无线通信技术在智慧植物园平台的应用

胡春

摘   要：为搭建集旅游、科普、科研特色于一体的“智慧植物园”信息化平台，实地调研并得出植物园管理方的诉求和痛点，文章结合当前常见的4G/5G无线网技术、WLAN技术和无线物联网技术（传感技术和RFID），将植物园的诉求和痛点逐一解决，最终完成搭建目标，并探讨无线通信技术在其他领域的建设思路，展望应用前景。

关键词：4G/5G无线网技术;无线局域网技术;无线物联网;信息化平台

某地植物园与传统的景区不同，具有“旅游、科普、科研”三大特色，在规划和搭建“智慧植物园”信息平台时，既要在三大特色中体现“智能信息化”，又要根据植物园的需求和景区植被丰富、珍稀植物众多、传统缆线工程会破坏环境的特点，合理采用先进的无线通信技术，最终解决痛点实现需求，成为此次“智慧植物园”信息平台规划和搭建的核心和关键。

目前先进成熟的4G无线网技术、无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）技术和无线物联网技术（传感技术和射频识别技术），在不同领域面对不同用户群体展现了各自的特点和优势，如4G无线网技术的高带宽低时延、WLAN技术的部署灵活性、物联网的“萬物互联”等，同时，5G技术的逐步推广以及衍生的新技术，如增强现实/虚拟现实（Augmented Reality / Virtual Reality，AR/VR）也让用户逐渐感受到5G的“更快速、更多终端接入”等优越性。

文章重点讨论不同场景下无线通信技术的应用方案，而不过多描述各类无线通信技术的参数、指标和组网方式。

1    植物园需求分析及平台搭建原则

1.1  植物园需求分析

某地植物园是集旅游、科研和科普教育为一体的综合性研究机构和风景名胜区，占地面积约为11 km?，收集活植物上万种，建有多个植物专类区，以及科研专用热带雨林区域，日均接待游客5 000人次左右，旅游高峰期达到1.6万人次。2019年，该植物园规划建设“智慧植物园”信息化平台。

对该植物园进行多次调研，了解管理层对植物园的痛点和诉求，分析后总结得出“3个弱点、2个矛盾、1个困难”。

园区管理和科研方面的3大弱点：

（1）监控安防。园区地域广，现有监控范围狭窄，安防管理难度大。

（2）游客管理。旅游区域多，游客流向分散，管理难。

（3）科研简单。仍采用传统的人工采样勘测模式，缺乏科学智能的手段。

景区服务的2个矛盾：

（1）游客对植物园科普功能迫切的需求，以及植物园传统落后的科普形式。目前园区均为传统植物标签科普，缺乏植物的详细介绍和扩展信息，而游客希望寓教于乐，在旅游中增长知识。

（2）黄金周游客流量井喷式增长对景区服务和监控提出的高要求，以及传统滞后的人工服务和存在弱点的监控管理。

景区建设的1个困难：

植物园旅游、科普、科研区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类工程对植物园自然景观和植被的破坏。

1.2  平台搭建原则

基于上述“3个弱点、2个矛盾、1个困难”的诉求，针对旅游、科普、科研3大特点，计划从以下几个角度进行“智慧植物园”信息化平台搭建：

（1）平台面向园区的高效高质管理能力。从前两个弱点来看，植物园只有传统的视频监控系统且覆盖范围有限，只有常规摄像头，不能使用传统的光纤通信进行扩容改造，需要使用多种具备监控功能的无线智能终端，扩大覆盖面，提升监控效果，向管理人员展现智能平台高效率高质量的管理能力。

（2）平台面向科研的高质量支撑能力。从第3个弱点来看，植物园在科研方面，尤其是数据勘测采样方面无任何技术支撑，人工操作存在误差和不确定性，需要利用物联网识别通信特征和无线智能终端的多样性，向科研人员展现智能平台高质量的技术支撑和数据整合能力。

（3）平台面向游客的感知提升。植物园对外面向游客实现其旅游和科普功能，而旅游服务和科普没有完善的体系，利用4G/5G的高速率低延迟特性和多种智能设备，以及物联网智能化特征，解决“2个矛盾”，提升客户感知能力。

