第5章 物聯網

智慧旅游中的物聯網可以理解為互聯網旅游應用的擴展以及泛在網的旅游應用形式。如果稱基于互聯網技術的旅游應用為“線上旅游”，那么基于物聯網技術的旅游應用則可稱為同時涵蓋“線上”與“線下”的“線上線下旅游”。物聯網技術突破了互聯網應用的“在線”局限，而這種突破是適應旅游者的移動以及非在線特征的。泛在網是指無所不在的網絡，即基于個人和社會的需求，利用現有的和新的網絡技術，實現人與人、人與物、物與物之間無所不在的按需進行的信息獲取、傳遞、存儲、認知、決策及使用等的綜合服務網絡體系。基于物聯網的旅游應用的“線上”、“線下”融合體現了泛在網“無所不在”的本質特征，而這種本質也是適應旅游者的動態與移動特征的。

5.1 物聯網概念及特點

20世紀90年代由美國施樂（Xerox）公司開發的網絡可樂販售機拉開了人類使用物聯網的帷幕。人們通過網絡操控利用傳感技術的過程中，逐漸發掘出物聯網的真正價值所在。比爾·蓋茨在他的《未來之路》一書中提到物聯網的基本概念；美國的《技術評論》雜志在2003年提出傳感技術將是未來改變人們生活的十大技術之一；2005年國際電信聯盟（ITU）發布《ITU互聯網報告2005：物聯網》，在其中引用了“物聯網”的概念；2008年美國IBM提出的“智慧地球”概念已上升至美國國家戰略層面，該戰略認為信息技術產業下一階段的重點發展方向是把新一代信息技術充分運用在各行各業之中，具體說就是把傳感技術應用到油氣管道、鐵路、橋梁、隧道、大壩、建筑、公路、供水系統、電網等各種領域中去，并且被整個網絡連接，形成“物聯網”。歐盟委員會在2009年6月，向歐盟議會、理事會、歐洲經濟和社會委員會及地區委員會遞交了《歐盟物聯網行動計劃》（Internet of Things-An action plan for Europe），以保障歐洲在組建物聯網過程中起到主導的關鍵作用。該計劃共包括14項內容。2009年日本的i-Japan戰略，希望在u-Japan的基礎上，強調電子政務和社會信息服務引用。

2009年8月，國務院總理溫家寶考察無錫時提出加快傳感產業發展，要在無錫盡快建立“感知中國”中心，把新一代信息技術充分運用在各行各業，把各種傳感器裝備于電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、油氣管道等，形成“物聯網”。然后，通過超級計算機和云計算機，將“物聯網”整合起來，實現人類社會與物理系統的整合。

5.1.1 物聯網概念

物聯網（Internet of Things）這個詞，國內外普遍公認的是MIT Auto-ID（美國麻省理工學院自動識別中心）Ashon教授在研究RFID時最早提出來的。在2005年國際電信聯盟（ITU）發布的同名報告中，物聯網的定義和范圍已經發生了改變，覆蓋范圍也有了較大拓展，不再只是指基于RFID技術的物聯網。

物聯網是指利用RFID技術、傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議，實現物與物、物與人在任何時間、任何地點的泛在連接，從而進行信息交換和通信，以實現對物品和過程的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的龐大網絡系統。

物聯網的“物”能夠接入物聯網是因為它們具有接收信息的接收器；具有數據傳輸通路；有的物體需要有一定的存儲功能或者操作系統；部分專用物聯網中的物體有專門的應用程序；可以發送和接收數據；傳輸數據時遵循物聯網的通信協議；物體接入網絡中需要有世界網絡中可被識別的唯一編號。

5.1.2 物聯網特點

物聯網具有全面感知、可靠傳輸、智能處理三大特征。

（1）全面感知。物聯網要將大量物體接入網絡并進行通信，對物體的全面感知非常重要。全面感知是指物聯網隨時隨地獲取物體的信息。物聯網利用RFID、傳感器、二維碼等能夠隨時隨地采集物體的動態信息。

（2）可靠傳輸。對整個物聯網的高效、正確、可靠運行起到了很重要的作用，是物聯網的一個重要特征。可靠傳輸是指通過物聯網對無線網絡和互聯網的融合，將物體的信息實時、準確地傳遞給用戶。

