物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算技術(shù)在體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合中的應(yīng)用

黃元華

(貴州大學(xué) 體育學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之后科技發(fā)展的又一重大變革，它將虛擬信息與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，可以使現(xiàn)實(shí)生活中的人類(lèi)相關(guān)行為和活動(dòng)更加高效和智能化[1].因此，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代來(lái)臨之際，體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展應(yīng)抓住物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新的機(jī)遇，加快信息化、智能化升級(jí)進(jìn)程[2].通過(guò)對(duì)書(shū)籍、文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)、電視、紙媒等相關(guān)文獻(xiàn)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，研究?jī)?nèi)容的共同點(diǎn)是體育旅游服務(wù)資源和數(shù)據(jù)的高效整合、共享和應(yīng)用[3].

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究，Li等[4]提出了一種基于SVM的智能旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)資源整合方法，結(jié)合旅游歷史時(shí)間數(shù)據(jù)和采集處理的空間數(shù)據(jù)，構(gòu)建了基于旅游六大要素的旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)資源初步整合系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上給出了理想的數(shù)據(jù)庫(kù)資源整合方案的定量表達(dá).李衛(wèi)星等[5]研究了大數(shù)據(jù)在智能旅游管理中的應(yīng)用，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、智能數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)在旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展和服務(wù)管理中，對(duì)旅游資源和信息資源進(jìn)行高度整合和開(kāi)發(fā).王兆紅等[6]分析了京張區(qū)域體育產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)、主線與著力點(diǎn)，探索了促進(jìn)該區(qū)域體育旅游產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施路徑.謝彥君等[7]從多維視角對(duì)體育旅游研究的歷史進(jìn)行回顧，對(duì)體育旅游中發(fā)生的典型身心在場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行了有效闡釋.Zheng等[8]建立了基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體育旅游服務(wù)應(yīng)用模型，實(shí)現(xiàn)了體育旅游服務(wù)的內(nèi)部管理控制、外部協(xié)作和信息發(fā)布功能.

雖然現(xiàn)有的方法在實(shí)際應(yīng)用中取得了顯著的效果，但從物聯(lián)網(wǎng)在體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合中的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，可以分析出幾個(gè)問(wèn)題.首先，在物聯(lián)網(wǎng)的體育旅游服務(wù)中，存在體育旅游數(shù)據(jù)檢索時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題；其次，體育旅游服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)與相關(guān)職能部門(mén)的協(xié)調(diào)整合不足，部分?jǐn)?shù)據(jù)存在誤差；最后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在體育旅游服務(wù)管理中消耗巨大的能量.因此本文針對(duì)現(xiàn)有方法存在的問(wèn)題，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與邊緣計(jì)算技術(shù)相結(jié)合，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體育旅游服務(wù)應(yīng)用模型.同時(shí)研究了體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合中的應(yīng)用效果，以期實(shí)現(xiàn)內(nèi)部管理控制、外部協(xié)同、體育旅游服務(wù)信息的合理發(fā)布，來(lái)提高體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合模型的應(yīng)用效果.

1 研究方法

1.1 體育旅游資源相似度計(jì)算

在體育與旅游產(chǎn)業(yè)資源計(jì)算過(guò)程中，不同類(lèi)型資源的相似度計(jì)算可分為兩部分：一是計(jì)算特征詞的相似度，二是計(jì)算體育旅游資源環(huán)境之間的相似度.其中，計(jì)算特征詞相似度的具體步驟主要有：使用Sim(w)表示特征詞的相似度，并使用分類(lèi)子樹(shù)對(duì)特征詞進(jìn)行劃分，其分類(lèi)子樹(shù)如圖1所示.

圖1 分類(lèi)子樹(shù)

根據(jù)分類(lèi)子樹(shù)的分類(lèi)結(jié)果，假設(shè)有兩個(gè)體育旅游資源特征詞wi和wj，計(jì)算wi和wj相似度的具體公式如下：

Sim(w)=I(wi+wj)=

(1)

其中：I代表特征詞的集合;θ表示特征詞分解的關(guān)鍵因素;h表示特征詞相似度計(jì)算的估計(jì)執(zhí)行時(shí)間;n為相似系數(shù);ηi表示所有子任務(wù)的執(zhí)行順序;ηj表示通過(guò)資源分配可以直接對(duì)應(yīng)的資源.

