基于RFID技术的游客游迹跟踪与追溯系统

摘要：针对游客游览过程中游客游迹跟踪和追溯的需求，分析了无线射频识别系统数据产生和应用系统需求信息之间的不匹配，给出了游客游迹可追溯单元的语义描述，提出了使用事件处理机制处理游客身份标签数据并完成相应信息的转换，建立了基于射频识别语义事件的游客游迹跟踪模型和追溯方法，通过并发射频识别事件优先级处理策略机制，设计了游客游迹跟踪与追溯系统的功能架构、网络结构和查询。
关键词：无线射频识别；游客游迹；跟踪与追溯；事件处理机制

    随着国内经济的高速发展和个人生活水平的提高，旅游已经成为居民消费的一个主要方面，同时，旅游者的消费需求越来越个性化、多样化，更期待一站式综合化旅游产品，例如：提高旅游服务质量、防止旅游行程缩水和无止境增加自费和购物、快速救援遇险或失踪的游客。因此，建立快速、全面、精确的游客游迹跟踪与追溯系统为解决上述问题提供了可能。
    1987年的NF ENIS08402中“可追溯性”定义为：通过记录的标识追溯某个实体的历史、用途或位置的能力，这里的实体可以是一项活动或过程、一项产品、一个机构或一个人。可追溯单元由标识信息和记录信息两部分组成。标识信息的主要功能是确保跟踪与追溯过程的连续性；记录信息的主要功能是实现企业内部追溯。在游客游迹跟踪和追溯系统中，追溯的主体是游客，游迹跟踪和追溯的内容主要是游客游览的路线和行为，完成了两方面就可以实现追溯整个旅游活动。
    目前，RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术在旅游行业应用主要停留在门票、门禁等一般应用范围，在跟踪与追溯方面仅见于食品质量安全和物品追溯，例如：牛肉安全生产加工全过程质量跟踪和追溯系统研发、基于射频识别中间件的粮食质量安全追溯系统、徐焕良等提出了基于产品生命周期管理的肉品车间生产跟踪及追溯体系、李敏波等射频识别在物品跟踪与追溯系统中的应用等。跟踪和追溯技术在旅游行业中的应用，目前，未见相关的研究和应用。
    笔者针对游客游览过程中游客游迹跟踪和追溯的需求，分析了无线射频识别系统数据产生和应用系统需求信息之间的不匹配，给出了游客游迹可追溯单元的语义描述，提出了使用事件处理机制处理游客身份标签数据并完成相应信息的转换，建立了基于射频识别语义事件的游客游迹跟踪模型和追溯方法，通过并发射频识别事件优先级处理策略机制，设计了游客游迹跟踪与追溯系统的功能架构、网络结构和查询，实现了基于RFID技术的游客游迹跟踪与追溯系统。

