智慧商圈系統的設計與實現

范 偉, 劉 海

(中遠海運科技股份有限公司，上海 200135)

0 引 言

智慧商圈屬于智慧城市建設范疇，互聯網和物聯網快速發展帶來的技術性變革使得商圈信息化平臺建設開始興起。智慧商圈是一套通過信息化方式提升市民服務體驗和傳統商業體驗、刺激商圈經濟發展的服務體系。建設智慧商圈就是建設一個以互聯網、大數據和云計算等技術為基礎的商圈綜合服務平臺。

根據《2015—2020年中國智慧城市建設行業發展趨勢與投資決策支持報告》前瞻和上海市智慧城市建設的要求，智慧商圈數據應用是推進城市治理科學化、智能化和精細化的成功嘗試之一。智慧商圈的建設既要符合商圈的特性，又要用科學化和信息化的技術協助商圈管理者達到“智慧”建設的目的。加快商圈信息基礎設施升級，推動重點商圈寬帶和無線網絡覆蓋，鼓勵商家提供免費的無線網絡接入服務。推動停車誘導、購物導航、移動支付和位置信息服務等在商圈的應用，提升商圈的信息化管理水平和服務水平。鼓勵電子商務企業與實體商圈互動，在有條件的商圈搭建信息化綜合服務平臺，推動以智能終端、商貿聯動和會員互動為重點的基于商圈的網絡社區建設。

本文基于智慧商圈功能建設，闡述智慧商圈系統的功能架構和若干關鍵技術，通過該系統的應用,實現對商圈的“智慧+”。

1 建設的必要性

傳統商圈的信息化水平相對較低，電商、跨境購物等網絡平臺的快速發展使得這些商圈受到的沖擊日益嚴重，造成客流量減少、商品競爭優勢下降和商戶服務化程度降低等問題日益嚴重，與商圈繁榮發展、商戶業務持續增長的目標有所背離。

現有的商業區域管理運營模式采用的信息化手段比較單一，管理系統往往缺乏動態數據收集、商業決策和智能化分析等新技術的應用，部分數據因收集不準確、滯后而形成信息孤島。新技術的應用對商圈的發展、提升和改進有決策輔助、過程數據呈現和結果預測等作用，影響著商圈自身的發展。

響應政府規劃，緊隨行業發展趨勢，投入智慧商圈建設，通過大數據處理分析,根據智慧停車、停車誘導的項目經驗，得到集商圈管理、分析決策和用戶服務于一體的綜合產品、一站式解決方案，推動傳統商業模式向基于大數據的精準化營銷轉型。

2 智慧商圈的定義

智慧商圈圍繞傳統商業能力提升和模式創新，以商品營銷和品牌服務為核心,以商業企業為主體,以商業集聚區為載體，通過信息化提升商圈的整體服務水平。

當前，智慧商圈的建設不是只停留在提供商圈電子地圖和WIFI的基礎設施上，而是要實現集智慧商務、智慧生活、智慧管理和智慧服務于一體的轉型升級。目前的商圈大多都已提供WIFI等公眾服務，但與“智慧”的定義仍有差距。為使商圈“智慧”化，需將商圈智慧系統建設與商圈周邊的智慧園區建設和智慧交通建設等相結合,形成合力，適應并利用當前的環境，推進數據管理和共享。

通過采用物聯網、云計算等信息技術來實現全面感知、泛在互聯、普適計算和商圈融合是整個智慧商圈系統主要功能的技術體現,涵蓋“智慧商務”“智慧營銷”“智慧環境”“智慧生活”“智慧管理”和“智慧服務”等應用平臺。

3 智慧商圈系統設計

3.1 設計思路

智慧商圈系統設計既要適應市場的快速發展，又要積累優勢，獲取市場競爭地位，輔助商圈達到預期的目標。服務兼容租賃和本地部署2種方式，靈活應用。

1) 靈活性：在大數據處理架構上，針對閑置靜態數據的批量處理和實時流數據的快速處理，需兼顧快速處理和慢速處理。

2) 多適應性：系統可在不同終端訪問。移動端設備應用的普遍性使得系統要同時支持PC端和移動設備端的訪問瀏覽，實現在不同終端下的頁面自適應。

3) 可擴展性：滿足系統對硬件的線性增長需求。通過云資源和云存儲的方式對系統的計算處理能力進行支持，根據實際需求對資源進行靈活擴展，適應系統處理能力的增長要求，滿足不同場景的需求。

