科技馆的智能导览终端设计

张文山

前言

随着信息技术的飞速发展和人们生活水平的提高，人们对信息产品的需求和依赖也不断提高，传统的人工导游已经不能满足景区游客的需求。物联网技术的快速发展与应用，也为等景区的智能导览系统提供了智能信息化技术支持。

1、智能导览系统的研究背景

1.1智能导览的背景

人们对一个产品的要求不仅仅满足于其使用价值了，而越来越注重产品的附加价值，如情感价值、美学价值、个性化价值等。随着旅游业的信息化步伐不断加快，传统的人工导游已经不能满足游客的需求了，这就需要一种能够提供更加方便，更加贴心的智能导游。对于景点来说，电子导游与人工导游相比，能避免由于导游个人因素带来的服务质量的不稳定性，为游客提供更加全面客观的服务。自动电子导览可大大提高游客对景点的认知程度，并通过他们的传播能加快提高景点的知名度，从而增加游客的流量，加快景点旅游业的发展。另外，在一些散客较多的景点，配备电子导览，在一定程度上则能解决散客游览缺少导游的问题。

1.2智能导览系统的发展

自从上个世纪九十年代中期第一个智能导游系统的原型提出来后，智能导览系统经历了很大的发展，目前智能导游系统的发展可分为三个阶段：

第一阶段智能导游系统以简单的黑白地图显示，提供单一的交互方式，这种系统只能显示比较简单的黑白地图，提供最基本的定位服务；

第二代智能导游系统以丰富的彩色地图显示，并利用了通信网的定位技术，交互方式也开始多样化，如COMPASS，CRUMPET；

第三代智能导游系统提供各类多媒体信息，更趋向于智能化的系统了，如Smartkom系统，Sightseeing4U。

2、基本理论及相关技术

2.1物联网概述

随着互联网技术、无线传感技术、信息处理技术的快速发展，物联网技术得到越来越多的重视。物联网是在计算机互联网的基础上，利用电子商品代码EPC、RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的信息网络，是独立于EPC系统和互联网技术整合的产物。

当前，业界对物联网的理解主要有两个层次，一是技术本身，二是应用层面。从技术上理解，物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物，人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。从应用上理解，物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成物联网，然后联网又与现有的互联网结合， 实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。

2.2RFID技术

RFID是物联网的重要构件之一，它通过射频信号，自动识别目标对象并获取数据，适用于各种恶劣环境，可以识别高速运动物体，亦可同时识别多个标签，其多功能性使其在物联网信息采集中完全可以担当重任，可以说RFID技术是物联网的基

础技术。目前，国内的物联网技术主要集中在传感器、RFID、云计算等领域。

2.3ZigBee技术

物联网另一个重要技术是无线传感网络技术，目前无线网络技术主要有六种，分别是蓝牙、无线局域网（WiFi）、超宽带通信（UWB）、近场通信（NFC）、ZigBee和红外数据通信IrDA技术，本文将重点介绍ZigBee技术。

ZigBee技术是一组基于IEEE.802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术，它是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网络，相对于GPS定位，ZigBee定位具有低功耗、低成本、实时性强等显著优点。

2.4ZigBee和 RFID技术相结合的物联网系统

在RFID读写器中嵌入ZigBee模块，从而使多台RFID阅读器无线连接组网或者与其它仪器、设备及不同协议读写器之间联网，实现数据的多点无线采集和传输的目的，最终形成一个基于ZigBee技术的多点自动识别、智能无线组网的RFID识别系统。系统中的RFID阅读器可控制射频模块向电子标签发射读取信号，并接收标签的应答信号，同时可对电子标签的对象标识信息进行解码，从而将对象标识信息连带电子标签上的其它相关信息传输到Savant系统以供处理，通常其工作频段和电子标签上的频率是一致的。RFID系统在工作时，先由阅读器通过天线发送一定频率的射频信号，当RFID标签进入阅读器的工作场时，其天线产生感应电流，从而使RFID标签获得能量被激活并向阅读器发送自身的编码等EPC信息；阅读器接收到来自电子标签的载波信息，对其进行解调和解码后，会将信息送至计算机中的中间件Savant系统软件进行处理。

凭借ZigBee技术的种种优点，将ZigBee技术引入RFID中，使得基于ZigBee技术的无线射频识别系统有了明显的改善，其主要优势在于：

（1）长距离的识别不需要进行方向配置，提高了系统的灵活性；

（2）技术相对简单、存储容量大、成本低、时延小，在用电管理上， 通过睡眠唤醒功能上的改进， 使其功耗大大降低；

（3）由于现在 ZigBee芯片集成的功能越来越多，其本身可扩展性高，促使整个系統的可扩展性也随之提高；

（4）ZigBee技术在通信时采用CSMA机制，保证了数据信息的可靠性；

（5）ZigBee技术提供CRC数据包完整性校验，使用了AES128的加密算法，并采用基于直序列展频技术的接取方式，确保整个传输阶段的安全性，提高了抗干扰特性和保密性。

3、智能导览系统的总体结构

3.1系统的整体结构

系统整体结构如图1所示，分为导览终端子系统、后台服务器生成子系统，以及让导览终端子系统与后台服务器生成子系统进行相互通信的基站。

图1 系统的整体结构

其中导览终端子系统包括RFID阅读器、主控制模块、语音信息存储模块、D/A转换和音频放大模块、通信模块和用户界面显示模块组成。将携带不同数据信息的RFID电子标签分布在科技馆中各个展区，它们和语音导览中的RFID阅读器构成自动识别模块，从而实现对游览区的识别定位，然后将区域定位信息通过串口发送到主控制模块。主控制模块对接收到的区域定位信息进行判断，从语音信息存储模块中相应地址中读取对应的语音信息并进行解码，解码后的语音信息被发送到D/A音频模块后转换为模拟音频信号，最后通过耳機或者扬声器等音频设备输出，从而实现语音导航功能。对于后台服务器生成子系统，它主要由通信模块、GIS地理信息模块、信息处理处理模块和信息数据库组成。通信模块专门负责数据通信；GIS地理信息模块负责处理GIS数据、响应游客的服务请求及辅助决策等事务；信息处理模块用来处理导游终端发过来的数据，如最佳路径规划问题等；信息数据库用来存储各环节生成的各种数据以及视频文件。

3.2导览终端的组成

导览终端通过开发板进行开发，各个功能模块如图2所示。

图2 导览终端组成

RFID阅读器通过识别电子标签，获取游客的位置，并通过ZigBee通信模块将游客的位置信息传送给服务器。景点介绍多媒体模块由一组Flash存储芯片和用作数据更新的USB接口或RS232串口接口组成，它接收信息处理模块的指令播放相应展区介绍，而管理员需要修改展区介绍内容或需要对导游终端进行软件升级时，可通过USB接口（或者RS232接口）进行数据的传输。输入输出设备为彩色触摸屏，通过专门的I/O数据接口与导游终端的总线连接，用来显示电子地图和其他信息以及执行游客的各项操作。

4、总结

本智能导览系统是结合现有的导游系统特点、游客的需求及人工智能技术，提出的一种比较新颖的基于物联网的景区智能导览系统。将携带不同数据信息的RFID电子标签分布在科技馆中各个展区，导游标签不停地发送包含特定信息的射频信号，一旦游客携带的导游机进入触发范围区域，就能自动感应到该标识信号，从而实现对游览区的识别定位，并将其位置信息汇总给服务器，智能终端从服务器中获取当前位置信息，并从自身的内存卡中调取关于该展区的各种文字介绍、图片和音视频信息，从而实现智能导游的功能。

（作者单位：广东科学中心）