基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧古城建設(shè)探究

張偉，燕孝飛，楊振，單承剛，董西尚，李旭宏

(棗莊學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 棗莊 277160)

0 引言

旅游與人們的生活息息相關(guān)，已經(jīng)形成規(guī)模，形成一種產(chǎn)業(yè). 目前，旅游產(chǎn)業(yè)支柱作用也更為強(qiáng)化，旅游業(yè)是戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，資源消耗低，帶動(dòng)系數(shù)大，就業(yè)機(jī)會(huì)多，綜合效益好.改革開放以來，我國(guó)旅游業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)體系日趨完善. 旅游產(chǎn)業(yè)由于在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)中的作用日益突出，其發(fā)展已經(jīng)被我國(guó)列入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃［1］.

近兩年，智慧旅游悄然興起.所謂智慧旅游，就是利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，借助便攜的終端上網(wǎng)設(shè)備，主動(dòng)感知旅游資源、經(jīng)濟(jì)、活動(dòng)和旅游者等方面的信息并及時(shí)發(fā)布，讓人們能夠及時(shí)了解這些信息，及時(shí)安排和調(diào)整工作與旅游計(jì)劃，從而達(dá)到對(duì)各類旅游信息的智能感知、方便利用的效果，通過便利的手段實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù).物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò). 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一個(gè)信息產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)，有專家預(yù)測(cè)10 年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)可能會(huì)大規(guī)模普及，發(fā)展成為一個(gè)上萬億元規(guī)模的高科技市場(chǎng). 物聯(lián)網(wǎng)和旅游業(yè)的結(jié)合必將產(chǎn)生強(qiáng)大的生命力，發(fā)展前景良好，空間巨大［2］.

古城規(guī)劃面積2 平方公里，重建后的古城，院院不同、院院有水、院院有主題文化、院院有展館.這是一座“文化古城”.古城內(nèi)有稅史、私塾、驛站、奏折、票號(hào)、青樓等100 多個(gè)專題博物館、展示館，引入了柳琴戲、運(yùn)河大鼓、魯南皮影、伏里土陶、曹縣面人等30 多個(gè)非物質(zhì)文化遺產(chǎn).在這里，游客可以觸摸運(yùn)河古城的歷史滄桑，感受傳統(tǒng)文化的神韻. 自運(yùn)營(yíng)開始，古城知名度、美譽(yù)度節(jié)節(jié)攀升，榮獲2010 中國(guó)旅游品牌總評(píng)榜山東分榜“十佳景區(qū)”榜首和“齊魯文化新地標(biāo)”榜首，正在成為國(guó)內(nèi)重要的旅游目的地和休閑度假區(qū).市委、市政府有信心把古城打造成為集“運(yùn)河文化”和“大戰(zhàn)文化”為一城，融“齊魯豪情”和“江南韻致”為一域，極具人文魅力的旅游目的地，成為沿運(yùn)獨(dú)有、世界知名的旅游休閑度假區(qū)，成為世界文化遺產(chǎn)中的一顆明珠、一塊瑰寶.

隨著古城景區(qū)發(fā)展的完善及宣傳力度的不斷提升，越來越多的中、外游客外出游玩的第一選擇定位于古城.自2010 年“五一”試運(yùn)營(yíng)以來，一年共接待游客200 萬人，特別是五一、十一假期，游客更是絡(luò)繹不絕. 由于講解人員有限，無法為每位游客提供規(guī)范如一的講解服務(wù)，講解人員一度處于緊缺狀態(tài). 客流量上的逐漸增多，也給古城的管理、運(yùn)營(yíng)、安防等方面帶來了很大的壓力.因此，智慧古城的建設(shè)尤為迫在眉睫.

1 智慧古城總體方案

智慧古城總體設(shè)計(jì)可采用三層結(jié)構(gòu)模型［3］，這三層分別為:感知與控制層、信息集成與融合層、管理決策與應(yīng)用層.

感知與控制層主要分為古城骨干網(wǎng)及底層感知網(wǎng)建設(shè). 古城骨干網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)化的景區(qū)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)、語音信號(hào)及視頻信號(hào)傳輸與管理提供信息高速公路和傳輸通道. 底層感知網(wǎng)把實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)的模塊放到底層感知網(wǎng).主要包括應(yīng)用在RFID 門票系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、人流監(jiān)控、車輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的傳感器模塊及RFID.

信息集成與融合層負(fù)責(zé)信息的抽取、整合、處理、集成，并創(chuàng)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫平臺(tái)，對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺(tái)，為管理與決策層提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口.

管理決策與應(yīng)用層一方面對(duì)應(yīng)管委會(huì)提供管理決策，另一方面面對(duì)游客，提供各種應(yīng)用系統(tǒng).同時(shí)，在該層，提供互聯(lián)網(wǎng)門戶、手機(jī)WAP 門戶、多媒體IVR 門戶供用戶選擇，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇.

