楊雅文

（華體集團有限公司）

基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)框架研究

楊雅文

（華體集團有限公司）

以體育場館的經(jīng)營管理為研究背景，以物聯(lián)網(wǎng)的相關技術和體育信息化技術為基礎理論，以將物聯(lián)網(wǎng)技術與體育場館經(jīng)營管理實際工作的結合為重點研究對象，分析基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的功能需求及各功能模塊的具體要求，設計基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的系統(tǒng)框架和硬件拓撲，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用于體育場館的實際經(jīng)營管理工作中奠定基礎。

物聯(lián)網(wǎng)；智慧體育；體育場館；經(jīng)營管理；智能化系統(tǒng)

【Abstract】On the stadium management as the research background, in networking related technologies and sports information technology as the theoretical basis to networking technology and the stadium hall management practical work with as the main object of study, analysis based on IOT of stadiums and gymnasiums tube and the functional requirements of the system and the functional modules of the specific requirements, design based on IOT of stadium management system framework and hardware topology, for network application system in the stadium in the actual management work to lay the foundation.

【Keywords】internet of things; intellectual sport; gymnasium; management; intelligent system

1　引言

近年來，物聯(lián)網(wǎng)逐漸成為最熱門的新興技術之一，很多國家將其納入了國家發(fā)展戰(zhàn)略計劃，我國也提出了“感知中國”計劃，并在《政府工作報告》中明確了“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應用”的國家級發(fā)展要求。物聯(lián)網(wǎng)技術的應用在各行各業(yè)中如火如荼地開展起來，但在體育行業(yè)中的發(fā)展卻相對滯后，將物聯(lián)網(wǎng)技術與體育場館經(jīng)營管理工作中的具體應用相結合的案例更為稀少。

本研究以體育場館的經(jīng)營管理為背景，以物聯(lián)網(wǎng)的相關技術和體育信息化為基礎理論，以將物聯(lián)網(wǎng)技術引入到體育場館經(jīng)營管理中為重點研究對象，解決在體育場館經(jīng)營管理中管理效率較低、設備運行數(shù)據(jù)不全、缺少經(jīng)營決策依據(jù)、智能化水平不高等問題，起到幫助場館加快運營數(shù)據(jù)的收集和處理效率、提高經(jīng)營信息的準確性、促進管理服務水平提升的作用。

2　物聯(lián)網(wǎng)的一般概念

2.1物聯(lián)網(wǎng)的概念

“物聯(lián)網(wǎng)”，字面意思即物與物之間的互聯(lián)網(wǎng)絡，實際上就是在物體上植入感應芯片，使其智能化，以及借助網(wǎng)絡實現(xiàn)物與物、物與人、人與人之間脫離電腦的互聯(lián)[1]。而對“物聯(lián)網(wǎng)”這一名詞的釋義有很多種表達方式，比較全面的定義是：“通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。”[2]物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)利用各式各樣的終端設備和應用平臺，將各種生命和物體聯(lián)絡起來，實時監(jiān)測、在線管理、定位溯源，實現(xiàn)“管、控、營”一體化服務[3]。

2.2物聯(lián)網(wǎng)的組成和基本結構

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由傳感器、電子標簽、電信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)處理、顯示系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、控制執(zhí)行系統(tǒng)等組成[4]。各個組成部分被置于感知層、傳輸層、應用層中，形成了物聯(lián)網(wǎng)的基本機構體系，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的結構示意如圖1所示[2，5，6]。

2.2.1感知層

感知層是通過射頻識別技術、傳感技術、短距離無線傳輸?shù)燃夹g，實現(xiàn)信息的感知、采集和識別任務，其感知信息功能的實現(xiàn)主要通過條碼識讀器、RFID讀寫器、傳感器、攝像頭等器具，通過其對物體的屬性、行為、環(huán)境等的信息進行感知，并上傳至傳輸層，用于信息的處理、交互和共享。

