第5章 物联网

智慧旅游中的物联网可以理解为互联网旅游应用的扩展以及泛在网的旅游应用形式。如果称基于互联网技术的旅游应用为“线上旅游”，那么基于物联网技术的旅游应用则可称为同时涵盖“线上”与“线下”的“线上线下旅游”。物联网技术突破了互联网应用的“在线”局限，而这种突破是适应旅游者的移动以及非在线特征的。泛在网是指无所不在的网络，即基于个人和社会的需求，利用现有的和新的网络技术，实现人与人、人与物、物与物之间无所不在的按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策及使用等的综合服务网络体系。基于物联网的旅游应用的“线上”、“线下”融合体现了泛在网“无所不在”的本质特征，而这种本质也是适应旅游者的动态与移动特征的。

5.1 物联网概念及特点

20世纪90年代由美国施乐（Xerox）公司开发的网络可乐贩售机拉开了人类使用物联网的帷幕。人们通过网络操控利用传感技术的过程中，逐渐发掘出物联网的真正价值所在。比尔·盖茨在他的《未来之路》一书中提到物联网的基本概念；美国的《技术评论》杂志在2003年提出传感技术将是未来改变人们生活的十大技术之一；2005年国际电信联盟（ITU）发布《ITU互联网报告2005：物联网》，在其中引用了“物联网”的概念；2008年美国IBM提出的“智慧地球”概念已上升至美国国家战略层面，该战略认为信息技术产业下一阶段的重点发展方向是把新一代信息技术充分运用在各行各业之中，具体说就是把传感技术应用到油气管道、铁路、桥梁、隧道、大坝、建筑、公路、供水系统、电网等各种领域中去，并且被整个网络连接，形成“物联网”。欧盟委员会在2009年6月，向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》（Internet of Things-An action plan for Europe），以保障欧洲在组建物联网过程中起到主导的关键作用。该计划共包括14项内容。2009年日本的i-Japan战略，希望在u-Japan的基础上，强调电子政务和社会信息服务引用。

2009年8月，国务院总理温家宝考察无锡时提出加快传感产业发展，要在无锡尽快建立“感知中国”中心，把新一代信息技术充分运用在各行各业，把各种传感器装备于电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、油气管道等，形成“物联网”。然后，通过超级计算机和云计算机，将“物联网”整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。

5.1.1 物联网概念

物联网（Internet of Things）这个词，国内外普遍公认的是MIT Auto-ID（美国麻省理工学院自动识别中心）Ashon教授在研究RFID时最早提出来的。在2005年国际电信联盟（ITU）发布的同名报告中，物联网的定义和范围已经发生了改变，覆盖范围也有了较大拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。

物联网是指利用RFID技术、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，实现物与物、物与人在任何时间、任何地点的泛在连接，从而进行信息交换和通信，以实现对物品和过程的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。

物联网的“物”能够接入物联网是因为它们具有接收信息的接收器；具有数据传输通路；有的物体需要有一定的存储功能或者操作系统；部分专用物联网中的物体有专门的应用程序；可以发送和接收数据；传输数据时遵循物联网的通信协议；物体接入网络中需要有世界网络中可被识别的唯一编号。

5.1.2 物联网特点

物联网具有全面感知、可靠传输、智能处理三大特征。

（1）全面感知。物联网要将大量物体接入网络并进行通信，对物体的全面感知非常重要。全面感知是指物联网随时随地获取物体的信息。物联网利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息。

（2）可靠传输。对整个物联网的高效、正确、可靠运行起到了很重要的作用，是物联网的一个重要特征。可靠传输是指通过物联网对无线网络和互联网的融合，将物体的信息实时、准确地传递给用户。

（3）智能处理。将收集起来的数据进行处理运算，然后做出相应的决策，来指导系统进行相应的改变，它是物联网应用实施的核心。智能处理是指利用计算机技术，及时地对海量的数据进行信息控制，真正达到了人与物、物与物的沟通。

5.1.3 物联网体系架构

物联网体系架构如图5-1所示。

（1）感知层。感知层是物联网的皮肤和五官，用于识别物体、采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等，主要功能是识别物体、采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用类似。

感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题。它首先通过传感器、数码相机等设备，采集外部物理世界的数据，然后通过RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等短距离传输技术传递数据。感知层所需要的关键技术包括RFID技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术以及对应的RFID天线阅读器研究、传感器材料技术、短距离无线通信协议、芯片开发和智能传感器节点等。

