基于RFID技术的智能景区系统设计与实现

摘要：随着旅游业成为当今世界最具有发展活力和潜力的产业，RFID与旅游业的集成和结合是大势所趋。RFID智能景区系统将RFID应用到门票中，杜绝了伪造门票，提高了闸口检票速率；并结合流量监控和游客行迹追踪，实现了景区内游客的自助导游服务。采用基于Web的B／S模式结合Web Service，SSL、动态缓存、负载均衡、集群和ActiveX控件技术，使得系统扩展性好、安全性能高；用户使用方便、操作灵活，可大大提高景区管理的工作效率。
关键词：RFID技术；电子门票；RFID数据管理；软件设计

0 引言
    随着世界经济的发展和人们生活水平的提高，旅游已经成为人们休闲度假的主要选择方式之一，旅游业成为当今世界最具发展活力和潜力的产业。旅游行业的繁荣发展和游客日益剧增既给旅游景区带来了巨大的机遇，但也带来了更大的挑战：例如如何杜绝因大量的伪造门票而造成的巨大经济损失；如何提高入口检票速率；如何实时监控各个景点游客流量密度，确保景区游客量不给景区带来破坏性影响。
    本文提出的RFID智能景区系统采用先进的RFID技术、网络技术、通信技术，是一个全方位、多层次、立体化及高效率的旅游信息管理系统，其管理方便快捷，也将整个景区实现了售票电脑化、验票自动化、数据网络化、管理信息化。其中RFID标签门票具有以下技术特点：
    (1)根据一定的规则向每张电子门票写入数据，他人不可仿效，由验票系统加上人脸识别模块自动识别门票，这样就杜绝了因假票和人为因素而造成旅游景区门票收入的流失；
    (2)RFID超高频技术读取速度快，能大大提高入口检票速率；
    (3)对旅游景区的餐饮、酒店、商场进行了全面的信息化管理，给游客提供全方面的旅游信息，并且游客可在景区的用户终端机上刷自己的门票，查询自己在景区游览的行迹及各个景点当前人流量密度；并自动给出游客提供最佳旅游路线；实现游客自助导游服务；
    (4)在旅游景区的各个景点部署一系列的读写器，实时追踪游客，通过算法来解决景区游客量实时监控的问题，并按一定的时间间隔对各景区的游客量进行存储，通过查询、统计和分析，为景区的管理决策人员和相关职能管理部门进行景区规划和日常管理工作提供数据依据。

1 RFID技术
    RFID(Radio Frequency Identification)技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触式信息传递并通过所传递的信息达到自动识别的技术。20世纪90年代以来，RFID技术迅速发展，因其具有数据存储量大、穿透力强、读写距离远、读取速率快、使用寿命长、环境适应性好等特点，已被广泛应用于身份识别、物流管理、物品追踪、防伪、交通、动物管理等诸多领域。
    一个完整的RFID系统主要由限量的后台计算机、若干读写器、阅读器及电子标签组成。其中电子标签是物品识别的载体，每个标签具有惟一的电子编码，其内部存放着物品的相关信息；读写器和阅读器是系统的中间设备，它们通过射频信息同电子标签进行近距离通信，从而识别标签指代的物品信息，通过接口把信息汇总给后台计算机。读写器和阅读器的区别在于，读写器可以对标签进行读写操作，而阅读器只能读取标签内部存放的信息；后台计算机分析从中间设备传来的信息，负责管理整个标签系统的正常工作。
    RFID系统的硬件组成包括电子标签和电子标签读写器两部分。读写器通过射频信息同电子标签进行通信，系统通过读写器给电子标签发送指令，并通过读写器分析电子标签返回的有关信息；电子标签是应答器，用来响应读写器的指令，并报告处理结果。
    电子标签由标签天线和标签芯片组成，标签天线是读写器和标签芯片之间进行信号和能量传递的终结。标签芯片则根据读写器的指令，做出相应的操作和响应。

2 系统概述
    整个RFID智能景区系统采用先进的RFID技术、网络技术、通信技术，平均故障发生率低，可以保证验票环节的安全性、及时性及稳定性，另外高性能及高容错的系统服务器，可以确保服务器的高稳定性、安全性及网络传输速度，从而实现了系统的实时传输，保证了信息的及时性。其物理架构模型如图1所示。

