基于RFID技術(shù)的智能景區(qū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：隨著旅游業(yè)成為當(dāng)今世界最具有發(fā)展活力和潛力的產(chǎn)業(yè)，RFID與旅游業(yè)的集成和結(jié)合是大勢所趨。RFID智能景區(qū)系統(tǒng)將RFID應(yīng)用到門票中，杜絕了偽造門票，提高了閘口檢票速率；并結(jié)合流量監(jiān)控和游客行跡追蹤，實(shí)現(xiàn)了景區(qū)內(nèi)游客的自助導(dǎo)游服務(wù)。采用基于Web的B／S模式結(jié)合Web Service，SSL、動(dòng)態(tài)緩存、負(fù)載均衡、集群和ActiveX控件技術(shù)，使得系統(tǒng)擴(kuò)展性好、安全性能高；用戶使用方便、操作靈活，可大大提高景區(qū)管理的工作效率。
關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；電子門票；RFID數(shù)據(jù)管理；軟件設(shè)計(jì)

0 引言
    隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，旅游已經(jīng)成為人們休閑度假的主要選擇方式之一，旅游業(yè)成為當(dāng)今世界最具發(fā)展活力和潛力的產(chǎn)業(yè)。旅游行業(yè)的繁榮發(fā)展和游客日益劇增既給旅游景區(qū)帶來了巨大的機(jī)遇，但也帶來了更大的挑戰(zhàn)：例如如何杜絕因大量的偽造門票而造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失；如何提高入口檢票速率；如何實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)景點(diǎn)游客流量密度，確保景區(qū)游客量不給景區(qū)帶來破壞性影響。
    本文提出的RFID智能景區(qū)系統(tǒng)采用先進(jìn)的RFID技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)，是一個(gè)全方位、多層次、立體化及高效率的旅游信息管理系統(tǒng)，其管理方便快捷，也將整個(gè)景區(qū)實(shí)現(xiàn)了售票電腦化、驗(yàn)票自動(dòng)化、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化、管理信息化。其中RFID標(biāo)簽門票具有以下技術(shù)特點(diǎn)：
    (1)根據(jù)一定的規(guī)則向每張電子門票寫入數(shù)據(jù)，他人不可仿效，由驗(yàn)票系統(tǒng)加上人臉識(shí)別模塊自動(dòng)識(shí)別門票，這樣就杜絕了因假票和人為因素而造成旅游景區(qū)門票收入的流失；
    (2)RFID超高頻技術(shù)讀取速度快，能大大提高入口檢票速率；
    (3)對旅游景區(qū)的餐飲、酒店、商場進(jìn)行了全面的信息化管理，給游客提供全方面的旅游信息，并且游客可在景區(qū)的用戶終端機(jī)上刷自己的門票，查詢自己在景區(qū)游覽的行跡及各個(gè)景點(diǎn)當(dāng)前人流量密度；并自動(dòng)給出游客提供最佳旅游路線；實(shí)現(xiàn)游客自助導(dǎo)游服務(wù)；
    (4)在旅游景區(qū)的各個(gè)景點(diǎn)部署一系列的讀寫器，實(shí)時(shí)追蹤游客，通過算法來解決景區(qū)游客量實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題，并按一定的時(shí)間間隔對各景區(qū)的游客量進(jìn)行存儲(chǔ)，通過查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，為景區(qū)的管理決策人員和相關(guān)職能管理部門進(jìn)行景區(qū)規(guī)劃和日常管理工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 RFID技術(shù)
    RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸式信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)。20世紀(jì)90年代以來，RFID技術(shù)迅速發(fā)展，因其具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、穿透力強(qiáng)、讀寫距離遠(yuǎn)、讀取速率快、使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于身份識(shí)別、物流管理、物品追蹤、防偽、交通、動(dòng)物管理等諸多領(lǐng)域。
    一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)主要由限量的后臺(tái)計(jì)算機(jī)、若干讀寫器、閱讀器及電子標(biāo)簽組成。其中電子標(biāo)簽是物品識(shí)別的載體，每個(gè)標(biāo)簽具有惟一的電子編碼，其內(nèi)部存放著物品的相關(guān)信息；讀寫器和閱讀器是系統(tǒng)的中間設(shè)備，它們通過射頻信息同電子標(biāo)簽進(jìn)行近距離通信，從而識(shí)別標(biāo)簽指代的物品信息，通過接口把信息匯總給后臺(tái)計(jì)算機(jī)。讀寫器和閱讀器的區(qū)別在于，讀寫器可以對標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作，而閱讀器只能讀取標(biāo)簽內(nèi)部存放的信息；后臺(tái)計(jì)算機(jī)分析從中間設(shè)備傳來的信息，負(fù)責(zé)管理整個(gè)標(biāo)簽系統(tǒng)的正常工作。
    RFID系統(tǒng)的硬件組成包括電子標(biāo)簽和電子標(biāo)簽讀寫器兩部分。讀寫器通過射頻信息同電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，系統(tǒng)通過讀寫器給電子標(biāo)簽發(fā)送指令，并通過讀寫器分析電子標(biāo)簽返回的有關(guān)信息；電子標(biāo)簽是應(yīng)答器，用來響應(yīng)讀寫器的指令，并報(bào)告處理結(jié)果。
    電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片組成，標(biāo)簽天線是讀寫器和標(biāo)簽芯片之間進(jìn)行信號(hào)和能量傳遞的終結(jié)。標(biāo)簽芯片則根據(jù)讀寫器的指令，做出相應(yīng)的操作和響應(yīng)。

