李嘉健 李曉雯

湘潭大學(xué)公共管理學(xué)院

一、引言

2019年12月，正值春節(jié)之際，一場(chǎng)突如其來(lái)的災(zāi)難——新冠肺炎迅速蔓延至全國(guó)。2020年5月，全國(guó)逐漸復(fù)產(chǎn)復(fù)工，高校也陸續(xù)開學(xué)，但是在疫情防控期間大部分學(xué)校卻沒(méi)有可以保證學(xué)生就餐安全的方法和措施，這帶來(lái)了一定的安全隱患。以新型冠狀病毒為代表的傳染病毒大多都具有較強(qiáng)的傳播性，而高校食堂更是人群聚集的場(chǎng)所，易發(fā)生大規(guī)模接觸，具有時(shí)間集中、地點(diǎn)集中、人員復(fù)雜等特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)差錯(cuò)，將直接危害師生的身體健康，造成嚴(yán)重后果。因此，解決師生就餐問(wèn)題就成為了高校在疫情防控等重大公共衛(wèi)生事件中的重要環(huán)節(jié)。對(duì)此，許多學(xué)者和專家已對(duì)“智慧食堂”系統(tǒng)進(jìn)行了分析和研究，任碩果[1]對(duì)“智慧食堂”的管理做出設(shè)計(jì)，杜歡[2]利用ASP技術(shù)對(duì)食堂的人流量進(jìn)行分析，范虹霞[3]提出可以利用RFID技術(shù)提高學(xué)生就餐效率，艾亮東[4]利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了新型“智慧食堂”的系統(tǒng)模型，對(duì)“智慧食堂”進(jìn)行改進(jìn)等等。但這些研究所設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)需要花費(fèi)較大成本，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也較為困難，因此高校需求一個(gè)低成本高效率的“智慧食堂”系統(tǒng)。本文在綜合考慮了各種因素后設(shè)計(jì)出一個(gè)簡(jiǎn)單易行、低成本高效率的“智慧食堂”管理系統(tǒng)，以確保在疫情防控等重大公共衛(wèi)生事件下高校師生的就餐安全。

二、現(xiàn)今“智慧食堂”系統(tǒng)的缺陷

目前，眾多學(xué)者提出了關(guān)于“智慧食堂”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)想法，市場(chǎng)上也已出現(xiàn)了許多“智慧食堂”管理系統(tǒng)，然而這些“智慧食堂”管理系統(tǒng)應(yīng)用在疫情防控中卻有明顯的缺陷：

功能不足。現(xiàn)今市場(chǎng)上大多數(shù)“智慧食堂”管理系統(tǒng)的主要功能是提前報(bào)餐訂餐，從而方便食堂準(zhǔn)備飯菜，減少食物浪費(fèi)。這種“智慧食堂”管理系統(tǒng)顯然不能滿足疫情防控要求下高校食堂的需求，無(wú)法保證師生的就餐安全。

成本較高。市場(chǎng)上另一些“智慧食堂”管理系統(tǒng)具有人臉識(shí)別、自動(dòng)結(jié)算等功能，這些功能可以提高學(xué)生就餐效率，減少結(jié)算失誤并降低人工成本，甚至在一定程度上可以用于疫情防控下的高校食堂，以降低師生就餐期間對(duì)于復(fù)雜人群的接觸率。但這樣的“智慧食堂”管理系統(tǒng)對(duì)硬件要求高、系統(tǒng)成本高，而且技術(shù)復(fù)雜、維護(hù)困難，不適合作為大多數(shù)高校的食堂管理系統(tǒng)，不具有實(shí)現(xiàn)上的普遍可行性。

實(shí)現(xiàn)困難。許多學(xué)者也提出了改進(jìn)“智慧食堂”管理系統(tǒng)的思路和方案，但是實(shí)現(xiàn)時(shí)存在技術(shù)方面的困難，且成本較高。

三、疫情防控下“智慧食堂”系統(tǒng)的創(chuàng)新

在疫情防控等重大公共衛(wèi)生事件的背景下，該如何實(shí)現(xiàn)低成本、高效率地保證高校師生的就餐安全是值得思考的問(wèn)題。本文在經(jīng)過(guò)大量的調(diào)查分析與研究后，對(duì)高?！爸腔凼程谩毕到y(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新，并將其以微信小程序的形式實(shí)現(xiàn)，以求低成本、高效率地解決疫情防控背景下高校師生就餐安全的問(wèn)題。

