基于Android的垃圾分类App的设计与实现*

天津天狮学院 曹昕昕 李小红 董保莲 周杰 耿宣

为解决国家对垃圾分类重视和人们垃圾分类意识淡薄问题，本文提出了基于Android的垃圾分类App设计与实现，该款App设计采用了C/S结构、Springboot框架以及Java语言。主要实现了识别文字/拼音、语音、图片、AI来进行垃圾分类识别的功能。该App的UI设计界面清晰、富有童趣、操作简单，以确保用户最大限度的使用查询，最大程度的增加人们对垃圾分类的兴趣。为城市居民生活垃圾分类推行和落实的措施选择提供了有力的依据，有效的说明了我国对垃圾分类政策实施的正确性和可行性。

近年来，随着我国经济的飞速发展以及工业革命的推进，人们对可持续发展的理念和环保的重视程度也越来越高，垃圾分类问题成为了社会热点问题。目前，我国各地也制定了相关的垃圾管理条例，明确了完善的奖惩体系，不光对单位，也将对个人明确垃圾分类责任，以立法方式使软约束逐步“硬起来”。垃圾分类和每个人的切身利益休戚相关，人们之所以对垃圾分类没有好感并不是真的反感垃圾分类的活动，而是由于对垃圾分类的知识有所欠缺而害怕错误分类遭到处罚。基于此，提出了基于物联网的垃圾分类教育设计与实现。本系统是一款基于Android设计的集文字/拼音搜索、语音搜索、图像/AI搜索功能和积分记录等功能于一体的手机App，同时具有垃圾分类介绍以及游戏评分的功能[1]。本设计面向用户多元化，在使用过程中，成年人可以阅读或发布相关的垃圾分类文章，可以根据相关的搜索功能进行垃圾识别，从根本上了解垃圾分类。而儿童则可以利用语音搜索、图像/AI搜索功能进行垃圾分类识别，通过游戏评分功能激发儿童学习垃圾分类知识的兴趣，把垃圾分类的思想通过游戏潜移默化的根植于孩子们的潜意识中，从小培养对垃圾分类的技能，而且随着时间的推移，孩子也可以有能力提醒家长在丢垃圾时对垃圾分类的正误，让孩子去感染家长让人们从根本上了解垃圾分类的意义和价值，最终实现全民垃圾分类的效果。

1 系统分析

App的总体结构设计如图1所示。

图1 系统模块图Fig.1 System module diagram

1.1 设计需求分析

针对智能化的垃圾分类教育社会接受度等问题设计了调查问卷，并通过问卷星的形式发放，共收回275份问卷，滨海新区塘沽183份、武清开发区92份。结果显示14岁以下的儿童对收垃圾分类教育接受能力更强，而14岁以上的青少年以及成人只占了13.16%，相对来说接受能力较弱，这也间接的说明在早期我国的垃圾分类教育是不完善的，起步较晚、发展较慢，所以垃圾分类教育要趁早，垃圾分类App就是出于这一目的诞生的，很多事情都变得更加人性化、智能化、数字化。该款手机App界面简洁，操作简单，语音搜索功能和图片/AI搜索功能恰好可以更好的满足年龄较小的儿童来学习垃圾分类，而文字/拼音搜索可以满足成人来进行垃圾分类训练，手机App中的相关文章能为成人提供利用碎片化的时间进行学习，同时也可以自己发布文章记录学习成长记录等。从目前形式来看，它们将会起到较大的帮助作用，解决人们对于垃圾分类知识的不解、不知该如何分类的痛点，也会在一定程度上推动垃圾分类举措的执行。

1.2 主要模块设计

1.2.1 文字/拼音搜索模块

文字/拼音搜索模块主要实现的功能为:用户输入想要查询的垃圾名称，文字和拼音皆可，与此同时进行预处理在输入的内容中提取出重要关键字和关键词，同时把提取出来的关键词进行拆分，再去掉语句中没有起到作用的词，经过一系列的处理之后，再把筛选出来的字符和数据库中的对比，查询相应的垃圾信息并加以提示，并且将部分匹配的内容也提供给客户，以减少输入量，达到使查询更简便快捷的目的。

根据本设计需求，使用了MS的Excel宏编程功能，复制VBA代码，制作数字签名，然后使用函数进行操作将汉字转换为字母。为了实现模糊搜索功能，输入框要对输入的文字内容的监听,一旦输入框的内容改变,系统就会将改变后的内容作为搜索词在数据库中进行匹配查询，本设计使用Servlet的监听器Listener，它是实现了Javax.Servlet.ServletContextListener接口的。服务器端程序，它也是随Web应用的启动而启动，只初始化一次，随Web应用的停止而销毁。首先使用监听器对数据库连接池DataSource进行初始化，然后创建DataSource对象，连接池技术DBCP，再把DataSource 放入ServletContext空间中供整个Web应用的使用。配置完成后，在Web应用中就可以直接通过ServletContext取得BasicDataSource对象，从而获取与数据库的连接，提高性能，方便用户使用。

