基于物联网的智慧古城建设探究

张伟，燕孝飞，杨振，单承刚，董西尚，李旭宏

(枣庄学院 信息科学与工程学院，山东 枣庄 277160)

0 引言

旅游与人们的生活息息相关，已经形成规模，形成一种产业. 目前，旅游产业支柱作用也更为强化，旅游业是战略性产业，资源消耗低，带动系数大，就业机会多，综合效益好.改革开放以来，我国旅游业快速发展，产业规模不断扩大，产业体系日趋完善. 旅游产业由于在我国社会经济中的作用日益突出，其发展已经被我国列入了国民经济和社会发展计划［1］.

近两年，智慧旅游悄然兴起.所谓智慧旅游，就是利用物联网、云计算等新技术，通过互联网或移动互联网，借助便携的终端上网设备，主动感知旅游资源、经济、活动和旅游者等方面的信息并及时发布，让人们能够及时了解这些信息，及时安排和调整工作与旅游计划，从而达到对各类旅游信息的智能感知、方便利用的效果，通过便利的手段实现更加优质的服务.物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络. 物联网技术被认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一个信息产业热点，有专家预测10 年内物联网可能会大规模普及，发展成为一个上万亿元规模的高科技市场. 物联网和旅游业的结合必将产生强大的生命力，发展前景良好，空间巨大［2］.

古城规划面积2 平方公里，重建后的古城，院院不同、院院有水、院院有主题文化、院院有展馆.这是一座“文化古城”.古城内有税史、私塾、驿站、奏折、票号、青楼等100 多个专题博物馆、展示馆，引入了柳琴戏、运河大鼓、鲁南皮影、伏里土陶、曹县面人等30 多个非物质文化遗产.在这里，游客可以触摸运河古城的历史沧桑，感受传统文化的神韵. 自运营开始，古城知名度、美誉度节节攀升，荣获2010 中国旅游品牌总评榜山东分榜“十佳景区”榜首和“齐鲁文化新地标”榜首，正在成为国内重要的旅游目的地和休闲度假区.市委、市政府有信心把古城打造成为集“运河文化”和“大战文化”为一城，融“齐鲁豪情”和“江南韵致”为一域，极具人文魅力的旅游目的地，成为沿运独有、世界知名的旅游休闲度假区，成为世界文化遗产中的一颗明珠、一块瑰宝.

随着古城景区发展的完善及宣传力度的不断提升，越来越多的中、外游客外出游玩的第一选择定位于古城.自2010 年“五一”试运营以来，一年共接待游客200 万人，特别是五一、十一假期，游客更是络绎不绝. 由于讲解人员有限，无法为每位游客提供规范如一的讲解服务，讲解人员一度处于紧缺状态. 客流量上的逐渐增多，也给古城的管理、运营、安防等方面带来了很大的压力.因此，智慧古城的建设尤为迫在眉睫.

1 智慧古城总体方案

智慧古城总体设计可采用三层结构模型［3］，这三层分别为:感知与控制层、信息集成与融合层、管理决策与应用层.

感知与控制层主要分为古城骨干网及底层感知网建设. 古城骨干网为网络化的景区监测与控制系统、语音信号及视频信号传输与管理提供信息高速公路和传输通道. 底层感知网把实现物联网基础平台的模块放到底层感知网.主要包括应用在RFID 门票系统、视频监控系统、安防系统、人流监控、车辆监测系统中的传感器模块及RFID.

信息集成与融合层负责信息的抽取、整合、处理、集成，并创建统一的数据仓库平台，对应物联网支撑平台，为管理与决策层提供相应的数据接口.

管理决策与应用层一方面对应管委会提供管理决策，另一方面面对游客，提供各种应用系统.同时，在该层，提供互联网门户、手机WAP 门户、多媒体IVR 门户供用户选择，用户可以根据自己的需要进行选择.

智慧古城总体模型如图1 所示.

图1 智慧古城总体模型图Fig.1 The overall model diagram of the internet gucheng

2 智慧古城感知与控制层

感知与控制层主要分为古城骨干网及感知网建设.

2.1 古城骨干网

古城骨干网是以光纤传输网为基础，实现与互联网完美接入的骨干网，古城骨干网为网络化的景区监测与控制系统、语音信号及视频信号传输与管理提供信息高速公路和传输通道.在此网络上建立了一个基于统一网络的景区综合安防系统、语音通信系统及多媒体显示系统的面向古城管委会的综合管理调度平台.

2.2 古城感知网

古城感知网为负责景区综合安防、景区环境、景区人流、景区车辆、景区智能检票等综合信息移动感知的无线传感器网络.