2.2.2傳輸層

傳輸層主要依托互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡、微波、紅外、藍牙、衛(wèi)星等，將感知層獲取的數(shù)據(jù)信息傳輸至信息處理中心、信息存儲中心和信息應用中心，以實現(xiàn)對感知信息存儲、分析、挖掘、查詢的功能，使各類信息能夠進行整合和相互關聯(lián)。它是使數(shù)據(jù)成為可用信息的關鍵層。

圖1　物聯(lián)網(wǎng)基本結構示意圖

2.2.3應用層

應用層是利用手機、Pad、瀏覽器等開放性操作平臺、信息存儲中心、信息處理中心、信息查詢中心及各種服務器等，對有用數(shù)據(jù)進行匯總、轉換、分析和使用的組成部分，可應用于各行各業(yè)。它是物聯(lián)網(wǎng)組成結構中最貼近用戶的部分。

2.3物聯(lián)網(wǎng)應用的關鍵技術

物聯(lián)網(wǎng)的相關技術很多，并且有逐漸增加和更新的趨勢，目前涉及的主要關鍵技術包括射頻識別技術、傳感器技術、傳感網(wǎng)絡通信技術、網(wǎng)絡通信技術[7]、海量數(shù)據(jù)處理與融合技術[8]、智能嵌入式技術、納米技術[9]等，部分技術已在實際應用中得到了廣泛的使用。針對基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)，應用到以下關鍵技術。

2.3.1射頻識別技術

射頻識別技術即RFID，是一種利用射頻信號識別物體、獲取信息數(shù)據(jù)的非接觸式的自動識別技術。這項技術的關鍵是在物體上植入可識別的電子標簽，通過RFID讀寫器感應標簽信息，完成對信息的自動感知和采集。由于每個電子標簽都具有唯一的識別碼，對于數(shù)據(jù)準確性和可靠性的提高有很大幫助。針對基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)，這項技術可以用于監(jiān)測運動人員身體健康信息、驗證人員身份、感知運動空間環(huán)境信息、收集建筑設備系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)等方面。

2.3.2傳感器技術

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中用于轉換數(shù)據(jù)的重要組成部分，是為系統(tǒng)提供可用數(shù)據(jù)信息的感覺器官，它能將射頻識別的原始數(shù)據(jù)轉換成可輸出的信號，是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能的基礎。針對基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)，傳感器可將各種管理和經(jīng)營的基礎數(shù)據(jù)轉換為光、電等常用信號，用以實現(xiàn)智能檢測和控制的目的。

2.3.3網(wǎng)絡通信技術

網(wǎng)絡通信技術是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的信息傳輸通道，分為廣域和局域兩種，常用的有基于IP的互聯(lián)網(wǎng)絡、移動通信網(wǎng)絡、衛(wèi)星通信、藍牙、Wi-Fi等。針對基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)，可采用互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)信息的傳輸、應用和異地操作。

2.3.4智能終端相關技術

智能終端是使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)的操作平臺，其技術涉及軟件開發(fā)、能源、材料、微機電等領域，是實現(xiàn)M2M的應用層終端硬件[10]。針對基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)，可依據(jù)不同使用群體的需求，開發(fā)移動終端（手機、平板電腦等）應用軟件、專用監(jiān)控和操作平臺、信息發(fā)布查詢平臺等，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的查詢、使用，并實現(xiàn)對設備的遠程操作、對場地的異地預約、交費等。

2.4物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的設計思路

物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)是把物聯(lián)網(wǎng)技術應用在實際工作中的智能化系統(tǒng)。在明確系統(tǒng)功能和性能需求的前提下，首先需對系統(tǒng)的整體邏輯框架進行統(tǒng)籌考慮，明確各功能模塊間的搭接關系和信息采集、交互、使用的流程，并對各層級的硬件拓撲結構進行搭建。完成對整體框架的設計后，需對各個功能模塊的系統(tǒng)結構進行設計，細化各子系統(tǒng)硬件結構。針對實際工程應用，在完成以上步驟后，需根據(jù)具體工程的實際情況規(guī)劃數(shù)據(jù)采集的形式和點位，以及網(wǎng)絡通信的方式和路由，最后根據(jù)操作需求進行對應用終端的開發(fā)，從而完成對整個系統(tǒng)的設計。

