智慧酒店入住管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

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摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟加速了“智慧旅游”領(lǐng)域的信息化建設(shè)。智能化酒店管理、智能化用戶入住場景可以最直觀地改善用戶入住體驗(yàn)，滿足消費(fèi)者“個(gè)性化服務(wù)，信息化服務(wù)”的需要。基于此背景，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)、互聯(lián)網(wǎng)思維以及中小酒店資金現(xiàn)狀，利用GTK+、RFID、OpenCV等技術(shù)設(shè)計(jì)適用于中小酒店的智慧酒店入住管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了客戶身份自動識別、人臉識別、自主入住辦理、自主結(jié)算等功能，解決中小酒店行業(yè)長久以來同質(zhì)化嚴(yán)重、客戶滿意度低等問題。

關(guān)鍵詞：智慧酒店；人臉識別；身份識別；RFID

21世紀(jì)以來，信息技術(shù)革命浪潮席卷全球，推動了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新型信息技術(shù)相繼出現(xiàn)，“智慧地球”“智慧城市”“智慧旅游”等概念相繼被提出并逐步實(shí)施。對于酒店業(yè)來說，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，以移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為工具提升酒店品質(zhì)，提高酒店競爭力，滿足客戶“舒適、便捷、個(gè)性化服務(wù)”的需求迫在眉睫，智慧酒店時(shí)代已悄然來臨，必將成為今后酒店行業(yè)發(fā)展的重要方向。“智慧酒店”的概念大致可概括為使用一套完整的智能化體系管理系統(tǒng)，通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)酒店管理信息化。2010年，杭州黃龍飯店與IBM簽約，耗資10億元，探索“智慧酒店”建設(shè)項(xiàng)目，拉開了國內(nèi)智慧酒店建設(shè)的序幕，2013年文化和旅游部發(fā)布《飯店智慧化建設(shè)與服務(wù)指南》提出智慧酒店的建設(shè)規(guī)范，并給出相關(guān)服務(wù)指導(dǎo)建議。目前，越來越多的公司和團(tuán)隊(duì)積極投入到智慧酒店建設(shè)行業(yè)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從住宿流程、能效控制、交互娛樂等多個(gè)方面助力酒店改善傳統(tǒng)運(yùn)營模式，加速酒店數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為游客用戶帶來更便捷和個(gè)性化的入住體驗(yàn)，提高酒店競爭力。為進(jìn)一步探索智慧酒店建設(shè)，提高酒店用戶入住體驗(yàn)，降低酒店運(yùn)營成本，本文提出一種智慧酒店入住管理系統(tǒng)的解決方案。方案使用GTK+技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖形化界面、RFID模塊實(shí)現(xiàn)讀取房卡、OpenCV技術(shù)實(shí)現(xiàn)人臉識別，針對資金投入少、規(guī)模小的酒店，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，切實(shí)可行的智慧酒店解決方案。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到傳統(tǒng)酒店存在的客戶入住煩瑣性問題，本系統(tǒng)的主要研究目標(biāo)在于設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能化的酒店入住管理信息化平臺，包括快速入住、快速退房、人臉識別以及RFID身份識別等功能模塊，其中，所有的圖形化界面使用GTK工具進(jìn)行開發(fā)，使用零配salite3作為數(shù)據(jù)庫，快速入住及快速退房等各類點(diǎn)擊事件通過信號與回調(diào)函數(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，人臉識別功能通過OpenCV進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，NFC讀卡功能通過RFID操作庫和讀卡器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，整體系統(tǒng)以提升客戶體驗(yàn)感為主，進(jìn)一步增強(qiáng)酒店管理業(yè)務(wù)能力，系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

1.1管理員模塊設(shè)計(jì)

管理員模塊旨在實(shí)現(xiàn)對酒店房間及對用戶服務(wù)的管理，管理員模塊如圖2所示。以下為管理員模塊各功能描述：（1）入住：管理員可通過入住功能從未入住房間中給用戶安排房間，房間號作為后續(xù)相關(guān)操作的主要依據(jù)。（2）查詢：管理員可通過查詢功能查詢當(dāng)前已入住房間及已入住房間的用戶相關(guān)登記信息。（3）服務(wù)管理：管理員可通過服務(wù)管理功能查看當(dāng)前已入住房間是否有用戶呼叫洗漱清潔服務(wù)。（4）退房：管理員可通過退房功能，使用房間號實(shí)現(xiàn)對已入住房間的快速退房。（5）注銷：管理員可通過注銷功能退出管理員模塊。

