基于北斗和物联网技术的智慧旅游应用系统设计

【摘 要】针对智慧旅游的应用现状，以北斗和物联网技术为基础，提出了针对景区人员定位和服务管理的智慧旅游应用系统方案，并从应用需求分析、总体设计目标、软硬件设计、关键技术分析等方面进行了详细分析，实现了对景区人员位置信息的实时监控、人员定位功、智能导游服务、景区门禁管理等人员综合智能管理功能。

【关键词】北斗 物联网 智慧旅游 RFID 人员定位

中图分类号：TN929.5 文献识别码：B 文章编号：1006-1010（2013）-15-0015-04

1 智慧旅游应用需求分析

1.1 智慧旅游应用需求

智慧旅游应用需求主要从两个层面展开分析：

其一，物联网是战略性新兴产业的重要组成部分，不同行业陆续提出了具体实施方向，例如智能交通、智能电网、智慧城市等。旅游业是我国服务业的重要组成部分，又跨越多个行业，是交通、餐饮、娱乐、住宿、购物等诸多传统服务业的集成，旅游业向现代服务业的转化，不仅是自身的要求，也会带动相关产业的优化升级。然而，目前旅游信息化发展滞后于旅游业的整体发展需要，具体表现在旅游信息资源零散且共享性差；旅游信息资源开发程度和服务质量低下；“静止”的信息多，不断更新的信息少；多数旅游信息离及时、快速、准确、全面这四个方面的要求还存在着很大的差距。因此，逐步在旅游业建立起信息和知识相对密集的现代服务业框架，实现智慧旅游就显得尤为重要。

其二，随着人们物质文化生活的日益丰富和生活水平的提高，旅游成为提高生活品质和幸福指数不可或缺的部分。尤其在节假日，国内景区旅游人数已习惯性“井喷”，然而也多次出现人员走失、遇险等事件。因此急需能够将人员位置信息和景区信息智能管理起来的系统，对游客活动范围进行管理、警示和定位，同时提供景点自助导游、景区活动警示、报警求救等安全服务。

1.2 智慧旅游应用现状

（1）国内现状

目前国内景区已经开始建设智能化景区，主要呈现以下特点：

其一，功能单一。大多数建成的景区信息化项目，主要是采用一维、二维条码或物联网技术实现电子化票务功能，如杭州灵隐-飞来峰电子门票系统、千岛湖中心湖区电子门票智能管理系统等；

其二，景区人员定位功能灵活度较低。少部分景区已在建设景区人员定位系统，但依托技术平台单一，难以应对多样化定位应用需求。

景区人员定位现在主要采用两种技术方式：

其一是物联网定位技术。如武夷山景区正在建设基于物联网技术的景区人员定位系统，该技术相对成熟，但定位信息准确度与物联网读卡器的覆盖密度直接相关，而对于景区尤其是自然景区，景点多在野外，物联网读卡器设备部署局限性很大，如果脱离其覆盖范围，则人员定位功能难以实现；

其二是GPS定位技术。如黄山景区、老君山景区的基于GPS与民用无线通信技术的智能景区建设，需要移动网络的支持，会产生GPRS上网流量，使用成本高，在人员密集的高峰期，会出现通信不畅的情况。而且在野外景区，移动网络覆盖存在盲区，此时的信息传输通道就存在明显缺陷。

（2）国外现状

国外风景区内基于物联网与传感网技术相结合的应用较多，而基于GPS+物联网的应用还比较少见，且主要集中在物流领域，实现危险品的跟踪定位管理，笔者暂未查到在景区或户外直接针对人员定位和服务管理的应用。另外，由于定位系统的限制，国外应用均基于GPS网络，暂未出现基于北斗系统的此类应用和产品。

因此，如能在此类应用中充分利用北斗系统，将既有利于北斗系统的推广和使用，又有利于推动物联网的自主创新应用。

2 智慧旅游应用系统设计

2.1 设计目标

系统设计目标是以北斗和物联网技术为基础，实现景区人员定位和服务管理系统，为景区旅游提供智能、安全、高效的智慧旅游服务。具体而言，系统主要提供以下功能：

（1）人员定位、搜寻功能。其一是采用物联网技术进行定位；其二是采用获取北斗位置信息的方式进行定位；

（2）景点智能导游功能。携带人员卡的游客在景区内游览，当到达某处景点，并处于固定式RFID读写器有效覆盖范围内时，人员卡识别到景点信息，并开启人员卡的语音导游功能，为游客提供该景点信息的语音播报；

（3）人员求助功能。携带人员卡的游客在景区内游览时，若遇到突况需要向景区发出求助，可按下人员卡上的求助按钮，将求助信息通过景区内固定式RFID读写器上报给管理中心；

