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【摘要】本方案引入物联网关键技术，针对当前布达拉宫传统管理模式上的一些纰漏问题，提出基于物联网的新型智能化管理系统设计方案，旨在解决布达拉宫票务管理、文物管理以及其他管理层所出现的问题，以加大文物保护和管理力度，增加其经济效益和社会效益。文中主要阐述了方案设计的必要性、部分功能的实现以及采用的核心技术。
【关键词】物联网；布达拉宫；智能管理
1.引言
随着青藏铁路的通车，西藏旅游业的发展达到前所未有的高度。坐落在拉萨市中心的布达拉宫因其悠久深厚的历史文化背景和独特的建筑风格成为国内外知名的旅游景点。由于布达拉宫建筑群规模较小，因此每天接待游客的数量且每位游客的参观时间有限，然而部分游客由于各种原因不能在规定的时间内完成参观，导致了布达拉宫限量限时的旅游管理模式无法得以落实。不仅如此，旅游旺盛期布达拉宫票务管理和其他管理层方面都会出现不同程度的安全隐患。为此本方案主要利用传感网络来实现游客相关信息以及馆藏文物等的智能化管理，为管理者提供一套科学有效地管理模式。
物联网（The Internet of Things）是建立在互联网的基础上，利用信息识别技术实现物体自动识别和信息共享的网络系统[1]，并利用电子标签为每一件物体确定唯一识别的EPC码，从而构成一个可以实现全球物品实时共享的实物互联网，以完成物品之间的智能化控制和管理。
本文对布达拉宫当前旅游管理模式和现实需求进行了分析，并提出以互联网、电子标签和传感器为基础构件元素的物联网设计方案，以实现布达拉宫的智能化和信息化的管理，并增大文物管理和保护力度，增加其经济效益和社会效益。
2.系统基本构架
结合布达拉宫旅游管理模式和现实需求，分析得到系统的基本构架为：数据采集系统、中间件系统以及应用系统。其中数据采集系统是由电子标签和传感器网络组成；中间件系统为各种RFID支撑软件之间相互操作提供一个处理平台，以及定义阅读器和应用系统之间的数据处理接口；应用系统主要实现管理层对各种数据操作和管理等工作。其中系统逻辑构架如图1所示。
2.1 数据采集系统
主要负责前端传感器信息的采集、电子标签识别、读写以及信息管理等工作，同时将读写的信息通过网络传输到信息云处理中心。以实现游客的身份、当前所处的位置以及参观时间等相关信息的确认处理等操作。
2.2 中间件系统
中间件是处于阅读器、数据库和Inte-rnet之间的数据标准化处理平台。中间件可为企业应用提供一系列计算和数据处理功能，其主要任务是对阅读器读取的数据进行捕获、过滤、汇集、计算、传送、储存以减少RFID阅读器传输的数据量[2]。同时中间件还支持多种协议、不同通讯方式的相互通信，并适用于射频标签和传感器的应用。真正实现物联网数据的实时共享，互联互通。中间件系统如图2所示：
在布达拉宫旅游景点的范围内安装一定数量的RFID阅读器，这些阅读器组成中间件系统。同时为文物和游客配备唯一识别的电子标签，利用这些电子标签和阅读器以实现文物保护和游客的全程定位。
2.3 系统工作的主要原理
在布达拉宫旅游景点的相应区域安装RFID阅读器，由于游客和馆藏文物都有唯一识别的电子标签进行追踪描述，所以一定区域内的RFID阅读器可读取该范围内所有的有源RFID标签，并建立自己的电子标签数据库。RFID阅读器之间也可相互进行Zigbee协议的相互信息交换通信，每一个RFID阅读器相当于物联网中的一个节点，节点中存放有自己和相邻节点的信息，也就是说每个RFID阅读器能够捕获与它相邻阅读器中的所有信息。通过RFID阅读器、电子标签、无线传感器和无线通信技术，可以构建一个小区域的智能系统，对该区域内的物体进行相应的智能管理。
每位游客凭借被授权的第二代居民身份证在门禁处进行信息确认，并获取与自己信息相关的电子标签，同时被授权进入景点在规定的时间之内完成参观。
3.系统的主要组成部分及操作流程
3.1 售票系统
为减少假票、二手票交易给景点造成的经济损失和票据管理上所出现的问题，在本方案中将直接采用第二代居民身份证作为电子门票的载体。第二代居民身份证主要采用RFID技术，即在身份证里嵌入射频芯片，该芯片采用符合国际标准的ISO/IEC14443-B标准的13.56MHz电子标签，并且采用数字防伪和印刷防伪技术，具有良好的防伪性，且有读写速度快、储存量大、使用方便和易于保管等优点[3]。
售票系统主要以多渠道、多终端的售票方式，实现布达拉宫电子门票的销售和退票等操作，其主要流程如下：
（1）利用RFID阅读器对二代居民身份证中信息的读取以及游客相关信息的录入，并对其二代身份证进行授权处理。
（2）对每位游客的参观时间进行分配，同时为游客分配与其身份信息唯一对应的超高频电子标签。