3.2 系統功能設計

3.2.1 商圈客流分析

智慧商圈系統中商圈客流分析的核心是對商圈的靜態數據和動態數據進行分析,分析的維度決定分析的價值。客流分析不僅僅是獲取總客流量，還需根據各區域、各樓層的客流分布、變化情況和成交率[1]，通過正確的數據清洗和分析，利用專業的可視化分析工具得出對商圈有較高價值的數據結果。

建設初期設定10個統計對象，28項統計指標。各數據結果可靈活進行對比。

1) 客流分析。通過WIFI定位,對客流量進行分析，按照時間、峰值和集中地帶等維度進行客流分析。

2) 客戶消費分析。根據客戶進入商圈的消費情況分析其消費的種類、次數、時間、與促銷優惠活動的關聯度和消費集中類別，達到針對性營銷的目的。

3) 基礎數據統計分析系統。在數據分析處理之前,商場內的位置信息、冷熱情況、客流高峰和營業額比、商業報告、轉化率、客流均滯留率和新客率等數據雖然也有，但相互之間缺少交叉和融合，限制著數據發現的能力。在綜合數據分析下，跨行業、多維度的數據經常發生碰撞，從而得到更多有價值的信息。

大多數商圈只注重交易數據而忽視購買群體的過程數據，而這部分數據正是挖掘商機的入口。圖1為商圈客流分析功能示意,其中客流分析項是對商圈日常的經營數據和客流數據進行匯總得到的，這些數據的處理和分析對于商圈運營者而言可進行更為細致的分析。客流數據分析系統需結合交易數據和過程數據獲取有價值的數據。研究結果證明，只有0.5%～3.0%的人在網上點擊廣告之后會真正購買相應的產品,而消費者走進實體商店購買的概率則大很多。對于商圈管理者來說，該部分數據的價值分析示意見圖2。

圖1 商圈客流分析功能示意

圖2 客流數據價值分析示意

3.2.2 商圈移動應用

對于成熟的、有一定規模的商圈而言,移動應用不可或缺。作為商圈信息展示的網上門戶，商業推廣和客戶服務是移動APP的主要功能。WIFI和4G網絡的普及使得相關應用軟件的下載更加便捷。依托微信平臺的企業公眾號開發和小程序應用能提高用戶的體驗，在系統設計建設過程中可考慮先設計APP，再向其他平臺擴展。APP要以輕量級為主，主要體現出商圈的特色服務和貨品的分區、分類。

3.2.2.1 電子地圖

利用商圈電子地圖對用戶進行位置確定和導航，在中大型商圈內實現導購、導航等重要功能。電子地圖按照樓層和平面區域劃分,對商鋪和商場設施進行標記。通過APP的應用，實現用戶定位、商鋪和停車場指示導航及位置共享等功能。

3.2.2.2 智能尋車、繳費

用戶事先記錄停車位置，通過定位實現導航指引，這在出入口較多的大型停車場可發揮較大的作用。結合商場消費進行優惠減免，與現有的匝道控制和收費系統相結合形成移動電子繳費，節省收費等待時間，緩解出入口壓力；區分進入商場的小客車和貨運車，進行分類計費。

3.2.2.3 豐富資訊

實現商圈特定活動的發布和用戶的報名參與,在增強用戶的參與感的同時，提升APP與用戶的黏度。優惠資訊以通知的方式提醒。針對不同用戶群體進行精準營銷，選擇性推送信息。例如,為刺激不同的客戶消費，可進行以下策劃。

1) 提升A類顧客的消費額：推送購物滿2 000元送電影券的活動。

2) 提升B類客戶的到店頻次和延長其駐留時間：推送商鋪優惠券，購物停車免費加延1 h。

3) 提升C類客戶的客戶黏性：推出兒童游樂場年卡和母嬰產品抵用券。

對此類資訊進行分類處理，有利用開展營銷策劃。

3.2.2.4 真實客評

結合客戶評價，形成商品的熱搜榜、熱度排行榜和好評榜，切實體現商家的產品質量和服務質量。同時,由于第三方網購平臺的利用率較高，可進行數據對接，提升產品的熱度。

3.2.3 商圈信息管理系統

圖3 商圈信息管理系統的功能

商圈信息管理系統的功能見圖3。

1) 商鋪信息管理。為商鋪提供信息平臺入駐功能，對商鋪進行信用評分，建立商鋪信用等級；提供商鋪產品信息發布功能，為商戶在商圈內發布自己的產品和宣傳提供個性化平臺。

2) 商鋪媒介廣告發布。商圈APP提供商鋪個性化的宣傳和發布功能，彌補因場地問題引起廣告位不足的缺陷。對商鋪的宣傳廣告進行定時發布、定時撤銷,同時允許商家自行根據模板設計廣告，通過審核之后完成商鋪產品的推廣。

