举报受理功能中，系统自动为信息进行编号，在中间区域实现对信息的处理;处理之后的信息存储到业务数据库中，通过信息公示功能反馈回用户。

7  结  论

本系统从不同用户出发，借助WebGIS技术构建了设备监察的核心功能，利用MapReduce技术采集、清洗、提取、分析数据为系统提供核心资源数据支撑，并对采集到的数据资源进行可视化处理。结合实际需求情况，分析设计了一套适用实际生活垃圾全程分类的监管系统。从多角度出发，建立分类处理的垃圾处理系统以及垃圾设备建设维护，多元化地设计、实现了覆盖式、动态交互、多功能的监管系统，它可以从根本上解决生活垃圾全程分类监管的实际需求。

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作者简介：李庆庆（1998—），男，汉族，安徽阜阳人，本科在读，研究方向：软件工程。