3.2 验票系统
验票系统主要负责门票的检验、入口通道的图像采集、人票对应检验。验票系统主要包括计算机、通道验票排队机、摄像机、大屏幕显示器、红外对射、RFID读写器等设备。验票及身份识别系统的构架如图3所示：
如果出现没有门票、门票未被授权或门票不合法等情况。RFID阅读器不能正常的阅读电子门票，但红外对射装置检测有人通过，计算机将自动启动报警装置，并通过红外对射装置对该游客进行定位，大屏幕显示器将显示这个人在通道中所处的位置，由相关人员对其进行处理。
3.3 游客参观路线全程定位
布达拉宫旅游景点的很多地方对游客进行限制性开放，为全面掌握游客的参观的路线，避免游客进入这些限制性开放区域，对游客进行全程跟踪定位是很有必要的。为此本方案提出采用RFID精确定位系统以实现对游客远距离、非接触式的小区域移动定位，从而实现游客的智能化管理。其中RFID精确定位系统主要是将计算机软硬件、信息采集处理、数据传输、网络数据通讯等高新技术为一体的高性能定位技术，以实现信息化和自动化管理的系统[4]。将与游客信息相关的超高频电子标签配发到相应的游客，当游客经过UHF阅读器可进行阅读的范围时，UHF阅读器将所阅读到地信息通过Zigbee协议进行数据上传，并将游客的当前位置在电子地图上显示，以达到对游客的全方位跟踪。如果游客进入没有被授权的地方，计算机启动报警装置，相关人员并采取相应的措施。 3.4 时间提醒
由于布达拉宫景点的特殊性和现实需求，景点相关人员制定这样的标准：每位游客的参观时间不得超过1个小时。但是往往由于各种原因，有一些游客并不能在规定的时间内完成参观。为实现游客参观时间上的统一管理，本方案将以游客的移动手机为通知设备，通过手机短信的方式对游客进行提醒。当游客的参观时间上限时，提醒该游客其参观时间上限，请尽快撤出旅游景点。
3.5 文物的信息管理以及防盗保护
布达拉宫属于世界物质文化遗产，其馆藏的藏品有着不可估量的文化价值和经济价值。所以对其馆藏文物进行信息管理和防盗窃保护是很重要的。针对这些问题，本方案将在藏品以合适的方式安放RFID电子标签和Wi-Fi定位标签，并在电子标签中写入该藏品的所有相关信息。通过RFID技术，结合文物信息管理系统，可以实现工作人员对馆藏品的远程、非接触的信息管理工作，而且远程、非接触式的管理方法更加有利于文物的保护工作。
无线局域网实时定位（Wi-Fi RTLS）系统是结合无线网络、射频识别（RFID）和实时定位等多种技术，在覆盖无线局域网的地方，系统能够随时跟踪监控该区域目标对象，目标对象的实时定位和监控管理[5]。局域网实时定位系统由Wi-Fi定位标签、无线局域网接入点（AP）和定位服务器组成。在无线局域网覆盖范围内对该范围内的文物进行实时监控和定位管理。如果在计算机电子地图上，该区域的文物出现异常状况，计算机将自发动报警并通知相关人员进行相应处理，以实现文物防盗窃管理。
4.系统工作安全问题分析
本方案将物联网关键技术广泛的应用到布达拉宫智能管理系统中，为保证相关信息管理和传输的安全。文章从所有可能出现的安全隐患入手并提出相应的解决方案。以实现系统的安全运行。
4.1 主要存在的安全隐患
由于RFID标签的成本限制，单个RFID标签不支持复杂的密码学算法。所以RFID标签的信息往往存在被攻击、窃听、克隆、物理破解以及RFID病毒植入等安全问题。而且无线局域网中传输的数据也容易被别人窃取盗用。因此本方案中主要存在的安全隐患为RFID标签和无线局域网中的数据传输的安全问题。
4.2 针对这些安全隐患相应的处理方法
针对以上所述的安全问题，我们主要对信息的使用权限进行限制以及对数据传输信道进行加密或对数据进行混合传输。使用权限主要限制他人对数据进行非法的篡改、删除、伪造、泄密等操作，信道加密和混合传输主要进行数据的安全传输，防止数据被他人截取、破解和盗用。
5.结语
本方案通过分析布达拉宫当前管理模式和现实需求，将物联网关键技术应用于布达拉宫旅游管理中，实现布达拉宫管理的智能化和信息化，以减小管理难度。本方案还对其馆藏文物进行了相应的保护。由于旅游管理不断朝着信息化和智能化的方向发展，并且国家不断加大对旅游景点文物保护工作的力度，所以本方案还可以进行推广，并且适合于不同的旅游景点，因此具有较好的应用前景和推广价值。
当然，对于电子标签的成本问题、电子标签与物联网应用相关标准和规范的制定以及物联网信息传输安全问题这些影响系统应用以及普及的因素，我们有必要对其进行更深一步的研究与探讨。
参考文献
[1]高飞，薛艳明，王爱华.物联网核心技术：RFID原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2010，12.