（4）划分诉求优先级，由近及远逐步规划。植物园最关注的是：对内完善监控安防、科研功能以及建立旅游旺季的应急体系，对外急需解决旅游旺季的游客流量剧增、游客防丢失以及完善科普功能。前期平台搭建应着重考虑这些诉求，在园区内逐步建设智能终端，逐层推进，在后期有其他诉求时再增加新的功能，确保平台建设的平稳可靠性。

（5）平台搭建时尽量避免对植物园自然景观和植被的破坏，因此需充分利用无线网络替代光纤网络。智能终端也尽量采用太阳能电池等环保供电设施。

（6）平台规划和搭建中，还应考虑到景区附近近期暂不会大量投入5G网络建设，待后期5G网络逐步引入后，可考虑将平台中部分子系统接入5G网络。

2    适于平台搭建的无线通信技术

目前先进成熟的无线通信技术种类繁多，应用范围和特点均有不同，文章主要针对智慧植物园的需求进行信息化平台搭建，仅列举涉及的无线通信技术，包括：4G/5G无线网技术、WLAN技术和无线物联网技术（传感技术和射频识别技术）。各类技术的特点如图1所示。

结合4G/5G，WLAN、无线物联网（传感技术和射频识别技术）各自的特点，以及植物园调研得出的“3个弱点、2个矛盾、1个难点”，文章计划根据不同面向对象提出不同的技术方案，并考虑远期规划内容，将园区提出的诉求逐一解决。

3    “智慧植物园”信息化平台搭建思路

按计划搭建智慧植物园，并制定近期和远期规划内容，框架如图2所示。

3.1  无线通信技术在“面向园区”近期规划的应用

面向园区的“智慧植物园”近期规划，主要针对园区管理，包括安防监控、游览车调度管控子系统，目的是解决园区安防“痛点”和高峰期园区服务“矛盾”，無线智能终端方面，推荐使用智慧灯杆、无人游览车和无人机。各子系统分析如表1所示。

3.2  无线通信技术在“面向游客”近期规划的应用

面向游客的“智慧植物园”近期规划，主要针对游客管理和科普服务，包括科普宣传子系统、游客定位及防丢失系统，目的是解决园区游客管理“痛点”和科普需求“矛盾”，推荐使用AR/VR技术、语音导览器和智能手环。各子系统分析如表2所示。

3.3  无线通信技术在“面向科研”近期规划的应用

面向科研的“智慧植物园”近期规划，主要针对植物园的林区科研监测、数据采集工作，目的是解决园区科研监测、数据采集方式简单的“痛点”，推荐使用具有物联网技术和无线回传功能的采样仪器、无人机和高清野外录音摄像器材。系统分析如表3所示。

3.4  智慧植物园远期规划

“智慧植物园”信息化平台在远期构建过程中，受管理者、游客、科研人员等多方需求影响，整个体系将出现不同的功能模块，现根据调研情况举例说明远期规划的部分子系统。

3.4.1  智能会议管理系统

园区内标准会议室共15间（包括报告厅），各会议室分散分布在园区各方向，目前无完整的管理系统。若采用传统的会议管理系统（蓝线接入），有可能破坏景区植被，违背建设原则。

对此，可根据各会议室报告厅的相互距离和地理位置，灵活部署4G基站或WLAN的热点无线访问接入点（Wireless Access Point，AP）、传感器，逐一解决各会议室的无线接入，实现智能化管理监控。

3.4.2  智能停车管理系统

植物园因特殊的“旅游、科普、科研”定位，景区往来车辆类型也有所不同，如自驾游的游客、团体游的旅游大巴、景区管理者的办公车、科研团队的办公用车等，对这些车辆的日常管理和停泊控制成为远期考虑的重点之一，需要建设一个规范管理和智能分析的停车场管理系统。该系统要求具备以下特点：