（2）传输层。它相当于人的神经系统，将感知层获取的各种不同信息传递到处理中心进行处理。网络层由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。目前传输层都是基于现有的通信网和互联网建立，包括各种无线、有线网关、接入网和核心网，主要实现感知层数据和控制信息的双向传递、路由和控制。物联网传输层主要技术是基于通信网和互联网的传输技术，传输方式分有线传输和无线传输及三网融合等。

（3）应用层。应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

5.2 物联网的核心技术

5.2.1 EPC技术

EPC（Electronic Product Code，电子产品编码）技术的最终目标是为每一个商品建立全球的、开放的编码标准。EPC统一了对世界范围内商品标识编码的规则，并通过应用于RFID系统中，联合网络技术而组成了EPC系统。EPC规定了用数字信息的形式存储于和具体的商品实物固定在一起的RFID应答器中。

目前的EPC系统中应用的编码类型主要有3种：64位、96位和256位。EPC编码由版本号、产品域名管理、产品分类部分和序列号4个字段组成。

EPC-64编码类型，分为typeⅠ、typeⅡ和typeⅢ 3种类型；94位EPC编码目前只有一种typeⅠ型，版本号字段占8位，域名管理占28位，序列号为36位；EPC-256编码类型分为typeⅠ、typeⅡ和typeⅢ 3种类型，它的域名管理分别占32位、64位和128位。

EPC系统结构如图5-2所示，其中ONS（Object Naming Service，对象名称解析服务器）用来把EPC转化成IP地址，定位相应的计算机和完成相应的信息交互服务。而PML（Physical Markup Language，实体标识语言）服务器中，存储用PML语言描述的实物信息，如实物名称、种类、性质、生产日期、生产厂家信息、实物存放位置、实物的使用说明等。首先EPC编码读写器读出商品中的EPC编码信息，由EPC产品管理中间件，传输到Internet中，最后经过网络传输到ONS服务器，找到该EPC对应的IP地址，由IP地址找到PML服务器，从产品信息的数据库中获取相关实物信息并做相应处理。

EPC条形码技术是集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身。条形码是一种将多个宽度不等的黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用来表达信息的图形标识符。一维条码是由一组宽度不同、反射率不同的平行相邻的线条和空白，按照一定的编码规则和技术标准组合而成，用来表示某种数据信息的符号。而在EPC条形码的编码方式中在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码，称为二维条码（2 dimensional bar code），可直接显示英文、中文、数字、符号和图形。

一维条码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息，其一定的高度通常是为了便于阅读器的对准。而二维条码在EPC条形码的编码方式中在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码。储存数据量大，可存放1K字符，可用扫描仪直接读取内容，无需连接数据库，其对比如表5-1所示。

5.2.2 RFID技术

射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）技术是一种非接触式自动识别技术，它利用射频信号，实现对目标对象的自动识别并获取相关数据。RFID是物联网关键技术之一，物联网需要感知各种物体，RFID这种非接触式自动识别技术的出现很好地解决了这一问题，成为物品识别最有效的方式。RFID的基本技术原理起源于第二次世界大战期间，雷达的改进催生了RFID技术，1948年奠定了RFID理论基础，尚处于实验室阶段。到了20世纪60年代RFID技术有了大的发展，有了早期的应用。20世纪80年代开始，RFID进入商业应用，标准化出现，RFID产品逐渐进入生活。21世纪初，RFID迎来了一个崭新的发展时期，RFID产品种类更加丰富，成本不断降低。

RFID系统主要由RFID应答器、RFID阅读器及RFID高层软件组成。RFID应答器是由天线、编/解码器、电源、解调器、存储器、控制器及负载电路组成。典型的阅读器包含高频模块（发送器和接收器）、控制单元、振荡电路以及阅读器天线几部分。RFID高层软件介于前端RFID读写器硬件模块和后端数据库之间。RFID工作于不同的频段，如表5-2所示，主要有LF、HF及UHF等，LF代表低频射频，在125kHz左右。HF代表高频射频，在13.54MHz左右。UHF代表超高频射频，在850～910MHz范围内。还有2.4G的微波频段。

RFID应用系统工作原理（图5-3）:RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息则从存储器中获取，经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回读写器。

RFID标签俗称电子标签，也称应答器。根据工作方式不同，可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类。表5-3所示为主动式与被动式RFID技术比较。

