邢更力1,賈 凡,孫 健,畢明浩

(1.公安部第一研究所，北京 100000; 2.北京航天測控技術(shù)有限公司，北京 100041)

0 引言

近年來隨著定位與導航技術(shù)以及智能終端設備的普及，高精度定位在社會生產(chǎn)生活中的應用愈發(fā)廣泛。目前室外定位依賴衛(wèi)星能夠取得米級甚至亞米級的精度，基本滿足了日常應用需求，但在室內(nèi)缺少衛(wèi)星信號的場合，高精度定位應用仍處于起步階段[1]。

博物館是國家文明歷史的教科書，是對廣大人民群眾進行傳統(tǒng)文化教育、歷史文明教育的前沿，目前全國的博物館向全社會實行免費開放，同時廣大人民群眾的文化消費和科技體驗要求日益增強，如何通過信息、智能等現(xiàn)代科技大力提升自身的公共服務質(zhì)量，讓觀眾獲得更好的文化藝術(shù)體驗，成為博物館信息化建設中的重要目標[2]。

在博物館信息化系統(tǒng)中，通過高精度人員定位可以精確測量出各個觀眾的軌跡信息，針對用戶精準推送參觀服務，也可以統(tǒng)計和監(jiān)控觀眾流量，對博物館自身服務進行提升[3]。因此，有必要在博物館信息化建設中應用高精度室內(nèi)定位技術(shù)，建立高效智能的參觀服務系統(tǒng)，提升博物館的社會服務水平。

本文采用基于無線通信的高精度室內(nèi)定位技術(shù)，實現(xiàn)觀眾智能化服務和博物館綜合管理。

1 基于無線通信的高精度室內(nèi)人員定位系統(tǒng)總體設計方案

觀眾信息化管理系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務需求功能劃分為自動化票務系統(tǒng)、個性化觀眾導覽系統(tǒng)、公共信息發(fā)布系統(tǒng)、基礎信息設施等部分。系統(tǒng)各部分子系統(tǒng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

個性化觀眾導覽系統(tǒng)具備基于觀眾實時位置信息的展品信息推送、展品/展覽詳細信息查詢、館內(nèi)游覽路線導航、館內(nèi)設施使用及區(qū)域人流密度情況查詢(衛(wèi)生間、電梯、餐廳人員密度等)、館內(nèi)尋人及應急幫助呼叫等針對觀眾體驗的人性化服務功能。

公共信息發(fā)布服務系統(tǒng)主要能夠為參展商及場館管理者提供快捷方便的展示信息制作平臺及制作模板。參觀觀眾能夠通過信息發(fā)布屏、智能終端設備及館內(nèi)語音廣播系統(tǒng)獲取場館對外發(fā)送的展品信息、展覽預告、疏散引導等公共信息。

基礎信息系統(tǒng)主要實現(xiàn)對信息系統(tǒng)網(wǎng)絡化統(tǒng)一管理，建立統(tǒng)一基礎信息數(shù)據(jù)庫，對各子系統(tǒng)信息統(tǒng)一存儲、統(tǒng)計、分析；具備對系統(tǒng)各設備進行實時監(jiān)管、維護。

自動化票務主要實現(xiàn)自助換票、自助退票、票務信息統(tǒng)計、網(wǎng)絡票務預約、票卡運營及維護等功能，同時該子系統(tǒng)還包含人工票務終端，實現(xiàn)輔助團隊、特殊人群換票等功能。觀眾基礎信息庫主要實現(xiàn)對觀眾信息統(tǒng)計、存儲、分析。

2 室內(nèi)定位系統(tǒng)設計

2.1 定位系統(tǒng)硬件設計

定位系統(tǒng)硬件設備主要包括：智能終端、定位系統(tǒng)、網(wǎng)絡交換設備、系統(tǒng)管理服務器等。

圖2 智能導覽系統(tǒng)硬件框圖

其中無線網(wǎng)絡系統(tǒng)主要包含無線接入、AP接入交換機、用戶接入節(jié)點AP管理器(AC)等部分。根據(jù)各樓層人流數(shù)量分布情況，為保障網(wǎng)絡系統(tǒng)穩(wěn)定性，每層采用獨立冗余交換機布置，采用光纖雙線匯聚布線，每層布置高性能接入交換機2臺[4]。

網(wǎng)絡數(shù)據(jù)量計算：每個接入設計接入為50個最終用戶，每個用戶預設2 Mbps帶寬。按照單層最大40個AP計算，設每個用戶在

滿帶寬需求，對單層交換機最大要求總?cè)萘繛?00 Mbps；

2.2 定位系統(tǒng)功能設計

定位功能指標:

