葉子 都寧 張好 李浩智 梁琨

摘? 要：高校浴室常會(huì)出現(xiàn)人員流量高峰不平衡、浴間使用情況未知、衣柜占用率高等問(wèn)題，給學(xué)生們的校園生活帶來(lái)諸多不便。本系統(tǒng)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，融合了物聯(lián)網(wǎng)感知、無(wú)線通信和智能分析等技術(shù)，采用紅外傳感器、溫濕度傳感器等實(shí)現(xiàn)浴室人員和環(huán)境的多維實(shí)時(shí)感知，對(duì)客流量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計(jì)分析，動(dòng)態(tài)智能估算各時(shí)段浴室的使用率，并利用手機(jī)APP對(duì)浴室人數(shù)、溫度、空氣濕度等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可視化展示，從而實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰洗浴以及浴室的智能化服務(wù)。

關(guān)鍵詞：預(yù)定系統(tǒng);安卓開發(fā);校園浴室

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）09-0058-03

Abstract： Bathroom in Colleges and universities often have problems such as unbalanced peak flow of personnel， unknown use of bathrooms and high occupancy rate of wardrobes， which bring many inconveniences to students' campus life. Based on the concept of “Internet +”， the system integrates the technologies of Internet of things sensing， wireless communication and intelligent analysis. It uses infrared sensors， temperature and humidity sensors to realize the multi-dimensional real-time perception of bathroom personnel and environment. Data collection and statistical analysis of passenger flow are carried out， and the utilization rate of bathrooms in each period is estimated by dynamic intelligence. The mobile phone APP is used to display the bathroom number， water temperature， air humidity， idle time prediction and other information dynamically in real time， so as to realize the intelligent service of staggered peak bath and bathroom.

Keywords： Reservation; Android; Bathroom

引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會(huì)信息化的程度不斷的提高，公共設(shè)施逐漸趨向智能化發(fā)展，智能化服務(wù)得到了極大的提升和飛躍，智能家居的概念逐漸被人們所熟悉。例如上海虹橋火車站的廁所智能引導(dǎo)系統(tǒng)，使用戶在衛(wèi)生間外就能對(duì)廁位的使用情況了如指掌。該系統(tǒng)有使用戶更直觀的了解廁所情況、節(jié)約用戶時(shí)間、提高廁所使用效率等優(yōu)點(diǎn)，方便了人們的生活。校園浴室作為校園生活不可或缺的一部分，在學(xué)生學(xué)習(xí)、生活中發(fā)揮著極其重要的作用。在這個(gè)快速發(fā)展的時(shí)代，給學(xué)生提供一個(gè)高效舒適的浴室環(huán)境一直都是各個(gè)高校追求的目標(biāo)。

現(xiàn)如今，高校浴室常會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題，如：浴室人員流量高峰不平衡、浴間使用情況未知、衣柜占用率高等問(wèn)題，這些問(wèn)題給同學(xué)們的校園生活帶來(lái)諸多不便。校園浴室智能引導(dǎo)與預(yù)定系統(tǒng)可以將浴室環(huán)境情況反映到用戶手機(jī)APP上，讓用戶隨時(shí)隨地查看浴室的溫度、濕度、人員流動(dòng)等情況，幫助用戶做出正確決策，躲避洗浴高峰時(shí)段，節(jié)省用戶等待時(shí)間，提高校園生活的滿意度和舒適度。同時(shí)，本系統(tǒng)適用性強(qiáng)，可以應(yīng)用到各種景區(qū)、飯店、醫(yī)院等等。

1 智能系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

校園浴室智能引導(dǎo)與預(yù)定系統(tǒng)基于傳感器和Android平臺(tái)，融合了物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)感知、多維感知與智能通信等技術(shù)，通過(guò)紅外傳感器、數(shù)據(jù)可靠傳輸[1]等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集及可靠的傳輸，通過(guò)對(duì)客流量的統(tǒng)計(jì)與分析，動(dòng)態(tài)智能估算未來(lái)的人員流動(dòng)情況，了解浴室的占用率，并且用戶可以突破地域限制，隨時(shí)隨地通過(guò)智能移動(dòng)終端手機(jī)APP進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展示（人員流動(dòng)情況、溫度、空氣濕度等等），實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰洗浴，以及浴室的智能化服務(wù)。

