基于物联网的智能餐饮信息化解决方案研究

（中国移动通信集团广东有限公司，广州 510623）

基于物联网的智能餐饮信息化解决方案研究

李建荣

（中国移动通信集团广东有限公司，广州 510623）

本文聚焦3万亿元营收的餐饮行业，研究适用于餐饮行业的智能终端以及物联网智能管控平台，为餐饮行业提供包含4G无线应用、人工智能、物联网应用、互联网+、大数据分析等新兴技术的ICT整体解决方案，快速切入餐饮行业信息化市场，捆绑专线产品业务及个人业务，提升公司业务粘性。

物联网； 智能餐饮； 信息化

1 引言

目前，我国有250万家餐饮企业、420万家餐饮门店，餐饮行业年营业额达到3万亿元。餐饮的本质是社交，产品是基础，个性化和品牌化是核心竞争力。本文聚焦餐饮行业，区别于现有餐饮O2O导流的模式，深度改造现有的餐厅经营模式，将整个体系互联网化和物联网化，提供整体信息化解决方案。餐厅现场以智能物联网机器人为载体，借助人脸识别、服务交互和语音互动等人工智能；后台借助云计算、大数据处理的物联网应用平台，实现顾客从入店、点餐、用餐、支付、服务评估等全生命周期流程的信息化处理。经过互联网和物联网技术改造的娱乐化、好玩和有趣的餐厅，有效节约人力成本，提升餐厅的信息化水平和管理效率，驱动顾客自传播[1～4]。

2 研究目标

通过研发具有无线通信功能的餐饮智能服务机器人及物联网智能管控平台，提供包含线下现场智慧改造、线上云端数据智慧处理的“O2O”整套信息化解决方案，打造包含4G无线应用、人工智能、物联网应用、互联网+、大数据分析等新兴技术的智慧餐饮升级，实现对餐饮服务“售前”、“售中”和“售后”全生命周期的智慧管理和应用，提升餐饮行业信息化水平和管理效率。简言之，整合智能服务机器人研发和物联网管理平台能力开发的资源，形成餐饮行业智能服务机器人与物联网管理平台相结合的创新型餐饮行业信息化解决方案，针对政府部门（食品安全监督部门和安全生产监督管理部门）、餐厅及其管理者、餐饮联盟（如百度外卖）和就餐人员等不同应用对象，通过研发总结一套通用的餐饮行业物联网解决建议，用于餐饮行业物联网的应用场景，为迅速抢占餐饮行业ICT信息化市场提供有吸引力的产品保障，具体目标如图1所示。

2.1 前端智能服务机器人研发

研发餐饮智能服务机器人，实现餐厅现场人脸识别、餐位导引、点菜交互、现场送菜、服务交互、结帐付款、评估交互及餐位释放等功能，使用智能服务机器人释放人力，节约人力成本，同时增强餐厅的趣味性，吸引更多的顾客，形成餐厅自有的个性化和品牌化。

图1 研究目标示意图

2.2 物联网基础能力平台研发

研发物联网智能管理平台，通过数据接入、处理、分析，实现智慧餐厅的图像处理、餐位管理、订单管理、送菜管理、服务管理、支付管理、评估管理等功能，提升餐厅的管理效能和效率。

2.3 前后端联动，实现智能管理

智能服务机器人采集顾客的人脸数据，在物联网管理平台存档，以人脸为辨识标签，建立客户座位喜好、用餐喜好及其它服务信息的档案，下次顾客再次光临时，服务机器人能够主动引导客人到上次的座位、调用上次用餐的菜单，提升顾客的服务感知。现场智能服务机器人收集服务点评，通过物联网平台，从现场环境、菜品、服务员等方面进行数据处理和分析，从而方便餐厅商家的内部绩效考核，找出管理的短板，有针对性地提高餐厅的服务品质。

3 研究内容

本文主要围绕智能餐饮物联网端、管、云的三大模块开展研发工作，图2为研究内容示意图，目标是构建餐饮行业物联网软硬件开放平台。

3.1 餐饮智能服务机器人的研发

端，即指餐饮行业终端。研究适用于餐饮行业的各类数据接收设备、通信模组，实现以下功能：全高清视频接入，实现餐厅的安全监控及顾客人脸数据采集；语音交互，实现与顾客的语音交互，增加餐厅的趣味性；服务智能机器人，实现餐位闲忙识别、餐位预订、餐位导引、下单、送餐、支付导引、点评交互等功能；温湿度检测、气体检测。研究的行业终端产品模型适配公司物联网标准协议及规范。在具体设计过程中，包含图像识别模块、语音交互模块、轨迹运动模块和数据交互模块等4个方面。

