基于物联网的体育场馆经营管理系统框架研究

杨雅文

（华体集团有限公司）

基于物联网的体育场馆经营管理系统框架研究

杨雅文

（华体集团有限公司）

以体育场馆的经营管理为研究背景，以物联网的相关技术和体育信息化技术为基础理论，以将物联网技术与体育场馆经营管理实际工作的结合为重点研究对象，分析基于物联网的体育场馆经营管理系统的功能需求及各功能模块的具体要求，设计基于物联网的体育场馆经营管理系统的系统框架和硬件拓扑，为物联网系统应用于体育场馆的实际经营管理工作中奠定基础。

物联网；智慧体育；体育场馆；经营管理；智能化系统

【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

近年来，物联网逐渐成为最热门的新兴技术之一，很多国家将其纳入了国家发展战略计划，我国也提出了“感知中国”计划，并在《政府工作报告》中明确了“加快物联网的研发应用”的国家级发展要求。物联网技术的应用在各行各业中如火如荼地开展起来，但在体育行业中的发展却相对滞后，将物联网技术与体育场馆经营管理工作中的具体应用相结合的案例更为稀少。

本研究以体育场馆的经营管理为背景，以物联网的相关技术和体育信息化为基础理论，以将物联网技术引入到体育场馆经营管理中为重点研究对象，解决在体育场馆经营管理中管理效率较低、设备运行数据不全、缺少经营决策依据、智能化水平不高等问题，起到帮助场馆加快运营数据的收集和处理效率、提高经营信息的准确性、促进管理服务水平提升的作用。

2　物联网的一般概念

2.1物联网的概念

“物联网”，字面意思即物与物之间的互联网络，实际上就是在物体上植入感应芯片，使其智能化，以及借助网络实现物与物、物与人、人与人之间脱离电脑的互联[1]。而对“物联网”这一名词的释义有很多种表达方式，比较全面的定义是：“通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。”[2]物联网系统利用各式各样的终端设备和应用平台，将各种生命和物体联络起来，实时监测、在线管理、定位溯源，实现“管、控、营”一体化服务[3]。

2.2物联网的组成和基本结构

物联网系统主要由传感器、电子标签、电信网络、数据处理、显示系统、报警系统、控制执行系统等组成[4]。各个组成部分被置于感知层、传输层、应用层中，形成了物联网的基本机构体系，物联网系统的结构示意如图1所示[2，5，6]。

2.2.1感知层

感知层是通过射频识别技术、传感技术、短距离无线传输等技术，实现信息的感知、采集和识别任务，其感知信息功能的实现主要通过条码识读器、RFID读写器、传感器、摄像头等器具，通过其对物体的属性、行为、环境等的信息进行感知，并上传至传输层，用于信息的处理、交互和共享。

2.2.2传输层

传输层主要依托互联网、局域网、移动通信网络、微波、红外、蓝牙、卫星等，将感知层获取的数据信息传输至信息处理中心、信息存储中心和信息应用中心，以实现对感知信息存储、分析、挖掘、查询的功能，使各类信息能够进行整合和相互关联。它是使数据成为可用信息的关键层。

图1　物联网基本结构示意图

2.2.3应用层

应用层是利用手机、Pad、浏览器等开放性操作平台、信息存储中心、信息处理中心、信息查询中心及各种服务器等，对有用数据进行汇总、转换、分析和使用的组成部分，可应用于各行各业。它是物联网组成结构中最贴近用户的部分。

2.3物联网应用的关键技术

物联网的相关技术很多，并且有逐渐增加和更新的趋势，目前涉及的主要关键技术包括射频识别技术、传感器技术、传感网络通信技术、网络通信技术[7]、海量数据处理与融合技术[8]、智能嵌入式技术、纳米技术[9]等，部分技术已在实际应用中得到了广泛的使用。针对基于物联网的体育场馆经营管理系统，应用到以下关键技术。