2 系統(tǒng)概述
    整個(gè)RFID智能景區(qū)系統(tǒng)采用先進(jìn)的RFID技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)，平均故障發(fā)生率低，可以保證驗(yàn)票環(huán)節(jié)的安全性、及時(shí)性及穩(wěn)定性，另外高性能及高容錯(cuò)的系統(tǒng)服務(wù)器，可以確保服務(wù)器的高穩(wěn)定性、安全性及網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)傳輸，保證了信息的及時(shí)性。其物理架構(gòu)模型如圖1所示。

    在系統(tǒng)中主要采用B／S模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，即瀏覽器／服務(wù)器模式，選擇J2EE分布式技術(shù)體系作為整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用集成平臺(tái)，J2EE分布式體系是一種技術(shù)先進(jìn)、功能完備、穩(wěn)定可靠、安全快速的企業(yè)級(jí)計(jì)算平臺(tái)，通過J2EE分布式可以快速構(gòu)建分布、可擴(kuò)展、可移植、安全可靠的服務(wù)器端配置。

3 軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    整個(gè)系統(tǒng)為六層結(jié)構(gòu)，即表現(xiàn)層、工作流層、事務(wù)服務(wù)層、基礎(chǔ)服務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。各層之間只與下一層相關(guān)，各層之間邏輯獨(dú)立，是松耦合的關(guān)系。軟件體系架構(gòu)圖如圖2所示。
    (1)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)層。由于所有的壓力最終都會(huì)反映到數(shù)據(jù)庫層，所以對數(shù)據(jù)庫做了一個(gè)整體的規(guī)劃，按照業(yè)務(wù)、區(qū)域等特性對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行配置，考慮了分庫、分區(qū)、分表等策略，確保數(shù)據(jù)庫能正常的數(shù)據(jù)服務(wù)。
    (2)數(shù)據(jù)訪問層。數(shù)據(jù)庫訪問層將負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的持久與查詢工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮高度訪問數(shù)據(jù)庫為優(yōu)先的原則來設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)使用了自己的輕量級(jí)持久層框架來操作數(shù)據(jù)庫，它將減少了很多中間過程，直接經(jīng)過數(shù)據(jù)庫連接池訪問數(shù)據(jù)庫。以達(dá)到高度訪問數(shù)據(jù)庫的目的。
    (3)基礎(chǔ)服務(wù)層?；A(chǔ)服務(wù)層提供服務(wù)緩存機(jī)制；在并發(fā)時(shí)，請求會(huì)對業(yè)務(wù)層的產(chǎn)生較大的沖擊力，為了減輕業(yè)務(wù)層的負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了使用緩存。緩存就是把內(nèi)存或硬盤分配一定的空間來臨時(shí)儲(chǔ)存一些數(shù)據(jù)，這里的緩存主要是用來臨時(shí)的存放從DAO層包裝起來的一些數(shù)據(jù)，它生命的位置在Web服務(wù)器端的Service層前面，在一定條件下(生命周期內(nèi))，客戶端再次發(fā)來的請求將不再對業(yè)務(wù)層造成沖擊力。它將削弱來自前端對后層的訪問壓力。以提高系統(tǒng)的整體性能，增強(qiáng)處理并發(fā)能力。
    基礎(chǔ)服務(wù)層也提供安全服務(wù)策略。安全策略包括兩個(gè)主要操作，第一個(gè)被稱為“認(rèn)證”，是為用戶建立一個(gè)他所聲明的主體。主體一般是指用戶，設(shè)備或可以在系統(tǒng)中執(zhí)行動(dòng)作的其他系統(tǒng)。“授權(quán)”指的是一個(gè)用戶能否在你的應(yīng)用中執(zhí)行某個(gè)操作，在到達(dá)授權(quán)判斷之前，身份的主體已經(jīng)由身份驗(yàn)證過程建立了。本平臺(tái)對關(guān)鍵數(shù)據(jù)使用SSL加密技術(shù)。SSL運(yùn)行在TCP／IP層之上、應(yīng)用層之下，為應(yīng)用程序提供加密數(shù)據(jù)通道，它采用了RC4、MD5以及RSA等加密算法，使用40位的密鑰，適用于商業(yè)信息的加密。HTTPS實(shí)際上就是HTTP over SSL，它使用默認(rèn)端口443，而不是像HTTP那樣使用端口80和TCP／IP進(jìn)行通信。HTTPS協(xié)議使用SSL在發(fā)送方把原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，然后在接受方進(jìn)行解密，加密和解密需要發(fā)送方和接受方通過交換共知的密鑰來實(shí)現(xiàn)，因此，所傳送的數(shù)據(jù)不容易被網(wǎng)絡(luò)黑客截獲和解密。