3.1.1 图像识别模块设计

图像识别为智能服务机器人的核心功能，达到实现人数识别确认以及老顾客二次识别。有利于营造良好的顾客体验，并且能够深入发掘老顾客的二次识别的商业价值以及增加顾客归属感。图像识别模块采用Directshow体系，视频直接从设备中读取，内存映射，提高传输效率；使用视频处理专用芯片高速DSP、FPGA等完成视频处理以保证数据分析的完整和实时性。在编解码过程中，分别选用Xvid Encoder和Xvid Decoder作为视频编码器和解码器，遵循MPEG标准，具有编码速度快、压缩率大、质量损失小的特点。

图2 研究内容示意图

3.1.2 语音交互模块设计

语音交互模块使用微处理器分析传感器送来的数据以及网络终端传来的信号，分析后便对应播报不同的语音，与顾客互动。本项目中，采用ISD4004型号的语音播报芯片，ISD4004系列单片录放时间为8～16 min，采样频率可为4.0/5.3/6.4/8.0 kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。芯片设计基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口(SPI或Mi-crowire)送入。

语音交互模块经过语音采集、预处理、特征提取、矢量量化等步骤，可以分成语音采集子模块、语音前级处理子模块、语音训练子模块、语音识别子模块、语音提示子模块、输出控制子模块和语音模板库几部分，具体的功能如下：

语音采集子模块 ：语音采集子模块主要完成信号调理和信号采集等功能，它将原始语音信号转换成语音脉冲序列，因此该模块主要包括声/电转换、信号调理和采样等信号处理过程。

语音前级处理子模块 ：语音前级处理子模块的主要功能是滤除干扰信号、提取语音特征矢量，并将提取的语音特征矢量量化成标准语音特征矢量，该模块主要包括语音预处理、特征提取、矢量量化等语音信号处理过程。

语音训练子模块 ：语音训练子模块的主要功能是将多次采集、提取的语音特征标准矢量进行概率统计，提取说话人的最佳语音特征标准矢量，防止因说话人心情、环境等因数引起提取特征参数不准确而影响语音识别效果，因此该模块主要包括概率统计、参数评估等处理过程，用隐马尔可夫模型（HMM模型）实现。

语音识别子模块 ：语音识别子模块的主要功能是将采集的标准语音特征矢量与语音模板库中的语音模型进行比较，判断当前语音命令功能，因此该模块主要包括矢量比较与参数评估两个过程。

语音提示子模块：语音提示子模块的主要功能是根据语音识别的结果提示用户进行相关操作或说明当前完成的功能，因此该模块主要包括调用提示语音资源文件、D/A转换、信号放大等语音处理过程。

输出控制子模块：输出控制子模块的主要功能是根据语音识别的结果输出相应的控制信号，实现电灯、电视、风扇等办公电器的语音控制功能，因此该模块主要包括信号驱动、输出控制器和被控对象。

语音模板库 ：语音模板库的主要功能是存储训练后的最佳标准语音特征矢量。

3.1.3 轨迹运动模块设计

在智能服务机器人系统中，寻迹电路采用红外光电传感器进行检测并且寻迹运动。红外发射管发射的红外线具有一定的方向性，当红外线照射到白色地面时会有较大的反射，如果距离取值合适，红外接收管接收到反射回的红外线强度就较大；如果红外线照射到黑色标志线，黑色标志线会吸收大部分红外光，红外接收管接收到红外线强度就很弱。寻迹时，引导线是黑颜色，不宜反光，当红外发射管输出信号照射到黑色引导线上时输出一个非常微弱的低电平，这个过程是一个负跳变过程，通过对此信号高低电平的检测就可以知道机器人是否正在沿着引导线行驶，若不是沿着引导线行驶，单片机根据传感器送回的信号可以判断并驱动电机正确转向，从而使机器人沿着正确的轨道行驶。

3.2 物联网智能接入网关

管，主要是指数据传输通路及智能接入网关。对于自行研究餐饮行业数据终端模型，实现接入与交互控制的支持。对下，面向相关终端，实现数据采集、协议适配转换、信号控制等；对上，面向应用，实现开放接口Open API，对手机APP、Web管理控制终端提供支撑。提供开放的接口协议（兼容适配业界主流协议），可供第三方设备方便接入。图3为物联网智能接入网关示意图。

对智能服务机器人通信模块设置IP地址，物联网智能接入网关通过IP地址将终端接入统一适配模块的地址加入其中，行业终端在向应用后台上报业务数据的同时，可将其终端通信状态通过终端接入统一适配模块上报到物联网平台。前后端互联原理如图4所示。

