羊海潮，鄧朝清，郭 銳

（1.大理大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機(jī)學(xué)院，云南大理 671003；2.云南旅務(wù)通科技有限公司，云南大理 671000）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)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(jī)應(yīng)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(shè)智慧景區(qū)，景區(qū)內(nèi)建設(shè)了視頻監(jiān)控、火災(zāi)報警、WiFi網(wǎng)絡(luò)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(wù)，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(jī)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(shè)備將具有廣闊的市場前景。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

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(shù)的整合，實現(xiàn)對景區(qū)資源環(huán)境、游客活動等進(jìn)行全現(xiàn)、實時的感知與可視化管理〔2〕，根據(jù)這一目標(biāo)，本文設(shè)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(gòu)，由包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的景點智能盒子、基于J2EE的云端服務(wù)器以及智能手機(jī)APP 3個部份組成，如圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)

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(guān)將數(shù)據(jù)實時上傳至服務(wù)器。

中心服務(wù)器：每個景區(qū)設(shè)置一臺中心服務(wù)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(jī)APP提供數(shù)據(jù)。

游客手機(jī)APP：為游客提供景區(qū)智能服務(wù)的手機(jī)應(yīng)用軟件，具備自助導(dǎo)覽、景點信息獲取、在線預(yù)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(jìn)行設(shè)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(jìn)行預(yù)警提醒。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 景點智能盒子 本文針對智慧景區(qū)應(yīng)用場景，專門研發(fā)了一種智能硬件設(shè)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(jī)、傳感器、藍(lán)牙模塊、電源模塊以及智能網(wǎng)關(guān)5個部分組成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 景點智能盒子總體結(jié)構(gòu)

傳感器直接連接到單片機(jī)的I/O接口上，單片機(jī)采集到傳感器數(shù)據(jù)后通過藍(lán)牙模塊與智能網(wǎng)關(guān)通信，將數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)可以使用WiFi或GPRS將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。在每個景點至少放置一個帶有網(wǎng)關(guān)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(guān)功能的盒子，這些盒子與中心節(jié)點組成星形網(wǎng)絡(luò)，并將數(shù)據(jù)傳輸給中心節(jié)點的智能網(wǎng)關(guān)，無線通信采用藍(lán)牙4.0，藍(lán)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(dá)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(zhǔn)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(qiáng)度進(jìn)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(lán)牙通信模塊

藍(lán)牙通信模塊采用HC-06無線藍(lán)牙串口透傳從機(jī)模塊，通過Arduino的TX/RX端口進(jìn)行連接，該模塊的最大優(yōu)點就是價格低廉，能以從機(jī)模式方便地與Android手機(jī)進(jìn)行藍(lán)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(guān) 景點智能網(wǎng)關(guān)為基于Android操作系統(tǒng)的嵌入式計算機(jī)，可以使用智能手機(jī)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(lán)牙4.0模塊，景點智能網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)以下功能：

（1）與服務(wù)器遠(yuǎn)程通信

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

（2）與單片機(jī)藍(lán)牙通信

智能網(wǎng)關(guān)作為景點的藍(lán)牙服務(wù)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(lán)牙4.0協(xié)議與其他盒子組建一對多的星形網(wǎng)絡(luò)，單片機(jī)從傳感器采集的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙通信傳輸給智能網(wǎng)關(guān)，同時，單片機(jī)從智能網(wǎng)關(guān)獲取采樣時間等參數(shù)以及重啟、關(guān)閉等控制指令〔8-10〕。網(wǎng)關(guān)可通過接收數(shù)據(jù)情況判斷單片機(jī)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(jī)模塊出現(xiàn)異常，并將異常情況上報服務(wù)器。

2.3 電源模塊 為解決某些景點交流電無法到達(dá)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(yīng)不同的供電環(huán)境，圖4為太陽能供電模塊組成結(jié)構(gòu)。

圖4 電源模塊

3 軟件系統(tǒng)設(shè)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(lán)牙通信上傳至網(wǎng)關(guān)，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(shè)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(jī)（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(guān)、上傳數(shù)據(jù)4個狀態(tài)，如圖5所示。

圖5 有限狀態(tài)機(jī)

3.2 智能手機(jī)APP

3.2.1 APP功能設(shè)計 APP的功能設(shè)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(dǎo)游、導(dǎo)覽和導(dǎo)購3個基本功能，體現(xiàn)了直接、主動、及時和方便的特征。導(dǎo)游功能是在確定了位置的同時，能在手機(jī)地圖上會主動顯示周邊的旅游信息，同時還支持在非導(dǎo)航狀態(tài)下查找任意位置的周邊信息；導(dǎo)覽相當(dāng)于一個導(dǎo)游員，游客可以獲得關(guān)于興趣點的位置、文字、圖片、視頻、使用者的評價等信息，導(dǎo)覽功能包括建設(shè)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(dǎo)購則包括景區(qū)門票、旅游線路、住宿的直接在線預(yù)訂，實現(xiàn)旅游電子商務(wù)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(shù)上采用了PhoneGap+HTML5+源生插件的移動端混合開發(fā)技術(shù)，APP的主界面以“吃住行游購?qiáng)省毙畔?、旅游預(yù)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(jī)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(wù)器端系統(tǒng) 服務(wù)器端系統(tǒng)主要實現(xiàn)“吃住行游購?qiáng)省绷舐糜我氐男畔①Y源管理與維護(hù)，包括數(shù)據(jù)采集、修改、刪除等操作，與百度地圖結(jié)合，能將數(shù)據(jù)與地理坐標(biāo)關(guān)聯(lián)標(biāo)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(wù)機(jī)構(gòu)等信息庫，與百度地圖集成，使用百度地圖API進(jìn)行二次開發(fā)，對旅游信息資源進(jìn)行地圖標(biāo)注，以提供手機(jī)APP及微信公眾平臺應(yīng)用進(jìn)行基于位置的檢索服務(wù)。服務(wù)器端采用了基于REST風(fēng)格的WEB Service架構(gòu)，Android客戶端與服務(wù)器端通過REST服務(wù)方式進(jìn)行通信。

3.3.1 資源定義 以面向資源的設(shè)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(biāo)識，Android客戶端便可通過REST URI訪問服務(wù)器端的資源信息服務(wù)，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(jī)以REST方式向服務(wù)器提交請求后，服務(wù)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(jī)與服務(wù)器交互，以下為“景區(qū)”信息的JSON資源表述形式示例：

4 結(jié)束語

基于物聯(lián)網(wǎng)、移動計算等技術(shù)設(shè)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(dǎo)覽、景點人流量預(yù)警等多種功能的景區(qū)智能化信息服務(wù)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(shè)提供了一種新的解決方案。目前，智能手機(jī)APP已經(jīng)在一些景區(qū)推廣應(yīng)用，但智能硬件只是實現(xiàn)了原型系統(tǒng)，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)操作簡便性的研究，并提升系統(tǒng)的自動化程度，以進(jìn)一步適應(yīng)于智慧景區(qū)實際應(yīng)用。

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