1 基于RFID技术的游客游迹跟踪与追溯模型
    在游客游迹跟踪与追溯系统中，为了建立游客游览事件与游客实体的一一对应关系，实现游客游迹跟踪与追溯技术，必须解决游客物理实体标识与旅游管理系统中相应数据的映射问题。游客在游览过程中，RFID阅读器获取到游客身份识别卡(RFID电子标签)数据元如果直接发送给应用系统，将底层原始数据流转变成了一种可管理格式的RFID数据流，但是这样简单的变换会导致大量的重复数据，并且由于标签识别中的干扰，RFID应用系统可能将不完整甚至错误的数据元组发送给应用系统。
    因此，为了解决无线射频识别系统数据产生和应用系统信息之间的不匹配，本文将游客游览事件单元对象为游客、道路、景点、时间、行为等，主要包括记录信息和标识信息两个部分，其中，标识信息的主要功能是确保游客游览过程中游览状态的连续性；记录信息的主要功能是实现游客和外部游览景区／景点交流信息。通过游客游览事件单元的设计与构建，我们将对物理实体(即，携带电子标签参与游览活动的游客)的跟踪与追溯，转化为对游客游览活动中的不同的记录信息的跟踪与追溯，实现由游客物理实体向游览信息的转变。
    将游客游览事件单元定义为对象集合：S={S1，S2，S3，…，Sn}，S可以是单独的一位游客，也可以是众多游客{S1，S2，S3，…，Sn}所组成的旅行团。因此，该对象游客游览事件单元S集合在时间t时刻，经过某个游览点，其游览状态可以用以下7个参数来描述：
    Pt(S)={Id(S)，Attr(S)，t，Loct(S)，Dict(S)，Relat(S)，Ord(S)}
    其中：
    电子标签Id(S)：旅游景区所发售的电子门票，具有RFID电子标签唯一编码值，作为游客“人卡合一”的标识；
    属性Attr(S)：游客类型，例如：儿童卡、老人卡、成人卡、学生卡等卡的类型：
    时间t：游客S游览过程中游览变化的时间，通过RFID读写器读取游客随身携带的作为门票标识的RFID标签自动生成；
    位置Lcc(S)：游客S游览过程中游览变化的景点位置，通过读取RFID读写器的编号可以获取Loc(S)的位置；
    方向Doct(S)：游客S与管理的景点的关系，是进入还是离开景点；
    关联Relat(S)：与其他游客的关联关系；
    旅游行程单Ord(S)：游客所处于旅行行程单的号码。
    游客游览事件单元游客S的追溯信息为：inf(S)={Id(S)，Inf(Proc(S))，Inf(Ord)}，Inf(Proc(S))为游客的所有的游览信息(时间、位置、出入方向属性)，Inf(Ord)为游客行程单的详细信息。

2 游客游览RFID事件定义与处理机制
2．1 游客游览RFID事件定义描述
    EPCIS(电子产品码信息服务)是由标准组织EPCglobal提出的关于RFID(无线射频识别)数据跨企业集成和共享的标准，它提供了一整套标准的EPC(电子产品码)数据接口，可以使得由RFID读写器得到的EPC数据在企业之间进行共享。本文围绕EPCIS标准的核心部分-RFID数据集成和共享，解决了RFID数据的集成和共享问题，使得EPC抽象数据和人类可读数据进行关联映射，并为上层应用提供统一的数据交换接口，方便不同应用系统的接入。
    游客S在时间t时刻，经过某个游览点，阅读器独到的标签信息，必须生成加入了语意解释的数据事件，根据游客在景区中游览过程中位置的变化状态，我们将游客游览RFID事件定义如下4种类型：1)对象事件：表示读到标签的EPC事件；2)数量事件：表示同一旅游团标签的数量；3)交易事件，表示游客与游览业务相关联的事件，该事件可以与具体记录信息进行绑定；4)查询事件，表示游客游览事件查询次数的事件。
    游客游览RFID业务事件包含的主要XML元素为：
    {eventTime，Id(s)，readerPoint，bizLoaction，tourStatus，bitStep，epcList)
    用于标识游客游览实时状态的参数{时间，电子标签，阅读器位置，景点，游览状态，游客类型，关联标签}。根据游客游迹跟踪和追溯的需要，确定RFID业务事件包括门票购买、检票与激活、进入景区、离开景区、进入景点、离开景点等等。为了获取游客的游览状态，通过XML文件实现对游客游览RFID事件实时收集、保存并上传至数据库；通过系统接口的映射，实现系统的查询服务。
2．2 游客游览RFGID事件处理机制
    游客游览RFID事件处理机制如图1所示。游客游览RFID事件处理机制的过程描述为：游客游迹跟踪与追溯的RFID游客身份卡数据采集首先用于配置和监控RFID阅读设备；其次，在获取RFID游客身份卡数据的基础上对RFID游客身份卡数据进行过滤与整合；最后，将RFID游客身份卡数据封装定义为具有语义含义的游客游览RFID事件。