    (4)事務(wù)服務(wù)層。事務(wù)服務(wù)層提供系統(tǒng)特定的事務(wù)處理接口，事務(wù)是平臺(tái)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)規(guī)則。在MVC的部件中，模型擁有最多的處理任務(wù)，被模型返回的數(shù)據(jù)是中立的，就是說模型與數(shù)據(jù)格式無關(guān)，這樣一個(gè)模型能為多個(gè)視圖提供數(shù)據(jù)。以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)模型重復(fù)使用。主要以Service形式存在)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)后，則Spring容器來管理，并在整個(gè)生命周期內(nèi)高效果的重復(fù)使用。事務(wù)服務(wù)層提供對外統(tǒng)一接口：平臺(tái)作為整個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心、業(yè)務(wù)中心。由于本平臺(tái)與外部諸多子平臺(tái)、硬件設(shè)備等有著密切的交互關(guān)系。為了外界與本平臺(tái)更好的交互，本平臺(tái)將提供方便與外部子系統(tǒng)、硬件設(shè)備等的交互的以Web Service形式存在的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口。
    (5)工作流層。工作流層主要是在一個(gè)工作群組中，為了達(dá)成某一個(gè)共同目的而需要多人協(xié)力以循序或平行工作的形式來共同完成的任務(wù)；它負(fù)責(zé)將有關(guān)業(yè)務(wù)活動(dòng)依時(shí)序或邏輯關(guān)系相互連接構(gòu)成業(yè)務(wù)流程。在業(yè)務(wù)開展過程中，文檔、信息或任務(wù)，依據(jù)組織規(guī)范在參與者之間傳遞、處理或執(zhí)行?？傮w業(yè)務(wù)流程中，實(shí)現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)輔助處理而達(dá)到自動(dòng)化的全部或部分。也就是說，工作流層是在計(jì)算機(jī)輔助下全部或部分自動(dòng)執(zhí)行的工作過程，該過程可運(yùn)行于異質(zhì)、分布的運(yùn)行環(huán)境中，供多人協(xié)同工作。
    包含如下3大功能模塊：建立時(shí)功能、運(yùn)行時(shí)控制功能、同用戶及應(yīng)用程序的交互功能。
    建立時(shí)功能  主要目標(biāo)是通過某種分析、建模及系統(tǒng)定義手段將現(xiàn)實(shí)世界的業(yè)務(wù)過程轉(zhuǎn)化成某種能夠被計(jì)算機(jī)處理的形式化表示(過程定義)。過程定義中一般都包含有對業(yè)務(wù)過程中的各個(gè)活動(dòng)步驟的描述、同這些活動(dòng)相關(guān)的各種計(jì)算機(jī)或人工操作、以及在各活動(dòng)之間進(jìn)行切換的各種控制規(guī)則。
    運(yùn)行時(shí)實(shí)例控制功能  主要進(jìn)行在某個(gè)計(jì)算環(huán)境中工作流過程的管理及各活動(dòng)步驟之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。運(yùn)行時(shí)控制系統(tǒng)將解釋過程定義，完成過程的可操作實(shí)例的創(chuàng)建及控制，調(diào)度過程中各活動(dòng)步驟，為所涉及到的用戶生成待其處理的任務(wù)，并在合適的時(shí)機(jī)調(diào)用有關(guān)的應(yīng)用程序資源等等。
    運(yùn)行時(shí)同用戶及應(yīng)用的交互功能  主要完成對工作流實(shí)例執(zhí)行過程中各種活動(dòng)的處理。在過程實(shí)例的執(zhí)行過程中，需要用戶通過某種應(yīng)用程序來完成過程定義所要求完成的處理或操作。
    (6)表現(xiàn)層。表示層用戶界面(User Interface，UI)，也稱人機(jī)界面，是指用戶和某些系統(tǒng)進(jìn)行交互方法的集合，這些系統(tǒng)不單單指電腦程序，還包括某種特定的機(jī)器，設(shè)備，復(fù)雜的工具等?？刂茖咏邮苡脩舻妮斎氩⒄{(diào)用模型和視圖去完成用戶的需求。所以當(dāng)單擊Web頁面中的超鏈接和發(fā)送HTML表單時(shí)，控制器本身不輸出任何東西和做任何處理。它只是接收請求并決定調(diào)用哪個(gè)模型構(gòu)件去處理請求，然后確定用哪個(gè)視圖來顯示模型處理返回的數(shù)據(jù)。為了減輕網(wǎng)絡(luò)流量、增強(qiáng)用戶體驗(yàn)感，表現(xiàn)層采用了相應(yīng)的壓縮技術(shù)。主要是兩方面，一是打包部署時(shí)，對需要下載行客戶端的Javascript文件、CSS文件、Html代碼等進(jìn)行壓縮。二是，部署到Web容易后采用GZlP壓縮傳輸技術(shù)。