在計(jì)算體育旅游資源環(huán)境之間的相似度時(shí)，首先要計(jì)算wi和wj環(huán)境之間的相似度，然后需要對(duì)環(huán)境集合中的元素進(jìn)行配對(duì)，以計(jì)算特征詞相似度，其計(jì)算公式為：

(2)

其中：ci代表一個(gè)具有強(qiáng)相關(guān)性的特征詞;rj表示弱相關(guān)性的相關(guān)詞.

1.2 基于邊緣計(jì)算的體育與旅游產(chǎn)業(yè)資源融合方法

現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用集中式數(shù)據(jù)中心或云的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，導(dǎo)致設(shè)備端網(wǎng)絡(luò)時(shí)延較大，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)備爆炸式增長(zhǎng)的需求，對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)安全構(gòu)成威脅，設(shè)備數(shù)據(jù)集成出現(xiàn)較大錯(cuò)誤.邊緣計(jì)算技術(shù)緩解了集中式物聯(lián)網(wǎng)的這些缺陷，將計(jì)算任務(wù)轉(zhuǎn)移到邊緣服務(wù)端，顯著提高了時(shí)延和能耗，特別是對(duì)于延遲和能耗敏感的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[9].建立基于邊緣計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，整合體育與旅游產(chǎn)業(yè)資源的架構(gòu)由物理事務(wù)層、物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備層、邊緣網(wǎng)關(guān)層和邊緣業(yè)務(wù)層組成.在該體系結(jié)構(gòu)中，邊緣網(wǎng)關(guān)層由多個(gè)邊緣網(wǎng)關(guān)組成，記為FDs.建立FDs私有K，形成一個(gè)FDs集合：F1={F Ds1,F Ds2,……，F(xiàn) Dsk}，通過(guò)數(shù)據(jù)源完成資源感知和采集，并通過(guò)資源預(yù)處理將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭吘壏?wù)層.邊緣服務(wù)層主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程云計(jì)算連接，提供用于資源整合的全球服務(wù)端口，通過(guò)命令控制和管理EDs，實(shí)現(xiàn)體育旅游服務(wù)資源的調(diào)度.本文設(shè)置N個(gè)邊緣服務(wù)器，形成一個(gè)本地邊緣集：F2={E Ds1,E Ds2,……，EDsn}.

在邊緣網(wǎng)關(guān)層的邊緣網(wǎng)關(guān)中，嵌入虛擬化控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)上邊緣服務(wù)層的服務(wù)提供，以及下邊緣設(shè)備層的能耗與延遲、應(yīng)用與任務(wù)分解等應(yīng)用處理.虛擬控制器的中間部分是資源分配和調(diào)度，下層是資源整合和延遲分析，其中任務(wù)分解和應(yīng)用程序處理負(fù)責(zé)資源的有效分配[10].虛擬化控制器內(nèi)置在邊緣網(wǎng)關(guān)層的邊緣網(wǎng)關(guān)中，可以處理大多數(shù)邊緣任務(wù)，降低邊緣設(shè)備層應(yīng)用請(qǐng)求的整體服務(wù)延遲和能耗，提高游客滿(mǎn)意度.由于基于互聯(lián)網(wǎng)的體育旅游服務(wù)應(yīng)用模型中資源傳輸需要一定的時(shí)間和精力，因此對(duì)系統(tǒng)的時(shí)延、能量消耗和服務(wù)滿(mǎn)意度進(jìn)行了描述.將體育旅游服務(wù)資源從傳輸設(shè)備層轉(zhuǎn)移到邊緣網(wǎng)關(guān)層，或者通過(guò)邊緣網(wǎng)關(guān)層將體育旅游服務(wù)資源轉(zhuǎn)移到邊緣服務(wù)層，并設(shè)置資源上傳率為vij，其計(jì)算公式為：

(3)

其中：xi代表邊緣網(wǎng)關(guān)層資源上傳率；yj表示邊緣服務(wù)層資源上傳率.假設(shè)體育與旅游產(chǎn)業(yè)資源整合的總體任務(wù)為G，為了在資源整合中選擇一個(gè)合理的任務(wù)分配渠道，首先得到所有請(qǐng)求任務(wù)的渠道分配候選解，并以矩陣的形式表示出來(lái)：

(4)

則所有請(qǐng)求任務(wù)的信道分配率為：

其中：ε表示任務(wù)請(qǐng)求的發(fā)送速率;L表示信道帶寬.

