無線通信技術在智慧植物園平臺的應用

胡春

摘 ? 要：為搭建集旅游、科普、科研特色于一體的“智慧植物園”信息化平臺，實地調研并得出植物園管理方的訴求和痛點，文章結合當前常見的4G/5G無線網技術、WLAN技術和無線物聯網技術（傳感技術和RFID），將植物園的訴求和痛點逐一解決，最終完成搭建目標，并探討無線通信技術在其他領域的建設思路，展望應用前景。

關鍵詞：4G/5G無線網技術;無線局域網技術;無線物聯網;信息化平臺

某地植物園與傳統的景區不同，具有“旅游、科普、科研”三大特色，在規劃和搭建“智慧植物園”信息平臺時，既要在三大特色中體現“智能信息化”，又要根據植物園的需求和景區植被豐富、珍稀植物眾多、傳統纜線工程會破壞環境的特點，合理采用先進的無線通信技術，最終解決痛點實現需求，成為此次“智慧植物園”信息平臺規劃和搭建的核心和關鍵。

目前先進成熟的4G無線網技術、無線局域網（Wireless Local Area Networks，WLAN）技術和無線物聯網技術（傳感技術和射頻識別技術），在不同領域面對不同用戶群體展現了各自的特點和優勢，如4G無線網技術的高帶寬低時延、WLAN技術的部署靈活性、物聯網的“萬物互聯”等，同時，5G技術的逐步推廣以及衍生的新技術，如增強現實/虛擬現實（Augmented Reality / Virtual Reality，AR/VR）也讓用戶逐漸感受到5G的“更快速、更多終端接入”等優越性。

文章重點討論不同場景下無線通信技術的應用方案，而不過多描述各類無線通信技術的參數、指標和組網方式。

1 ? ?植物園需求分析及平臺搭建原則

1.1 ?植物園需求分析

某地植物園是集旅游、科研和科普教育為一體的綜合性研究機構和風景名勝區，占地面積約為11 km?，收集活植物上萬種，建有多個植物專類區，以及科研專用熱帶雨林區域，日均接待游客5 000人次左右，旅游高峰期達到1.6萬人次。2019年，該植物園規劃建設“智慧植物園”信息化平臺。

對該植物園進行多次調研，了解管理層對植物園的痛點和訴求，分析后總結得出“3個弱點、2個矛盾、1個困難”。

園區管理和科研方面的3大弱點：

（1）監控安防。園區地域廣，現有監控范圍狹窄，安防管理難度大。

（2）游客管理。旅游區域多，游客流向分散，管理難。

（3）科研簡單。仍采用傳統的人工采樣勘測模式，缺乏科學智能的手段。

景區服務的2個矛盾：

（1）游客對植物園科普功能迫切的需求，以及植物園傳統落后的科普形式。目前園區均為傳統植物標簽科普，缺乏植物的詳細介紹和擴展信息，而游客希望寓教于樂，在旅游中增長知識。

（2）黃金周游客流量井噴式增長對景區服務和監控提出的高要求，以及傳統滯后的人工服務和存在弱點的監控管理。

景區建設的1個困難：

植物園旅游、科普、科研區域有很多珍稀植物和自然植被，因此管理方要求最大程度避免各類工程對植物園自然景觀和植被的破壞。

1.2 ?平臺搭建原則

基于上述“3個弱點、2個矛盾、1個困難”的訴求，針對旅游、科普、科研3大特點，計劃從以下幾個角度進行“智慧植物園”信息化平臺搭建：

（1）平臺面向園區的高效高質管理能力。從前兩個弱點來看，植物園只有傳統的視頻監控系統且覆蓋范圍有限，只有常規攝像頭，不能使用傳統的光纖通信進行擴容改造，需要使用多種具備監控功能的無線智能終端，擴大覆蓋面，提升監控效果，向管理人員展現智能平臺高效率高質量的管理能力。

（2）平臺面向科研的高質量支撐能力。從第3個弱點來看，植物園在科研方面，尤其是數據勘測采樣方面無任何技術支撐，人工操作存在誤差和不確定性，需要利用物聯網識別通信特征和無線智能終端的多樣性，向科研人員展現智能平臺高質量的技術支撐和數據整合能力。

（3）平臺面向游客的感知提升。植物園對外面向游客實現其旅游和科普功能，而旅游服務和科普沒有完善的體系，利用4G/5G的高速率低延遲特性和多種智能設備，以及物聯網智能化特征，解決“2個矛盾”，提升客戶感知能力。

