一種集成多種功能的智慧景區(qū)信息服務系統(tǒng)

羊海潮，鄧朝清，郭 銳

（1.大理大學數(shù)學與計算機學院，云南大理 671003；2.云南旅務通科技有限公司，云南大理 671000）

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，游客出游能力不斷提高〔1〕，旅游行業(yè)正從觀光型旅游向休閑游、深度游轉型，自駕游、自由行的游客越來越多，游客在景區(qū)除了需要深入了解各景點的自然地理歷史文化等信息，同時還需要全面了解各個景點的實時狀況。很多景區(qū)推出了手機應用軟件，但這些APP存在兩個主要問題，一是只提供了景點的圖片、文字等宣傳性信息，游客無法獲得景點的實時溫濕度、人流量等真實狀況；二是必須提前安裝APP，對于沒有安裝APP或者網(wǎng)速較慢的情況下無法快速獲取到景點的信息。

目前，我國旅游業(yè)正值隨著智慧旅游的發(fā)展，許多旅游目的地開始建設智慧景區(qū)，景區(qū)內(nèi)建設了視頻監(jiān)控、火災報警、WiFi網(wǎng)絡等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)提升了景區(qū)管理能力，但并不能為每個游客提供一對一的信息服務，游客無法全面了解各個景點實時的狀況。因此，一種集成度較高，具備景點信息傳遞、環(huán)境數(shù)據(jù)采集等多種功能于一體，并且將游客手機APP無縫集成，為游客提供景區(qū)內(nèi)各景點的全面信息的智能化設備將具有廣闊的市場前景。

1 系統(tǒng)總體結構

智慧景區(qū)的核心是通過傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術的整合，實現(xiàn)對景區(qū)資源環(huán)境、游客活動等進行全現(xiàn)、實時的感知與可視化管理〔2〕，根據(jù)這一目標，本文設計了整合傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)的智慧景區(qū)信息系統(tǒng)架構，由包括物聯(lián)網(wǎng)設備的景點智能盒子、基于J2EE的云端服務器以及智能手機APP 3個部份組成，如圖1所示。

圖1 總體結構

景點智能盒子：每個景點安裝一個或多個景點智能盒子，該裝置集成了景點環(huán)境數(shù)據(jù)采集、人流量統(tǒng)計、位置感知、超聲波通信等功能于一體，通過內(nèi)置的網(wǎng)關將數(shù)據(jù)實時上傳至服務器。

中心服務器：每個景區(qū)設置一臺中心服務器，是景區(qū)的數(shù)據(jù)中心，存儲各景點的環(huán)境數(shù)據(jù)、語音、圖片、文字介紹等信息，為游客手機APP提供數(shù)據(jù)。

游客手機APP：為游客提供景區(qū)智能服務的手機應用軟件，具備自助導覽、景點信息獲取、在線預訂等功能。

景區(qū)管理終端：景區(qū)管理人員可對各景點的智能盒子進行設置與監(jiān)控，也可以管理景點語音、圖片、文字等數(shù)據(jù)，可以查看、統(tǒng)計各景點的實時與歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，可對異常景點進行預警提醒。

2 硬件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 景點智能盒子 本文針對智慧景區(qū)應用場景，專門研發(fā)了一種智能硬件設備——景點智能盒子，基于物聯(lián)網(wǎng)的感知層硬件部份全部集成于景點智能盒子中，由單片機、傳感器、藍牙模塊、電源模塊以及智能網(wǎng)關5個部分組成，系統(tǒng)總體結構如圖2所示。

圖2 景點智能盒子總體結構

傳感器直接連接到單片機的I/O接口上，單片機采集到傳感器數(shù)據(jù)后通過藍牙模塊與智能網(wǎng)關通信，將數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關，網(wǎng)關可以使用WiFi或GPRS將數(shù)據(jù)上傳至服務器。在每個景點至少放置一個帶有網(wǎng)關功能的智能盒子，作為該景點的中心節(jié)點，景點可以根據(jù)實際情況同時放置多個不帶網(wǎng)關功能的盒子，這些盒子與中心節(jié)點組成星形網(wǎng)絡，并將數(shù)據(jù)傳輸給中心節(jié)點的智能網(wǎng)關，無線通信采用藍牙4.0，藍牙4.0具有低功耗、低延遲、超長連接距離等優(yōu)點〔3〕，傳輸距離可達100 m以上，同一景點可以在不同位置放置多個盒子采集數(shù)據(jù)，以提高整個景點的數(shù)據(jù)準確度（如人流量）。