    通过处理机制的流程图我们可以看出，代表游客身份识别标识的RFID电子标签，贯穿游客整个游览过程，利用RFID为技术，能够将游客整个游览过程中的路线和行为转换为游客游览RFID事件，并将游客游览RFID事件读入数据库，各个环节也可以方便地增加相应环节的数据。游客和相关主管部门也可以通过通讯网络和终端进行游迹查询和追溯。
    RFID事件实时检测组件的主要功能是实时监测大量并发的游客游览RFID事件，当发现大量并发的游客游览RFID事件的时候，将大量并发的游客游览RFID事件转入到事件缓冲池中，以便等待处理。
    根据规则库中的事件处理条件和规则，为了获得游客游览RFID事件处理优先队列，RFID事件调度组件对缓冲池中的待处理的游客游览RFID事件进行加权优先级处理和调度；根据获得的游客游览RFID事件处理优先队列的优先顺序，RFID事件处理组件将上述的大量并发的RFID事件与游览业务进行自动匹配，从而完成RFID技术在游客游览服务中的各项应用与操作。
    根据预先设置的事件处理优先规则，RFID事件实时调度组件查询规则库中的事件处理规则或条件，对所有待处理事件进行加权优先级处理和调度，生成事件处理优先队列。根据人工事先定义事件处理规则，一次将上述的大量并发的RFID事件与游览业务进行自动匹配，从而完成RFID应用的业务操作。同时将游客游览的RFID事件通过XML文件上传并存储到数据库，以便提供游客游览活动过程的游迹流量统计与密度分布、游览定位、跟踪与追溯。
    RFID事件的优先处理策略为：1)对游客游览RFID数据和游客游览RFID事件进行采集并存储在本地的缓存中，缓存根据预先人工定义的不同旅游景点位置阅读器的业务处理重要程度赋予EPC事件不同的处理优先级别，以便确保预先处理重要的RFID事件；2)实时监控RFID事件采集
缓存的大小，当监测采集到的游客游览RFID数据达到或超出缓存阈值的时候，该缓存的数据处理优先级设置为最高，并立即发出处理该数据的通知；3)优先处理级越高，数据则优先处理，反之，优先处理级越低，则最后处理；4)如果当优先级最高的数据没有处理且又有新到采集数据的时候，对新采集到的数据进行丢弃；5)事件处理结束的时候，对缓存进行清除。

3 游客游迹追溯系统设计
3．1 游客游迹追溯功能槊构
    游客游迹跟踪与追溯系统的功能架构如图2所示。在该架构中，包含了硬件层、接入层、数据层、服务层以及应用层，各个功能模块详细描述如下：

    1)硬件层：主要功能是实现游客游览身份识别卡的采集，具体的物理实体为景区景点所安装的RFID阅读器、阅读器天线以及用于跟踪和追溯游客身份识别卡(即超高频电子标签)；
    2)接入层：包括数据格式的转换、RFID读写器适配器、RFID数据以及RFID数据过滤；
    3)数据层：包括游客身份识别卡数据库以及游客游迹数据库；
    4)服务层：包括RFID事件处理组件、XML业务单据解析与转化组件、事件上传与查询组件、数据流管理、数据交换服务；
    5)应用层：包括RFID应用于景区管理系统的信息整合、RFID数据采集(涉及售票、检票、景区游览)、游客游迹跟踪与追溯查询。
3．2 游客游迹跟踪与追溯业务流程
    游客游迹跟踪与追溯业务流程可以利用两种方法对游客游迹进行追踪和追溯；一是从前往后进行跟踪，即从售票一>检票一>进入景区一>游览线路与行为一>离开景区，这种方法主要用于查找造成游览质量问题的原因，确定游览质量问题的位置和时间；另一种是从后往前进行追溯，也就是游客在离开景区的时发现了游览质量问题，可以向上层层追溯，最终确定问题所在，这种方法主要用于解决旅游纠纷。
游客游览过程中的数据采集步骤、需要跟踪和追溯的RFID信息，过程描述如下：
    1)在游客游迹跟踪和追溯系统中，在分析游客游览RFID事件采集网络的基础上，RFID读写器通过多种连接方式以及数据传输方式，实现对游客游迹跟踪RFID信息的采集；
    2)RFID事件实时检测组件实时监测游客游览RFID数据，将RFID数据与游客的游览业务进行数据集成，通过计算机网络将游客游览状态变换的RFID事件上传到数据库服务中心；
    3)数据库服务中心由大容量数据库组成，存储游客游览的RFID数据信息包括游客身份识别卡数据库以及游客游迹数据库。
3．3 游客游迹跟踪和追溯查询实现
    根据上述游客游迹跟踪与追溯体系，由售票系统提供游客信息与属性，EPICS事件数据库提供游客的游览信息，游览信息包括购票时间与地点、检票时间与地点、进入景区事件与位置、进入景点位置与时间、离开景点位置与时间、离开景区时间与位置。用户可以通过查询用的RFID固定设备、Web网站读取游客的RFID标签，通过WebService服务访问游客游迹追溯查询平台，得到游客游迹的追溯信息，游迹跟踪和追溯查询具体结构如图3所示。