（1）车位感应器、控制器、电子屏等均用WLAN或传感器控制，理论上不增加任何信号线缆。

（2）不同类型的车辆，在权限识别后停车场电子屏智能规划相应权限的车位给车主停泊，并进行计费等功能。

其他功能子系统，可根据远期智慧植物园运营过程中出现的各类问题、矛盾逐一搭建。

3.5  智慧植物园规划结论和最终效果

在上述不同场景规划中引入无线通信技术，对植物园“3个弱点、2个矛盾、1个困难”的痛点逐一解决，最终完成智慧植物园信息化平台的搭建，如图3所示。

对于植物园管理者和科研工作者而言，智慧植物园信息化平台全面搭建后，不但解决了“3个弱点、2个矛盾、1个困难”，还兼顾舆情应急、大数据分析管理等其他功能，站在管理者和科研工作者角度，智慧园区的实施效果如图4所示。

对于游客而言，智慧植物园信息平台全面搭建后，可以体验到植物园旅游的便捷与科技信息化：轻松旅游、无忧服务、寓教于乐。站在游客角度，智慧植物园的实施效果如图5所示。

此外，智慧植物园规划还需和4G/5G网络规划相结合，通过分析智慧植物园的终端分布情况部署无线基站和WLAN热点AP分布，以及远期指定区域内5G无线网规划。

4    无线通信技术在其他领域的应用探讨

4G，5G，WLAN、无线物联网（传感器和射频识别技术）等无线通信技术，最大的优势在于高速率低延迟、无线回传特性、终端接入多样化。依托这些优势，在目前各个领域均能实现平台信息化、智能化。现举例分析智能信息平台的特点和应用[4-5]。

4.1  智慧交通

智慧交通基于物联网、移动互联网和大数据，实现对全交通要素的数据收集、应用与共享和交通体系的综合化管理和前瞻性引导;为出行者营造安全、高效、便捷的出行体验，并打造绿色、环保、可持续的健康交通环境。衡量智慧交通的“智慧”程度有以下指标：城市道路传感终端安装率、市民对交通信息的关注率、市民交通引导信息服从率、停车引导系统覆盖率、公交电子站牌化率。

由于核心是“交通”，所以对整个平台要求实现最低时延。引进上述无线通信技术后，无线回传可节约传输成本、提升传感终端安装率、引导系统覆盖率;低延迟的特性使得交通和运输管理更加实时快捷精准，满足智慧交通诸多功能需求，如现场治超、交通引导、应急处置等。而随着5G网络的逐步普及，带宽越高、延迟越低，将使智慧交通的分析响应效果更加完美。

4.2  智慧环保

智慧环保是“数字环保”概念的延伸和拓展，它是借助物联网技术，把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象（实体）中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来，可实现人类社会与环境业务系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策的智慧。随着上述无线通信技术的引入，智慧环保将更具实时性、可控性、绿色性，主要体现在以下方面：

（1）实时性。低延迟的技术特性，确保监控数据、遥感器材等能实时准确回传各类信息，反馈平台的各项决策。

（2）可控性。适时引入无线智能终端和新技术（如无人机、无人车、AR/VR等），除日常监控外，若遭遇突发事件，可远程遥控无人机、无人车等启动初步应急预案，辅以AR/VR技术对现场全面模拟，做到对任一事件现场的全面可控。

（3）绿色性。即无线回传的特性，在部署感应器、检测装备等可更加灵活，减少光纤布放，降低工程中的环境破坏。

5    结语

目前4G无线技术、WLAN和无线物联网日益成熟和完善，5G网络逐步推广，如何将無线通信技术在智慧信息化平台中合理应用，成为当今时代值得探讨的课题。文章通过对植物园调研进行难点和需求分析，结合其高速率低时延、无线回传特性，最终实现智慧植物园信息化平台规划目标。并分析上述无线通信技术在其他领域中推广的前景和难点。总之，多通信技术融合搭建全新的智能信息化平台，将是未来信息化发展的趋势。

[参考文献]

[1]王思力，梁慧.浅析物联网技术发展现状及应用前景[J].科技经济导刊，2016（23）：29.

[2]燕晓波，熊伟晴.物联网总述[J].电光系统，2016（3）：17-23.

[3]孙慧.5G时代开启物联网新世界应用分析[J].通讯世界，2017（9）：110-111.

[4]刘柱.物联网通信技术的发展现状及趋势研究[J].中国新通信，2018（17）：82.

[5]冯羽.探讨物联网如何推动通信技术革新[J].电脑迷，2017（6）：128.

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