基于WebGIS的生活垃圾分類規(guī)劃與信息管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)

史惠仁 SHI Hui-ren；賀奮琴 HE Fen-qin；陸油遷 LU You-shen

（天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，天津 300384）

0 引言

對(duì)比國(guó)內(nèi)外，國(guó)外的垃圾分類狀況達(dá)到了較高的水平，并有廣泛的普及度。除此之外，還有很多專業(yè)的環(huán)保公司，這些環(huán)保公司會(huì)像政府部門提供科學(xué)的垃圾分類決策。由于國(guó)內(nèi)垃圾分類剛剛起步不久，相比之下，國(guó)內(nèi)的垃圾分類管理就沒有那么完善，不僅是垃圾分類的實(shí)施不足，而且對(duì)于垃圾分類設(shè)施的合理化研究也不足。

自2017年3月，國(guó)家發(fā)改委、住建部發(fā)布《生活垃圾分類制度實(shí)施方案》垃圾分類政策以來，在測(cè)繪科學(xué)、智能城市和環(huán)境工程領(lǐng)域都出現(xiàn)了一批利用GIS改善垃圾分類現(xiàn)狀的研究。然而，目前研究的主攻方向，集中于利用ArcGIS的數(shù)據(jù)可視化和空間疊加分析功能，對(duì)生活垃圾分類基礎(chǔ)設(shè)施、垃圾量和可回收垃圾比例進(jìn)行可視化表達(dá)和分析，并以此宣傳培養(yǎng)民眾的生態(tài)文明意識(shí)以及GIS技術(shù)支持下進(jìn)行生活垃圾最佳收集點(diǎn)研究。然而，此類研究都未意識(shí)到建立生活垃圾管理體系的重要性，缺少對(duì)垃圾站點(diǎn)空間分布、運(yùn)輸路徑優(yōu)化等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的精準(zhǔn)治理技術(shù)支撐，不能實(shí)現(xiàn)垃圾分類點(diǎn)位的精確投放和管理科學(xué)化。

隨著人民生活質(zhì)量水平的不斷提高，改善環(huán)境質(zhì)量問題刻不容緩。實(shí)施生活垃圾分類，完善垃圾分類基礎(chǔ)設(shè)施，是實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、提高人居環(huán)境質(zhì)量的保障。不過近幾年來，垃圾分類工作也取得了一定成效，但在垃圾收集選址點(diǎn)的規(guī)劃上仍存在著一些不足。不僅使有限的人力物力沒有得到合理的分配與優(yōu)化，在垃圾箱的維護(hù)和管理上也存在著一定局限。因此，建立一個(gè)合理的垃圾分類選址后臺(tái)管理系統(tǒng)對(duì)改善當(dāng)今環(huán)境質(zhì)量和環(huán)境衛(wèi)生條件、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)有著重要作用和意義。

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

本平臺(tái)基于WebGIS開發(fā)，采用B/S模式，開發(fā)WebGIS輕量級(jí)的地理信息系統(tǒng)。該平臺(tái)通過采集地理信息數(shù)據(jù)、居民生活垃圾預(yù)產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，建立最優(yōu)的垃圾分類采集點(diǎn)最佳選址。還可以根據(jù)垃圾采集點(diǎn)、垃圾中轉(zhuǎn)站和垃圾處理場(chǎng)之間的地理關(guān)系，規(guī)劃最佳的垃圾運(yùn)輸路徑。

平臺(tái)充分運(yùn)用WebGIS開發(fā)規(guī)范，綜合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，輔以數(shù)據(jù)庫(kù)，開發(fā)目標(biāo)操作簡(jiǎn)單快捷，將地理信息進(jìn)行數(shù)字化，構(gòu)建信息獲取、處理、存儲(chǔ)、分析為一體化的垃圾分類收集點(diǎn)選址平臺(tái)。依托該平臺(tái)，能夠?yàn)闆Q策部門提供科學(xué)準(zhǔn)確的信息支撐，對(duì)減少不必要的資源損失和優(yōu)化城市基建布局有實(shí)際意義。

1.2 平臺(tái)架構(gòu)

本平臺(tái)開發(fā)基于B/S模式，設(shè)計(jì)模式基于MVVM模式；地圖WebGL展示采用騰訊地圖JavaScript APL GL；前端技術(shù)采用HTML、CSS、JavaScript、Vue、Vue-Router；后端技術(shù)采用Node.js，Express框架；UI設(shè)計(jì)采用Element-UI框架；數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL8.0；操作系統(tǒng)采用Windows 10；開發(fā)環(huán)境采用Visual Studio Code；系統(tǒng)邏輯及架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL，MySQL是一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，而不是將所有數(shù)據(jù)放在一個(gè)大倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，這樣就提高了速度和靈活性。在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立了垃圾分類收集點(diǎn)和垃圾分類中轉(zhuǎn)站的數(shù)據(jù)庫(kù)表，以此來存儲(chǔ)相應(yīng)點(diǎn)位的詳細(xì)信息，便于管理，如表1和表2所示。