    在系统中主要采用B／S模式进行设计，即浏览器／服务器模式，选择J2EE分布式技术体系作为整个系统的应用集成平台，J2EE分布式体系是一种技术先进、功能完备、稳定可靠、安全快速的企业级计算平台，通过J2EE分布式可以快速构建分布、可扩展、可移植、安全可靠的服务器端配置。

3 软件体系结构设计
    整个系统为六层结构，即表现层、工作流层、事务服务层、基础服务层、数据访问层、数据存储层。各层之间只与下一层相关，各层之间逻辑独立，是松耦合的关系。软件体系架构图如图2所示。
    (1)数据库存储层。由于所有的压力最终都会反映到数据库层，所以对数据库做了一个整体的规划，按照业务、区域等特性对数据库进行配置，考虑了分库、分区、分表等策略，确保数据库能正常的数据服务。
    (2)数据访问层。数据库访问层将负责数据的持久与查询工作，系统设计时考虑高度访问数据库为优先的原则来设计。本系统使用了自己的轻量级持久层框架来操作数据库，它将减少了很多中间过程，直接经过数据库连接池访问数据库。以达到高度访问数据库的目的。
    (3)基础服务层。基础服务层提供服务缓存机制；在并发时，请求会对业务层的产生较大的冲击力，为了减轻业务层的负担，系统设计时考虑了使用缓存。缓存就是把内存或硬盘分配一定的空间来临时储存一些数据，这里的缓存主要是用来临时的存放从DAO层包装起来的一些数据，它生命的位置在Web服务器端的Service层前面，在一定条件下(生命周期内)，客户端再次发来的请求将不再对业务层造成冲击力。它将削弱来自前端对后层的访问压力。以提高系统的整体性能，增强处理并发能力。
    基础服务层也提供安全服务策略。安全策略包括两个主要操作，第一个被称为“认证”，是为用户建立一个他所声明的主体。主体一般是指用户，设备或可以在系统中执行动作的其他系统。“授权”指的是一个用户能否在你的应用中执行某个操作，在到达授权判断之前，身份的主体已经由身份验证过程建立了。本平台对关键数据使用SSL加密技术。SSL运行在TCP／IP层之上、应用层之下，为应用程序提供加密数据通道，它采用了RC4、MD5以及RSA等加密算法，使用40位的密钥，适用于商业信息的加密。HTTPS实际上就是HTTP over SSL，它使用默认端口443，而不是像HTTP那样使用端口80和TCP／IP进行通信。HTTPS协议使用SSL在发送方把原始数据进行加密，然后在接受方进行解密，加密和解密需要发送方和接受方通过交换共知的密钥来实现，因此，所传送的数据不容易被网络黑客截获和解密。
    (4)事务服务层。事务服务层提供系统特定的事务处理接口，事务是平台数据和业务规则。在MVC的部件中，模型拥有最多的处理任务，被模型返回的数据是中立的，就是说模型与数据格式无关，这样一个模型能为多个视图提供数据。以实现业务模型重复使用。主要以Service形式存在)，实现业务后，则Spring容器来管理，并在整个生命周期内高效果的重复使用。事务服务层提供对外统一接口：平台作为整个平台的数据中心、业务中心。由于本平台与外部诸多子平台、硬件设备等有着密切的交互关系。为了外界与本平台更好的交互，本平台将提供方便与外部子系统、硬件设备等的交互的以Web Service形式存在的统一标准接口。
    (5)工作流层。工作流层主要是在一个工作群组中，为了达成某一个共同目的而需要多人协力以循序或平行工作的形式来共同完成的任务；它负责将有关业务活动依时序或逻辑关系相互连接构成业务流程。在业务开展过程中，文档、信息或任务，依据组织规范在参与者之间传递、处理或执行。总体业务流程中，实现了基于计算机辅助处理而达到自动化的全部或部分。也就是说，工作流层是在计算机辅助下全部或部分自动执行的工作过程，该过程可运行于异质、分布的运行环境中，供多人协同工作。
    包含如下3大功能模块：建立时功能、运行时控制功能、同用户及应用程序的交互功能。
    建立时功能  主要目标是通过某种分析、建模及系统定义手段将现实世界的业务过程转化成某种能够被计算机处理的形式化表示(过程定义)。过程定义中一般都包含有对业务过程中的各个活动步骤的描述、同这些活动相关的各种计算机或人工操作、以及在各活动之间进行切换的各种控制规则。
    运行时实例控制功能  主要进行在某个计算环境中工作流过程的管理及各活动步骤之间的状态转换。运行时控制系统将解释过程定义，完成过程的可操作实例的创建及控制，调度过程中各活动步骤，为所涉及到的用户生成待其处理的任务，并在合适的时机调用有关的应用程序资源等等。
    运行时同用户及应用的交互功能  主要完成对工作流实例执行过程中各种活动的处理。在过程实例的执行过程中，需要用户通过某种应用程序来完成过程定义所要求完成的处理或操作。
    (6)表现层。表示层用户界面(User Interface，UI)，也称人机界面，是指用户和某些系统进行交互方法的集合，这些系统不单单指电脑程序，还包括某种特定的机器，设备，复杂的工具等。控制层接受用户的输入并调用模型和视图去完成用户的需求。所以当单击Web页面中的超链接和发送HTML表单时，控制器本身不输出任何东西和做任何处理。它只是接收请求并决定调用哪个模型构件去处理请求，然后确定用哪个视图来显示模型处理返回的数据。为了减轻网络流量、增强用户体验感，表现层采用了相应的压缩技术。主要是两方面，一是打包部署时，对需要下载行客户端的Javascript文件、CSS文件、Html代码等进行压缩。二是，部署到Web容易后采用GZlP压缩传输技术。