智慧古城總體模型如圖1 所示.

圖1 智慧古城總體模型圖Fig.1 The overall model diagram of the internet gucheng

2 智慧古城感知與控制層

感知與控制層主要分為古城骨干網(wǎng)及感知網(wǎng)建設(shè).

2.1 古城骨干網(wǎng)

古城骨干網(wǎng)是以光纖傳輸網(wǎng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)完美接入的骨干網(wǎng)，古城骨干網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)化的景區(qū)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)、語音信號(hào)及視頻信號(hào)傳輸與管理提供信息高速公路和傳輸通道.在此網(wǎng)絡(luò)上建立了一個(gè)基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的景區(qū)綜合安防系統(tǒng)、語音通信系統(tǒng)及多媒體顯示系統(tǒng)的面向古城管委會(huì)的綜合管理調(diào)度平臺(tái).

2.2 古城感知網(wǎng)

古城感知網(wǎng)為負(fù)責(zé)景區(qū)綜合安防、景區(qū)環(huán)境、景區(qū)人流、景區(qū)車輛、景區(qū)智能檢票等綜合信息移動(dòng)感知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò).

利用隨時(shí)能移動(dòng)的無線分布式感知手段，借助預(yù)置傳感器，包括位移傳感器、RFID、紅外傳感器、速度溫濕度傳感器、壓力傳感器、PH 傳感器、氧含量傳感器等，來感知和捕捉古城景區(qū)中的溫度、濕度、人流、車流、光照度、室外土壤酸堿度等情況，對(duì)這些數(shù)據(jù)采集、處理、轉(zhuǎn)發(fā)并以無線網(wǎng)關(guān)方式接入網(wǎng)絡(luò)，匯總到信息集成與融合層.

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如WiFi、Zigbee 等是構(gòu)成感知層物與物相聯(lián)的主要技術(shù)，具有自組網(wǎng)功能.感知層網(wǎng)絡(luò)通過無線網(wǎng)關(guān)分段接入古城骨干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)古城景區(qū)的無線覆蓋或全覆蓋.感知層網(wǎng)絡(luò)除用于各種需要分布式移動(dòng)監(jiān)測(cè)，還用于用戶個(gè)人終端的無線接入，并可擴(kuò)展為移動(dòng)語音及視頻提供傳輸通道.用戶個(gè)人終端主要包括:用戶攜帶的筆記本電腦、PDA、智能手機(jī)、手持導(dǎo)覽終端等. 用戶個(gè)人終端的無線接入采用的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)主要基于GSM 和3G 網(wǎng)絡(luò).

3 智慧古城信息集成與融合層

信息集成與融合層負(fù)責(zé)信息的抽取、整合、處理、集成.

信息集成由信息集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，包括調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)，互為冗余的I/O 服務(wù)器組和數(shù)據(jù)服務(wù)器集群.服務(wù)器集群通過1000M 以太網(wǎng)骨干傳輸，采集人流、監(jiān)控等全部信息，將信息集成到控制中心，進(jìn)行各種智能信息處理，如信息融合、信息挖掘等等.服務(wù)器上的重要?dú)v史信息能夠保留較長(zhǎng)時(shí)間［4］.

3.1 信息集成平臺(tái)

信息集成(集成平臺(tái))Integrated information(Integrated platform)是指系統(tǒng)中各子系統(tǒng)和用戶的信息采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和編碼，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)信息共享，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)相關(guān)用戶軟件間的交互和有序工作.

信息集成主要負(fù)責(zé)將感知與控制層采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，滿足上層管理決策與應(yīng)用層的需求.主要包括以下幾個(gè)具體方面:

(1)應(yīng)用能力支撐:LED、視頻監(jiān)控、GSP、多媒體IVR、GIS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)發(fā)布數(shù)據(jù)等方面的數(shù)據(jù)處理.

(2)數(shù)據(jù)中心:數(shù)據(jù)能力開放服務(wù)、批量數(shù)據(jù)采集模塊、各類數(shù)據(jù)模型建立.

3.2 業(yè)務(wù)信息融合

信息融合又稱數(shù)據(jù)融合，是指為完成決策和估計(jì)任務(wù)而利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的若干傳感器的觀測(cè)信息在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合的信息處理過程.

本層的關(guān)鍵技術(shù)之一是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫平臺(tái).各種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述形式、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理格式和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理方式，便于信息的挖掘和融合. 如果各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一的描述形式和存貯方式，信息挖掘與融合將是一句空話. 由于智慧古城子系統(tǒng)眾多，將來的發(fā)展需要對(duì)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和數(shù)據(jù)挖掘，因此，從一開始就利用數(shù)據(jù)倉庫具有海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的能力，利用OLAP 聯(lián)機(jī)分析處理和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)大的多維數(shù)據(jù)分析，為實(shí)現(xiàn)決策支持功能提供條件.