表1 垃圾分類收集點(diǎn)屬性表

表2 垃圾分類中轉(zhuǎn)站屬性表

兩表的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)為前端數(shù)據(jù)渲染提供了引用，前端根據(jù)相應(yīng)請(qǐng)求路徑從后端獲取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，給頁(yè)面做出信息欄和表格的渲染。

1.4 平臺(tái)功能的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)扁平化的界面設(shè)計(jì)讓管理人員能夠操作便捷、交互體驗(yàn)好、功能實(shí)用性強(qiáng)、頁(yè)面人性化設(shè)計(jì)。管理人員可以在一個(gè)窗口內(nèi)實(shí)現(xiàn)整個(gè)模塊的使用，減少界面切換，簡(jiǎn)化操作流程。圖標(biāo)使用了阿里的iconfont圖標(biāo)庫(kù)，簡(jiǎn)明、清晰、直觀地表達(dá)了每個(gè)窗口頁(yè)按鈕的功能信息。平臺(tái)功能設(shè)計(jì)模塊及技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)框架

依據(jù)當(dāng)今垃圾分類管理的用戶需求和WebGIS軟件工程需求，本文采用了WebGIS、空間優(yōu)化選址和數(shù)據(jù)可視化等技術(shù)，開發(fā)出一套能夠讓政府和環(huán)保部門參與的生活垃圾分類規(guī)劃與信息管理平臺(tái)，為決策部門提供科學(xué)準(zhǔn)確的信息支撐，對(duì)減少不必要的資源損失和優(yōu)化城市基建布局有實(shí)際意義。

平臺(tái)系統(tǒng)目前只有管理人員通道，管理人員通過系統(tǒng)所分配的用戶名和密碼，可以進(jìn)入平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的操作。進(jìn)入平臺(tái)系統(tǒng)，平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)的功能如下：

①地圖選址。該頁(yè)面主要是為了能夠讓管理人員直觀地在地圖上進(jìn)行垃圾分類選址點(diǎn)和垃圾中轉(zhuǎn)站的選址以及瀏覽現(xiàn)有的點(diǎn)位。通過點(diǎn)擊相應(yīng)的點(diǎn)位，可以直觀地看到每個(gè)點(diǎn)位對(duì)應(yīng)的詳細(xì)信息，選址具體頁(yè)面如圖3所示。

圖3 選址頁(yè)面

如果想新增點(diǎn)位，可以通過點(diǎn)擊“添加選址點(diǎn)”或“添加垃圾中轉(zhuǎn)站”后，輸入選址點(diǎn)基礎(chǔ)信息，隨后用鼠標(biāo)在地圖上標(biāo)記出點(diǎn)位位置，即可完成對(duì)新增垃圾分類收集點(diǎn)或垃圾中轉(zhuǎn)站點(diǎn)位的添加，同時(shí)相關(guān)信息會(huì)同步記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)。此外，為了方便管理人員的使用，平臺(tái)還新增了許多實(shí)用性很強(qiáng)的按鈕。如“信息點(diǎn)模式”，當(dāng)圖中打點(diǎn)非常密集，地圖的可讀性變差時(shí)，可以使用點(diǎn)聚合功能，點(diǎn)聚合模式會(huì)自動(dòng)將距離相近的標(biāo)記聚合到一起，以統(tǒng)計(jì)數(shù)字方式呈現(xiàn)在圖中相應(yīng)位置，從而可以直觀清晰、易讀的瀏覽選址點(diǎn)位；“平面地圖/衛(wèi)星地圖”，可以在2D/2.5D/3D的場(chǎng)景下在地圖上進(jìn)行選址；“顯示熱力圖”，對(duì)某個(gè)地區(qū)的垃圾預(yù)產(chǎn)量進(jìn)行估計(jì)；“路線規(guī)劃”，在地圖上選擇兩個(gè)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)路徑最短，耗時(shí)最少的方法進(jìn)行路徑模擬規(guī)劃，并顯示在地圖上，同時(shí)會(huì)告訴該方案的總距離、預(yù)估時(shí)間，途徑紅綠燈個(gè)數(shù)的信息；“位置查詢”；“放大到位置中心店”；“縮放區(qū)域到瀏覽”；“將當(dāng)前位置設(shè)置為下次默認(rèn)打開位置”；“測(cè)距”等。

②數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理頁(yè)面通過對(duì)后端數(shù)據(jù)庫(kù)的請(qǐng)求，將請(qǐng)求得到的數(shù)據(jù)配以Element-UI的組件，能夠把數(shù)據(jù)庫(kù)的所有點(diǎn)位信息以表格的形式直觀清晰地表現(xiàn)出來。表格設(shè)計(jì)上考慮到管理人員的日常使用需求，實(shí)現(xiàn)了顯示數(shù)據(jù)總條數(shù)，按照指定數(shù)據(jù)條數(shù)渲染，分頁(yè)功能。同時(shí)為了方便管理人員對(duì)數(shù)據(jù)的管理，該頁(yè)面功能上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的增刪改查操作。如在搜索輸入框輸入搜索內(nèi)容，可以獲取到只含關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)，并渲染到表格上；管理人員發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)位信息錯(cuò)誤，可以通過操作按鈕進(jìn)行修改或者刪除。