4 系统功能实现
    此系统是一个多层分布式的软件体系结构。其设计思路主要是：基于J2EE平台，客户端和应用服务器、应用服务器和数据库服务器之间的通信以及异构之间的数据交换等通过应用业务逻辑层和数据访问层的数据访问类实现的。软件功能模块结构如图3所示。

    用户层：是RFID旅游景区信息系统与系统使用者之问的联系层。
    (1)景区内工作人员可以通过浏览器进入系统的业务部分进行工作，如完成系统配置、统计查询等；
    (2)游客通过RFID读卡器和闸机完成验票和踪迹记录功能；
    (3)游客还可通过自助终端机和PDA设备完成景区路线推荐、个人踪迹查询等功能。
    应用层是RFID旅游景区信息系统软件架构的中间层，是应用软件业务功能实现和业务逻辑处理集中的部分。采用J2EE平台技术，解耦、内聚、性能、伸缩、扩展、灵活、可靠、安全是应用层设计的原则。它主要包括四个子系统：信息管理平台、票务管理系统、流量控制系统、短信息平台。服务层是RFID旅游景区信息软件架构的底层，主要包括Web服务、接口服务、数据服务、通信服务，为RFID智能景区系统的应用层提供服务。

5 结语
    RFID智能景区系统是基于RFID的旅游景区应用解决方案采用先进的RFID技术结合数据库技术、定位技术、通信和信息技术等诸多高科技技术，能有效地解决各大旅游景区的票务和信息管理中的传统问题，RFID技术应用于旅游景区的综合服务与管理，具有多方面的战略性积极影响。
    (1)创新门票管理模式，实现参观行为可追溯。建立完整的机遇RFID技术的电子门票管理系统，创新门票管理模式，实现计算机制票／售票、检票／查票、票务管理、数据采集及结算、数据汇总统计、信息分析、查询、报表等整个流程的业务管理智能化，形成行业RFID技术应用标准与规范。
    (2)提高工作效率，减少经济损失。使旅游景区业务工作全部纳入计算机统一管理，系统自动验票，提高工作效率；解决票证防伪问题，避免可能的巨额经济损失。
    (3)提高游客满意度，扩大景区知名度。通过对景区游客信息的深度挖掘，并实现自助导游，进一步提高旅游景区的服务水平，提高顾客满意度；扩大旅游景区的知名度，提升旅游景区的形象和品牌。