2.3.1射频识别技术

射频识别技术即RFID，是一种利用射频信号识别物体、获取信息数据的非接触式的自动识别技术。这项技术的关键是在物体上植入可识别的电子标签，通过RFID读写器感应标签信息，完成对信息的自动感知和采集。由于每个电子标签都具有唯一的识别码，对于数据准确性和可靠性的提高有很大帮助。针对基于物联网的体育场馆经营管理系统，这项技术可以用于监测运动人员身体健康信息、验证人员身份、感知运动空间环境信息、收集建筑设备系统运行数据等方面。

2.3.2传感器技术

传感器是物联网系统中用于转换数据的重要组成部分，是为系统提供可用数据信息的感觉器官，它能将射频识别的原始数据转换成可输出的信号，是实现物联网系统功能的基础。针对基于物联网的体育场馆经营管理系统，传感器可将各种管理和经营的基础数据转换为光、电等常用信号，用以实现智能检测和控制的目的。

2.3.3网络通信技术

网络通信技术是实现物联网系统数据交互的信息传输通道，分为广域和局域两种，常用的有基于IP的互联网络、移动通信网络、卫星通信、蓝牙、Wi-Fi等。针对基于物联网的体育场馆经营管理系统，可采用互联网、局域网和移动通信网络，实现信息的传输、应用和异地操作。

2.3.4智能终端相关技术

智能终端是使物联网系统功能得以实现的操作平台，其技术涉及软件开发、能源、材料、微机电等领域，是实现M2M的应用层终端硬件[10]。针对基于物联网的体育场馆经营管理系统，可依据不同使用群体的需求，开发移动终端（手机、平板电脑等）应用软件、专用监控和操作平台、信息发布查询平台等，可实现对数据的查询、使用，并实现对设备的远程操作、对场地的异地预约、交费等。

2.4物联网应用系统的设计思路

物联网应用系统是把物联网技术应用在实际工作中的智能化系统。在明确系统功能和性能需求的前提下，首先需对系统的整体逻辑框架进行统筹考虑，明确各功能模块间的搭接关系和信息采集、交互、使用的流程，并对各层级的硬件拓扑结构进行搭建。完成对整体框架的设计后，需对各个功能模块的系统结构进行设计，细化各子系统硬件结构。针对实际工程应用，在完成以上步骤后，需根据具体工程的实际情况规划数据采集的形式和点位，以及网络通信的方式和路由，最后根据操作需求进行对应用终端的开发，从而完成对整个系统的设计。

表1　体育馆智能部门设置、主要工作内容及对应功能模块

3　基于物联网的体育场馆经营管理系统的功能分析

3.1体育场馆经营管理系统的功能分析

体育场馆的经营管理模式有多种形式。大型体育中心、全民健身公园与独立场馆、事业单位模式、公司化经营与经营公司运营，在部门设置或部门的职能分工上可能存在差异。体育场馆经营管理系统的功能设置应当依据场馆运营团队的日常工作范围和职能分工，结合不同场馆的特点和特殊需求，在进行职能优化和功能合并后，提出较为合理、全面的功能组合。

以一个事业单位编制的大型综合体育中心为例，下设有办公室、基建维修部、能源技术部、行政部门、人事部门、退休管理部门、保卫部、财务部、经营部、训练竞赛服务部、场馆管理部等主要职能部门。每个部门对应不同的工作职责，根据工作界面交叉和信息共用的情况，将体育场馆经营管理系统实现的基本功能划分为8个模块。各职能部门的主要工作内容，及对应的功能模块设置如表1所示。

3.2基于物联网的体育场馆经营管理系统的功能要求

通过对体育场馆运营团队职能分工的分析，基于物联网的体育场馆经营管理系统的主要功能模块包括：数据的汇总、分析和查询、建筑设施设备管理、行政办公管理、安全防范管理、财务管理、对外经营管理及经营决策、专业运动员训练管理、体育和健康等应用信息的管理等。各模块的具体功能要求如下。