③報(bào)表分析。為了能夠讓管理人員對(duì)各區(qū)及該地區(qū)現(xiàn)有垃圾分類收集點(diǎn)位進(jìn)行了解和掌控，該頁(yè)面在已有的數(shù)據(jù)情況下結(jié)合Echarts，渲染出多年選址點(diǎn)數(shù)量折線圖和各區(qū)選址點(diǎn)數(shù)量分布柱狀圖。通過兩圖結(jié)合，能夠?yàn)楣芾砣藛T后續(xù)選址提供更明確的信息。

2 平臺(tái)的特點(diǎn)及推廣范圍

①平臺(tái)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，地圖底圖基于騰訊地圖Javascript API GL，Javascript API GL是基于WebGL技術(shù)打造的3D版地圖API，3D化的視野更為自由，交互更加流暢。充分發(fā)揮GPU的并行計(jì)算能力，同時(shí)結(jié)合WebWorker多線程技術(shù)，大幅度提升了大數(shù)據(jù)量的渲染性能。最高支持百萬(wàn)級(jí)點(diǎn)、線、面繪制，同時(shí)可以保持高幀率運(yùn)行。

②本平臺(tái)開發(fā)基于B/S模式，同時(shí)具有高度跨平臺(tái)性，管理人員只需要在IE9+或主流的瀏覽器下即可進(jìn)行流暢穩(wěn)定的操作，無需安裝任何專業(yè)的GIS軟件，大大提高了平臺(tái)的實(shí)用和復(fù)用性。平臺(tái)可推廣至城市環(huán)衛(wèi)部門。政府環(huán)衛(wèi)工作人員只需要簡(jiǎn)單操作就可獲取所選地點(diǎn)的準(zhǔn)確地理數(shù)據(jù)，同時(shí)能有效存儲(chǔ)出現(xiàn)的基本信息，通過數(shù)據(jù)一覽表，城市中各個(gè)垃圾分類收集點(diǎn)地理信息得到數(shù)字化，信息存儲(chǔ)得更規(guī)范，極大的提高了城市生活垃圾數(shù)據(jù)管理效能。同時(shí)由于操作性強(qiáng)，在政府部門的管理系統(tǒng)的推廣中具有現(xiàn)實(shí)意義。

③可推廣至城市規(guī)劃部門。該系統(tǒng)具有可視化功能，是有效、直觀的分析工具。在系統(tǒng)中操作能將較抽象的選址點(diǎn)放于具體化的地圖中，為垃圾中轉(zhuǎn)站、垃圾處理廠的布局規(guī)劃做輔助，對(duì)運(yùn)輸車輛的線路規(guī)劃有指導(dǎo)意義，對(duì)選址決策部門提供科學(xué)準(zhǔn)確的信息支撐，對(duì)減少不必要的資源損失和優(yōu)化城市基建布局有實(shí)際意義。

④可推廣至城市間規(guī)劃部門的數(shù)據(jù)共享。各城市之間由于城市基建規(guī)劃的投入與開發(fā)都相對(duì)獨(dú)立，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一導(dǎo)致數(shù)據(jù)管理缺乏規(guī)范性，使實(shí)現(xiàn)城市間規(guī)劃信息的共享難以實(shí)現(xiàn)。利用該平臺(tái)能極大地推進(jìn)數(shù)據(jù)共享程度，會(huì)使用戶提取數(shù)據(jù)更為便捷，對(duì)于各城市規(guī)劃部門實(shí)施建設(shè)時(shí)有便利的借鑒作用。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前垃圾分類管理現(xiàn)狀存在的困難和問題，本平臺(tái)基于WebGIS技術(shù)將地理信息技術(shù)引入到垃圾分類管理的工作，通過相應(yīng)點(diǎn)位的空間數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)的可視化展示和動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)了將地理信息進(jìn)行數(shù)字化。同時(shí)對(duì)垃圾中轉(zhuǎn)站和處理場(chǎng)選址、垃圾收運(yùn)路線做出最優(yōu)安排，達(dá)到垃圾分類的管理減量化、最優(yōu)化，破解當(dāng)前垃圾分類的難題，讓“放錯(cuò)位置的資源”能得到合理利用。但平臺(tái)目前仍有不足，由于本項(xiàng)目后臺(tái)基于node.js和MySql開發(fā)，如果數(shù)據(jù)量過于龐大或者管理人員過多時(shí)，就需要考慮到安全性能和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)量等問題，這時(shí)則需要用到Oracle進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和Java語(yǔ)言進(jìn)行后臺(tái)開發(fā)。