RFID作为物品识别最有效的方式，具有一些非常明显的优点：

（1）读取方便快捷。数据读取无需光源，甚至可以透过外包装进行。有效识别距离大，采用自带电池的主动标签时，有效识别距离可达30m以上。

（2）识别速度快。标签已进入磁场，读写器就可以即时读取其中的信息，而且能同时处理多个标签。

（3）数据容量大。数据容量最大的二维条形码，最多也只能存储2725个数字，若包含汉字则存储量更少；而RFID标签则可以根据用户的需要扩充到数KB甚至更大。

（4）使用寿命长，应用范围广。

（5）标签数据可以动态更改。

（6）更好的安全性。为标签数据的读写设置密码保护，从而具备更高的安全性。

（7）动态实时通信。标签以50～100次/s的频率与读写器通信，只要RFID标签所附着物体出现在读写器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态追踪和监控。

5.2.3 传感器技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节，是物联网感知层最核心技术之一。传感器的发展正朝着小型化和智能化方向发展，其中最具代表性的是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical-System, MEMS，又称微电子机械系统）传感器。

MEMS是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。概括起来，MEMS具有以下几个基本特点：微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产。MEMS传感器由于体积小、功耗低、便于集成，在物联网时代应用非常广泛。MEMS传感器按种类分，主要包括面阵触觉传感器、谐振力敏感传感器、微型加速度传感器、真空微电子传感器，目前已经出现的包括压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷嘴和硬盘驱动头等。MEMS传感器的出现体现了当前的传感器小型化发展趋势。

5.2.4 无线传感器网络技术

无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一种多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，它实现了数据的采集、处理融合和传输应用。

图5-4所示为传感器系统结构。传感器节点主要由能量供应模块、传感器模块、处理器模块和无线通信模块组成。

如图5-5所示，无线传感网络协议栈与互联网协议栈5层协议相对应。协议栈还包括能量管理、移动管理和任务管理。

WSN无线传感器网络与现有无线网络的区别在于：

（1）WSN是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大（上千甚至上万），节点分布更为密集。

（2）由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障。

（3）环境干扰和节点故障容易造成网络拓扑结构的变化。

（4）通常情况下，大多数传感器节点固定不动。

（5）传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等十分有限。

（6）传统无线网络的首要设计目标是提高服务质量和高效率利用，其次才考虑节约能源；而WSN的首要设计目标是能源的高效利用，这也是WSN与传统无线网络最重要的区别之一。

WSN无线传感器网络的特点包括大规模网络、自组织网络、动态性网络、可靠的网络、与应用相关的网络和以数据为中心的网络等。

5.2.5 M2M技术

M2M（Machine-to-Machine/Man，机器对机器）是一种以机器终端智能交互为核心的，网络化的应用与服务。它通过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案，以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。

而M2M与物联网从定义、感知能力、通信能力和应用能力场景4个角度来看它们之间的一一对应关系：

（1）从定义角度上来说，M2M机器与机器通信是一种将通信能力植入机器，以机器终端智能交互为核心的，网络化的应用与服务。而物联网是一种将感知、通信、处理能力植入物体，具有全面感知、可靠传送、智能处理特征的连接物理世界的网络。

（2）从感知能力角度来说，M2M主要通过条形码、RFID、传感器、摄像头的方式实现信息的有限感知。而物联网通过传感器网络、智能芯片、条形码、RFID、传感器、摄像头的方式实现信息全面和透彻的感知。

（3）从通信能力角度来说，M2M主要以移动通信技术为主，实现信息的“有限”传送；而物联网主要以多种通信技术相结合，实现信息的更自由传送。

（4）从应用场景角度来说，M2M主要应用于机器监控领域，受网络覆盖、终端功耗、体积受限。而物联网的受限范围小，应用极其丰富。

如图5-6所示，M2M与物联网关系示意图描述了M2M机器通信与物联网之间的相互关系。

5.3 物联网在智慧旅游中的应用

5.3.1 便捷“一卡通”服务

运用物联网等技术，把旅游“吃、住、行、游、娱、购”等都纳入，建立旅游公共信息服务平台。旅行社把具有电子标签、集成电路芯片和射频感应器的“一卡通”发给游客。而散客到达目的地后，可在预订或入住的酒店领取“一卡通”。“一卡通”可以包含游客及旅游行程活动的所有信息。游客利用“一卡通”可以入住酒店、进入景区参观游览，还可以对它进行充值，用于旅游区内的餐饮、娱乐、购物及乘车等一切消费活动，每次消费扣除卡中相应的金额，剩余的金额可在游客结束旅程时返还。应用统一的RFID信息系统，将餐饮、酒店、交通、门票、购物及娱乐等部门有机地整合在一起，为游客提供快捷便利的一条龙服务，提高游客旅游体验和游憩的质量。同时物联网控制器可将相应的信息显示在景区内设立的大屏幕、手机、多媒体终端上，提供无所不在的信息服务，使游客通过手机等移动通信技术能及时了解到旅游地的价格和景点情况，减少或杜绝游客在景区被骗挨宰的现象，从而满足游客人性化的需求，树立良好的旅游目的地形象。