图3 物联网智能接入网关示意图

图4 物联网前后端互联示意图

3.3 物联网管理平台

云，主要是指各行业客户应用平台。通过整合网络能力、业务能力、数据能力、智能终端接入能力等，打造餐饮行业物联网应用支撑的一体化解决方案，面向餐饮行业客户，支撑应用领域的快速拓展，提供一站式以WEB、API、SDK等多种形式对外开放4G应用及餐厅服务管理能力，为顾客和餐厅现场提供环境监测、入座、点餐、服务互动、支付、点评等功能，为企业管理者提供顾客满意度、顾客组成、用餐时长、食料采购等统计分析功能。平台分为感知层、接入及网络层、数据处理层和应用层4个部分，平台架构如图5所示。感知层。利用智能服务机器人，采集餐厅现场顾客人脸信息、餐厅温湿度以及视频等现场信息信号。采集的现场信号通过线缆与智能采集器连接，所有硬件采用模块化架构，I/O模块采集传感器数据后通过平台配置实现对所有传感器的数据匹配对应。

网络及接入层。利用4G无线通信或者Wi-Fi传输信息数据、视频信息。

数据处理层。负责整体平台的集中管理与调度，收集与处理由感知层、网络及接入层发送上来的数据。

应用层。负责将数据处理层的结果与原有数据库进行比对，转化为具体的应用，最终实现平台的图像处理、餐位导引、订单处理、送菜服务、支付交互和服务点评功能。

4 总结及展望

随着公司集客业务发展战略的深入推进，集团客户业务成为公司业务收入的重要增长点，移动化是集团客户行业信息化应用发展的主要趋势。公司现有收入结构中，面向集客家宽的数字化服务收入增长较快但对收入贡献度较低，收入持续稳健增长面临较大挑战。在集客业务服务领域，要夯实基础能力，提前布局物联网、云计算、大数据等新兴业务，推动全业务发展大提升。公司领导提出“加快打造第三条增长曲线。要创新商业模式，打造聚合平台，有步骤有策略地适度开放网络能力、大数据能力，加强与互联网产业的合作，共同打造“互联网+”生态圈，实现合作共赢”。

图5 平台架构示意图

首先，整合公司资源，强化端管云的物联网提供能力，集聚公司物联网基础能力。过去，公司的物联网业务发展，着力于满足客户通道需求，不提供整体方案，重点针对电力等传统大型企业；项目中，需要面向餐饮行业，基于开放平台，构建集终端、通道（网络）、数据、系统为一体的物联网标准化解决方案能力，满足餐饮行业业务应用的多元化需求，努力培育新的增长点。

其次，创新餐饮行业ICT整体信息化解决方案，提供创新性集客产品。项目聚焦3万亿元营收的餐饮行业，研发智能服务机器人以及物联网智能管控平台，产品创新，为餐饮行业提供包含4G无线应用、人工智能、物联网应用、互联网+、大数据分析等新兴技术的ICT整体解决方案，填补餐饮行业物联网整体解决方案的空白，快速切入餐饮行业信息化市场，捆绑专线产品业务及个人业务，提升公司业务粘性。面向餐厅及其管理者，提供餐厅现场的智能化监控管理数据，实现远程信息化的管理。面向餐饮联盟及就餐人员，展示餐厅食品制作过程视频及餐厅现场环境信息：一方面为餐饮联盟及就餐人员提供信用等级、安全性及就餐指导等功能，就餐人员根据其“看到的”食品制作过程选择用餐的餐厅；另一方面提升餐厅管理的透明度从而提升餐厅的知名度和信誉度，达到口碑经营的效果。

最后，面向食品安全监督部门和安全生产监督管理部门，提供餐厅食品制作过程视频信息和餐厅现场环境信息，分别满足其食品溯源、食品安全监督以及安全生产监督职能，拓展公司物联网行业应用提供能力，展现公司技术、服务优势，提升物联网行业应用的口碑和品牌，践行公司的社会责任。

[1] 王震, 吴方, 卢恩荣, 等. 物联网环境下的餐饮服务系统设计与实现[J]. 计算机与现代化, 2013,(5):142-144,154.

[2] 段为. 物联网能力开放平台研究与设计[J]. 电信工程技术与标准化, 2016,(1):4-6.

[3] 李威. 基于物联网的酒店餐饮质量安全监管子系统的设计与实现[D]. 吉林：吉林大学, 2015.

[4] 姜达洋. 从电子菜单到餐饮物联网——餐饮企业信息化的一条新路[J]. 餐饮世界, 2012,(1):4-6.

Research on the smart restaurant information solution based on the Internet of Things

LI Jian-rong
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd., Guangzhou 510623, China)

In this paper, focus on $3 trillion of restaurant industry, the research of the industry platform for the intelligent terminal and the Internet of things intelligent control is provided, which applied to the smart restaurant information solution. The integrated ICT solution is put forward, including the 4g wireless applications, artificial intelligence, the Internet of things application, Internet +, big data analytics. The information technology solution will get a jump-start on entering the informatization market of the restaurant industry, binding line products business and personal business.

Internet of Things; smart restaurant; information solution

TP393

A

1008-5599（2017）05-0007-05

2016-06-14