1)定位系統(tǒng)定位響應時間小于2 s；

2)二維定位系統(tǒng)平均誤差不超過3米，最大誤差不超過5米；

3)工程允許同時定位人數(shù)不小于20000。

智能終端，作為提升博物館人性化服務的重要設備，具有定位、信息推送、智能導航、信息檢索、觀眾互動、在線幫助等諸多功能：

1)可實現(xiàn)展品信息講解功能；

2)館內(nèi)智能地圖導覽；

3)基于位置信息的業(yè)務數(shù)據(jù)推送；

4)語音導覽；

5)館內(nèi)尋人；

6)觀眾互動；

7)可回收重復利用

根據(jù)智能終端使用人群的不同，可分為腕帶式設備、手持式設備及其他設備三類[5]。

普通參觀者可持自帶智能手機，通過刷二維碼的方式將智能導覽系統(tǒng)終端軟件安裝于手機中，并通過連接館內(nèi)WIFI網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)智能導覽服務功能[6-7]。

無智能手機的參觀者，館內(nèi)提供手持式智能終端設備。參觀者可根據(jù)需要自行換取，并通過智能終端設備完成智能導覽服務。

針對兒童、老人等特殊人群。館內(nèi)提供有腕帶式終端設備，佩戴者家屬可通過掃描二維碼的方式將腕帶終端與手機或手持式終端進行綁定，當發(fā)生走散時，用戶可通過尋人功能自行快速地查找到失散親人。

2.2.1 導覽服務管理軟件

與定位系統(tǒng)服務器信息發(fā)布服務器共享人員位置信息、展覽信息等。管理員登錄系統(tǒng)后，可對需要發(fā)布或推送的信息進行創(chuàng)建、編輯、刪除等操作。

信息內(nèi)容包括：文字、語音、圖片、視頻等格式。

系統(tǒng)容量：同時在線人數(shù)10 000人。

2.2.2 移動終端軟件

移動終端軟件(APP)分為IOS/Android兩個版本。

觀眾通過手機掃描票卡上印刷的二維碼來安裝APP。安裝后，用戶可按照分類查看館內(nèi)已發(fā)布的信息。另外，當用戶處于信息推送點位時，接收服務器自動推送的信息，觀眾可選擇性查看[8]。

另外，觀眾可以通過軟件定位自身位置，以便合理安排游覽路線。

圖3 定位系統(tǒng)網(wǎng)絡框架

3 個性化觀眾導覽子系統(tǒng)設計

個性化觀眾導覽系統(tǒng)提供了便捷的展品/展覽詳細信息查詢、基于位置信息的實時導游語音/畫面/文字推送、館內(nèi)游覽路線查詢、館內(nèi)設施/區(qū)域使用情況查詢(衛(wèi)生間、電梯、餐廳人員密度等)、館內(nèi)尋人及應急幫助呼叫等諸多提升參觀體驗的人性化服務。該類服務數(shù)據(jù)業(yè)務如推送數(shù)據(jù)、語音信息等均有導覽服務器統(tǒng)一處理[9]。

個性化觀眾導覽子系統(tǒng)軟件主要包括導覽服務管理軟件、定位服務管理軟件、AP設備管理軟件及智能終端軟件四部[10]。

圖4 個性化觀眾導覽子系統(tǒng)框架

3.1 應用軟件設計

3.1.1 導覽服務管理軟件

功能如下：

1)服務器硬件管理

2)導覽應用軟件

(1)展品信息查檢索；

(2)推送信息查詢；

(3)定位數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；

(4)終端請求信息處理；

(5)終端狀態(tài)監(jiān)測及管理。

3.1.2 定位服務軟件

1)服務器硬件管理

2)定位應用軟件

(1)終端掃描；

(2)終端信息記錄；

(3)坐標數(shù)據(jù)處理；

(4)AP坐標標記；

(5)地圖繪制。

3.1.3 AP設備管理軟件

1)網(wǎng)絡參數(shù)設置；

2)設備維修數(shù)據(jù)記錄；

3)設備在線狀態(tài)監(jiān)控

3.2 智能終端軟件設計

智能終端軟件設計架構(gòu)如圖5所示。

圖5 智能終端軟件架構(gòu)

表1 智能終端軟件功能表

4 觀眾信息分析統(tǒng)計子系統(tǒng)設計

觀眾信息分析統(tǒng)計子系統(tǒng)包括基礎信息控制平臺軟件、基礎信息服務管理軟件及數(shù)據(jù)庫管理軟件。具體功能描述如下：

4.1 基礎信息控制平臺軟件

基礎信息控制平臺軟件運行在監(jiān)控管理終端設備，具備以下功能：

1)監(jiān)控顯示各子系統(tǒng)實時推送數(shù)據(jù)：

監(jiān)控自動化票務子系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)：票箱余票、在館人數(shù)、換票觀眾信息、實時客流量統(tǒng)計等；