3) 事件處理模塊。商圈作為APP的建設方，會遇到平臺使用者提出的各種問題，通過對這些問題進行收集，并對不同類型的問題采取不同的處理預案和查詢方式，完善商圈信息化平臺的服務功能。

4 關鍵技術

4.1 室內定位

室內定位、導航是商圈客流數據收集和商圈APP應用的主要技術重點。傳統用于移動端的定位方式主要有輔助全球衛星定位系統(Assisted Global Positioning System,AGPS)定位、移動基站和WIFI定位、人臉識別定位和藍牙定位等5種。作用于商圈，主要考慮信號的強度、精準度和快速定位時間。由于大部分商鋪都處于室內，會受定位時間、定位精度、定位成本和復雜的室內環境等條件的限制。

1) AGPS定位。GPS定位信號因受建筑物的影響而大大衰減，定位精度很低，無法與室外一樣直接從衛星廣播中提取導航數據和時間信息。為提高信號的靈敏度，需延長在每個碼延遲上的停留時間，AGPS技術為解決該問題提供了可能性。AGPS定位的優點是首次搜索衛星速度快，可有效減少設備的電量消耗，定位精度更高，能緩解GPS信號較弱的情況下無法定位或精度降低的問題；缺點是必須依靠蜂窩網絡的支持來傳輸數據，對于用戶而言可能需為此支付一定的數據流量費用，且必須有AGPS位置服務器的支持。

2) 移動基站。通過獲取手機連接的基站信息在運營商的庫中轉換成對應的經緯度，將經緯度對應到地圖上。基站定位的優點是只要有手機信號就能定位，在室內和室外均可，無成本；缺點是定位誤差大，無法在室內進行精準定位。

3) WIFI定位。該定位方式包括WIFI三點定位和WIFI指紋定位2種。

(1) 三點定位采用三角形算法計算出待測點的位置，依賴于AP位置信息和信號傳輸信道損失。不同環境下的信號傳輸損耗不同，適用于WIFI環境穩定、干擾較少和單樓層的建筑空間。

(2) WIFI指紋定位被稱為位置指紋是因為各位置點的WIFI信號被認為是唯一的，通過比對“指紋”可更精準地定位目標位置。定位方式的優點是定位準確，準確率可在1 m范圍內,只需連入商圈WIFI即可定位，不受室內環境的影響;缺點是需手機連入WIFI網絡，對于部分需認證用戶的WIFI網絡，在連入過程中需進行密碼驗證。

4) 人臉識別定位。隨著人工智能技術的快速發展，對視頻圖像的識別分析已能得到很好的應用。在人臉識別上能做到快速捕捉和檢索識別，可采購設備投入實際應用。人臉識別作為高精度的個體識別，具有自然性和不被被測個體察覺的特點，得到廣泛應用。該定位方式的優點是識別準確，識別覆蓋面廣；缺點是對商圈的投入成本和租用維護要求高。

5) 藍牙定位。藍牙定位基于信號場強指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)定位原理實現，網絡側定位系統由終端(手機等帶低功耗藍牙的終端)、藍牙beacon節點、藍牙網關、無線局域網和后端數據服務器構成。在區域內鋪設beacon和藍牙網關，終端進入beacon信號覆蓋范圍內就能感應到beacon的廣播信號，測算出在某beacon下的RSSI值，通過藍牙網關,經過WIFI網絡傳送到后端數據服務器，通過服務器內置的定位算法測算出終端的具體位置。該方式主要在零售業、酒店和景點場景中應用較多,優點是定位準確、成本低；缺點是場景模式固定，采用主動打開藍牙的模式，需終端具有藍牙功能，且布置藍牙節點需考慮位置、頻率和環境等因素。

圖4 WIFI指紋識別過程

綜合各種方式的優劣，在該系統設計中優先選擇WIFI指紋定位方式。研究測試結果表明,基于位置的指紋識別方法的定位精準度遠高于基于三角定位的方法，這是由于指紋識別的無線定位不需要AP的具體位置和AP的信道。因此,不管是在實施難易程度上還是定位效果上，WIFI指紋定位都具有更高的優越性[2]。

將實際環境中的位置和某種“指紋”聯系起來，1個位置對應1個獨特的指紋。位置指紋依靠指紋數據庫進行識別，定位的實現主要分為訓練采樣和目標定位2個技術步驟(見圖4)。

1) 訓練采樣。建立指紋數據庫，通過測試地面矩陣點對應的不同AP的信號強度RSS(Received Signal Strength)值，保存各取點測量訓練得出的數值。由于無線信號的干擾，采用多次測量取平均值的方式形成所有地面矩陣點的數據字典。矩陣點的選定根據實際地圖進行設計分布。