（3）智能處理。將收集起來的數據進行處理運算，然后做出相應的決策，來指導系統進行相應的改變，它是物聯網應用實施的核心。智能處理是指利用計算機技術，及時地對海量的數據進行信息控制，真正達到了人與物、物與物的溝通。

5.1.3 物聯網體系架構

物聯網體系架構如圖5-1所示。

（1）感知層。感知層是物聯網的皮膚和五官，用于識別物體、采集信息。感知層包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、M2M終端、傳感器網關等，主要功能是識別物體、采集信息，與人體結構中皮膚和五官的作用類似。

感知層解決的是人類世界和物理世界的數據獲取問題。它首先通過傳感器、數碼相機等設備，采集外部物理世界的數據，然后通過RFID、條碼、工業現場總線、藍牙、紅外等短距離傳輸技術傳遞數據。感知層所需要的關鍵技術包括RFID技術、傳感和控制技術、短距離無線通信技術以及對應的RFID天線閱讀器研究、傳感器材料技術、短距離無線通信協議、芯片開發和智能傳感器節點等。

（2）傳輸層。它相當于人的神經系統，將感知層獲取的各種不同信息傳遞到處理中心進行處理。網絡層由各種網絡，包括互聯網、廣電網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，是整個物聯網的中樞，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。目前傳輸層都是基于現有的通信網和互聯網建立，包括各種無線、有線網關、接入網和核心網，主要實現感知層數據和控制信息的雙向傳遞、路由和控制。物聯網傳輸層主要技術是基于通信網和互聯網的傳輸技術，傳輸方式分有線傳輸和無線傳輸及三網融合等。

（3）應用層。應用層是物聯網和用戶的接口，它與行業需求結合，實現物聯網的智能應用。

5.2 物聯網的核心技術

5.2.1 EPC技術

EPC（Electronic Product Code，電子產品編碼）技術的最終目標是為每一個商品建立全球的、開放的編碼標準。EPC統一了對世界范圍內商品標識編碼的規則，并通過應用于RFID系統中，聯合網絡技術而組成了EPC系統。EPC規定了用數字信息的形式存儲于和具體的商品實物固定在一起的RFID應答器中。

目前的EPC系統中應用的編碼類型主要有3種：64位、96位和256位。EPC編碼由版本號、產品域名管理、產品分類部分和序列號4個字段組成。

EPC-64編碼類型，分為typeⅠ、typeⅡ和typeⅢ 3種類型；94位EPC編碼目前只有一種typeⅠ型，版本號字段占8位，域名管理占28位，序列號為36位；EPC-256編碼類型分為typeⅠ、typeⅡ和typeⅢ 3種類型，它的域名管理分別占32位、64位和128位。

EPC系統結構如圖5-2所示，其中ONS（Object Naming Service，對象名稱解析服務器）用來把EPC轉化成IP地址，定位相應的計算機和完成相應的信息交互服務。而PML（Physical Markup Language，實體標識語言）服務器中，存儲用PML語言描述的實物信息，如實物名稱、種類、性質、生產日期、生產廠家信息、實物存放位置、實物的使用說明等。首先EPC編碼讀寫器讀出商品中的EPC編碼信息，由EPC產品管理中間件，傳輸到Internet中，最后經過網絡傳輸到ONS服務器，找到該EPC對應的IP地址，由IP地址找到PML服務器，從產品信息的數據庫中獲取相關實物信息并做相應處理。

EPC條形碼技術是集編碼、印刷、識別、數據采集和處理于一身。條形碼是一種將多個寬度不等的黑條和空白，按照一定的編碼規則排列，用來表達信息的圖形標識符。一維條碼是由一組寬度不同、反射率不同的平行相鄰的線條和空白，按照一定的編碼規則和技術標準組合而成，用來表示某種數據信息的符號。而在EPC條形碼的編碼方式中在水平和垂直方向的二維空間存儲信息的條碼，稱為二維條碼（2 dimensional bar code），可直接顯示英文、中文、數字、符號和圖形。