5.3.2 酒店景区管理

通过物联网技术随时随地预订酒店，结合无线智能酒店系统、订房系统等，景区RFID智能门票系统通过RFID技术对景区门票的防伪、销售和检票进行处理，包括防伪系统和检票系统等，智能导游系统包括定位子系统、无线数据传输和显示交互系统等。景区智能远程视频监控系统，整合摄像机、视频服务器和联网技术，对景区旅游者进行集体监控，包含数据采集系统、图像分析系统和智能信息系统等。

（1）利用“一卡通”的RFID电子标签射频感应功能，在堆叠情况下能够快速读取数据和信息，满足大流量识别，这样在旅游旺季客流量比较集中的时段，可以达到高效的人性化入住和验票效果，缓解游客在酒店入住、景区购票检票时的巨大压力，提高旅游服务效率和质量。

（2）支持特殊信息的写入和储存，实现计算机售票、验票、查询、汇总，有利于酒店客房及景区门票的控制和管理，有利于“吃、住、行、游、娱、购”等各个部门的协调，同时能快速地为统计部门提供准确的数据。

（3）RFID标签门票能够多次重复利用，这样可以避免使用大量纸质门票，极大地降低了成本，实现低碳环保的旅游发展之路。

（4）景区入口及景区内各景点设置射频感应器，该射频感应器实时发出检测信号，将读取的电子标签信息传送给物联网控制器，通过一定算法，完成人员分布及流量在线实时显示，设定每个区域人数限制，超过限制时报警，即刻完成分流报警功能。通过对景区重点部位的流量监控及利用神经网络算法，通过训练完成景区及重点区域人流量分析预测，可以使景区快速获取当前景区内的游客数量，当超过景区最大承载容量时就可以暂缓售票或停止售票来进行景区总客流的控制，有助于景区工作人员通过适当引导来调整相应景点的游客量，缓解那些人气较旺景点的压力，保证景区景点安全，符合景区负载要求。

（5）物联网技术中通过无线多传感器技术，引入温度、湿度、风向等传感器对旅游资源的温湿度、负重度、色泽度等各个方面进行监测，将传感信息传给物联网控制器，对景区内的资源实行视频监控，将景区的实时数据分析处理，使管理者可以对资源进行及时的维护，而设置在景点附近的识别系统及预警系统对试图破坏旅游资源的游客发出警告，使景区内的各旅游资源成为一个整体，形成相对科学、完善的监测管理系统，使旅游资源具有更长久的生命力。

5.3.3 旅游设施监测

为了更好地对各旅游景点、主题公园、保护区等旅游设施的安全监测和维护保养，可以通过物联网等高科技手段实时掌握设施的运营数据。

例如，杭州市成立西湖世界文化遗产监测管理中心“守卫”西湖，旨在利用现代科技手段，实时监控整个景区，全面提升对西湖遗产的保护和监测管理水平。

据了解，该监测系统包括一个动态监测平台和一套静态监测系统。动态监测是通过视频、摄像头24h监测，目前整个西湖风景名胜区里已经安装了1800个摄像头，主要针对遗产区的客流量、机动车流量，当流量过大时进行疏导、分流。静态监测系统，就是通过建立数据库、预警系统，监测保护遗产区。特别是西湖十景和14处西湖文化史迹，进行重点监控，配合人工巡查，设立预警系统，一旦某一点超出遗产保护的数据范围，系统就会自动报警。有关专家就能立刻制定方案、组织专家进行论证，再实施保护措施。数据库里包含遗产区所有文物、建筑、水体、山体等数据监测标准。在检测中如出现水平移位、沉降、风化侵蚀等现象，监测数据数值超过预警标准，系统就会自动报警。

5.3.4 旅游环境资源监测

通过物联网等高科技手段建立旅游环境资源检测系统对旅游区进行监测和管理，降低旅游活动对环境的影响。系统主要收集并建立旅游地环境与生物原始数据库，在相关技术的辅助下，把所有数据以数字化的方式加以整合，使得在生物资源调查、自然保护区选址和规划、建立动物和植物分布数据库等方面发挥指导作用。