本系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)[2]，包括客戶端、服務(wù)器端，以及各種傳感器設(shè)備。客戶端的功能是與用戶完成交互，完成注冊(cè)、登錄、查看天氣情況、瀏覽浴室內(nèi)溫度和濕度、浴室人數(shù)、賬戶余額等操作。服務(wù)器端的功能是處理客戶端的請(qǐng)求，客戶端和傳感器端的數(shù)據(jù)傳輸也是通過(guò)服務(wù)器來(lái)完成的。服務(wù)器端通過(guò)預(yù)留接口與客戶端進(jìn)行通信，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

2.1 軟件功能架構(gòu)

校園浴室智能引導(dǎo)與預(yù)定系統(tǒng)APP部分包括用戶模塊、浴位預(yù)定、天氣模塊、其他模塊功能。本系統(tǒng)包含的功能模塊如圖2所示。

2.2 軟件功能實(shí)現(xiàn)

2.2.1 服務(wù)器端和通信的實(shí)現(xiàn)

Web服務(wù)器主要是由用戶數(shù)據(jù)管理模塊、浴室環(huán)境管理模塊、浴室客流量估算三個(gè)模塊組成。

用戶數(shù)據(jù)管理模塊，主要是對(duì)用戶注冊(cè)、登陸時(shí)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，管理用戶當(dāng)前的狀態(tài)。浴室環(huán)境管理模塊，則是對(duì)浴位當(dāng)前狀態(tài)、浴室環(huán)境（如溫度、濕度）進(jìn)行管理。以上兩個(gè)模塊的實(shí)時(shí)性要求比較高，包括用戶狀態(tài)、浴位當(dāng)前狀態(tài)等等。考慮到未來(lái)軟件用戶量龐大，使用時(shí)間較為集中，短時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)請(qǐng)求量過(guò)大的情況，本系統(tǒng)采用了redis緩存[3]來(lái)提高對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力，并定期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行持久化維護(hù)以保護(hù)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。浴室客流量估算是通過(guò)對(duì)之前很長(zhǎng)一段時(shí)間的浴室使用情況的持久化數(shù)據(jù)的分析，來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)浴室的同期使用情況，并推薦浴室最佳使用時(shí)間。

服務(wù)器提供了與客戶端通信的API接口。服務(wù)器和客戶端的通信采用 WebSocket（無(wú)連接的字節(jié)流類型），它是一種在單個(gè)TCP連接上進(jìn)行全雙工通訊的協(xié)議，工作比較簡(jiǎn)單，于是客戶端和服務(wù)器端的通信就很直接，不需要再重新建立一個(gè)通道。連接建立成功后，服務(wù)器將接收到的信息主動(dòng)向客戶端發(fā)送，網(wǎng)絡(luò)傳輸效率較高。[4]服務(wù)器與客戶端的連接方式如圖3所示。

2.2.2 客戶端的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)基于安卓開發(fā)，手機(jī)客戶端采用安卓操作平臺(tái)，其用戶操作的流程如下如圖4所示。

用戶啟動(dòng)APP后，先判斷是否處于登錄狀態(tài)，若沒(méi)有登錄則引導(dǎo)用戶注冊(cè)并登錄。登錄成功后，用戶可以查看到浴室的溫度、濕度，以及浴位的使用情況，并接收到用戶提示智能推薦洗浴時(shí)間，同時(shí)，本系統(tǒng)還提供在線預(yù)定功能。

（1）對(duì)客流量的統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)對(duì)傳感器傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行匯總與統(tǒng)計(jì)，我們會(huì)獲得一個(gè)當(dāng)前浴室人數(shù)的數(shù)據(jù)，計(jì)算浴室使用率，并將該數(shù)據(jù)顯示到手機(jī)APP上。

本系統(tǒng)還對(duì)測(cè)得的人流量進(jìn)行了匯總分析，根據(jù)服務(wù)器提供的數(shù)據(jù)，將一周的各個(gè)時(shí)間段的人數(shù)繪制成了折線圖，并且對(duì)其進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)選取了某一周的早晨8：00到晚上10：00的客流量檢測(cè)情況，實(shí)驗(yàn)表明每天下午及晚上的人流量會(huì)顯著增多，而且周末洗浴的人數(shù)會(huì)大幅度的增加，如圖5所示。本系統(tǒng)根據(jù)該數(shù)據(jù)，對(duì)用戶的洗浴時(shí)間進(jìn)行智能的推薦和合適的提醒，讓用戶能夠有更好的洗浴體驗(yàn)。