一維條碼只是在一個方向（一般是水平方向）表達信息，而在垂直方向則不表達任何信息，其一定的高度通常是為了便于閱讀器的對準。而二維條碼在EPC條形碼的編碼方式中在水平和垂直方向的二維空間存儲信息的條碼。儲存數據量大，可存放1K字符，可用掃描儀直接讀取內容，無需連接數據庫，其對比如表5-1所示。

5.2.2 RFID技術

射頻識別（Radio Frequency Identification, RFID）技術是一種非接觸式自動識別技術，它利用射頻信號，實現對目標對象的自動識別并獲取相關數據。RFID是物聯網關鍵技術之一，物聯網需要感知各種物體，RFID這種非接觸式自動識別技術的出現很好地解決了這一問題，成為物品識別最有效的方式。RFID的基本技術原理起源于第二次世界大戰期間，雷達的改進催生了RFID技術，1948年奠定了RFID理論基礎，尚處于實驗室階段。到了20世紀60年代RFID技術有了大的發展，有了早期的應用。20世紀80年代開始，RFID進入商業應用，標準化出現，RFID產品逐漸進入生活。21世紀初，RFID迎來了一個嶄新的發展時期，RFID產品種類更加豐富，成本不斷降低。

RFID系統主要由RFID應答器、RFID閱讀器及RFID高層軟件組成。RFID應答器是由天線、編/解碼器、電源、解調器、存儲器、控制器及負載電路組成。典型的閱讀器包含高頻模塊（發送器和接收器）、控制單元、振蕩電路以及閱讀器天線幾部分。RFID高層軟件介于前端RFID讀寫器硬件模塊和后端數據庫之間。RFID工作于不同的頻段，如表5-2所示，主要有LF、HF及UHF等，LF代表低頻射頻，在125kHz左右。HF代表高頻射頻，在13.54MHz左右。UHF代表超高頻射頻，在850～910MHz范圍內。還有2.4G的微波頻段。

RFID應用系統工作原理（圖5-3）:RFID卡進入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應電流經升壓電路作為芯片的電源，同時將信息的感應電流通過射頻前端電路檢得數字信號送入邏輯控制電路進行信息處理；所需回復的信息則從存儲器中獲取，經由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發回讀寫器。

RFID標簽俗稱電子標簽，也稱應答器。根據工作方式不同，可分為主動式（有源）和被動式（無源）兩大類。表5-3所示為主動式與被動式RFID技術比較。

RFID作為物品識別最有效的方式，具有一些非常明顯的優點：

（1）讀取方便快捷。數據讀取無需光源，甚至可以透過外包裝進行。有效識別距離大，采用自帶電池的主動標簽時，有效識別距離可達30m以上。

（2）識別速度快。標簽已進入磁場，讀寫器就可以即時讀取其中的信息，而且能同時處理多個標簽。

（3）數據容量大。數據容量最大的二維條形碼，最多也只能存儲2725個數字，若包含漢字則存儲量更少；而RFID標簽則可以根據用戶的需要擴充到數KB甚至更大。

（4）使用壽命長，應用范圍廣。

（5）標簽數據可以動態更改。

（6）更好的安全性。為標簽數據的讀寫設置密碼保護，從而具備更高的安全性。

（7）動態實時通信。標簽以50～100次/s的頻率與讀寫器通信，只要RFID標簽所附著物體出現在讀寫器的有效識別范圍內，就可以對其位置進行動態追蹤和監控。

5.2.3 傳感器技術

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節，是物聯網感知層最核心技術之一。傳感器的發展正朝著小型化和智能化方向發展，其中最具代表性的是微機電系統（Micro-Electro-Mechanical-System, MEMS，又稱微電子機械系統）傳感器。

MEMS是指集微型傳感器、執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統。概括起來，MEMS具有以下幾個基本特點：微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產。MEMS傳感器由于體積小、功耗低、便于集成，在物聯網時代應用非常廣泛。MEMS傳感器按種類分，主要包括面陣觸覺傳感器、諧振力敏感傳感器、微型加速度傳感器、真空微電子傳感器，目前已經出現的包括壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀、墨水噴嘴和硬盤驅動頭等。MEMS傳感器的出現體現了當前的傳感器小型化發展趨勢。

5.2.4 無線傳感器網絡技術

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量傳感器節點通過無線通信方式形成的一種多跳的自組織網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，它實現了數據的采集、處理融合和傳輸應用。