4 智慧古城管理決策與應(yīng)用層

4.1 面向游客的應(yīng)用系統(tǒng)

面向游客的應(yīng)用系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)模塊，下面分別進(jìn)行論述.

4.1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)展示

在入口出口建立大型的3 －D 影院:介紹古城歷史虛擬復(fù)原畫面，呈現(xiàn)古城一期、二期、將來的復(fù)原圖及虛擬畫面，展示二次世界大戰(zhàn)的3 －D 復(fù)原動(dòng)畫，對(duì)景區(qū)內(nèi)的特色景點(diǎn)以虛擬現(xiàn)實(shí)的形式建立視頻，放到信息集成與融合層，供個(gè)人通過互聯(lián)網(wǎng)、有線電視、移動(dòng)通信網(wǎng)訪問，能感知該景點(diǎn)的特色，增加其游客的吸引力. 另外，在手機(jī)上可顯示所到景點(diǎn)的虛擬圖.

4.1.2 智能導(dǎo)游

智能導(dǎo)游中的旅游線路規(guī)劃主要有以下功能:

(1)推薦一天或多天的線路，以及規(guī)劃融合了游、行、吃、娛樂、購物、住宿的綜合信息:景點(diǎn)介紹(日程安排)、每個(gè)景點(diǎn)的推薦游覽時(shí)間、公交或行車路線、餐飲特色、娛樂項(xiàng)目、購物推薦、酒店信息、提醒游客注意事項(xiàng)(著裝、防護(hù)、最佳景觀時(shí)機(jī)和地點(diǎn)).

(2)根據(jù)用戶需求進(jìn)行路線定制化服務(wù):到達(dá)的景點(diǎn)、時(shí)間上的特殊安排、對(duì)購物的偏好等，同時(shí)為游客提供多條推薦游覽路線供選擇.

(3)智能規(guī)劃:根據(jù)綜合信息分析并規(guī)劃最佳線路:可根據(jù)景區(qū)實(shí)際情況(擁堵情況/熱度排名)，市場(chǎng)促銷和推介旅游活動(dòng)，感知信息(溫度、天氣)，用戶偏好和行為特征、用戶口碑排名等.

(4)記錄、顯示用戶過往的游覽軌跡:讓用戶自己了解過往的行程;根據(jù)歷史軌跡重新規(guī)劃線路.

(5)聯(lián)動(dòng)景區(qū)介紹的應(yīng)用:在規(guī)劃的游覽路線上，提供多感知和多媒體的景區(qū)景點(diǎn)介紹.

(6)聯(lián)動(dòng)電子商務(wù)應(yīng)用:在規(guī)劃的線路上提供門票、車船票、餐飲、酒店、娛樂等服務(wù)產(chǎn)品的購買信息，途徑和操作.

4.1.3 智能門票

旅游線路規(guī)劃目前國(guó)內(nèi)大部分景區(qū)依然使用紙質(zhì)門票，而紙質(zhì)門票具有防偽能力差、易損壞、驗(yàn)票時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn).在客流量比較集中的時(shí)段，會(huì)給游客的購票、檢票帶來很大的壓力，耽誤游客大量的時(shí)間.為了解決這些問題，我們可以利用RFID 電子標(biāo)簽技術(shù)建立一個(gè)古城智能門票系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)售票、驗(yàn)票、查詢、匯總以及統(tǒng)計(jì)和報(bào)表等門票控制管理功能.RFID 標(biāo)簽門票具有以下技術(shù)特點(diǎn):支持特殊信息的寫入和讀取，可以回收利用，滿足了低碳環(huán)保和降低成本的要求;超高頻技術(shù)帶有一定的穿透性，讀取速度快，不用通過激光或紅外線瞄準(zhǔn)就能獲取數(shù)據(jù)，達(dá)到高效的人性化驗(yàn)票效果.

4.1.4 資訊發(fā)布

由信息集成與融合層主動(dòng)推送，將綜合感知/智能/互動(dòng)的綜合信息發(fā)布到形式多樣的終端，主要有:

(1)手機(jī)客戶端:與移動(dòng)，電信，聯(lián)通合作，當(dāng)游客到達(dá)指定區(qū)域，即發(fā)送相關(guān)資訊;

(2)LED 屏幕:由電腦通過軟件，根據(jù)設(shè)置自動(dòng)更新;

(3)IVR 多媒體終端:主要是3DIVR，此系統(tǒng)整合了平面、視頻、音頻、三維、動(dòng)畫等眾多宣傳手法，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的多媒體技術(shù)，是一種新興的基于真實(shí)場(chǎng)景的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，前期需要拍攝數(shù)字圖片，后期用專業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)制作.