（4）劃分訴求優先級，由近及遠逐步規劃。植物園最關注的是：對內完善監控安防、科研功能以及建立旅游旺季的應急體系，對外急需解決旅游旺季的游客流量劇增、游客防丟失以及完善科普功能。前期平臺搭建應著重考慮這些訴求，在園區內逐步建設智能終端，逐層推進，在后期有其他訴求時再增加新的功能，確保平臺建設的平穩可靠性。

（5）平臺搭建時盡量避免對植物園自然景觀和植被的破壞，因此需充分利用無線網絡替代光纖網絡。智能終端也盡量采用太陽能電池等環保供電設施。

（6）平臺規劃和搭建中，還應考慮到景區附近近期暫不會大量投入5G網絡建設，待后期5G網絡逐步引入后，可考慮將平臺中部分子系統接入5G網絡。

2 ? ?適于平臺搭建的無線通信技術

目前先進成熟的無線通信技術種類繁多，應用范圍和特點均有不同，文章主要針對智慧植物園的需求進行信息化平臺搭建，僅列舉涉及的無線通信技術，包括：4G/5G無線網技術、WLAN技術和無線物聯網技術（傳感技術和射頻識別技術）。各類技術的特點如圖1所示。

結合4G/5G，WLAN、無線物聯網（傳感技術和射頻識別技術）各自的特點，以及植物園調研得出的“3個弱點、2個矛盾、1個難點”，文章計劃根據不同面向對象提出不同的技術方案，并考慮遠期規劃內容，將園區提出的訴求逐一解決。

3 ? ?“智慧植物園”信息化平臺搭建思路

按計劃搭建智慧植物園，并制定近期和遠期規劃內容，框架如圖2所示。

3.1 ?無線通信技術在“面向園區”近期規劃的應用

面向園區的“智慧植物園”近期規劃，主要針對園區管理，包括安防監控、游覽車調度管控子系統，目的是解決園區安防“痛點”和高峰期園區服務“矛盾”，無線智能終端方面，推薦使用智慧燈桿、無人游覽車和無人機。各子系統分析如表1所示。

3.2 ?無線通信技術在“面向游客”近期規劃的應用

面向游客的“智慧植物園”近期規劃，主要針對游客管理和科普服務，包括科普宣傳子系統、游客定位及防丟失系統，目的是解決園區游客管理“痛點”和科普需求“矛盾”，推薦使用AR/VR技術、語音導覽器和智能手環。各子系統分析如表2所示。

3.3 ?無線通信技術在“面向科研”近期規劃的應用

面向科研的“智慧植物園”近期規劃，主要針對植物園的林區科研監測、數據采集工作，目的是解決園區科研監測、數據采集方式簡單的“痛點”，推薦使用具有物聯網技術和無線回傳功能的采樣儀器、無人機和高清野外錄音攝像器材。系統分析如表3所示。

3.4 ?智慧植物園遠期規劃

“智慧植物園”信息化平臺在遠期構建過程中，受管理者、游客、科研人員等多方需求影響，整個體系將出現不同的功能模塊，現根據調研情況舉例說明遠期規劃的部分子系統。

3.4.1 ?智能會議管理系統

園區內標準會議室共15間（包括報告廳），各會議室分散分布在園區各方向，目前無完整的管理系統。若采用傳統的會議管理系統（藍線接入），有可能破壞景區植被，違背建設原則。

對此，可根據各會議室報告廳的相互距離和地理位置，靈活部署4G基站或WLAN的熱點無線訪問接入點（Wireless Access Point，AP）、傳感器，逐一解決各會議室的無線接入，實現智能化管理監控。

3.4.2 ?智能停車管理系統

植物園因特殊的“旅游、科普、科研”定位，景區往來車輛類型也有所不同，如自駕游的游客、團體游的旅游大巴、景區管理者的辦公車、科研團隊的辦公用車等，對這些車輛的日常管理和停泊控制成為遠期考慮的重點之一，需要建設一個規范管理和智能分析的停車場管理系統。該系統要求具備以下特點：

（1）車位感應器、控制器、電子屏等均用WLAN或傳感器控制，理論上不增加任何信號線纜。

（2）不同類型的車輛，在權限識別后停車場電子屏智能規劃相應權限的車位給車主停泊，并進行計費等功能。

其他功能子系統，可根據遠期智慧植物園運營過程中出現的各類問題、矛盾逐一搭建。

3.5 ?智慧植物園規劃結論和最終效果

在上述不同場景規劃中引入無線通信技術，對植物園“3個弱點、2個矛盾、1個困難”的痛點逐一解決，最終完成智慧植物園信息化平臺的搭建，如圖3所示。

對于植物園管理者和科研工作者而言，智慧植物園信息化平臺全面搭建后，不但解決了“3個弱點、2個矛盾、1個困難”，還兼顧輿情應急、大數據分析管理等其他功能，站在管理者和科研工作者角度，智慧園區的實施效果如圖4所示。