1.2用戶模塊設(shè)計(jì)

用戶模塊旨在實(shí)現(xiàn)用戶需求功能的設(shè)計(jì)與管理，用戶模塊功能分析如圖3所示。為用戶模塊各功能描述為：（1）查看房間密碼：用戶可通過此功能查看隨機(jī)生成的當(dāng)前入住房間密碼。（2）修改房卡：用戶可通過此功能自行修改NFC卡號。（3）衛(wèi)生清潔：用戶可通過此功能呼叫衛(wèi)生清潔服務(wù)。（4）洗漱用品：用戶可通過此功能呼叫洗漱用品服務(wù)。（5）商品購買：用戶可通過此功能購買酒店提供的商品，消費(fèi)金額累積到房費(fèi)中。（6）快速退房：用戶可通過此功能實(shí)現(xiàn)快速退房。（7）注銷：用戶可通過此功能退出用戶模塊。

1.3人臉識別設(shè)計(jì)

人臉識別模塊的設(shè)計(jì)主要使用OpenCV進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，目的在于簡化用戶操作及提高敏感操作安全性，實(shí)現(xiàn)方法為通過Haar級聯(lián)算法與本地?cái)?shù)據(jù)集中的訓(xùn)練圖片進(jìn)行對比，對可信度進(jìn)行判斷，達(dá)到設(shè)定閾值的人臉則驗(yàn)證成功，反之驗(yàn)證失敗。人臉識別功能分析如圖4所示。

1.4RFID讀卡設(shè)計(jì)

RFID，即射頻識別，是一種非接觸性自動識別技術(shù)，使用RFID技術(shù)可保證數(shù)據(jù)更新及時(shí)，信息存儲量大，數(shù)據(jù)安全性高。本項(xiàng)目中利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)房卡讀取，通過TypeB類卡操作庫控制讀寫器解析房卡信息，判斷與當(dāng)前房間是否匹配，匹配則解鎖房門，反之無法打開房門。在后續(xù)系統(tǒng)升級中，本模塊可進(jìn)一步應(yīng)用在智能停車場、物品及人員定位等場景。

1.5安全設(shè)計(jì)

由于信息安全形勢不斷嚴(yán)峻，所有數(shù)據(jù)交互點(diǎn)都有可能泄露用戶個(gè)人信息，所以我們對系統(tǒng)中存在數(shù)據(jù)交互的功能點(diǎn)進(jìn)行限制。如，在用戶登錄上，對數(shù)據(jù)類型及長度進(jìn)行限制，將手機(jī)號碼限制為十一位INTEGER數(shù)據(jù)類型、將用戶姓名進(jìn)行長度限制，盡可能減少存在的SQL注入點(diǎn)，提高系統(tǒng)安全程度。

2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1管理員及用戶模塊實(shí)現(xiàn)

管理員及用戶模塊的所有圖形化界面使用GTK工具設(shè)計(jì)。登錄、注冊、頁面跳轉(zhuǎn)等相關(guān)事件通過信號與回調(diào)函數(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，當(dāng)用戶在操作過程中觸發(fā)特定信號時(shí)，程序便會自動調(diào)用信號連接的回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

2.2人臉識別功能實(shí)現(xiàn)

