無線通信技術(shù)在智慧植物園平臺的應(yīng)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(diào)研并得出植物園管理方的訴求和痛點，文章結(jié)合當(dāng)前常見的4G/5G無線網(wǎng)技術(shù)、WLAN技術(shù)和無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（傳感技術(shù)和RFID），將植物園的訴求和痛點逐一解決，最終完成搭建目標(biāo)，并探討無線通信技術(shù)在其他領(lǐng)域的建設(shè)思路，展望應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：4G/5G無線網(wǎng)技術(shù);無線局域網(wǎng)技術(shù);無線物聯(lián)網(wǎng);信息化平臺

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

目前先進成熟的4G無線網(wǎng)技術(shù)、無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Networks，WLAN）技術(shù)和無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（傳感技術(shù)和射頻識別技術(shù)），在不同領(lǐng)域面對不同用戶群體展現(xiàn)了各自的特點和優(yōu)勢，如4G無線網(wǎng)技術(shù)的高帶寬低時延、WLAN技術(shù)的部署靈活性、物聯(lián)網(wǎng)的“萬物互聯(lián)”等，同時，5G技術(shù)的逐步推廣以及衍生的新技術(shù)，如增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)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(yōu)越性。

文章重點討論不同場景下無線通信技術(shù)的應(yīng)用方案，而不過多描述各類無線通信技術(shù)的參數(shù)、指標(biāo)和組網(wǎng)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(gòu)和風(fēng)景名勝區(qū)，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(qū)，以及科研專用熱帶雨林區(qū)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(guī)劃建設(shè)“智慧植物園”信息化平臺。

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

園區(qū)管理和科研方面的3大弱點：

（1）監(jiān)控安防。園區(qū)地域廣，現(xiàn)有監(jiān)控范圍狹窄，安防管理難度大。

（2）游客管理。旅游區(qū)域多，游客流向分散，管理難。

（3）科研簡單。仍采用傳統(tǒng)的人工采樣勘測模式，缺乏科學(xué)智能的手段。

景區(qū)服務(wù)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(tǒng)落后的科普形式。目前園區(qū)均為傳統(tǒng)植物標(biāo)簽科普，缺乏植物的詳細(xì)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(qū)服務(wù)和監(jiān)控提出的高要求，以及傳統(tǒng)滯后的人工服務(wù)和存在弱點的監(jiān)控管理。

景區(qū)建設(shè)的1個困難：

植物園旅游、科普、科研區(qū)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(qū)的高效高質(zhì)管理能力。從前兩個弱點來看，植物園只有傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)且覆蓋范圍有限，只有常規(guī)攝像頭，不能使用傳統(tǒng)的光纖通信進行擴容改造，需要使用多種具備監(jiān)控功能的無線智能終端，擴大覆蓋面，提升監(jiān)控效果，向管理人員展現(xiàn)智能平臺高效率高質(zhì)量的管理能力。

（2）平臺面向科研的高質(zhì)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(shù)據(jù)勘測采樣方面無任何技術(shù)支撐，人工操作存在誤差和不確定性，需要利用物聯(lián)網(wǎng)識別通信特征和無線智能終端的多樣性，向科研人員展現(xiàn)智能平臺高質(zhì)量的技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)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(xiàn)其旅游和科普功能，而旅游服務(wù)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(shè)備，以及物聯(lián)網(wǎng)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(yōu)先級，由近及遠(yuǎn)逐步規(guī)劃。植物園最關(guān)注的是：對內(nèi)完善監(jiān)控安防、科研功能以及建立旅游旺季的應(yīng)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(yīng)著重考慮這些訴求，在園區(qū)內(nèi)逐步建設(shè)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(shè)的平穩(wěn)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(wǎng)絡(luò)替代光纖網(wǎng)絡(luò)。智能終端也盡量采用太陽能電池等環(huán)保供電設(shè)施。

（6）平臺規(guī)劃和搭建中，還應(yīng)考慮到景區(qū)附近近期暫不會大量投入5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，待后期5G網(wǎng)絡(luò)逐步引入后，可考慮將平臺中部分子系統(tǒng)接入5G網(wǎng)絡(luò)。

2 ? ?適于平臺搭建的無線通信技術(shù)

目前先進成熟的無線通信技術(shù)種類繁多，應(yīng)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(shù)，包括：4G/5G無線網(wǎng)技術(shù)、WLAN技術(shù)和無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（傳感技術(shù)和射頻識別技術(shù)）。各類技術(shù)的特點如圖1所示。

結(jié)合4G/5G，WLAN、無線物聯(lián)網(wǎng)（傳感技術(shù)和射頻識別技術(shù)）各自的特點，以及植物園調(diào)研得出的“3個弱點、2個矛盾、1個難點”，文章計劃根據(jù)不同面向?qū)ο筇岢霾煌募夹g(shù)方案，并考慮遠(yuǎn)期規(guī)劃內(nèi)容，將園區(qū)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(yuǎn)期規(guī)劃內(nèi)容，框架如圖2所示。

3.1 ?無線通信技術(shù)在“面向園區(qū)”近期規(guī)劃的應(yīng)用

面向園區(qū)的“智慧植物園”近期規(guī)劃，主要針對園區(qū)管理，包括安防監(jiān)控、游覽車調(diào)度管控子系統(tǒng)，目的是解決園區(qū)安防“痛點”和高峰期園區(qū)服務(wù)“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(tǒng)分析如表1所示。