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
    此系統(tǒng)是一個(gè)多層分布式的軟件體系結(jié)構(gòu)。其設(shè)計(jì)思路主要是：基于J2EE平臺(tái)，客戶端和應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的通信以及異構(gòu)之間的數(shù)據(jù)交換等通過應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層的數(shù)據(jù)訪問類實(shí)現(xiàn)的。軟件功能模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

    用戶層：是RFID旅游景區(qū)信息系統(tǒng)與系統(tǒng)使用者之問的聯(lián)系層。
    (1)景區(qū)內(nèi)工作人員可以通過瀏覽器進(jìn)入系統(tǒng)的業(yè)務(wù)部分進(jìn)行工作，如完成系統(tǒng)配置、統(tǒng)計(jì)查詢等；
    (2)游客通過RFID讀卡器和閘機(jī)完成驗(yàn)票和蹤跡記錄功能；
    (3)游客還可通過自助終端機(jī)和PDA設(shè)備完成景區(qū)路線推薦、個(gè)人蹤跡查詢等功能。
    應(yīng)用層是RFID旅游景區(qū)信息系統(tǒng)軟件架構(gòu)的中間層，是應(yīng)用軟件業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)和業(yè)務(wù)邏輯處理集中的部分。采用J2EE平臺(tái)技術(shù)，解耦、內(nèi)聚、性能、伸縮、擴(kuò)展、靈活、可靠、安全是應(yīng)用層設(shè)計(jì)的原則。它主要包括四個(gè)子系統(tǒng)：信息管理平臺(tái)、票務(wù)管理系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、短信息平臺(tái)。服務(wù)層是RFID旅游景區(qū)信息軟件架構(gòu)的底層，主要包括Web服務(wù)、接口服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、通信服務(wù)，為RFID智能景區(qū)系統(tǒng)的應(yīng)用層提供服務(wù)。

5 結(jié)語
    RFID智能景區(qū)系統(tǒng)是基于RFID的旅游景區(qū)應(yīng)用解決方案采用先進(jìn)的RFID技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、定位技術(shù)、通信和信息技術(shù)等諸多高科技技術(shù)，能有效地解決各大旅游景區(qū)的票務(wù)和信息管理中的傳統(tǒng)問題，RFID技術(shù)應(yīng)用于旅游景區(qū)的綜合服務(wù)與管理，具有多方面的戰(zhàn)略性積極影響。
    (1)創(chuàng)新門票管理模式，實(shí)現(xiàn)參觀行為可追溯。建立完整的機(jī)遇RFID技術(shù)的電子門票管理系統(tǒng)，創(chuàng)新門票管理模式，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)制票／售票、檢票／查票、票務(wù)管理、數(shù)據(jù)采集及結(jié)算、數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)、信息分析、查詢、報(bào)表等整個(gè)流程的業(yè)務(wù)管理智能化，形成行業(yè)RFID技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。
    (2)提高工作效率，減少經(jīng)濟(jì)損失。使旅游景區(qū)業(yè)務(wù)工作全部納入計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理，系統(tǒng)自動(dòng)驗(yàn)票，提高工作效率；解決票證防偽問題，避免可能的巨額經(jīng)濟(jì)損失。
    (3)提高游客滿意度，擴(kuò)大景區(qū)知名度。通過對景區(qū)游客信息的深度挖掘，并實(shí)現(xiàn)自助導(dǎo)游，進(jìn)一步提高旅游景區(qū)的服務(wù)水平，提高顧客滿意度；擴(kuò)大旅游景區(qū)的知名度，提升旅游景區(qū)的形象和品牌。