3.2.1数据的汇总、分析和查询模块

数据的汇总、分析和查询功能模块，主要负责对整个体育场馆经营管理系统的数据进行综合管理和使用，拥有对信息的汇总、分析和查询的权限，但不能对信息进行修改，也不能对其他功能模块进行控制。该功能模块的主要使用者为体育场馆的高级管理层和协助全面管理、综合协调的部门，这些使用者可以根据需求调取所需信息，用于指导战略计划的制定、监管和评价各职能部门工作等；同时，包括对系统操作权限、操作日志等的管理和维护。

3.2.2建筑设施设备管理模块

建筑设施设备管理功能模块主要负责对体育场馆建筑信息、能源使用数据、设备系统运行的监测以及故障的诊断和报警等，具体涉及的用能设备系统包括：供暖系统、空调通风系统、给排水系统、变配电系统、照明控制系统、电梯等特种设备系统，以及体育场馆专用的用能设备，如游泳池水处理和加热系统、体育场地照明控制系统等。基建和能源管理的职能部门可对上述系统的数据信息实时在线监测，在有授权的智能操作终端上，可进行远程控制。

3.2.3行政办公管理模块

行政办公管理功能模块主要为行政管理部门提供体育场馆固定资产、人事、通知、公告、文件等信息的发布和查询平台，并提供智能的办公管理系统，全部工作人员可通过该模块接收和发布消息、预定会议、提交差旅计划、进行任务管理、分析工作情况等。

3.2.4安全防范管理模块

安全防范管理功能模块主要实现对体育场馆周界范围内的安全、消防等的智能监控，可对场馆全部安防摄像头进行统筹管理和检测，自动识别可疑行为并报警；对场馆消防系统进行全面监测，包括烟感、温感、红外探测器、自动喷淋系统、火灾报警按钮等；同时对来访人员、进出车辆、出入大件物品等进行登记管理。

3.2.5财务管理模块

财务管理功能模块的主要功能包括对体育场馆整体收支情况、员工薪资、经济合同等的管理。对非财务管理部门开放财务申报权限，用于报送本部门费用收支情况、提交用款申请、申报年度预算等；对财务管理部门开放财务申报和财务信息读取、维护权限，用于财务分析和财务指标核定，并可为税务、统计、审计等工作提供数据。

3.2.6对外经营管理及经营决策模块

对外经营管理及经营决策功能模块分为经营管理和经营服务两部分。经营管理部分负责记录和分析体育场馆经营数据，包括经营规模、经营范围、经营成本、投入人力、经营利润等，起到为经营决策提供参考的作用。经营服务模块可以为到体育场馆运动的人提供场地开发时间和剩余查询、场地预约和退订、远程购票、远程支付、个人运动计划管理等服务。

3.2.7专业运动员训练管理模块

专业运动员训练管理功能模块主要负责对专业运动队训练场所的场地、器材、环境信息进行监测，采集运动员身体情况指标，记录训练数据，分析训练效果指标，可以使教练员、运动员、训练保障人员随时随地对训练信息进行查询和管理，并提供科学的训练指导参考和训练计划制定服务，以提升训练效率，达到更好的训练效果。

3.2.8体育和健康等应用信息的管理模块

体育和健康等应用信息的管功能模块与互联网或上级的“体域网”实现资源和数据的共享，一方面为体育场馆运营团队、运动人员提供体育相关信息；另一方面共享本场馆信息，为“城市体育电子地图”[11]“体域网”等提供基础数据。此外，可为参与运动的人员提供用于监测运动情况和生理指标的电子标签，使用者可根据需求上传信息，分析自身健康状况，获取科学的运动建议。