3.2 ?無線通信技術(shù)在“面向游客”近期規(guī)劃的應(yīng)用

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

3.3 ?無線通信技術(shù)在“面向科研”近期規(guī)劃的應(yīng)用

面向科研的“智慧植物園”近期規(guī)劃，主要針對植物園的林區(qū)科研監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集工作，目的是解決園區(qū)科研監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集方式簡單的“痛點”，推薦使用具有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(tǒng)分析如表3所示。

3.4 ?智慧植物園遠(yuǎn)期規(guī)劃

“智慧植物園”信息化平臺在遠(yuǎn)期構(gòu)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(xiàn)不同的功能模塊，現(xiàn)根據(jù)調(diào)研情況舉例說明遠(yuǎn)期規(guī)劃的部分子系統(tǒng)。

3.4.1 ?智能會議管理系統(tǒng)

園區(qū)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)會議室共15間（包括報告廳），各會議室分散分布在園區(qū)各方向，目前無完整的管理系統(tǒng)。若采用傳統(tǒng)的會議管理系統(tǒng)（藍(lán)線接入），有可能破壞景區(qū)植被，違背建設(shè)原則。

對此，可根據(jù)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(xiàn)智能化管理監(jiān)控。

3.4.2 ?智能停車管理系統(tǒng)

植物園因特殊的“旅游、科普、科研”定位，景區(qū)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(qū)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(yuǎn)期考慮的重點之一，需要建設(shè)一個規(guī)范管理和智能分析的停車場管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)要求具備以下特點：

（1）車位感應(yīng)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(quán)限識別后停車場電子屏智能規(guī)劃相應(yīng)權(quán)限的車位給車主停泊，并進行計費等功能。

其他功能子系統(tǒng)，可根據(jù)遠(yuǎn)期智慧植物園運營過程中出現(xiàn)的各類問題、矛盾逐一搭建。

3.5 ?智慧植物園規(guī)劃結(jié)論和最終效果

在上述不同場景規(guī)劃中引入無線通信技術(shù)，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(yīng)急、大數(shù)據(jù)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(qū)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(wù)、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(guī)劃還需和4G/5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃相結(jié)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(yuǎn)期指定區(qū)域內(nèi)5G無線網(wǎng)規(guī)劃。

4 ? ?無線通信技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用探討

4G，5G，WLAN、無線物聯(lián)網(wǎng)（傳感器和射頻識別技術(shù)）等無線通信技術(shù)，最大的優(yōu)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(yōu)勢，在目前各個領(lǐng)域均能實現(xiàn)平臺信息化、智能化?，F(xiàn)舉例分析智能信息平臺的特點和應(yīng)用[4-5]。

4.1 ?智慧交通

智慧交通基于物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對全交通要素的數(shù)據(jù)收集、應(yīng)用與共享和交通體系的綜合化管理和前瞻性引導(dǎo);為出行者營造安全、高效、便捷的出行體驗，并打造綠色、環(huán)保、可持續(xù)的健康交通環(huán)境。衡量智慧交通的“智慧”程度有以下指標(biāo)：城市道路傳感終端安裝率、市民對交通信息的關(guān)注率、市民交通引導(dǎo)信息服從率、停車引導(dǎo)系統(tǒng)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(xiàn)最低時延。引進上述無線通信技術(shù)后，無線回傳可節(jié)約傳輸成本、提升傳感終端安裝率、引導(dǎo)系統(tǒng)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(zhǔn)，滿足智慧交通諸多功能需求，如現(xiàn)場治超、交通引導(dǎo)、應(yīng)急處置等。而隨著5G網(wǎng)絡(luò)的逐步普及，帶寬越高、延遲越低，將使智慧交通的分析響應(yīng)效果更加完美。

4.2 ?智慧環(huán)保

智慧環(huán)保是“數(shù)字環(huán)?！备拍畹难由旌屯卣梗墙柚锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，把感應(yīng)器和裝備嵌入到各種環(huán)境監(jiān)控對象（實體）中，通過超級計算機和云計算將環(huán)保領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)整合起來，可實現(xiàn)人類社會與環(huán)境業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合，以更加精細(xì)和動態(tài)的方式實現(xiàn)環(huán)境管理和決策的智慧。隨著上述無線通信技術(shù)的引入，智慧環(huán)保將更具實時性、可控性、綠色性，主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）實時性。低延遲的技術(shù)特性，確保監(jiān)控數(shù)據(jù)、遙感器材等能實時準(zhǔn)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(shù)（如無人機、無人車、AR/VR等），除日常監(jiān)控外，若遭遇突發(fā)事件，可遠(yuǎn)程遙控?zé)o人機、無人車等啟動初步應(yīng)急預(yù)案，輔以AR/VR技術(shù)對現(xiàn)場全面模擬，做到對任一事件現(xiàn)場的全面可控。

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

5 ? ?結(jié)語

目前4G無線技術(shù)、WLAN和無線物聯(lián)網(wǎng)日益成熟和完善，5G網(wǎng)絡(luò)逐步推廣，如何將無線通信技術(shù)在智慧信息化平臺中合理應(yīng)用，成為當(dāng)今時代值得探討的課題。文章通過對植物園調(diào)研進行難點和需求分析，結(jié)合其高速率低時延、無線回傳特性，最終實現(xiàn)智慧植物園信息化平臺規(guī)劃目標(biāo)。并分析上述無線通信技術(shù)在其他領(lǐng)域中推廣的前景和難點。總之，多通信技術(shù)融合搭建全新的智能信息化平臺，將是未來信息化發(fā)展的趨勢。

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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