圖5-4所示為傳感器系統結構。傳感器節點主要由能量供應模塊、傳感器模塊、處理器模塊和無線通信模塊組成。

如圖5-5所示，無線傳感網絡協議棧與互聯網協議棧5層協議相對應。協議棧還包括能量管理、移動管理和任務管理。

WSN無線傳感器網絡與現有無線網絡的區別在于：

（1）WSN是集成了監測、控制以及無線通信的網絡系統，節點數目更為龐大（上千甚至上萬），節點分布更為密集。

（2）由于環境影響和能量耗盡，節點更容易出現故障。

（3）環境干擾和節點故障容易造成網絡拓撲結構的變化。

（4）通常情況下，大多數傳感器節點固定不動。

（5）傳感器節點具有的能量、處理能力、存儲能力和通信能力等十分有限。

（6）傳統無線網絡的首要設計目標是提高服務質量和高效率利用，其次才考慮節約能源；而WSN的首要設計目標是能源的高效利用，這也是WSN與傳統無線網絡最重要的區別之一。

WSN無線傳感器網絡的特點包括大規模網絡、自組織網絡、動態性網絡、可靠的網絡、與應用相關的網絡和以數據為中心的網絡等。

5.2.5 M2M技術

M2M（Machine-to-Machine/Man，機器對機器）是一種以機器終端智能交互為核心的，網絡化的應用與服務。它通過在機器內部嵌入無線通信模塊，以無線通信等為接入手段，為客戶提供綜合的信息化解決方案，以滿足客戶對監控、指揮調度、數據采集和測量等方面的信息化需求。

而M2M與物聯網從定義、感知能力、通信能力和應用能力場景4個角度來看它們之間的一一對應關系：

（1）從定義角度上來說，M2M機器與機器通信是一種將通信能力植入機器，以機器終端智能交互為核心的，網絡化的應用與服務。而物聯網是一種將感知、通信、處理能力植入物體，具有全面感知、可靠傳送、智能處理特征的連接物理世界的網絡。

（2）從感知能力角度來說，M2M主要通過條形碼、RFID、傳感器、攝像頭的方式實現信息的有限感知。而物聯網通過傳感器網絡、智能芯片、條形碼、RFID、傳感器、攝像頭的方式實現信息全面和透徹的感知。

（3）從通信能力角度來說，M2M主要以移動通信技術為主，實現信息的“有限”傳送；而物聯網主要以多種通信技術相結合，實現信息的更自由傳送。

（4）從應用場景角度來說，M2M主要應用于機器監控領域，受網絡覆蓋、終端功耗、體積受限。而物聯網的受限范圍小，應用極其豐富。

如圖5-6所示，M2M與物聯網關系示意圖描述了M2M機器通信與物聯網之間的相互關系。

5.3 物聯網在智慧旅游中的應用

5.3.1 便捷“一卡通”服務

運用物聯網等技術，把旅游“吃、住、行、游、娛、購”等都納入，建立旅游公共信息服務平臺。旅行社把具有電子標簽、集成電路芯片和射頻感應器的“一卡通”發給游客。而散客到達目的地后，可在預訂或入住的酒店領取“一卡通”。“一卡通”可以包含游客及旅游行程活動的所有信息。游客利用“一卡通”可以入住酒店、進入景區參觀游覽，還可以對它進行充值，用于旅游區內的餐飲、娛樂、購物及乘車等一切消費活動，每次消費扣除卡中相應的金額，剩余的金額可在游客結束旅程時返還。應用統一的RFID信息系統，將餐飲、酒店、交通、門票、購物及娛樂等部門有機地整合在一起，為游客提供快捷便利的一條龍服務，提高游客旅游體驗和游憩的質量。同時物聯網控制器可將相應的信息顯示在景區內設立的大屏幕、手機、多媒體終端上，提供無所不在的信息服務，使游客通過手機等移動通信技術能及時了解到旅游地的價格和景點情況，減少或杜絕游客在景區被騙挨宰的現象，從而滿足游客人性化的需求，樹立良好的旅游目的地形象。