表1　體育館智能部門設置、主要工作內(nèi)容及對應功能模塊

3　基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的功能分析

3.1體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的功能分析

體育場館的經(jīng)營管理模式有多種形式。大型體育中心、全民健身公園與獨立場館、事業(yè)單位模式、公司化經(jīng)營與經(jīng)營公司運營，在部門設置或部門的職能分工上可能存在差異。體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的功能設置應當依據(jù)場館運營團隊的日常工作范圍和職能分工，結合不同場館的特點和特殊需求，在進行職能優(yōu)化和功能合并后，提出較為合理、全面的功能組合。

以一個事業(yè)單位編制的大型綜合體育中心為例，下設有辦公室、基建維修部、能源技術部、行政部門、人事部門、退休管理部門、保衛(wèi)部、財務部、經(jīng)營部、訓練競賽服務部、場館管理部等主要職能部門。每個部門對應不同的工作職責，根據(jù)工作界面交叉和信息共用的情況，將體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)實現(xiàn)的基本功能劃分為8個模塊。各職能部門的主要工作內(nèi)容，及對應的功能模塊設置如表1所示。

3.2基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的功能要求

通過對體育場館運營團隊職能分工的分析，基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的主要功能模塊包括：數(shù)據(jù)的匯總、分析和查詢、建筑設施設備管理、行政辦公管理、安全防范管理、財務管理、對外經(jīng)營管理及經(jīng)營決策、專業(yè)運動員訓練管理、體育和健康等應用信息的管理等。各模塊的具體功能要求如下。

3.2.1數(shù)據(jù)的匯總、分析和查詢模塊

數(shù)據(jù)的匯總、分析和查詢功能模塊，主要負責對整個體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行綜合管理和使用，擁有對信息的匯總、分析和查詢的權限，但不能對信息進行修改，也不能對其他功能模塊進行控制。該功能模塊的主要使用者為體育場館的高級管理層和協(xié)助全面管理、綜合協(xié)調(diào)的部門，這些使用者可以根據(jù)需求調(diào)取所需信息，用于指導戰(zhàn)略計劃的制定、監(jiān)管和評價各職能部門工作等；同時，包括對系統(tǒng)操作權限、操作日志等的管理和維護。

3.2.2建筑設施設備管理模塊

建筑設施設備管理功能模塊主要負責對體育場館建筑信息、能源使用數(shù)據(jù)、設備系統(tǒng)運行的監(jiān)測以及故障的診斷和報警等，具體涉及的用能設備系統(tǒng)包括：供暖系統(tǒng)、空調(diào)通風系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、電梯等特種設備系統(tǒng)，以及體育場館專用的用能設備，如游泳池水處理和加熱系統(tǒng)、體育場地照明控制系統(tǒng)等?；ê湍茉垂芾淼穆毮懿块T可對上述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息實時在線監(jiān)測，在有授權的智能操作終端上，可進行遠程控制。

3.2.3行政辦公管理模塊

行政辦公管理功能模塊主要為行政管理部門提供體育場館固定資產(chǎn)、人事、通知、公告、文件等信息的發(fā)布和查詢平臺，并提供智能的辦公管理系統(tǒng)，全部工作人員可通過該模塊接收和發(fā)布消息、預定會議、提交差旅計劃、進行任務管理、分析工作情況等。