另外，游客也可以根據(jù)自己的情況隨時(shí)通過重大發(fā)布尋人等資訊.

4.2 面向古城主管部門的應(yīng)用系統(tǒng)

面向古城主管部門的應(yīng)用系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)模塊，下面分別論述.

4.2.1 景區(qū)綜合安防

視頻監(jiān)控、防火防盜、聲控報(bào)警等.利用部署在各處的全球眼監(jiān)控探頭、煙霧傳感，實(shí)現(xiàn)圖像敏感性智能分析并與110、119、112 等交互，實(shí)現(xiàn)探頭與探頭之間、探頭與人、探頭與報(bào)警系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，從而構(gòu)建和諧安全的旅游環(huán)境.

4.2.2 智能決策

可以定期分析游客對(duì)旅游線路的偏好，根據(jù)分析可以對(duì)景點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)和完善;可以對(duì)人流量的時(shí)間段進(jìn)行分析以合理安排管理人員和其他.

智能決策依托信息技術(shù)，主動(dòng)獲取游客信息，形成游客數(shù)據(jù)積累和分析體系，全面了解游客的需求變化、意見建議以及旅游企業(yè)的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策和科學(xué)管理.

智能決策能鼓勵(lì)和支持旅游企業(yè)廣泛運(yùn)用信息技術(shù)，改善經(jīng)營(yíng)流程，提高管理水平，提升產(chǎn)品和服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)力，增強(qiáng)游客、旅游資源、旅游企業(yè)和旅游主管部門之間的互動(dòng)，高效整合旅游資源，推動(dòng)旅游產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展.

此功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴信息獲取技術(shù)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù).

4.2.3 游客流量管理

游客流量管理主要功能有:

(1)對(duì)人群聚集場(chǎng)所視頻進(jìn)行智能圖像分析，例如:自動(dòng)對(duì)人群異常聚集進(jìn)行告警.對(duì)主要出入口視頻進(jìn)行智能圖像分析，如:自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出入人數(shù).

(2)在監(jiān)控管理端:對(duì)監(jiān)控點(diǎn)出現(xiàn)人群異常聚集超過閾值進(jìn)行告警;對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)人數(shù)進(jìn)行匯總，在地圖上顯示;匯總各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)天、周、假日、月、年等的統(tǒng)計(jì).

(3)在管理端:景區(qū)管理人員可在GIS 地圖上進(jìn)行全面的監(jiān)控和管理.

4.2.4 車輛及停車場(chǎng)管理

車輛及停車場(chǎng)管理模塊主要功能如下:

(1)實(shí)現(xiàn)主要道路實(shí)時(shí)監(jiān)控、車流數(shù)量自動(dòng)統(tǒng)計(jì).

(2)自動(dòng)識(shí)別車牌號(hào)碼;實(shí)現(xiàn)收費(fèi)自動(dòng)管理;車輛出入時(shí)車牌比對(duì)，確保車輛安全;與公安系統(tǒng)連接，確保車輛安全，發(fā)現(xiàn)報(bào)案車輛自動(dòng)報(bào)警.

(3)停車場(chǎng)車輛逆行告警，并聯(lián)動(dòng)出入口攝像機(jī)進(jìn)行拍照記錄.

(4)道路擁堵提示.

(5)停車場(chǎng)泊位現(xiàn)狀顯示，提示、安排目前最佳停車位.

(6)停車場(chǎng)防火管理與監(jiān)控.

5 結(jié)束語

古城的開發(fā)和運(yùn)營(yíng)尚在初級(jí)階段，為使更多游人真正了解古城淵源及內(nèi)涵，我們應(yīng)該讓更多的人通過更多的方式和途徑了解古城，讓更多的人便利地體驗(yàn)到古城，不斷提高古城的知名度.因此，為了更好宣傳古城，提高古城的旅游價(jià)值，將物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)引入到古城開發(fā)和建設(shè)中顯得尤為重要，智慧古城的建設(shè)，必將推動(dòng)古城社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.

［1］朱珠，張欣.淺談智慧旅游感知體系和管理平臺(tái)的構(gòu)建［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2011(6):500 －505.

［2］陳柳欽.智慧城市:全球城市發(fā)展新熱點(diǎn)［J］.青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2011(1):23 －26.

［3］張凌云.智慧旅游:個(gè)性化定制和智能化公共服務(wù)時(shí)代的來臨［J］.旅游學(xué)刊，2012(2):123 －126.

［4］金衛(wèi)東.智慧旅游與旅游公共服務(wù)體系建設(shè)［J］.旅游學(xué)刊，2012(2):201 －206.