荊門園博園藍牙導覽系統的設計*

鄭 杰 ，李 冉

（荊楚理工學院，湖北 荊門 448000）

智慧導覽是基于物聯網、云計算、移動互聯網等技術，提供具有一定智慧化決策的導覽系統或設備，通過音頻、視頻、圖片和文字等多種呈現方式，幫助用戶實時獲取相應區域的導覽服務[1]。智慧導覽除了被廣泛地應用于博物館、博覽會場館以外，近年來也逐漸被應用于景區導覽、校園導覽、園區導覽，如南京青龍綠帶二期的智慧園區導覽[2]、泉州經貿職業技術學院基于微信小程序和GPS定位的校園導覽[3]等。

荊門園博園是湖北省第三屆園林博覽會的承辦地，面積達2 094畝，分為園林生活區、靈秀荊楚區南北兩大片區，5大主題展館展廳呈現荊楚文化魅力，32個特色展園分散在園區的不同位置。在園區內構建智慧導覽系統，為廣大游客提供個性化的旅游導覽和景點自動講解服務，對提升園博園的服務水平和游客體驗度具有十分重要的意義。

本研究以荊門園博園景區為背景，深入研究藍牙信標和微信小程序技術，設計并實現了荊門園博園藍牙導覽系統，助力荊門園博園游園智慧化水平的提升。

1 系統的體系結構

在荊門園博園藍牙導覽系統中，為園區內每個展園或景點安裝低功耗藍牙信標，每個信標具有唯一的ID，并且連續廣播。游客進入園區，打開微信小程序，在游玩的過程中接近某一展園，即可收到藍牙信號，從而自動播放該展園的音視頻和圖文等多媒體內容，多維度地幫助游客體驗園林藝術的精華。導覽系統包含藍牙信標、游客游覽微信小程序、后臺管理端、數據庫四大部分，系統體系結構如圖1所示。

圖1 系統體系結構

2 關鍵技術

2.1 藍牙信標

藍牙信標iBeacon是一款基于低功耗藍牙BLE廣播協議的硬件設備，兼容iBeacon協議或者Eddystone。BLE設備通常安裝在某個特定位置，作為固定位置的基準點，向周圍連續廣播，不需要和任何主機設備進行連接，只需要主機設備掃描解析廣播數據即可。藍牙信標功耗低、待機時間長、不需要外部供電，具有安裝方便、成本較低、兼容適配性高的優點。當用戶接近藍牙信標就會收到廣播信息，正好適用于園博園多個松散布局的展園。本導覽系統采用了E5定位型iBeacon藍牙信標，可根據展園的大小設置功率，最大感應范圍為150 m。每個藍牙信標具有唯一的ID，并連續對外廣播ID數據。藍牙信標能起到位置標識的作用，當游客打開藍牙并啟動微信小程序，即可接收藍牙廣播，解析ID，通過移動互聯網向服務器查詢該展園的多媒體信息。

2.2 藍牙數據的解析

本導覽系統中，通過微信小程序的uni-app組件解析藍牙廣播數據。uni-app是一個使用Vue.js開發所有前端應用的框架，開發者編寫一套代碼，可發布到iOS、Android、Web（響應式）以及各種小程序、快應用等[4]。uni-app框架中存在豐富的對低耗藍牙設備進行監聽、數據讀取的API，可實現對iBeacon硬件信息的獲取，相關API的詳細信息如表1所示。

表1 低功耗藍牙設備操作API摘要

藍牙信標的廣播標識數據結構如圖2所示，標識數據每個字段的含義如表2所示。

圖2 廣播標識數據示例

表2 標識數據的字段說明

2.3 微信小程序

微信小程序是小程序的一種，英文名為Wechat Mini Program，是一種不需要下載安裝即可使用的應用，它實現了應用“觸手可及”的夢想，用戶掃一掃或搜一下即可打開應用。小程序是一種全新的連接用戶與服務的方式，它可以在微信內被便捷地獲取和傳播，同時具有出色的使用體驗。微信小程序提供了一個簡單、高效的應用開發框架和豐富的組件及API，幫助開發者在微信中開發具有原生App體驗的服務。整個框架系統分為兩部分：邏輯層（App Service）和視圖層（View）。它提供了自己的視圖層描述語言WXML和WXSS以及基于JavaScript的邏輯層框架，并在視圖層與邏輯層之間提供了數據傳輸和事件系統，讓開發者能夠專注于數據與邏輯[5]。