（2）智能估算高峰時(shí)段

每當(dāng)用戶打開軟件時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)向服務(wù)端發(fā)出請(qǐng)求，請(qǐng)求結(jié)果用JSON格式發(fā)送給客戶端[5]?？蛻舳擞肎SON對(duì)JSON進(jìn)行解析，把解析的數(shù)據(jù)異步加載到對(duì)應(yīng)的控件上，給用戶顯示當(dāng)前浴室環(huán)境、人流量等數(shù)據(jù)，有了正在洗浴的人數(shù)和浴位數(shù)，我們就可以計(jì)算浴室的使用率：浴室使用率=人數(shù)/浴位數(shù)，并將其以餅狀圖的形式顯示到用戶的手機(jī)APP上。本系統(tǒng)還會(huì)對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷其數(shù)值的所在區(qū)間，并對(duì)用戶做出對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確合理友好的提示，從而實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰洗浴以及浴室的智能化服務(wù)。

（3）浴位在線預(yù)定模塊

設(shè)用戶去澡堂洗澡的時(shí)間為T，在T時(shí)間段內(nèi)去澡堂洗澡的人數(shù)為P，預(yù)定洗澡的順序?yàn)镹，澡堂的最大容量為M，則錯(cuò)峰洗浴算法如下：

（4）多維感知與可視化展示

軟件向服務(wù)端發(fā)出請(qǐng)求，獲取當(dāng)前浴室情況的數(shù)據(jù)，比如浴室溫度、浴室濕度等，在后臺(tái)會(huì)將獲取到的數(shù)據(jù)傳入MPAndroidChart控件中制成餅圖，并以圖表的形式展示出來(lái)，然后顯示到手機(jī)APP上，讓用戶更直觀的去了解浴室當(dāng)前狀況，如圖7所示。

3 硬件功能實(shí)現(xiàn)

光線感應(yīng)電路：

光敏電阻傳感器[6]常用于日常生活中對(duì)光的測(cè)量、控制以及光電之間的轉(zhuǎn)換。而使其阻值發(fā)生變化的光線人眼都能觀察到。

在本系統(tǒng)中，使用光敏電阻來(lái)監(jiān)測(cè)每個(gè)浴位的占用情況。當(dāng)用戶將卡片插入卡槽時(shí)，卡槽環(huán)境變暗，光敏電阻阻值升高，單片機(jī)檢測(cè)到電流變化后就會(huì)向服務(wù)器發(fā)送該浴位有人的信息，服務(wù)器隨即將該浴位的狀態(tài)標(biāo)記為“占用”。同理，在用戶離開時(shí)，卡片從卡槽中拿出，單片機(jī)向服務(wù)器再次發(fā)出信號(hào)，解除其的“占用”狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于前期調(diào)研、大致的市場(chǎng)分析以及用戶的需求，本系統(tǒng)將為用戶帶來(lái)便利感和舒適感體驗(yàn)，解決了浴室客流量不平衡的問(wèn)題，有效的利用浴室資源，提高了校園管理服務(wù)效率。本系統(tǒng)也適用于食堂、醫(yī)院、博物館等人群密集處，可以平衡人員流動(dòng)，有利于服務(wù)質(zhì)量的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海勇.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可靠傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京郵電大學(xué)，2016.

[2]林偉婷.C/S與B/S架構(gòu)技術(shù)比較分析[J].科技資訊，2018，16（13）：15-16.

[3]周智.Redis分布式緩存實(shí)現(xiàn)與解析[J].信息通信，2018（06）：24-25.

[4]夏玲，王偉平.客戶端與服務(wù)器端的Socket通信[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2009，5（04）：812-813.

[5]郝俊生，李冰鋒，陳曦，等.基于Android平臺(tái)的高校網(wǎng)絡(luò)訂餐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2018，45（S1）：591-594.

[6]王彥華，劉希璐.光敏電阻器原理及檢測(cè)方法[J].裝備制造技術(shù)，2012（12）：101-102+113.