5.3.2 酒店景區管理

通過物聯網技術隨時隨地預訂酒店，結合無線智能酒店系統、訂房系統等，景區RFID智能門票系統通過RFID技術對景區門票的防偽、銷售和檢票進行處理，包括防偽系統和檢票系統等，智能導游系統包括定位子系統、無線數據傳輸和顯示交互系統等。景區智能遠程視頻監控系統，整合攝像機、視頻服務器和聯網技術，對景區旅游者進行集體監控，包含數據采集系統、圖像分析系統和智能信息系統等。

（1）利用“一卡通”的RFID電子標簽射頻感應功能，在堆疊情況下能夠快速讀取數據和信息，滿足大流量識別，這樣在旅游旺季客流量比較集中的時段，可以達到高效的人性化入住和驗票效果，緩解游客在酒店入住、景區購票檢票時的巨大壓力，提高旅游服務效率和質量。

（2）支持特殊信息的寫入和儲存，實現計算機售票、驗票、查詢、匯總，有利于酒店客房及景區門票的控制和管理，有利于“吃、住、行、游、娛、購”等各個部門的協調，同時能快速地為統計部門提供準確的數據。

（3）RFID標簽門票能夠多次重復利用，這樣可以避免使用大量紙質門票，極大地降低了成本，實現低碳環保的旅游發展之路。

（4）景區入口及景區內各景點設置射頻感應器，該射頻感應器實時發出檢測信號，將讀取的電子標簽信息傳送給物聯網控制器，通過一定算法，完成人員分布及流量在線實時顯示，設定每個區域人數限制，超過限制時報警，即刻完成分流報警功能。通過對景區重點部位的流量監控及利用神經網絡算法，通過訓練完成景區及重點區域人流量分析預測，可以使景區快速獲取當前景區內的游客數量，當超過景區最大承載容量時就可以暫緩售票或停止售票來進行景區總客流的控制，有助于景區工作人員通過適當引導來調整相應景點的游客量，緩解那些人氣較旺景點的壓力，保證景區景點安全，符合景區負載要求。

（5）物聯網技術中通過無線多傳感器技術，引入溫度、濕度、風向等傳感器對旅游資源的溫濕度、負重度、色澤度等各個方面進行監測，將傳感信息傳給物聯網控制器，對景區內的資源實行視頻監控，將景區的實時數據分析處理，使管理者可以對資源進行及時的維護，而設置在景點附近的識別系統及預警系統對試圖破壞旅游資源的游客發出警告，使景區內的各旅游資源成為一個整體，形成相對科學、完善的監測管理系統，使旅游資源具有更長久的生命力。

5.3.3 旅游設施監測

為了更好地對各旅游景點、主題公園、保護區等旅游設施的安全監測和維護保養，可以通過物聯網等高科技手段實時掌握設施的運營數據。

例如，杭州市成立西湖世界文化遺產監測管理中心“守衛”西湖，旨在利用現代科技手段，實時監控整個景區，全面提升對西湖遺產的保護和監測管理水平。

據了解，該監測系統包括一個動態監測平臺和一套靜態監測系統。動態監測是通過視頻、攝像頭24h監測，目前整個西湖風景名勝區里已經安裝了1800個攝像頭，主要針對遺產區的客流量、機動車流量，當流量過大時進行疏導、分流。靜態監測系統，就是通過建立數據庫、預警系統，監測保護遺產區。特別是西湖十景和14處西湖文化史跡，進行重點監控，配合人工巡查，設立預警系統，一旦某一點超出遺產保護的數據范圍，系統就會自動報警。有關專家就能立刻制定方案、組織專家進行論證，再實施保護措施。數據庫里包含遺產區所有文物、建筑、水體、山體等數據監測標準。在檢測中如出現水平移位、沉降、風化侵蝕等現象，監測數據數值超過預警標準，系統就會自動報警。

5.3.4 旅游環境資源監測

通過物聯網等高科技手段建立旅游環境資源檢測系統對旅游區進行監測和管理，降低旅游活動對環境的影響。系統主要收集并建立旅游地環境與生物原始數據庫，在相關技術的輔助下，把所有數據以數字化的方式加以整合，使得在生物資源調查、自然保護區選址和規劃、建立動物和植物分布數據庫等方面發揮指導作用。