利用随时能移动的无线分布式感知手段，借助预置传感器，包括位移传感器、RFID、红外传感器、速度温湿度传感器、压力传感器、PH 传感器、氧含量传感器等，来感知和捕捉古城景区中的温度、湿度、人流、车流、光照度、室外土壤酸碱度等情况，对这些数据采集、处理、转发并以无线网关方式接入网络，汇总到信息集成与融合层.

无线传感器网络技术如WiFi、Zigbee 等是构成感知层物与物相联的主要技术，具有自组网功能.感知层网络通过无线网关分段接入古城骨干网，实现古城景区的无线覆盖或全覆盖.感知层网络除用于各种需要分布式移动监测，还用于用户个人终端的无线接入，并可扩展为移动语音及视频提供传输通道.用户个人终端主要包括:用户携带的笔记本电脑、PDA、智能手机、手持导览终端等. 用户个人终端的无线接入采用的基础网络主要基于GSM 和3G 网络.

3 智慧古城信息集成与融合层

信息集成与融合层负责信息的抽取、整合、处理、集成.

信息集成由信息集成网络系统组成，包括调度指挥控制中心以太网，互为冗余的I/O 服务器组和数据服务器集群.服务器集群通过1000M 以太网骨干传输，采集人流、监控等全部信息，将信息集成到控制中心，进行各种智能信息处理，如信息融合、信息挖掘等等.服务器上的重要历史信息能够保留较长时间［4］.

3.1 信息集成平台

信息集成(集成平台)Integrated information(Integrated platform)是指系统中各子系统和用户的信息采用统一的标准，规范和编码，实现全系统信息共享，进而可实现相关用户软件间的交互和有序工作.

信息集成主要负责将感知与控制层采集数据进行处理，满足上层管理决策与应用层的需求.主要包括以下几个具体方面:

(1)应用能力支撑:LED、视频监控、GSP、多媒体IVR、GIS 系统数据、动态发布数据等方面的数据处理.

(2)数据中心:数据能力开放服务、批量数据采集模块、各类数据模型建立.

3.2 业务信息融合

信息融合又称数据融合，是指为完成决策和估计任务而利用计算机技术对按时序获得的若干传感器的观测信息在一定准则下加以自动分析、综合的信息处理过程.

本层的关键技术之一是统一的数据仓库平台.各种系统的数据应有统一的数据描述形式、统一的数据处理格式和统一的数据管理方式，便于信息的挖掘和融合. 如果各系统的数据没有统一的描述形式和存贮方式，信息挖掘与融合将是一句空话. 由于智慧古城子系统众多，将来的发展需要对各子系统的数据进行综合分析和数据挖掘，因此，从一开始就利用数据仓库具有海量数据存储的能力，利用OLAP 联机分析处理和数据挖掘技术进行强大的多维数据分析，为实现决策支持功能提供条件.

4 智慧古城管理决策与应用层

4.1 面向游客的应用系统

面向游客的应用系统主要包括以下几个模块，下面分别进行论述.

4.1.1 虚拟现实展示

在入口出口建立大型的3 －D 影院:介绍古城历史虚拟复原画面，呈现古城一期、二期、将来的复原图及虚拟画面，展示二次世界大战的3 －D 复原动画，对景区内的特色景点以虚拟现实的形式建立视频，放到信息集成与融合层，供个人通过互联网、有线电视、移动通信网访问，能感知该景点的特色，增加其游客的吸引力. 另外，在手机上可显示所到景点的虚拟图.

4.1.2 智能导游

智能导游中的旅游线路规划主要有以下功能:

(1)推荐一天或多天的线路，以及规划融合了游、行、吃、娱乐、购物、住宿的综合信息:景点介绍(日程安排)、每个景点的推荐游览时间、公交或行车路线、餐饮特色、娱乐项目、购物推荐、酒店信息、提醒游客注意事项(着装、防护、最佳景观时机和地点).

(2)根据用户需求进行路线定制化服务:到达的景点、时间上的特殊安排、对购物的偏好等，同时为游客提供多条推荐游览路线供选择.

(3)智能规划:根据综合信息分析并规划最佳线路:可根据景区实际情况(拥堵情况/热度排名)，市场促销和推介旅游活动，感知信息(温度、天气)，用户偏好和行为特征、用户口碑排名等.

(4)记录、显示用户过往的游览轨迹:让用户自己了解过往的行程;根据历史轨迹重新规划线路.

(5)联动景区介绍的应用:在规划的游览路线上，提供多感知和多媒体的景区景点介绍.

(6)联动电子商务应用:在规划的线路上提供门票、车船票、餐饮、酒店、娱乐等服务产品的购买信息，途径和操作.