3 系統設計

結合荊門園博園景點的特點和智慧導覽的需求，在園區內32個展園固定位置上安裝藍牙信標，游客進入園區后，掃一掃二維碼，打開微信小程序，即可開啟智慧導覽。荊門園博園藍牙導覽系統包括兩大部分：微信小程序導覽端和服務端，總體功能規劃如圖3所示。

圖3 系統功能規劃圖

3.1 園博園藍牙導覽微信小程序

園博園藍牙導覽微信小程序只是一個客戶端，在圖3規劃的功能點中，三個重要的模塊詳細功能描述如下。1）園博園地圖導覽模塊，在園博園的手繪地圖中，通過編程標注每個展園的位置，初始狀態為灰色，表明未游覽；當游客游覽后，該展園的標識變為紅色，表明已經游覽，給游客一個清晰的游覽狀況展示。2）藍牙信標監聽模塊，它采用uni-app中的API時刻監聽藍牙信標，接收廣播標識數據，解析信標ID，然后向服務器查詢該展園的多媒體內容，最后調用展園多媒體播放頁面進行播放。3）展園多媒體播放模塊，主要用于播放當前展園的圖文和音視頻內容，自動實現多維度的展園內容呈現。

3.2 服務端

服務端是荊門園博園藍牙導覽系統的核心，承擔著小程序客戶端的數據服務、基礎數據管理、系統設置、數據統計等功能。服務端主要功能模塊的詳細描述如表3所示。

表3 服務端主要功能描述

4 數據庫設計

根據導覽系統功能模塊的規劃，所涉及的主要數據實體有五個，它們所對應的數據庫表分別是：展園數據表（exhibitstype）、信標表（exhibits）、小程序授權表（prefixthird）、評論數據表（collection）、用戶表（user），這些表的字段定義和對應的實體關聯關系如圖4所示。

圖4 E-R圖

5 系統的實現

5.1 開發平臺

Nest（NestJS）是一個用于構建高效、可擴展的Node.js服務器端應用程序的開發框架。它利用JavaScript的漸進增強的能力，使用并完全支持TypeScript（仍然允許開發者使用純JavaScript進行開發），并結合了面向對象編程OOP、函數式編程FP和函數響應式編程FRP。在底層，Nest構建在強大的HTTP 服務器框架上，如Express，并且還可以通過配置使用Fastify[6]。Nest在這些常見的Node.js框架之上提高了一個抽象級別，但仍然向開發者直接暴露了底層框架的API。這使得開發者可以自由地使用底層平臺的無數第三方模塊[7]。

5.2 導覽微信小程序

導覽微信小程序基于uni-app組件進行開發，開發模式為Vue的Template模板模式，開發完成后打包成微信小程序。在藍牙信標監聽模塊中使用uni.startBeaconDiscover()搜索附近的iBeacon信標設備，根據搜索到的藍牙信標的rssi值進行升序排序，獲取此藍牙信標的ID值，然后通過http請求，向服務端請求與之相匹配的展園多媒體數據，最后調用展園多媒體頁面進行播放[8-9]。微信小程序主要頁面如圖5所示。

圖5 微信小程序主要頁面

5.3 服務端的實現

服務端的管理模塊主要使用Vue2+Element UI組件開發。頁面局部通信采用Axios插件，很好地兼容了不同的瀏覽器和屏幕的大小。服務端其他模塊主要使用Node.js的Express框架。數據庫采用了關系型數據庫mySql 5.7，進行數據的長久化保存，根據移動端和管理端輸入的參數，實現對數據庫相關數據的查詢，并進行數據返回[10]。數據管理端的展園列表的管理頁面如圖6所示。

圖6 展園列表管理頁面

6 結語

本研究設計并實現了基于微信小程序的荊門園博園藍牙導覽系統，旨在將景區的信息化服務向移動互聯網進行延伸，適應新時代游覽、生活的需要，提高園博園智慧游覽的體驗度。目前，該系統已經進行了局部測試，并進行了完善和調優，下一步將聯系荊門園博園管理處，進行系統部署、試運行。課題組將不斷地努力改進系統，也希望更多的研究人員、企業能參與進來，助力文旅智慧化發展，助推鄉村振興。