基于WebGIS的生活垃圾分类规划与信息管理平台设计与开发

史惠仁 SHI Hui-ren；贺奋琴 HE Fen-qin；陆油遷 LU You-shen

（天津理工大学环境科学与安全工程学院，天津 300384）

0 引言

对比国内外，国外的垃圾分类状况达到了较高的水平，并有广泛的普及度。除此之外，还有很多专业的环保公司，这些环保公司会像政府部门提供科学的垃圾分类决策。由于国内垃圾分类刚刚起步不久，相比之下，国内的垃圾分类管理就没有那么完善，不仅是垃圾分类的实施不足，而且对于垃圾分类设施的合理化研究也不足。

自2017年3月，国家发改委、住建部发布《生活垃圾分类制度实施方案》垃圾分类政策以来，在测绘科学、智能城市和环境工程领域都出现了一批利用GIS改善垃圾分类现状的研究。然而，目前研究的主攻方向，集中于利用ArcGIS的数据可视化和空间叠加分析功能，对生活垃圾分类基础设施、垃圾量和可回收垃圾比例进行可视化表达和分析，并以此宣传培养民众的生态文明意识以及GIS技术支持下进行生活垃圾最佳收集点研究。然而，此类研究都未意识到建立生活垃圾管理体系的重要性，缺少对垃圾站点空间分布、运输路径优化等关键节点的精准治理技术支撑，不能实现垃圾分类点位的精确投放和管理科学化。

随着人民生活质量水平的不断提高，改善环境质量问题刻不容缓。实施生活垃圾分类，完善垃圾分类基础设施，是实现乡村振兴战略、提高人居环境质量的保障。不过近几年来，垃圾分类工作也取得了一定成效，但在垃圾收集选址点的规划上仍存在着一些不足。不仅使有限的人力物力没有得到合理的分配与优化，在垃圾箱的维护和管理上也存在着一定局限。因此，建立一个合理的垃圾分类选址后台管理系统对改善当今环境质量和环境卫生条件、推进生态文明建设有着重要作用和意义。

1 平台设计

1.1 平台建设目标

本平台基于WebGIS开发，采用B/S模式，开发WebGIS轻量级的地理信息系统。该平台通过采集地理信息数据、居民生活垃圾预产量等数据，建立最优的垃圾分类采集点最佳选址。还可以根据垃圾采集点、垃圾中转站和垃圾处理场之间的地理关系，规划最佳的垃圾运输路径。

平台充分运用WebGIS开发规范，综合计算机网络技术，辅以数据库，开发目标操作简单快捷，将地理信息进行数字化，构建信息获取、处理、存储、分析为一体化的垃圾分类收集点选址平台。依托该平台，能够为决策部门提供科学准确的信息支撑，对减少不必要的资源损失和优化城市基建布局有实际意义。

1.2 平台架构

本平台开发基于B/S模式，设计模式基于MVVM模式；地图WebGL展示采用腾讯地图JavaScript APL GL；前端技术采用HTML、CSS、JavaScript、Vue、Vue-Router；后端技术采用Node.js，Express框架；UI设计采用Element-UI框架；数据库采用MySQL8.0；操作系统采用Windows 10；开发环境采用Visual Studio Code；系统逻辑及架构如图1所示。

图1 系统架构图

1.3 数据库设计

系统数据库采用MySQL，MySQL是一种关系型数据库管理系统，关系数据库将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内，这样就提高了速度和灵活性。在数据库中建立了垃圾分类收集点和垃圾分类中转站的数据库表，以此来存储相应点位的详细信息，便于管理，如表1和表2所示。

表1 垃圾分类收集点属性表

表2 垃圾分类中转站属性表

两表的数据库数据为前端数据渲染提供了引用，前端根据相应请求路径从后端获取对应的数据，给页面做出信息栏和表格的渲染。

1.4 平台功能的设计

本系统扁平化的界面设计让管理人员能够操作便捷、交互体验好、功能实用性强、页面人性化设计。管理人员可以在一个窗口内实现整个模块的使用，减少界面切换，简化操作流程。图标使用了阿里的iconfont图标库，简明、清晰、直观地表达了每个窗口页按钮的功能信息。平台功能设计模块及技术路线如图2所示。

图2 平台功能设计框架

依据当今垃圾分类管理的用户需求和WebGIS软件工程需求，本文采用了WebGIS、空间优化选址和数据可视化等技术，开发出一套能够让政府和环保部门参与的生活垃圾分类规划与信息管理平台，为决策部门提供科学准确的信息支撑，对减少不必要的资源损失和优化城市基建布局有实际意义。