監(jiān)控個性化導覽子系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)：智能終端接入數(shù)量、觀眾位置信息、熱門查詢信息、區(qū)域人流密度等；

公共信息發(fā)布子系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)：信息發(fā)布實時監(jiān)控。

表2 回放統(tǒng)計內(nèi)容表

2)具備歷史數(shù)據(jù)回放、檢索、導出:

具備信息統(tǒng)計、分析等功能，具體內(nèi)容如表2所示。

3)異常狀態(tài)報警：

(1)設備異常狀態(tài)報警；

(2)觀眾求助報警；

(3)緊急事件(如火災、踩踏等)報警。

4)具備遠程操控管理：

本系統(tǒng)預留與安防監(jiān)控室遠程控制接口。

5)設備狀態(tài)監(jiān)管：

實時監(jiān)測所有在線終端設備狀態(tài)。對已接入信息化管理系統(tǒng)網(wǎng)絡的硬件設備進行應用層參數(shù)配置。

6)擴展服務業(yè)務：

(1)布展建議：根據(jù)觀眾游覽習慣，針對不同觀眾受群及不同類型的展覽，向管理者提供最優(yōu)的布展方式及信息展示方式，并提供最優(yōu)建議依據(jù)。

(2)清場管理：閉館清場時，系統(tǒng)將統(tǒng)計入館和出館觀眾數(shù)量，發(fā)現(xiàn)未回收的票卡時，系統(tǒng)自動報警提示。

(3)客流管控：根據(jù)館內(nèi)現(xiàn)有人員數(shù)量及最大接待能力，控制售票售票環(huán)節(jié)減少入館人數(shù)。

4.2 基礎信息服務管理軟件

1)硬件服務器管理

2)基礎信息服務應用

(1)平臺軟件控制管理；

(2)數(shù)據(jù)庫管理；

(3)安全管理。

4.3 數(shù)據(jù)庫管理軟件

數(shù)據(jù)庫管理軟件用于建立、使用和維護本案各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以便于對整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理和控制。根據(jù)使用功能分類，數(shù)控庫管理軟件可分為7部分組成，包括：

1)數(shù)據(jù)定義；

2)數(shù)據(jù)操作；

3)數(shù)據(jù)庫運行管理；

4)數(shù)據(jù)組織、存儲與管理；

5)數(shù)據(jù)庫保護；

6)數(shù)據(jù)庫維護；

7)通信。

5 結(jié)束語

通過設計基于無線通信的高精度室內(nèi)人員定位系統(tǒng)，能夠為博物館管理、觀眾服務帶來質(zhì)的提升，目前已應用于多個博物館信息化建設中。相比于傳統(tǒng)室內(nèi)定位應用，本文所述的系統(tǒng)還具有如下特點：

1)采用移動終端互聯(lián)技術(shù)，提升館內(nèi)參觀觀眾的高品質(zhì)服務體驗；

在本系統(tǒng)用，觀眾通過智能導覽終端、個人移動電話等設備接入館內(nèi)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)對用戶的無縫數(shù)據(jù)漫游，無需專用定位終端，無需重復登錄認證，為觀眾隨時隨地提供所需的位置信息查詢、展品信息檢索、室內(nèi)地圖導航、互動等，提高了博物館科學化運營的效率，同時提升館內(nèi)觀眾高品質(zhì)的服務體驗。

2)采用大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)，實現(xiàn)對觀眾信息行為、展品信息進行深度挖掘、分析。

通過對各系統(tǒng)中運行核心要素建立觀眾信息數(shù)據(jù)庫、展品信息數(shù)據(jù)庫，公共信息發(fā)布數(shù)據(jù)庫、票務信息數(shù)據(jù)庫、設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫等，實現(xiàn)對系統(tǒng)中各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲。采用云計算技術(shù)對各類型數(shù)據(jù)庫進行分析、歸納，進一步提高館內(nèi)服務管理效率、水平，提升觀眾游覽體驗[7]。運用公共信息發(fā)布系統(tǒng)通過信息發(fā)布制作平臺及信息發(fā)布設備，將館內(nèi)展覽信息及相關(guān)信息通過音頻、視頻等多媒體方式向參觀觀眾進行展示。

未來，隨著5G技術(shù)和IOT應用的普及，室內(nèi)定位應用也必然與物聯(lián)網(wǎng)相融合，其定位精度和廣度將極大提升，本文所述的室內(nèi)導航導覽及人員信息化管理系統(tǒng)也必將得到廣泛的應用。在5G通信技術(shù)和萬物互聯(lián)計算的支持下，城市公共場所數(shù)字化管理水平定將呈現(xiàn)飛速進步的趨勢。