已經(jīng)實現(xiàn)的硬件原型系統(tǒng)如圖3所示，主要的硬件模塊如下：

（1）Arduino主控板

Arduino主控板采用Arduino Leonardo，它是基于ATmega32u4一個微控制器板。它有20個數(shù)字輸入/輸出引腳，其中7個可用于PWM輸出、12個可用于模擬輸入〔4〕，具有體積小、價格低廉的特點。

（2）傳感器

景點智能盒子集成了DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器用于采集景點的溫度與濕度數(shù)據(jù)，MQ2煙霧傳感器用于采集景點空氣中的煙霧〔5〕，PD4NS空氣粉塵傳感器用于檢測景點PM2.5數(shù)據(jù)，MIC聲音傳感器是用來對周圍環(huán)境中的聲音強度進行檢測，人體熱釋運動傳感器通過檢測人體運動計算出人流量。

（3）藍牙通信模塊

藍牙通信模塊采用HC-06無線藍牙串口透傳從機模塊，通過Arduino的TX/RX端口進行連接，該模塊的最大優(yōu)點就是價格低廉，能以從機模式方便地與Android手機進行藍牙通信〔6〕。

圖3 景點智能盒子硬件原型

2.2 景點智能網(wǎng)關 景點智能網(wǎng)關為基于Android操作系統(tǒng)的嵌入式計算機，可以使用智能手機或平板電腦〔7〕，包括主控制器、觸屏顯示模塊、音頻模塊、WiFi通信模塊、3G（或4G）通信模塊、藍牙4.0模塊，景點智能網(wǎng)關實現(xiàn)以下功能：

（1）與服務器遠程通信

可使用WiFi、3G（或4G）網(wǎng)絡連接因特網(wǎng)與服務器通信，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)上傳至服務器，同時從服務器上接收對盒子進行控制的相關數(shù)據(jù)及指令。

（2）與單片機藍牙通信

智能網(wǎng)關作為景點的藍牙服務器，是一個景點的中心節(jié)點，可以在100 m間距的范圍內(nèi)，通過藍牙4.0協(xié)議與其他盒子組建一對多的星形網(wǎng)絡，單片機從傳感器采集的數(shù)據(jù)通過藍牙通信傳輸給智能網(wǎng)關，同時，單片機從智能網(wǎng)關獲取采樣時間等參數(shù)以及重啟、關閉等控制指令〔8-10〕。網(wǎng)關可通過接收數(shù)據(jù)情況判斷單片機模塊是否正常，如果在指定時間內(nèi)未收到數(shù)據(jù)或者收到的數(shù)據(jù)不完整，即可判斷單片機模塊出現(xiàn)異常，并將異常情況上報服務器。

2.3 電源模塊 為解決某些景點交流電無法到達的問題，景點盒子采用了交流電以及太陽能供電兩種供電方式，以模塊化的方式提供，盒子可以選擇安裝太陽能或交流電模塊，以適應不同的供電環(huán)境，圖4為太陽能供電模塊組成結構。

圖4 電源模塊

3 軟件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

3.1 Arduino嵌入式軟件

3.1.1 主要功能 集成在景點智能盒子中的Arduino主控板通過嵌入式軟件實現(xiàn)的主要功能為采集各個傳感器數(shù)據(jù)，并通過藍牙通信上傳至網(wǎng)關，可以采集到景點的溫度、濕度、光照度、噪音、煙霧濃度、PM2.5等數(shù)據(jù)。

3.1.2 主程序的設計 由于Arduino將周期性地采集多個傳感器數(shù)據(jù)，并且實時性要求較高，主程序采用有限狀態(tài)機（FSM）模型提高程序運行效率，避免不必要的延遲，將主程序劃分為空閑、讀取傳感器數(shù)據(jù)、連接網(wǎng)關、上傳數(shù)據(jù)4個狀態(tài)，如圖5所示。