4　基于物联网的体育场馆经营管理系统的框架设计

4.1基于物联网的体育场馆经营管理系统的构建原则

4.1.1先进性原则

基于物联网的体育场馆经营管理系统的建设，应当应用国际广泛认可的技术和标准，借鉴国际成功案例经验，保证系统的先进性，以应对技术更新，适应未来业务的发展需要。

4.1.2可靠性原则

应在系统设计阶段对数据采集和分析的精度、系统的性能等进行规定，选择成熟可靠的技术和质量优良的产品，以保证系统运行的可靠性。

4.1.3开放性原则

应对系统的整体框架和使用需求进行统筹考虑，功能可满足不同用户的需求，并应实现随时随地操作的要求。

4.1.4可扩展性原则

系统搭建应充分考虑技术的更新和功能需求的变化，具备可灵活扩展功能模块的性能，以适应技术、业务更新给系统带来的变化。

4.1.5安全性原则

系统在搭建阶段应充分考虑自身和数据信息的安全性，具备抵御病毒和黑客攻击的能力，能有效防止数据和信息的泄露，并保证系统能安全、稳定运行。

4.1.6功能模块合理性原则

系统功能模块的设置应从场馆运营方的使用需求出发，充分挖掘需求、使用特点和业务流程，功能配置尽量合理，每个模块的设置应从体育场馆经营管理实际出发，有针对性地解决实际运营中的困难，方便管理工作的展开。

4.1.7简易实用性原则

系统的设计应当便于各类用户的使用，有简单、清晰、友好的操作界面，同时应设有便于操作的系统维护工具。

4.1.8经济性原则

基于物联网的体育场馆经营管理系统的建设，应充分考虑系统的性能与价格的平衡，以尽量少的投资实现系统的功能需求和性能要求。

4.2基于物联网的体育场馆经营管理系统的整体框架

4.2.1系统总体框架

基于物联网系统的组成和基本结构，将基于物联网的体育场馆经营管理系统的整体架构分为感知层、传输层和应用层，并根据系统的实际应用特点，将应用层细分为用户操作层和信息应用层两个子层级；其中，用户操作层为各类客户群应用智能操作终端查询信息、实现个性化操作、执行控制的层级；信息应用层的主要任务是实现各模块间的数据互享、进行数据分析、管理和监控信息应用等。系统的总体架构如图2所示。

4.2.2硬件拓扑结构

基于物联网的体育场馆经营管理系统功能的实现建立在硬件系统搭建的基础之上，各层级的硬件设备构成如下（系统硬件拓扑结构图如图3所示）。

1）感知层

感知层是数据采集的层级，实现数据采集的设备种类繁多，基于物联网的体育场馆经营管理系统涉及的主要设备有：监控摄像头、各种计量仪表、POS机、感烟探测器、感温探测器、红外探测器、手动数据录入计算机、各种植入RFID电子标签的物体、传感器（包括温度、压力、流速等），以及用于感知采集数据的各种RFID识别器、便携式RFID识别器等。

2）信息应用子层级

信息应用子层级的主要设备包含数据处理服务器、系统管理服务器、数据存储服务器、各种类型的数据和信息查询设备，如电脑、专用发布查询终端等。该层级同时设置有数据交互服务器，用于与其他数据平台的信息来往。

3）用户操作子层级

用户操作子层级通过广域网连接个人电脑、手机、Pad、智能电视、车载电脑等智能终端设备，通过设备搭载的应用软件实现信息查询、应用操作等功能。

图2　基于物联网的体育场馆经营管理系统总体架构图

图3　基于物联网的体育场馆经营管理系统硬件拓扑结构图

5　结束语

在信息产业飞速发展的今天，物联网技术已经被逐步应用于各行业当中，成为推动各行业发展和社会进步的全新力量。将物联网技术引入到体育行业当中，对于推广体育场的馆智能化管理，促进体育信息化建设的进程，加速体育行业的进步有着重要意义。对基于物联网的体育经营管理系统总体框架的研究仅仅是这一进程的开端，如何将其落到实处、引进到体育场馆经营管理的实际工作中去，不断完善其功能、更新技术、优化操作，才是未来实现“智慧体育”的设想，推进体育产业的发展的重点研究方向。

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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)