4.1.3 智能门票

旅游线路规划目前国内大部分景区依然使用纸质门票，而纸质门票具有防伪能力差、易损坏、验票时间长等缺点.在客流量比较集中的时段，会给游客的购票、检票带来很大的压力，耽误游客大量的时间.为了解决这些问题，我们可以利用RFID 电子标签技术建立一个古城智能门票系统，实现计算机售票、验票、查询、汇总以及统计和报表等门票控制管理功能.RFID 标签门票具有以下技术特点:支持特殊信息的写入和读取，可以回收利用，满足了低碳环保和降低成本的要求;超高频技术带有一定的穿透性，读取速度快，不用通过激光或红外线瞄准就能获取数据，达到高效的人性化验票效果.

4.1.4 资讯发布

由信息集成与融合层主动推送，将综合感知/智能/互动的综合信息发布到形式多样的终端，主要有:

(1)手机客户端:与移动，电信，联通合作，当游客到达指定区域，即发送相关资讯;

(2)LED 屏幕:由电脑通过软件，根据设置自动更新;

(3)IVR 多媒体终端:主要是3DIVR，此系统整合了平面、视频、音频、三维、动画等众多宣传手法，是一种基于互联网应用的多媒体技术，是一种新兴的基于真实场景的虚拟现实技术，前期需要拍摄数字图片，后期用专业软件进行设计制作.

另外，游客也可以根据自己的情况随时通过重大发布寻人等资讯.

4.2 面向古城主管部门的应用系统

面向古城主管部门的应用系统主要包括以下几个模块，下面分别论述.

4.2.1 景区综合安防

视频监控、防火防盗、声控报警等.利用部署在各处的全球眼监控探头、烟雾传感，实现图像敏感性智能分析并与110、119、112 等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的旅游环境.

4.2.2 智能决策

可以定期分析游客对旅游线路的偏好，根据分析可以对景点进行改进和完善;可以对人流量的时间段进行分析以合理安排管理人员和其他.

智能决策依托信息技术，主动获取游客信息，形成游客数据积累和分析体系，全面了解游客的需求变化、意见建议以及旅游企业的相关信息，实现科学决策和科学管理.

智能决策能鼓励和支持旅游企业广泛运用信息技术，改善经营流程，提高管理水平，提升产品和服务竞争力，增强游客、旅游资源、旅游企业和旅游主管部门之间的互动，高效整合旅游资源，推动旅游产业整体发展.

此功能的实现主要依赖信息获取技术，数据挖掘技术.

4.2.3 游客流量管理

游客流量管理主要功能有:

(1)对人群聚集场所视频进行智能图像分析，例如:自动对人群异常聚集进行告警.对主要出入口视频进行智能图像分析，如:自动统计出入人数.

(2)在监控管理端:对监控点出现人群异常聚集超过阈值进行告警;对监控点的统计人数进行汇总，在地图上显示;汇总各种统计报表，实现对天、周、假日、月、年等的统计.

(3)在管理端:景区管理人员可在GIS 地图上进行全面的监控和管理.

4.2.4 车辆及停车场管理

车辆及停车场管理模块主要功能如下:

(1)实现主要道路实时监控、车流数量自动统计.

(2)自动识别车牌号码;实现收费自动管理;车辆出入时车牌比对，确保车辆安全;与公安系统连接，确保车辆安全，发现报案车辆自动报警.

(3)停车场车辆逆行告警，并联动出入口摄像机进行拍照记录.

(4)道路拥堵提示.

(5)停车场泊位现状显示，提示、安排目前最佳停车位.

(6)停车场防火管理与监控.

5 结束语

古城的开发和运营尚在初级阶段，为使更多游人真正了解古城渊源及内涵，我们应该让更多的人通过更多的方式和途径了解古城，让更多的人便利地体验到古城，不断提高古城的知名度.因此，为了更好宣传古城，提高古城的旅游价值，将物联网等先进技术引入到古城开发和建设中显得尤为重要，智慧古城的建设，必将推动古城社会和经济的发展.

［1］朱珠，张欣.浅谈智慧旅游感知体系和管理平台的构建［J］.江苏大学学报(社会科学版)，2011(6):500 －505.

［2］陈柳钦.智慧城市:全球城市发展新热点［J］.青岛科技大学学报(社会科学版)，2011(1):23 －26.

［3］张凌云.智慧旅游:个性化定制和智能化公共服务时代的来临［J］.旅游学刊，2012(2):123 －126.

［4］金卫东.智慧旅游与旅游公共服务体系建设［J］.旅游学刊，2012(2):201 －206.