3.2.4安全防范管理模塊

安全防范管理功能模塊主要實現(xiàn)對體育場館周界范圍內(nèi)的安全、消防等的智能監(jiān)控，可對場館全部安防攝像頭進行統(tǒng)籌管理和檢測，自動識別可疑行為并報警；對場館消防系統(tǒng)進行全面監(jiān)測，包括煙感、溫感、紅外探測器、自動噴淋系統(tǒng)、火災報警按鈕等；同時對來訪人員、進出車輛、出入大件物品等進行登記管理。

3.2.5財務管理模塊

財務管理功能模塊的主要功能包括對體育場館整體收支情況、員工薪資、經(jīng)濟合同等的管理。對非財務管理部門開放財務申報權限，用于報送本部門費用收支情況、提交用款申請、申報年度預算等；對財務管理部門開放財務申報和財務信息讀取、維護權限，用于財務分析和財務指標核定，并可為稅務、統(tǒng)計、審計等工作提供數(shù)據(jù)。

3.2.6對外經(jīng)營管理及經(jīng)營決策模塊

對外經(jīng)營管理及經(jīng)營決策功能模塊分為經(jīng)營管理和經(jīng)營服務兩部分。經(jīng)營管理部分負責記錄和分析體育場館經(jīng)營數(shù)據(jù)，包括經(jīng)營規(guī)模、經(jīng)營范圍、經(jīng)營成本、投入人力、經(jīng)營利潤等，起到為經(jīng)營決策提供參考的作用。經(jīng)營服務模塊可以為到體育場館運動的人提供場地開發(fā)時間和剩余查詢、場地預約和退訂、遠程購票、遠程支付、個人運動計劃管理等服務。

3.2.7專業(yè)運動員訓練管理模塊

專業(yè)運動員訓練管理功能模塊主要負責對專業(yè)運動隊訓練場所的場地、器材、環(huán)境信息進行監(jiān)測，采集運動員身體情況指標，記錄訓練數(shù)據(jù)，分析訓練效果指標，可以使教練員、運動員、訓練保障人員隨時隨地對訓練信息進行查詢和管理，并提供科學的訓練指導參考和訓練計劃制定服務，以提升訓練效率，達到更好的訓練效果。

3.2.8體育和健康等應用信息的管理模塊

體育和健康等應用信息的管功能模塊與互聯(lián)網(wǎng)或上級的“體域網(wǎng)”實現(xiàn)資源和數(shù)據(jù)的共享，一方面為體育場館運營團隊、運動人員提供體育相關信息；另一方面共享本場館信息，為“城市體育電子地圖”[11]“體域網(wǎng)”等提供基礎數(shù)據(jù)。此外，可為參與運動的人員提供用于監(jiān)測運動情況和生理指標的電子標簽，使用者可根據(jù)需求上傳信息，分析自身健康狀況，獲取科學的運動建議。

4　基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的框架設計

4.1基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的構建原則

4.1.1先進性原則

基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的建設，應當應用國際廣泛認可的技術和標準，借鑒國際成功案例經(jīng)驗，保證系統(tǒng)的先進性，以應對技術更新，適應未來業(yè)務的發(fā)展需要。

4.1.2可靠性原則

應在系統(tǒng)設計階段對數(shù)據(jù)采集和分析的精度、系統(tǒng)的性能等進行規(guī)定，選擇成熟可靠的技術和質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品，以保證系統(tǒng)運行的可靠性。

4.1.3開放性原則

應對系統(tǒng)的整體框架和使用需求進行統(tǒng)籌考慮，功能可滿足不同用戶的需求，并應實現(xiàn)隨時隨地操作的要求。

4.1.4可擴展性原則

系統(tǒng)搭建應充分考慮技術的更新和功能需求的變化，具備可靈活擴展功能模塊的性能，以適應技術、業(yè)務更新給系統(tǒng)帶來的變化。

4.1.5安全性原則

系統(tǒng)在搭建階段應充分考慮自身和數(shù)據(jù)信息的安全性，具備抵御病毒和黑客攻擊的能力，能有效防止數(shù)據(jù)和信息的泄露，并保證系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定運行。