對于游客而言，智慧植物園信息平臺全面搭建后，可以體驗到植物園旅游的便捷與科技信息化：輕松旅游、無憂服務、寓教于樂。站在游客角度，智慧植物園的實施效果如圖5所示。

此外，智慧植物園規劃還需和4G/5G網絡規劃相結合，通過分析智慧植物園的終端分布情況部署無線基站和WLAN熱點AP分布，以及遠期指定區域內5G無線網規劃。

4 ? ?無線通信技術在其他領域的應用探討

4G，5G，WLAN、無線物聯網（傳感器和射頻識別技術）等無線通信技術，最大的優勢在于高速率低延遲、無線回傳特性、終端接入多樣化。依托這些優勢，在目前各個領域均能實現平臺信息化、智能化。現舉例分析智能信息平臺的特點和應用[4-5]。

4.1 ?智慧交通

智慧交通基于物聯網、移動互聯網和大數據，實現對全交通要素的數據收集、應用與共享和交通體系的綜合化管理和前瞻性引導;為出行者營造安全、高效、便捷的出行體驗，并打造綠色、環保、可持續的健康交通環境。衡量智慧交通的“智慧”程度有以下指標：城市道路傳感終端安裝率、市民對交通信息的關注率、市民交通引導信息服從率、停車引導系統覆蓋率、公交電子站牌化率。

由于核心是“交通”，所以對整個平臺要求實現最低時延。引進上述無線通信技術后，無線回傳可節約傳輸成本、提升傳感終端安裝率、引導系統覆蓋率;低延遲的特性使得交通和運輸管理更加實時快捷精準，滿足智慧交通諸多功能需求，如現場治超、交通引導、應急處置等。而隨著5G網絡的逐步普及，帶寬越高、延遲越低，將使智慧交通的分析響應效果更加完美。

4.2 ?智慧環保

智慧環保是“數字環?！备拍畹难由旌屯卣?，它是借助物聯網技術，把感應器和裝備嵌入到各種環境監控對象（實體）中，通過超級計算機和云計算將環保領域物聯網整合起來，可實現人類社會與環境業務系統的整合，以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策的智慧。隨著上述無線通信技術的引入，智慧環保將更具實時性、可控性、綠色性，主要體現在以下方面：

（1）實時性。低延遲的技術特性，確保監控數據、遙感器材等能實時準確回傳各類信息，反饋平臺的各項決策。

（2）可控性。適時引入無線智能終端和新技術（如無人機、無人車、AR/VR等），除日常監控外，若遭遇突發事件，可遠程遙控無人機、無人車等啟動初步應急預案，輔以AR/VR技術對現場全面模擬，做到對任一事件現場的全面可控。

（3）綠色性。即無線回傳的特性，在部署感應器、檢測裝備等可更加靈活，減少光纖布放，降低工程中的環境破壞。

5 ? ?結語

目前4G無線技術、WLAN和無線物聯網日益成熟和完善，5G網絡逐步推廣，如何將無線通信技術在智慧信息化平臺中合理應用，成為當今時代值得探討的課題。文章通過對植物園調研進行難點和需求分析，結合其高速率低時延、無線回傳特性，最終實現智慧植物園信息化平臺規劃目標。并分析上述無線通信技術在其他領域中推廣的前景和難點?？傊?，多通信技術融合搭建全新的智能信息化平臺，將是未來信息化發展的趨勢。

[參考文獻]

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[5]馮羽.探討物聯網如何推動通信技術革新[J].電腦迷，2017（6）：128.

Application of wireless communication technology in the platform of smart botanical garden

Hu Chun

（Beijing Zhongwang Huatong Design Consulting Co.， Ltd， Beijing 650000， China）

Abstract：In order to build an information platform of “smart botanical garden” integrating tourism， science popularization and scientific research features， field research has been carried out and the demands and pain points of the botanical garden management have been obtained. This paper combined with the current common 4G / 5G wireless network technology， WLAN technology and wireless Internet of Things technology （sensor technology and RFID）， the demands and pain points of the botanical garden have been solved one by one， and the final goal of the construction has been achieved. At the same time， it discusses the construction ideas of wireless communication technology in other fields， and looks forward to the application prospect.

Key words：4G / 5G wireless network technology; wireless local area networks technology; wireless Internet of Things; information platform