[2]http：//baike.baidu.com/view/268236.htm，2013，04，21.
[3]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2010.
[4]王志良，王粉花.物联网工程概论[M].北京：机械工业出版社，2011，4.
[5]刘海涛.物联网技术应用（2011，11重印）[M].北京：机械工业出版社，2011，4.
[6]秦毅，彭力.基于RFID的超市物联网购物引导系统的设计与实现[J].计算机研究与发展，2010.
[7]邓宏.无线传感网络技术在文化遗产保护领域的应用[J].文物保护与考古科学，2011，8.
[8]胡清，詹宜巨，黄小虎.基于RFID企业物联网及中间件技术研究[J].微计算机信息，2009.
基金项目：2011年国家自然科学基金项目（编号：61163063）资助；国家大学生创新性实验计划项目阶段性成果（编号：201210694015）；西藏自治区大学生创新性实验训练计划项目（编号：2012CX037）阶段性成果。
作者简介：
边巴旺堆，男，藏族，西藏大学工学院电子信息系副教授，研究方向：藏文信息化、物联网。
安渊，男，甘肃定西人，现就读于西藏大学工学院电子信息工程系2011级通信工程班。
马永福，男，甘肃定西人，现就读于西藏大学工学院电子信息工程系2011级通信工程班。
【关键词】物联网；布达拉宫；智能管理
1.引言
随着青藏铁路的通车，西藏旅游业的发展达到前所未有的高度。坐落在拉萨市中心的布达拉宫因其悠久深厚的历史文化背景和独特的建筑风格成为国内外知名的旅游景点。由于布达拉宫建筑群规模较小，因此每天接待游客的数量且每位游客的参观时间有限，然而部分游客由于各种原因不能在规定的时间内完成参观，导致了布达拉宫限量限时的旅游管理模式无法得以落实。不仅如此，旅游旺盛期布达拉宫票务管理和其他管理层方面都会出现不同程度的安全隐患。为此本方案主要利用传感网络来实现游客相关信息以及馆藏文物等的智能化管理，为管理者提供一套科学有效地管理模式。
物联网（The Internet of Things）是建立在互联网的基础上，利用信息识别技术实现物体自动识别和信息共享的网络系统[1]，并利用电子标签为每一件物体确定唯一识别的EPC码，从而构成一个可以实现全球物品实时共享的实物互联网，以完成物品之间的智能化控制和管理。
本文对布达拉宫当前旅游管理模式和现实需求进行了分析，并提出以互联网、电子标签和传感器为基础构件元素的物联网设计方案，以实现布达拉宫的智能化和信息化的管理，并增大文物管理和保护力度，增加其经济效益和社会效益。
2.系统基本构架
结合布达拉宫旅游管理模式和现实需求，分析得到系统的基本构架为：数据采集系统、中间件系统以及应用系统。其中数据采集系统是由电子标签和传感器网络组成；中间件系统为各种RFID支撑软件之间相互操作提供一个处理平台，以及定义阅读器和应用系统之间的数据处理接口；应用系统主要实现管理层对各种数据操作和管理等工作。其中系统逻辑构架如图1所示。
2.1 数据采集系统
主要负责前端传感器信息的采集、电子标签识别、读写以及信息管理等工作，同时将读写的信息通过网络传输到信息云处理中心。以实现游客的身份、当前所处的位置以及参观时间等相关信息的确认处理等操作。
2.2 中间件系统
中间件是处于阅读器、数据库和Inte-rnet之间的数据标准化处理平台。中间件可为企业应用提供一系列计算和数据处理功能，其主要任务是对阅读器读取的数据进行捕获、过滤、汇集、计算、传送、储存以减少RFID阅读器传输的数据量[2]。同时中间件还支持多种协议、不同通讯方式的相互通信，并适用于射频标签和传感器的应用。真正实现物联网数据的实时共享，互联互通。中间件系统如图2所示：
在布达拉宫旅游景点的范围内安装一定数量的RFID阅读器，这些阅读器组成中间件系统。同时为文物和游客配备唯一识别的电子标签，利用这些电子标签和阅读器以实现文物保护和游客的全程定位。