（一）流程簡(jiǎn)介

首先，用戶需要打開微信小程序進(jìn)入登錄界面。然后，食堂員工進(jìn)入管理端后可以更新菜單、獲取后臺(tái)數(shù)據(jù)以及查看用戶反饋。用戶登錄師生端之后，點(diǎn)擊“刷新”按鈕可以看到各個(gè)食堂過(guò)去15分鐘和未來(lái)15分鐘的人流量變化情況。點(diǎn)擊“推薦”按鈕，系統(tǒng)會(huì)向用戶推薦此時(shí)最適合用戶用餐的食堂。用戶參考系統(tǒng)的推薦，選擇人數(shù)不超過(guò)閾值（關(guān)于閾值將在下文介紹）的食堂，提交申請(qǐng)。用戶到達(dá)食堂后，點(diǎn)擊“進(jìn)入食堂”按鈕，系統(tǒng)檢測(cè)出用戶GPS在食堂區(qū)域內(nèi)則自動(dòng)通過(guò)請(qǐng)求。用戶向工作人員展示“成功進(jìn)入食堂”頁(yè)面即可進(jìn)入食堂，進(jìn)行線上點(diǎn)餐。不在食堂用餐的用戶，點(diǎn)餐后可以將食物直接打包帶走。在食堂用餐的用戶則需要進(jìn)行座位預(yù)定操作。座位預(yù)定界面會(huì)顯示所在食堂座位被占用的情況和系統(tǒng)推薦的座位，用戶參考系統(tǒng)推薦選擇座位之后，需要在一定時(shí)間內(nèi)到達(dá)座位，否則座位將自動(dòng)取消。用戶用餐完畢后，離開食堂。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)出用戶的位置不在食堂區(qū)域內(nèi)時(shí)，自動(dòng)退座。最后，用戶還可以在反饋界面發(fā)布動(dòng)態(tài)來(lái)評(píng)價(jià)此次用餐體驗(yàn)。

（二）功能創(chuàng)新及算法設(shè)計(jì)

（1）人流量預(yù)測(cè)功能，利用人流量預(yù)測(cè)算法（CPP）預(yù)測(cè)人流量。

學(xué)生就餐之前在微信小程序上點(diǎn)擊按鈕，選定所要就餐的食堂和座位，系統(tǒng)收集各個(gè)座位被占用的情況上傳至后端數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過(guò)這些數(shù)據(jù)采用基于CPP模型的人數(shù)計(jì)算算法預(yù)測(cè)未來(lái)15分鐘食堂就餐人數(shù)，并在小程序的“流量統(tǒng)計(jì)”模塊上實(shí)時(shí)發(fā)布各食堂當(dāng)前購(gòu)餐就餐人數(shù)與預(yù)測(cè)值信息，引導(dǎo)師生錯(cuò)峰分時(shí)就餐，最大限度地降低交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。

人流量預(yù)測(cè)算法（CPP）的具體設(shè)計(jì)思路如下：

人流量預(yù)測(cè)模型建立在正態(tài)分布的基礎(chǔ)上，食堂人數(shù)在營(yíng)業(yè)時(shí)間[t1,t2]內(nèi)呈正態(tài)分布N (μ=0,σ2)，其中σ未知，構(gòu)建[-3σ,3σ]間的正態(tài)分布。對(duì)于食堂營(yíng)業(yè)時(shí)間[t1,t2]，做其對(duì)[-3σ,3σ]的換元，則取任意時(shí)間點(diǎn)[t1,t2],可得t→x (t) ∈[-3σ,3σ]。進(jìn)人的人數(shù)N(t)/Nt滿足正態(tài)分布(0,σ2)。其在一段時(shí)間內(nèi)的積分等于該段時(shí)間內(nèi)食堂的人數(shù)，通過(guò)有效時(shí)間內(nèi)積分，換算比例，可得食堂即時(shí)人數(shù)N。則通過(guò)以上方法以及采集到的一段時(shí)間內(nèi)食堂即時(shí)用餐人數(shù)，根據(jù)公式(1)的反函數(shù)可計(jì)算出從營(yíng)業(yè)時(shí)間開始每分鐘的σ值，取其平均值得到修正后的σ＊。Φ (x (t) ;0,σ)為累積分布函數(shù)。而從t時(shí)刻開始t0分鐘后預(yù)測(cè)人數(shù)由公式(3)給出。