圖5 有限狀態(tài)機

3.2 智能手機APP

3.2.1 APP功能設計 APP的功能設計從游客的角度出發(fā)，實現(xiàn)了基于Android、IOS以及微信公眾平臺3種平臺的移動終端軟件，包括導游、導覽和導購3個基本功能，體現(xiàn)了直接、主動、及時和方便的特征。導游功能是在確定了位置的同時，能在手機地圖上會主動顯示周邊的旅游信息，同時還支持在非導航狀態(tài)下查找任意位置的周邊信息；導覽相當于一個導游員，游客可以獲得關于興趣點的位置、文字、圖片、視頻、使用者的評價等信息，導覽功能包括建設一個虛擬旅行模塊，只要提交起點和終點的位置，即可獲得最佳路線建議，也可以自己選擇感興趣的路線；導購則包括景區(qū)門票、旅游線路、住宿的直接在線預訂，實現(xiàn)旅游電子商務功能。

3.2.2 APP的實現(xiàn) 為了解決APP的跨平臺問題，在實現(xiàn)技術上采用了PhoneGap+HTML5+源生插件的移動端混合開發(fā)技術，APP的主界面以“吃住行游購娛”信息、旅游預訂等功能界面通過HTML5+JQuery實現(xiàn)，二維碼掃描、分享、文件解壓等功能則使用基于Android或IOS源生代碼的PhoneGap插件實現(xiàn)，HTML與源生代碼間使用PhoneGap作為橋梁實現(xiàn)相互通信，圖6為運行于iPhone5s手機并使用了HTML5的功能界面截圖。

圖6 APP界面

表1為在Android平臺下使用Java源生代碼開發(fā)的PhoneGap插件。

表1 主要的PhoneGap插件

3.3 服務器端系統(tǒng) 服務器端系統(tǒng)主要實現(xiàn)“吃住行游購娛”六大旅游要素的信息資源管理與維護，包括數(shù)據(jù)采集、修改、刪除等操作，與百度地圖結合，能將數(shù)據(jù)與地理坐標關聯(lián)標注，包括旅游資源信息、歷史文化、交通信息、住宿信息、餐飲信息、娛樂休閑、自然社會、旅游服務機構等信息庫，與百度地圖集成，使用百度地圖API進行二次開發(fā)，對旅游信息資源進行地圖標注，以提供手機APP及微信公眾平臺應用進行基于位置的檢索服務。服務器端采用了基于REST風格的WEB Service架構，Android客戶端與服務器端通過REST服務方式進行通信。

3.3.1 資源定義 以面向資源的設計思想，定義了游客、景區(qū)、賓館、美食、交通等資源，為每項資源定義了URI形式的資源標識，Android客戶端便可通過REST URI訪問服務器端的資源信息服務，并采用HTTP提供的GET/POST/PUT/DELETE 4個方法完成CRUD（增刪改查）操作，主要的資源及其URI如表2所示。

表2 主要資源及其URI

3.3.2 資源表述 資源表述也就是Android手機以REST方式向服務器提交請求后，服務器端返回的數(shù)據(jù)格式，常見的形式包括了XML/JSON兩種，本文采用JSON作為資源表述形式，JSON是一種簡單的純文本格式數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量比起XML要小，適合用于手機與服務器交互，以下為“景區(qū)”信息的JSON資源表述形式示例：

4 結束語

基于物聯(lián)網(wǎng)、移動計算等技術設計并實現(xiàn)了一種集成景點環(huán)境信息感知、景區(qū)智能導覽、景點人流量預警等多種功能的景區(qū)智能化信息服務系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有集成度較高、成本較低等特點，為智慧景區(qū)的智能化信息系統(tǒng)建設提供了一種新的解決方案。目前，智能手機APP已經(jīng)在一些景區(qū)推廣應用，但智能硬件只是實現(xiàn)了原型系統(tǒng)，還需要進一步加強操作簡便性的研究，并提升系統(tǒng)的自動化程度，以進一步適應于智慧景區(qū)實際應用。

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