2.3 系统工作的主要原理
在布达拉宫旅游景点的相应区域安装RFID阅读器，由于游客和馆藏文物都有唯一识别的电子标签进行追踪描述，所以一定区域内的RFID阅读器可读取该范围内所有的有源RFID标签，并建立自己的电子标签数据库。RFID阅读器之间也可相互进行Zigbee协议的相互信息交换通信，每一个RFID阅读器相当于物联网中的一个节点，节点中存放有自己和相邻节点的信息，也就是说每个RFID阅读器能够捕获与它相邻阅读器中的所有信息。通过RFID阅读器、电子标签、无线传感器和无线通信技术，可以构建一个小区域的智能系统，对该区域内的物体进行相应的智能管理。
每位游客凭借被授权的第二代居民身份证在门禁处进行信息确认，并获取与自己信息相关的电子标签，同时被授权进入景点在规定的时间之内完成参观。
3.系统的主要组成部分及操作流程
3.1 售票系统
为减少假票、二手票交易给景点造成的经济损失和票据管理上所出现的问题，在本方案中将直接采用第二代居民身份证作为电子门票的载体。第二代居民身份证主要采用RFID技术，即在身份证里嵌入射频芯片，该芯片采用符合国际标准的ISO/IEC14443-B标准的13.56MHz电子标签，并且采用数字防伪和印刷防伪技术，具有良好的防伪性，且有读写速度快、储存量大、使用方便和易于保管等优点[3]。
售票系统主要以多渠道、多终端的售票方式，实现布达拉宫电子门票的销售和退票等操作，其主要流程如下：
（1）利用RFID阅读器对二代居民身份证中信息的读取以及游客相关信息的录入，并对其二代身份证进行授权处理。
（2）对每位游客的参观时间进行分配，同时为游客分配与其身份信息唯一对应的超高频电子标签。
3.2 验票系统
验票系统主要负责门票的检验、入口通道的图像采集、人票对应检验。验票系统主要包括计算机、通道验票排队机、摄像机、大屏幕显示器、红外对射、RFID读写器等设备。验票及身份识别系统的构架如图3所示：
如果出现没有门票、门票未被授权或门票不合法等情况。RFID阅读器不能正常的阅读电子门票，但红外对射装置检测有人通过，计算机将自动启动报警装置，并通过红外对射装置对该游客进行定位，大屏幕显示器将显示这个人在通道中所处的位置，由相关人员对其进行处理。
3.3 游客参观路线全程定位
布达拉宫旅游景点的很多地方对游客进行限制性开放，为全面掌握游客的参观的路线，避免游客进入这些限制性开放区域，对游客进行全程跟踪定位是很有必要的。为此本方案提出采用RFID精确定位系统以实现对游客远距离、非接触式的小区域移动定位，从而实现游客的智能化管理。其中RFID精确定位系统主要是将计算机软硬件、信息采集处理、数据传输、网络数据通讯等高新技术为一体的高性能定位技术，以实现信息化和自动化管理的系统[4]。将与游客信息相关的超高频电子标签配发到相应的游客，当游客经过UHF阅读器可进行阅读的范围时，UHF阅读器将所阅读到地信息通过Zigbee协议进行数据上传，并将游客的当前位置在电子地图上显示，以达到对游客的全方位跟踪。如果游客进入没有被授权的地方，计算机启动报警装置，相关人员并采取相应的措施。 3.4 时间提醒
由于布达拉宫景点的特殊性和现实需求，景点相关人员制定这样的标准：每位游客的参观时间不得超过1个小时。但是往往由于各种原因，有一些游客并不能在规定的时间内完成参观。为实现游客参观时间上的统一管理，本方案将以游客的移动手机为通知设备，通过手机短信的方式对游客进行提醒。当游客的参观时间上限时，提醒该游客其参观时间上限，请尽快撤出旅游景点。
3.5 文物的信息管理以及防盗保护
布达拉宫属于世界物质文化遗产，其馆藏的藏品有着不可估量的文化价值和经济价值。所以对其馆藏文物进行信息管理和防盗窃保护是很重要的。针对这些问题，本方案将在藏品以合适的方式安放RFID电子标签和Wi-Fi定位标签，并在电子标签中写入该藏品的所有相关信息。通过RFID技术，结合文物信息管理系统，可以实现工作人员对馆藏品的远程、非接触的信息管理工作，而且远程、非接触式的管理方法更加有利于文物的保护工作。