平台系统目前只有管理人员通道，管理人员通过系统所分配的用户名和密码，可以进入平台系统进行相应的操作。进入平台系统，平台可实现的功能如下：

①地图选址。该页面主要是为了能够让管理人员直观地在地图上进行垃圾分类选址点和垃圾中转站的选址以及浏览现有的点位。通过点击相应的点位，可以直观地看到每个点位对应的详细信息，选址具体页面如图3所示。

图3 选址页面

如果想新增点位，可以通过点击“添加选址点”或“添加垃圾中转站”后，输入选址点基础信息，随后用鼠标在地图上标记出点位位置，即可完成对新增垃圾分类收集点或垃圾中转站点位的添加，同时相关信息会同步记录到数据库。此外，为了方便管理人员的使用，平台还新增了许多实用性很强的按钮。如“信息点模式”，当图中打点非常密集，地图的可读性变差时，可以使用点聚合功能，点聚合模式会自动将距离相近的标记聚合到一起，以统计数字方式呈现在图中相应位置，从而可以直观清晰、易读的浏览选址点位；“平面地图/卫星地图”，可以在2D/2.5D/3D的场景下在地图上进行选址；“显示热力图”，对某个地区的垃圾预产量进行估计；“路线规划”，在地图上选择两个点，计算机会根据路径最短，耗时最少的方法进行路径模拟规划，并显示在地图上，同时会告诉该方案的总距离、预估时间，途径红绿灯个数的信息；“位置查询”；“放大到位置中心店”；“缩放区域到浏览”；“将当前位置设置为下次默认打开位置”；“测距”等。

②数据管理。数据管理页面通过对后端数据库的请求，将请求得到的数据配以Element-UI的组件，能够把数据库的所有点位信息以表格的形式直观清晰地表现出来。表格设计上考虑到管理人员的日常使用需求，实现了显示数据总条数，按照指定数据条数渲染，分页功能。同时为了方便管理人员对数据的管理，该页面功能上实现了数据的增删改查操作。如在搜索输入框输入搜索内容，可以获取到只含关键字的数据，并渲染到表格上；管理人员发现有点位信息错误，可以通过操作按钮进行修改或者删除。

③报表分析。为了能够让管理人员对各区及该地区现有垃圾分类收集点位进行了解和掌控，该页面在已有的数据情况下结合Echarts，渲染出多年选址点数量折线图和各区选址点数量分布柱状图。通过两图结合，能够为管理人员后续选址提供更明确的信息。

2 平台的特点及推广范围

①平台与互联网相结合，地图底图基于腾讯地图Javascript API GL，Javascript API GL是基于WebGL技术打造的3D版地图API，3D化的视野更为自由，交互更加流畅。充分发挥GPU的并行计算能力，同时结合WebWorker多线程技术，大幅度提升了大数据量的渲染性能。最高支持百万级点、线、面绘制，同时可以保持高帧率运行。

②本平台开发基于B/S模式，同时具有高度跨平台性，管理人员只需要在IE9+或主流的浏览器下即可进行流畅稳定的操作，无需安装任何专业的GIS软件，大大提高了平台的实用和复用性。平台可推广至城市环卫部门。政府环卫工作人员只需要简单操作就可获取所选地点的准确地理数据，同时能有效存储出现的基本信息，通过数据一览表，城市中各个垃圾分类收集点地理信息得到数字化，信息存储得更规范，极大的提高了城市生活垃圾数据管理效能。同时由于操作性强，在政府部门的管理系统的推广中具有现实意义。

③可推广至城市规划部门。该系统具有可视化功能，是有效、直观的分析工具。在系统中操作能将较抽象的选址点放于具体化的地图中，为垃圾中转站、垃圾处理厂的布局规划做辅助，对运输车辆的线路规划有指导意义，对选址决策部门提供科学准确的信息支撑，对减少不必要的资源损失和优化城市基建布局有实际意义。

④可推广至城市间规划部门的数据共享。各城市之间由于城市基建规划的投入与开发都相对独立，数据格式不统一导致数据管理缺乏规范性，使实现城市间规划信息的共享难以实现。利用该平台能极大地推进数据共享程度，会使用户提取数据更为便捷，对于各城市规划部门实施建设时有便利的借鉴作用。

3 结语

针对当前垃圾分类管理现状存在的困难和问题，本平台基于WebGIS技术将地理信息技术引入到垃圾分类管理的工作，通过相应点位的空间数据和信息数据的可视化展示和动态管理，实现了将地理信息进行数字化。同时对垃圾中转站和处理场选址、垃圾收运路线做出最优安排，达到垃圾分类的管理减量化、最优化，破解当前垃圾分类的难题，让“放错位置的资源”能得到合理利用。但平台目前仍有不足，由于本项目后台基于node.js和MySql开发，如果数据量过于庞大或者管理人员过多时，就需要考虑到安全性能和数据库存储量等问题，这时则需要用到Oracle进行数据管理和Java语言进行后台开发。