基于Android的垃圾分類App的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

天津天獅學(xué)院 曹昕昕 李小紅 董保蓮 周杰 耿宣

為解決國(guó)家對(duì)垃圾分類重視和人們垃圾分類意識(shí)淡薄問題，本文提出了基于Android的垃圾分類App設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該款A(yù)pp設(shè)計(jì)采用了C/S結(jié)構(gòu)、Springboot框架以及Java語言。主要實(shí)現(xiàn)了識(shí)別文字/拼音、語音、圖片、AI來進(jìn)行垃圾分類識(shí)別的功能。該App的UI設(shè)計(jì)界面清晰、富有童趣、操作簡(jiǎn)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(duì)垃圾分類的興趣。為城市居民生活垃圾分類推行和落實(shí)的措施選擇提供了有力的依據(jù)，有效的說明了我國(guó)對(duì)垃圾分類政策實(shí)施的正確性和可行性。

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及工業(yè)革命的推進(jìn)，人們對(duì)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(huì)熱點(diǎn)問題。目前，我國(guó)各地也制定了相關(guān)的垃圾管理?xiàng)l例，明確了完善的獎(jiǎng)懲體系，不光對(duì)單位，也將對(duì)個(gè)人明確垃圾分類責(zé)任，以立法方式使軟約束逐步“硬起來”。垃圾分類和每個(gè)人的切身利益休戚相關(guān)，人們之所以對(duì)垃圾分類沒有好感并不是真的反感垃圾分類的活動(dòng)，而是由于對(duì)垃圾分類的知識(shí)有所欠缺而害怕錯(cuò)誤分類遭到處罰?；诖?，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的垃圾分類教育設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)是一款基于Android設(shè)計(jì)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(jī)App，同時(shí)具有垃圾分類介紹以及游戲評(píng)分的功能[1]。本設(shè)計(jì)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(guān)的垃圾分類文章，可以根據(jù)相關(guān)的搜索功能進(jìn)行垃圾識(shí)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(jìn)行垃圾分類識(shí)別，通過游戲評(píng)分功能激發(fā)兒童學(xué)習(xí)垃圾分類知識(shí)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(shí)中，從小培養(yǎng)對(duì)垃圾分類的技能，而且隨著時(shí)間的推移，孩子也可以有能力提醒家長(zhǎng)在丟垃圾時(shí)對(duì)垃圾分類的正誤，讓孩子去感染家長(zhǎng)讓人們從根本上了解垃圾分類的意義和價(jià)值，最終實(shí)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(shè)計(jì)如圖1所示。

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

1.1 設(shè)計(jì)需求分析

針對(duì)智能化的垃圾分類教育社會(huì)接受度等問題設(shè)計(jì)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(duì)收垃圾分類教育接受能力更強(qiáng)，而14歲以上的青少年以及成人只占了13.16%，相對(duì)來說接受能力較弱，這也間接的說明在早期我國(guó)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(jī)App界面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)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(xué)習(xí)垃圾分類，而文字/拼音搜索可以滿足成人來進(jìn)行垃圾分類訓(xùn)練，手機(jī)App中的相關(guān)文章能為成人提供利用碎片化的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)也可以自己發(fā)布文章記錄學(xué)習(xí)成長(zhǎng)記錄等。從目前形式來看，它們將會(huì)起到較大的幫助作用，解決人們對(duì)于垃圾分類知識(shí)的不解、不知該如何分類的痛點(diǎn)，也會(huì)在一定程度上推動(dòng)垃圾分類舉措的執(zhí)行。

1.2 主要模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 文字/拼音搜索模塊

文字/拼音搜索模塊主要實(shí)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(shí)進(jìn)行預(yù)處理在輸入的內(nèi)容中提取出重要關(guān)鍵字和關(guān)鍵詞，同時(shí)把提取出來的關(guān)鍵詞進(jìn)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(duì)比，查詢相應(yīng)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(dá)到使查詢更簡(jiǎn)便快捷的目的。