圖1 人流量預(yù)測(cè)模型圖

其中，Nm(t)是食堂營(yíng)業(yè)開始至t時(shí)刻就餐人數(shù)；Nt是食堂營(yíng)業(yè)時(shí)間內(nèi)總就餐人數(shù),疫情期間被視為常數(shù)；Np(t1,t0)是食堂從t時(shí)刻開始t0時(shí)間后的預(yù)測(cè)總?cè)藬?shù)；t1是食堂營(yíng)業(yè)開始時(shí)刻；t2是食堂營(yíng)業(yè)結(jié)束時(shí)刻；N(t)是t時(shí)刻食堂進(jìn)人的人數(shù)；tm是平均用餐時(shí)間。

（2）食堂推薦功能，利用食堂推薦算法（OCR）推薦當(dāng)前最佳食堂。

系統(tǒng)在綜合考慮各個(gè)食堂人量變化趨勢(shì)、人流量預(yù)測(cè)結(jié)果、用戶當(dāng)前所在地理位置等各方面因素之后，利用食堂推薦算法計(jì)算出最佳食堂并推薦給用戶。

其中食堂推薦算法（OCR）的設(shè)計(jì)思路如下：

首先，系統(tǒng)會(huì)確定食堂安全閾值（Safe Threshold，ST)：閾值=空間大小(Canteen Square)＊限制人流密度(Restricted Flow Density)，即ST=CS＊D。然后，系統(tǒng)獲取用戶當(dāng)前所在地理位置，計(jì)算用戶從當(dāng)前位置到各個(gè)食堂的步行時(shí)間（Walking Time，wt），結(jié)合人流量預(yù)測(cè)算法預(yù)測(cè)wt時(shí)間后的人流量(Number of canteens，N)，從而計(jì)算出每個(gè)食堂的優(yōu)先推薦值（Priority Recommendation Value，PRV），選擇優(yōu)先推薦值最小的食堂作為最優(yōu)推薦食堂，其中PRV=N/ST。

（3）線上點(diǎn)餐功能。

用戶可以使用線上點(diǎn)餐功能點(diǎn)餐付款，食堂工作人員可以提前準(zhǔn)備好飯菜，當(dāng)用戶到達(dá)食堂之后只需向工作人員展示付款成功頁(yè)面并由工作人員確認(rèn)之后便可取餐帶走或者快速取餐就座。線上點(diǎn)餐功能可以減少用戶在食堂窗口走動(dòng)及逗留的時(shí)間，從而降低病毒傳染的風(fēng)險(xiǎn)，并且線上點(diǎn)餐功能在一定程度上可以減少食物浪費(fèi)。

（4）座位預(yù)訂功能，利用座位推薦算法（HSR）推薦最佳座位。

在選座的界面中，系統(tǒng)不僅會(huì)展示實(shí)時(shí)的空閑座位分布圖，還可以通過(guò)結(jié)合安全和效率兩個(gè)因素為用戶推薦最佳座位。用戶可以在該界面結(jié)合系統(tǒng)推薦座位預(yù)定自己喜歡的座位。

其中座位推薦算法（HSR）的設(shè)計(jì)思路如下:

在設(shè)計(jì)座位推薦模型時(shí)需要綜合考慮安全因素α和就餐效率因素β，因?yàn)椴煌膫魅静∫咔榈刃l(wèi)生事件對(duì)人們的影響程度不同，所以安全因素α需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)查得出。

其中，SV(Priority Seat Recommendation Value，SV)是座位優(yōu)先推薦值；α是安全權(quán)數(shù)；β是效率權(quán)數(shù)，為1-α；Sg(safe grade，Sg)是安全分?jǐn)?shù)；Eg(effection grade，Eg)是效率分?jǐn)?shù)。

四、結(jié)論

本文對(duì)高?！爸腔凼程谩惫芾硐到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了具有人流量預(yù)測(cè)功能、最佳食堂推薦功能、線上點(diǎn)餐功能、座位預(yù)訂及最佳就餐座位推薦功能的高?！爸腔凼程谩毕到y(tǒng)，使其可以滿足疫情防控等重大公共衛(wèi)生事件下高校食堂低成本、高效率地保障師生就餐安全的需求。這一“智慧食堂”系統(tǒng)將大大提高師生的就餐效率，降低人與人之間的接觸率，從根源上減小傳染風(fēng)險(xiǎn)，提高疫情防控背景下高校食堂師生就餐的安全性。