4.1.6功能模塊合理性原則

系統(tǒng)功能模塊的設置應從場館運營方的使用需求出發(fā)，充分挖掘需求、使用特點和業(yè)務流程，功能配置盡量合理，每個模塊的設置應從體育場館經(jīng)營管理實際出發(fā)，有針對性地解決實際運營中的困難，方便管理工作的展開。

4.1.7簡易實用性原則

系統(tǒng)的設計應當便于各類用戶的使用，有簡單、清晰、友好的操作界面，同時應設有便于操作的系統(tǒng)維護工具。

4.1.8經(jīng)濟性原則

基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的建設，應充分考慮系統(tǒng)的性能與價格的平衡，以盡量少的投資實現(xiàn)系統(tǒng)的功能需求和性能要求。

4.2基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的整體框架

4.2.1系統(tǒng)總體框架

基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成和基本結構，將基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)的整體架構分為感知層、傳輸層和應用層，并根據(jù)系統(tǒng)的實際應用特點，將應用層細分為用戶操作層和信息應用層兩個子層級；其中，用戶操作層為各類客戶群應用智能操作終端查詢信息、實現(xiàn)個性化操作、執(zhí)行控制的層級；信息應用層的主要任務是實現(xiàn)各模塊間的數(shù)據(jù)互享、進行數(shù)據(jù)分析、管理和監(jiān)控信息應用等。系統(tǒng)的總體架構如圖2所示。

4.2.2硬件拓撲結構

基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)功能的實現(xiàn)建立在硬件系統(tǒng)搭建的基礎之上，各層級的硬件設備構成如下（系統(tǒng)硬件拓撲結構圖如圖3所示）。

1）感知層

感知層是數(shù)據(jù)采集的層級，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的設備種類繁多，基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)涉及的主要設備有：監(jiān)控攝像頭、各種計量儀表、POS機、感煙探測器、感溫探測器、紅外探測器、手動數(shù)據(jù)錄入計算機、各種植入RFID電子標簽的物體、傳感器（包括溫度、壓力、流速等），以及用于感知采集數(shù)據(jù)的各種RFID識別器、便攜式RFID識別器等。

2）信息應用子層級

信息應用子層級的主要設備包含數(shù)據(jù)處理服務器、系統(tǒng)管理服務器、數(shù)據(jù)存儲服務器、各種類型的數(shù)據(jù)和信息查詢設備，如電腦、專用發(fā)布查詢終端等。該層級同時設置有數(shù)據(jù)交互服務器，用于與其他數(shù)據(jù)平臺的信息來往。

3）用戶操作子層級

用戶操作子層級通過廣域網(wǎng)連接個人電腦、手機、Pad、智能電視、車載電腦等智能終端設備，通過設備搭載的應用軟件實現(xiàn)信息查詢、應用操作等功能。

圖2　基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)總體架構圖

圖3　基于物聯(lián)網(wǎng)的體育場館經(jīng)營管理系統(tǒng)硬件拓撲結構圖

5　結束語

在信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的今天，物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)被逐步應用于各行業(yè)當中，成為推動各行業(yè)發(fā)展和社會進步的全新力量。將物聯(lián)網(wǎng)技術引入到體育行業(yè)當中，對于推廣體育場的館智能化管理，促進體育信息化建設的進程，加速體育行業(yè)的進步有著重要意義。對基于物聯(lián)網(wǎng)的體育經(jīng)營管理系統(tǒng)總體框架的研究僅僅是這一進程的開端，如何將其落到實處、引進到體育場館經(jīng)營管理的實際工作中去，不斷完善其功能、更新技術、優(yōu)化操作，才是未來實現(xiàn)“智慧體育”的設想，推進體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的重點研究方向。

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Research on the Framework of the Management System of Sports Stadiums Based on Internet of Things

YANG Ya-wen

( China National Sports Group)