4 游客游迹追溯系统实现
    根据上述的物品跟踪模型和系统功能架构，设计开发了基于RFID的物流跟踪与追溯系统。系统采用无源925 MHZ的频率的电子标签作为游客身份识别卡，遵循ISO／IEC18000—6C协议标准，售票与检票的读写距离为10 cm，用于景区服务的阅读器的读取距离为10 m，具有多重数据通信接口。
    应用软件系统是整个旅游智能管理系统的核心，系统采用最新的Web发布技术，利用了EJB技术，采用了能够真正解决分布式企业计算的J2EE架构，对传统的B／S结构进行了进一步的扩展，设计了基于EJB的四层结构：客户层、表现层、业务逻辑层以及数据服务层。
    1)客户层
    用于与企业信息系统的用户进行交互以及显示根据特定商务规则进行计算后的结果。采用瘦客户机形式，只需简单的运行标准的Web浏览器，如IE或Netscape，即可实现异地办公，使企业的应用可跨度到任何地方。
    2)表现层
    即WEB服务层。由JSP页面、基于WEB的Java Applets以及用于动态生成HTML页面的Servlets构成。这些基本元素在组装过程中通过打包来创建WEB组件。运行在WEB层中的WEB组件依赖WEB容器来支持诸如响应客户请求以及查询EJB组件等功能。
    3)业务逻辑层
    解决或满足特定业务领域商务规则的代码构建成为业务层中的EJB组件。EJB组件可以完成从客户端应用程序中接收数据、按照商务规则对数据进行处理、将处理结果发送到企业信息系统层进行存储、从存储系统中检索数据以及将数据发送回客户端等功能文中的游客游迹跟踪与追溯的模型模型方法已应用于国内某个大型景区，包括门票的销售与管理、检票系统、游客流量统计与密度分布统计与处理技术、游客游览定位技术以及游客游迹跟踪与追溯技术，图4为基于RFID技术的游客游迹跟踪与追溯界面。

5 结束语
    目前RFID在国内已得到广泛应用，但是在旅游行业主要还是在电子门票方面，在追溯方面只见于食品安全，国内很多景点虽然在在进行风景区数字化建设，但是，缺少游客游览全过程的跟踪和追溯管理。本文详细介绍了游客游览RFID事件采集网络的搭建以及了游客游览RFID事件模型与处理机制，在分析游客游览RFID事件的基础上，给出了游客游迹可追溯单元的语义描述，提出了使用事件处理机制处理游客身份标签数据并完成相应信息的转换，建立了基于射频识别语义事件的游客游迹跟踪模型和追溯方法，通过并发射频识别事件优先级处理策略机制。设计了游客游迹跟踪与追溯系统的功能架构、网络结构和查询，并应用于国内某大型景区，试验的结果表明本系统可以实现游客游迹跟踪与追溯。