根據(jù)本設(shè)計(jì)需求，使用了MS的Excel宏編程功能，復(fù)制VBA代碼，制作數(shù)字簽名，然后使用函數(shù)進(jìn)行操作將漢字轉(zhuǎn)換為字母。為了實(shí)現(xiàn)模糊搜索功能，輸入框要對(duì)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(huì)將改變后的內(nèi)容作為搜索詞在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行匹配查詢，本設(shè)計(jì)使用Servlet的監(jiān)聽器Listener，它是實(shí)現(xiàn)了Javax.Servlet.ServletContextListener接口的。服務(wù)器端程序，它也是隨Web應(yīng)用的啟動(dòng)而啟動(dòng)，只初始化一次，隨Web應(yīng)用的停止而銷毀。首先使用監(jiān)聽器對(duì)數(shù)據(jù)庫連接池DataSource進(jìn)行初始化，然后創(chuàng)建DataSource對(duì)象，連接池技術(shù)DBCP，再把DataSource 放入ServletContext空間中供整個(gè)Web應(yīng)用的使用。配置完成后，在Web應(yīng)用中就可以直接通過ServletContext取得BasicDataSource對(duì)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(shí)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(shí)別輸入的功能，用戶使用前需要提前開啟手機(jī)麥克風(fēng)權(quán)限，打開本模塊按住話筒標(biāo)識(shí)，限時(shí)60s語音輸入，讓系統(tǒng)通過識(shí)別和理解過程把語音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本或命令，最后實(shí)現(xiàn)用戶通過語音來查詢垃圾的類別與其他信息。其中,識(shí)別語言信號(hào)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(shí)別結(jié)果是JSON格式化字符串,因此還需要實(shí)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(shí)現(xiàn)的功能為：用戶對(duì)想要查詢的垃圾進(jìn)行拍照搜索，搜索后系統(tǒng)會(huì)給予用戶相應(yīng)的信息提示。本功能借助手機(jī)終端調(diào)用設(shè)備攝像頭采集區(qū)域內(nèi)的圖像，選擇打開圖片/AI識(shí)別模塊，則會(huì)開啟AI圖像識(shí)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(duì)。將采集到的圖像流數(shù)字化，通過特征點(diǎn)檢測(cè)、特征點(diǎn)描述子生成、特征點(diǎn)匹配一系列處理，找到識(shí)別標(biāo)識(shí)物。識(shí)別出標(biāo)識(shí)物后，以標(biāo)識(shí)物作為參考，確定要生成的動(dòng)畫AI環(huán)境中的位置和方向，并確定提前存入設(shè)備中的標(biāo)圖像識(shí)別位置，對(duì)標(biāo)識(shí)物中的標(biāo)識(shí)符號(hào)與預(yù)設(shè)的目標(biāo)圖進(jìn)行匹配，最終返回到匹配到的結(jié)果將相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息顯示在界面中。

1.2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模塊

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

表1 垃圾表Tab.1 Rubbish table

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

手機(jī)App界面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單，主要分為四個(gè)界面，啟動(dòng)頁，首頁，垃圾知識(shí)信息瀏覽頁和個(gè)人積分頁。用戶可以根據(jù)手機(jī)界面最下方的三個(gè)導(dǎo)航欄進(jìn)行選擇搜索識(shí)別。

2.1 App啟動(dòng)界面

App啟動(dòng)界面簡(jiǎn)潔大方，設(shè)有垃圾桶圖標(biāo)并標(biāo)有垃圾分類小助手的文字提示，充分響應(yīng)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(gè)模塊可以任意切換，功能靈活，具有特色，同時(shí)還設(shè)有問候語以及所在地區(qū)的天氣情況，面向的使用對(duì)象多元化。

2.2.1 文字/拼音搜索界面

從搜索界面進(jìn)入點(diǎn)擊第一個(gè)放大鏡圖標(biāo)即可進(jìn)入文字/拼音搜索界面，用戶需要手動(dòng)輸入想要查詢的垃圾分類名稱，系統(tǒng)經(jīng)過識(shí)別后，將會(huì)把詳細(xì)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(yīng)確保此App是否被授予手機(jī)麥克風(fēng)權(quán)限，如已經(jīng)授權(quán)則通過搜索界面點(diǎn)擊第二個(gè)話筒圖標(biāo)，即可進(jìn)入語音搜索模塊。用戶聽過手機(jī)話筒說出想要查詢的垃圾名稱，系統(tǒng)通過自動(dòng)識(shí)別后將詳細(xì)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(diǎn)擊下方導(dǎo)航欄的第二個(gè)五角星按鈕進(jìn)入垃圾信息瀏覽界面，通過四個(gè)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(diǎn)擊相對(duì)應(yīng)的按鈕可以進(jìn)行查詢學(xué)習(xí)[2]。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

目前主要的使用用戶為天津天獅學(xué)院的部分學(xué)生，依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)返回的結(jié)果與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可以得知三種方式的搜索功能模塊均可正常使用，測(cè)試結(jié)果同預(yù)期結(jié)果一致，應(yīng)用效果較好，使用戶垃圾分類知識(shí)儲(chǔ)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A(yù)pp的教育意義[3]。

4 結(jié)語

本文通過垃圾分類的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀以及國(guó)民需求，設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的垃圾分類教育設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，垃圾分類識(shí)別App，該App具有5個(gè)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(píng)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(zhǔn)確，可通過文字或垃圾名稱的首字母進(jìn)行模糊查詢，從而提供與用戶查詢相關(guān)的垃圾信息。垃圾分類識(shí)別App積極響應(yīng)了國(guó)家的政策，為人們提供了便利，使垃圾分類活動(dòng)更加智能化、人性化，促進(jìn)全民垃圾分類，共建環(huán)保家園。