人臉識別功能通過OpenCV技術(shù)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前人臉檢測的主要方法有基于知識的檢測方法和基于統(tǒng)計(jì)的檢測方法兩種方式，前者檢測器官特征和器官之間的幾何關(guān)系，后者對像素進(jìn)行相似性度量。本方案采用基于統(tǒng)計(jì)的檢測方式，通過加載級聯(lián)分類器檢測人臉及人眼。為進(jìn)一步提高檢測精確度，本方案使用灰度圖像特征臉方法，將采集到的彩色人臉圖轉(zhuǎn)化為灰度圖像，之后使用直方圖均衡化作為自動的標(biāo)準(zhǔn)化臉部圖像亮度和對比度方法，調(diào)用函數(shù)進(jìn)行人臉檢測（detectMultiScale），將人臉信息的坐標(biāo)、大小用vector進(jìn)行保存，通過調(diào)整函數(shù)參數(shù)使檢測結(jié)果更加精確。人臉識別功能流程主要分為人臉采集、人臉檢測以及訓(xùn)練人物圖片、人臉識別四步。2.2.1人臉采集人臉采集功能會先創(chuàng)建一個(gè)用于保存數(shù)據(jù)集的目錄，目錄創(chuàng)建完成后會創(chuàng)建一個(gè)VideoCapture對象，通過VideoCapture對象對電腦攝像頭進(jìn)行選擇及操作，實(shí)現(xiàn)圖片的采集與自增編號。當(dāng)采集數(shù)據(jù)為空時(shí)，系統(tǒng)會進(jìn)行報(bào)錯(cuò)處理；當(dāng)采集數(shù)據(jù)不為空時(shí)，系統(tǒng)會將采集數(shù)據(jù)保存至本地?cái)?shù)據(jù)集。2.2.2人臉檢測人臉檢測功能主要通過加載Haar級聯(lián)文件實(shí)現(xiàn)對人臉及人眼的檢測。臉部及眼部檢測的配置文件使用OpenCV官方自帶的xml文件。第一步，分類器加載完畢后將采集到的彩色人臉圖片轉(zhuǎn)化為灰度圖。OpenCV中將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖主要有兩種方法，本方案采用BGR讀取圖片方式，使用cvtColor函數(shù)將采集到的人臉圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖，加快檢測速度。第二步，將灰度化的圖像進(jìn)行直方圖均衡化，直方圖是圖像中像素強(qiáng)度分布的圖形表達(dá)方式，直方圖均衡化能提高采集到的人臉圖像的質(zhì)量，能夠進(jìn)一步提高人臉檢測效率。第三步，對直方圖均衡化后的人臉圖像進(jìn)行多尺度人臉檢測，當(dāng)檢測到臉時(shí)，進(jìn)一步檢測眼睛，只有當(dāng)檢測到臉部及兩只眼睛后，系統(tǒng)方能啟用拍照功能。拍照完成后，圖像序號會自加存放，圖像大小也會被自動修改為與官方數(shù)據(jù)一致的92×112尺寸。最后，采集成功的人臉圖像的路徑及標(biāo)簽將寫入一個(gè)txt文件中，便于后期模型訓(xùn)練等操作。2.2.3訓(xùn)練人物圖片系統(tǒng)會先打開人臉列表文件，將圖像及標(biāo)簽壓入容器中，然后對訓(xùn)練數(shù)據(jù)是否為空、圖像類型及圖像尺寸進(jìn)行判斷，判斷無誤后會創(chuàng)建一個(gè)人臉識別類并進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練完成的模型將被保存至指定路徑中。2.2.4人臉識別人臉識別功能會先加載人臉識別器，讀取已經(jīng)訓(xùn)練完成的數(shù)據(jù)模型，然后加載人臉及人眼檢測配置文件，調(diào)動攝像頭進(jìn)行人臉識別，然后將獲取到的圖像進(jìn)行鏡像操作，之后依次進(jìn)行人臉、人眼檢測，圖像灰度化，直方圖均衡，多尺度人臉檢測，最終依據(jù)檢測可信度判斷人臉檢測是否通過。

2.3RFID讀卡功能實(shí)現(xiàn)