（4）警告广播功能。当景区发生突发事件，需要向区内指定区域或全区域的游客发出警告时，管理中心可通过景区内固定式物联网或移动式RFID读写器向所覆盖区域内的人员卡发出告警信号，游客可根据人员卡上的警示灯指示获知当前告警状态，及时按照疏散通道撤离；

（5）离开报警功能。给游客中的儿童佩戴腕带标签，当儿童离开家长一定距离（根据现场的测量而定），家长的腕带发出警报，提醒家长注意孩子离开了自己一定范围，有可能走失。如果走失，家长能随时通过自助终端查询到区域位置；

（6）门禁管理、游客流量监控功能。

2.2 系统整体结构

系统整体结构可分为信息供给层、信息采集层、信息传输层以及应用层，其中信息供给层包括了北斗网络层和人员卡管理，分别负责提供位置信息数据、人员卡识别ID和人员卡基本信息；信息采集层主要是指北斗信息获取和RFID读写器识读，主要负责位置信息获取、人员卡识读以及基本信息获取；信息传输层主要包括有线以太网或GPRS网络，负责提供数据信息的传输通道；应用层主要包括管理中心和门禁管理站，负责游客人员信息汇总管理和门禁站实时管理。系统网络拓扑结构如图1所示：

3 系统软件设计

系统软件按照软件部署的硬件类型进行分类设计，主要分为人员卡软件、RFID读写器软件以及PC端软件设计。其中人员卡软件主要负责RFID标签和北斗模块管理任务，包括标签信息存取、北斗位置信息获取、警示或求助管理、自助导游信息、位置信息和标签信息上报等功能；RFID读写器软件主要负责人员卡识读、信息上报和指令下达管理任务，包括上报位置信息、标签信息、查询标签信息、警示或求助管理、人员卡识读管理等功能；PC端软件主要负责人员卡、RFID读写器管理和信息汇总管理，包括对上报的读写器、位置、标签等信息进行处理，对标签写入信息、人员卡、读写器和门禁进行管理等功能，具体参见图2。

4 系统硬件设计

系统硬件设备主要包括人员卡和RFID读写器。人员卡设备主要由RFID标签模块和北斗模块组成，人员卡由游客佩戴，在完成景区发卡后，人员卡设备通过RFID读写器设备写入并存储游客ID信息；当需要获取位置信息时，人员卡能够完成北斗位置信息的获取，并支持经物联网向外发送获取的位置信息；另外，人员卡支持接收RFID读写器设备发出的指令信息，并根据指令激活人员卡的语音提示。RFID标签模块采用基于ISM频段（2.45～2.5GHz）的SOC芯片，该芯片提供片上射频前端和基带处理能力，同时基于片上的MCU控制器完成对北斗模块、语音模块以及通信接口的管理和控制。具体原理框图如图3所示。

5 系统关键技术

5.1 人员卡省电管理

游客在进入景区时需要佩戴人员卡，游客在景区活动期间，人员卡应始终处于正常工作状态。对于游客而言，景区活动时间通常不超过三天，但对景区管理方而言，为了方便使用和管理，要求人员卡电量正常使用时长至少数月。同时，人员卡包括标签模块和北斗模块，由于发射时标签模块功耗峰值为15mW，北斗模块功耗峰值为300mW，因此人员卡功耗峰值可达315mW，如何有效对人员卡进行省电管理将直接关系到人员卡的使用效果。

在本系统中，主要是通过电源管理芯片对各模块的电源进行控制和管理，同时对应用需求进行充分解析，对不同状态下的标签模块和北斗模块的工作需求进行细化，设计合理的间歇工作模式或休眠工作模式，实现对电量消耗的控制，达到省电目的。

5.2 人员卡RFID标签自适应变距识读

游客在景区活动过程中，人员卡RFID标签的识读主要分两种：其一是游客在景区正常范围游览时，在各景点或门禁处，RFID读写器需要对人员卡进行识读并提供自助导游信号服务和管理服务，此过程通常不需要人员卡支持远距离识读；其二是在游客超出景区正常范围时，人员卡将主动发出位置报警信息，此时为方便景区管理者进行搜寻和定位，需要RFID读写器对人员卡尽可能实现远距离识读。因此，人员卡的RFID标签要能够进行自适应可变距离的调整。

本系统对此问题的解决，主要是通过软件逻辑设计和信号信标心跳方式对两类状态进行识别，然后通过功率控制完成对信号发射衰减，达到识别距离可变的目的。

6 结束语

本文针对旅游景区，利用北斗系统和物联网技术，设计了一种安全、智能的人员管理系统。本系统的北斗技术和物联网技术融合架构还可推广应用到其他相关领域，例如野外科考、户外探险、物资管理、物流管理、车辆管理等实时定位的监控和管理。

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