1.2.2 语音搜索模块

语音搜索模块主要实现的功能和文字/拼音搜索模块功能类似，本模块使用的是讯飞输入法语音识别输入的功能，用户使用前需要提前开启手机麦克风权限，打开本模块按住话筒标识，限时60s语音输入，让系统通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本或命令，最后实现用户通过语音来查询垃圾的类别与其他信息。其中,识别语言信号的工作使用讯飞提供的流式语音听写SDK完成,由于该接口返回的识别结果是JSON格式化字符串,因此还需要实现JSONParser类以获取JSON字符串中需要的内容。

1.2.3 图片/AI搜索模块

图片/AI搜索模块只要实现的功能为：用户对想要查询的垃圾进行拍照搜索，搜索后系统会给予用户相应的信息提示。本功能借助手机终端调用设备摄像头采集区域内的图像，选择打开图片/AI识别模块，则会开启AI图像识别功能。本模块调用自行开发的库文件来完成图像信息的智能比对。将采集到的图像流数字化，通过特征点检测、特征点描述子生成、特征点匹配一系列处理，找到识别标识物。识别出标识物后，以标识物作为参考，确定要生成的动画AI环境中的位置和方向，并确定提前存入设备中的标图像识别位置，对标识物中的标识符号与预设的目标图进行匹配，最终返回到匹配到的结果将相对应的数据信息显示在界面中。

1.2.4 数据库设计模块

由于本设计需要将用户输入的信息与数据库中的信息进行搜索比对，所以数据库中将储存大量与之相关的垃圾编号、名称以及类型。综上所述，数据库的设计如表1所示。

表1 垃圾表Tab.1 Rubbish table

2 设计实现

手机App界面简洁，操作简单，主要分为四个界面，启动页，首页，垃圾知识信息浏览页和个人积分页。用户可以根据手机界面最下方的三个导航栏进行选择搜索识别。

2.1 App启动界面

App启动界面简洁大方，设有垃圾桶图标并标有垃圾分类小助手的文字提示，充分响应了垃圾分类的教育理念，让垃圾分类深入人心。

2.2 搜索界面

搜索界面包括文字/拼音搜索模块、语音搜索模块、图片/AI搜索模块，三个模块可以任意切换，功能灵活，具有特色，同时还设有问候语以及所在地区的天气情况，面向的使用对象多元化。

2.2.1 文字/拼音搜索界面

从搜索界面进入点击第一个放大镜图标即可进入文字/拼音搜索界面，用户需要手动输入想要查询的垃圾分类名称，系统经过识别后，将会把详细垃圾分类的类别与介绍显示在App的界面中。如图2所示。

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

2.2.2 语音搜索界面

在使用该功能前用户应确保此App是否被授予手机麦克风权限，如已经授权则通过搜索界面点击第二个话筒图标，即可进入语音搜索模块。用户听过手机话筒说出想要查询的垃圾名称，系统通过自动识别后将详细垃圾分类的类别与介绍显示在App的界面中。如图3、图4所示。

图3 语音搜索界面Fig.3 Voice search interface

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

2.3 信息浏览界面

用户可以点击下方导航栏的第二个五角星按钮进入垃圾信息浏览界面，通过四个不同的垃圾分类：可回收垃圾、有害垃圾、厨余垃圾、其他垃圾，点击相对应的按钮可以进行查询学习[2]。

3 仿真实验

目前主要的使用用户为天津天狮学院的部分学生，依据测试数据返回的结果与预期结果进行对比可以得知三种方式的搜索功能模块均可正常使用，测试结果同预期结果一致，应用效果较好，使用户垃圾分类知识储备都有所增加，有效提升用户的生态文明素养，充分的体现了此款App的教育意义[3]。

4 结语

本文通过垃圾分类的国内外现状以及国民需求，设计并且实现了基于物联网的垃圾分类教育设计与实现，垃圾分类识别App，该App具有5个主要功能：文字/拼音搜索功能、语音搜索功能、图片/AI搜索功能、游戏评分功能以及阅读/发表文章功能。文字/拼音搜索功能尤为方便准确，可通过文字或垃圾名称的首字母进行模糊查询，从而提供与用户查询相关的垃圾信息。垃圾分类识别App积极响应了国家的政策，为人们提供了便利，使垃圾分类活动更加智能化、人性化，促进全民垃圾分类，共建环保家园。