RFID由電子標(biāo)簽、天線和讀寫器三部分組成，其中電子標(biāo)簽劃分為ID區(qū)和用戶數(shù)據(jù)區(qū)，ID區(qū)在制作芯片時(shí)便寫入ROM中，用于存儲全球唯一標(biāo)識碼UID，而用戶數(shù)據(jù)區(qū)可對用戶存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、寫入以及增加的操作；天線旨在實(shí)現(xiàn)一定空間內(nèi)射頻信號的傳輸，建立無線通信連接，通過電磁波與讀寫器進(jìn)行溝通；讀寫器則通過天線發(fā)送一系列頻率的信號，在收到能量或發(fā)送指令后，電子標(biāo)簽會將內(nèi)部存儲的標(biāo)識信息通過電線發(fā)射出去，讀寫器通過天線接收并識別電子標(biāo)簽發(fā)回的信息，最后由讀卡器將識別結(jié)果發(fā)送給主機(jī)，實(shí)現(xiàn)最終的結(jié)果識別。本系統(tǒng)的RFID模塊主要針對TypeB類的IC射頻卡。TypeB類卡采用異步、NRZ編碼方式，使用10%ASK、調(diào)制載波的方案傳輸信號。拿傳輸過程中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)舉例，信息“1”和“0”的區(qū)別在于前者的信號幅度較后者的信號幅度大，這個(gè)方案的優(yōu)勢在于信號會持續(xù)不斷的傳遞，不會出現(xiàn)能量波動的情況。TypeB類卡相比于TypeA類卡有以下4點(diǎn)優(yōu)勢：（1）更安全。TypeB類卡在接收信號的過程中芯片內(nèi)部邏輯和軟件不會因能量損失而停止工作；（2）更高的通信速率。相比于TypeA類卡150～200Kbit/s的最大數(shù)據(jù)通訊速率，TypeB類卡的最大數(shù)據(jù)通信速率高達(dá)400Kbit/s及以上；（3）外圍電路設(shè)計(jì)簡單。可采用簡單的UARTS，即簡單的通用異步收發(fā)傳輸器；（3）抗干擾強(qiáng)。TypeB類卡的負(fù)載波采用BPSK調(diào)制技術(shù)，與TypeA相比降低了6dB信號聲。

3系統(tǒng)測試

3.1功能測試

通過對管理員模塊登錄、房間查詢、服務(wù)管理、快速入住、快速退房及用戶模塊查看房間密碼、商品購買、衛(wèi)生清潔、洗漱用品、快速退房、注銷功能的測試，頁面元素齊全，輸入正確的用戶名及密碼能夠正常登錄，輸入不正確的用戶名及密碼系統(tǒng)會顯示賬號錯(cuò)誤，點(diǎn)擊忘記密碼時(shí)頁面能夠正常跳轉(zhuǎn)，用戶名與密碼大小寫敏感，登錄過程中不存在私人信息明文顯示的情況，不同身份的用戶登錄成功后系統(tǒng)權(quán)限正常。所有的功能均能正常實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)所有報(bào)錯(cuò)均能正常處理，沒有卡死及崩潰情況發(fā)生。

3.2性能測試

軟件主體使用C語言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，占用資源少，運(yùn)行效率高，響應(yīng)時(shí)間低于1秒，單用戶登陸響應(yīng)時(shí)間少于3秒，具備良好的性能。

3.3安全測試

管理員登錄、商品購買以及VIP辦理等敏感操作均會進(jìn)行人臉識別，對當(dāng)前用戶身份進(jìn)行驗(yàn)證，置信度達(dá)到設(shè)定閾值則驗(yàn)證成功，反之失敗。不登錄的情況下，用戶無法進(jìn)入相關(guān)頁面，用戶名及密碼輸入框均有類型限制、長度限制及敏感字符過濾，不存在SQL注入及XSS跨站腳本攻擊。

4結(jié)論

本文使用S5P6818開發(fā)板以及GTK+、RFID、OpenCV等技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套智能無人酒店管理信息化平臺，實(shí)現(xiàn)了管理員快速辦理用戶入住、退房，用戶查看房間密碼、商品購買、衛(wèi)生清潔、洗漱用品、快速退房、注銷功能、房卡讀取以及人臉識別等功能。解決了現(xiàn)階段酒店入住煩瑣、運(yùn)營成本較高的問題。在智能酒店發(fā)展的過程中，由于酒店自身資金實(shí)力、管理模式、經(jīng)營方式、發(fā)展理念及用戶群體各不相同。雖然現(xiàn)階段智能酒店建設(shè)在技術(shù)上取得了突破性進(jìn)展，但從整體而言，智能酒店發(fā)展尚處于探索階段，結(jié)合用戶需求及酒店自身情況進(jìn)行智慧酒店建設(shè)還需要進(jìn)一步探索。

作者：劉彬 單位：攀枝花學(xué)院