无线局域网实时定位（Wi-Fi RTLS）系统是结合无线网络、射频识别（RFID）和实时定位等多种技术，在覆盖无线局域网的地方，系统能够随时跟踪监控该区域目标对象，目标对象的实时定位和监控管理[5]。局域网实时定位系统由Wi-Fi定位标签、无线局域网接入点（AP）和定位服务器组成。在无线局域网覆盖范围内对该范围内的文物进行实时监控和定位管理。如果在计算机电子地图上，该区域的文物出现异常状况，计算机将自发动报警并通知相关人员进行相应处理，以实现文物防盗窃管理。
4.系统工作安全问题分析
本方案将物联网关键技术广泛的应用到布达拉宫智能管理系统中，为保证相关信息管理和传输的安全。文章从所有可能出现的安全隐患入手并提出相应的解决方案。以实现系统的安全运行。
4.1 主要存在的安全隐患
由于RFID标签的成本限制，单个RFID标签不支持复杂的密码学算法。所以RFID标签的信息往往存在被攻击、窃听、克隆、物理破解以及RFID病毒植入等安全问题。而且无线局域网中传输的数据也容易被别人窃取盗用。因此本方案中主要存在的安全隐患为RFID标签和无线局域网中的数据传输的安全问题。
4.2 针对这些安全隐患相应的处理方法
针对以上所述的安全问题，我们主要对信息的使用权限进行限制以及对数据传输信道进行加密或对数据进行混合传输。使用权限主要限制他人对数据进行非法的篡改、删除、伪造、泄密等操作，信道加密和混合传输主要进行数据的安全传输，防止数据被他人截取、破解和盗用。
5.结语
本方案通过分析布达拉宫当前管理模式和现实需求，将物联网关键技术应用于布达拉宫旅游管理中，实现布达拉宫管理的智能化和信息化，以减小管理难度。本方案还对其馆藏文物进行了相应的保护。由于旅游管理不断朝着信息化和智能化的方向发展，并且国家不断加大对旅游景点文物保护工作的力度，所以本方案还可以进行推广，并且适合于不同的旅游景点，因此具有较好的应用前景和推广价值。
当然，对于电子标签的成本问题、电子标签与物联网应用相关标准和规范的制定以及物联网信息传输安全问题这些影响系统应用以及普及的因素，我们有必要对其进行更深一步的研究与探讨。
参考文献
[1]高飞，薛艳明，王爱华.物联网核心技术：RFID原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2010，12.
[2]http：//baike.baidu.com/view/268236.htm，2013，04，21.
[3]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2010.
[4]王志良，王粉花.物联网工程概论[M].北京：机械工业出版社，2011，4.
[5]刘海涛.物联网技术应用（2011，11重印）[M].北京：机械工业出版社，2011，4.
[6]秦毅，彭力.基于RFID的超市物联网购物引导系统的设计与实现[J].计算机研究与发展，2010.
[7]邓宏.无线传感网络技术在文化遗产保护领域的应用[J].文物保护与考古科学，2011，8.
[8]胡清，詹宜巨，黄小虎.基于RFID企业物联网及中间件技术研究[J].微计算机信息，2009.
基金项目：2011年国家自然科学基金项目（编号：61163063）资助；国家大学生创新性实验计划项目阶段性成果（编号：201210694015）；西藏自治区大学生创新性实验训练计划项目（编号：2012CX037）阶段性成果。
作者简介：
边巴旺堆，男，藏族，西藏大学工学院电子信息系副教授，研究方向：藏文信息化、物联网。
安渊，男，甘肃定西人，现就读于西藏大学工学院电子信息工程系2011级通信工程班。
马永福，男，甘肃定西人，现就读于西藏大学工学院电子信息工程系2011级通信工程班。