2) 目標定位。通過匹配識別算法收集目標端各AP的RSS值s=[ss1,ss2,…,ssn]，代表目標檢測到的各AP的RSS值；將其與前期訓練的數據相比對，計算位置估計值。匹配按照最近鄰法kNN，確定目標屬于哪個最鄰近矩陣點，得出目標位置信息。

4.2 系統架構

系統平臺整體架構包含展現層、應用層、應用支撐層、信息數據資源層和網絡層等5層(見圖5),其中三大子業務系統的架構設計如下。

圖5 智慧商圈系統設計架構

4.2.1 商圈數據分析決策系統

數據采集處理采用混合處理系統架構，采用Spark框架和Spark Streaming框架滿足系統的批處理和流處理要求，保證對不同類型數據進行處理的靈活性。

作為混合處理系統，可同時處理批處理和流處理工作負載,其中:批處理主要操作大容量靜態數據集，并在計算過程結束之后返回結果;流處理可隨時對進入系統的數據進行計算，無需對整個數據集執行操作，而是對通過系統傳輸的每個數據項執行操作。

Spark框架的批處理模式只在將數據讀入內存和將最終結果持久存儲時需與存儲層交互,其他所有中間態的處理結果均存儲在內存中,效率非常高。

Spark Streaming是一個對實時數據流進行高通量、容錯處理的流式處理系統，可對多種數據源(如Kdfka、Flume和Twitter)進行類似Map、Reduce和Join等的復雜操作，并將結果保存到外部文件系統、數據庫中或應用到實時儀表盤上。采用Spark Streaming流處理框架主要是因為對客流數據的采集為實時采集、實時計算，可結合后期接入的視頻、圖片數據，通過該框架對流數據進行快速處理。

通過數據處理混合框架，可滿足客流數據分析決策中對歷史數據的分析和對即時數據的快速運算顯示。利用混合框架給出的通用API進行系統編程開發。

4.2.2 商圈APP應用

圖6 APP架構設計

APP面向社會大眾，需滿足各種手機終端的需求,一方面要保證客戶的體驗度，另一方面要滿足開發的便捷性和后期維護更新的及時性[3]。通過統一的用戶界面實現跨平臺的架構設計(見圖6)。

4.2.3 商圈信息管理系統

信息系統開發常用的平臺包含java、net和php等語言，在搭建時可根據現有技術框架選擇對應的語言平臺。在該項目中,以.NET為開發平臺，以ASP.NET MVC5為開發框架。頁面開發結合HTML5,以達到頁面多移動端自適應的效果，可在不同終端使用。

5 相關應用

智慧商圈系統在城市大中型商圈中的應用率較高，一方面可提升客戶對商圈的整體購物服務體驗，另一方面可提升商圈的管理水平和決策能力。該系統目前正在上海人民廣場地下廣場(迪美廣場、香港名店街)試用。通過全天候的客流量統計分析，了解商圈內的客流動向、集中區域和逗留時間，形成按日期、按時間段的客流分析報告，為商圈的整體布局和客流引導、客戶轉化率及銷售量最大化提供參考。圖7為上海香港名店街各時間段各商鋪的客流量變化曲線,圖8為該商圈試用的APP界面。

圖7 上海香港名街各時間段各商鋪的客流量變化曲線

商圈利用共享的WIFI網絡形成與個體的直接聯系，進而對商圈APP的下載使用進行推廣，通過電子地圖、商圈導購和優惠停車等多項便民服務加強APP的用戶黏度，為商圈內商鋪的廣告和活動推廣提供優質載體。同時,通過與第三方APP(包括大眾點評等團購、外賣平臺)的信息進行對接，提升用戶體驗。

根據用戶在APP中的反饋，收集到用戶對微信版本的期待和對智能客服的要求。用戶在接受軟件功能的同時，對產品平臺多樣化和響應及時性提出更高要求，這也是系統后期建設、改進的方向。

a) 商鋪展示

b) 室內矢量圖

6 結 語

智慧商圈系統有助于查找出傳統商圈存在的問題，助力商圈信息化升級，對商圈的綜合決策和智慧運營有一定的推進作用。智慧商圈系統適用于中大型商圈，對于客流量較少的小型商圈而言，需因地制宜，進行局部功能的建設和研究。隨著新定位技術的出現，最終的解決方案可能是對多種定位技術進行融合，作為附加參數來提高定位精度，同時保持合理的成本。

由于外部條件限制，系統尚存在一定的不足，下一步將研究商圈周邊交通對商圈的影響、智慧商圈運營后的評估分析和數據分析對不同群體的價值等。