當(dāng)資源集成請(qǐng)求任務(wù)的輸入數(shù)據(jù)大小為dc時(shí)，執(zhí)行該任務(wù)所需的處理周期為Cij，虛擬化控制器的權(quán)重為μn，體育旅游服務(wù)資源參數(shù)的方差為σ2，則體育旅游服務(wù)資源的整合價(jià)值可以表示為：

φk=S(m,n)S(m+τ,n+τ)，

其中：τ表示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量.

當(dāng)0<φk≤1時(shí)，體育旅游服務(wù)資源整合的總均方誤差為：

其中：s(k)表示任務(wù)計(jì)算卸載的時(shí)間成本;x(k)表示局部計(jì)算、任務(wù)卸載和數(shù)據(jù)傳輸所產(chǎn)生的能量消耗.

綜上所述，本文體育旅游服務(wù)資源整合過(guò)程如圖2所示.

圖2 體育與旅游產(chǎn)業(yè)資源整合過(guò)程

2 結(jié)果與討論

為了全面驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算技術(shù)在體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合中的應(yīng)用效果并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本實(shí)驗(yàn)采用模擬實(shí)驗(yàn)的形式，具體的實(shí)驗(yàn)軟硬件參數(shù)如表1所列.

表1 實(shí)驗(yàn)軟硬件參數(shù)

為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過(guò)Excel和Matlab等軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為實(shí)驗(yàn)研究提供必要的數(shù)據(jù)支持.在上述實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境和參數(shù)設(shè)置的基礎(chǔ)上，選取Li等[4]、Wang等[11]、Ferrer等[12]，Mehrabi等[13]的研究方法并與本文方法進(jìn)行比較.實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)為體育與旅游數(shù)據(jù)檢索時(shí)間、體育與旅游數(shù)據(jù)融合誤差和體育與旅游服務(wù)管理能耗.結(jié)合多元函數(shù)求極值理論，計(jì)算出總均方誤差的最小值為：σmin=min[s(k)|x(k)]-Rd，其中Rd為權(quán)重因子.

Gτ=logcn(G(Hx,Hy))，

其中：cn代表重構(gòu)后的體育旅游服務(wù)資源；Hx表示第x層體育旅游服務(wù)資源的資源函數(shù)；Hy表示體育旅游服務(wù)資源的第y個(gè)詳細(xì)的資源函數(shù).因此，以體育旅游數(shù)據(jù)檢索時(shí)間為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，比較不同方法的應(yīng)用效果，結(jié)果如表2所列.

表2 體育旅游數(shù)據(jù)檢索時(shí)間的比較(s)

通過(guò)表2中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加，不同方法的體育旅游數(shù)據(jù)檢索時(shí)間呈現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，同時(shí)不同方法的體育旅游數(shù)據(jù)融合誤差總體呈現(xiàn)先快速下降后平緩變化的趨勢(shì).但相比之下，本文方法的數(shù)據(jù)檢索時(shí)間明顯較低，最小數(shù)據(jù)檢索時(shí)間僅為2.69 s，遠(yuǎn)低于Li等[4]和Wang等[11]的方法.雖然Ferrer等[12]和Mehrabi等[13]的方法也取得了較好的性能，但與本文提出的方法相比仍有一定的差距.在旅游中，旅游者如同一個(gè)游牧者，遠(yuǎn)離靜態(tài)和異化的位置，在一個(gè)個(gè)旅游情境的轉(zhuǎn)換和奇遇的體驗(yàn)中，勾畫(huà)出非線性的生活發(fā)展藍(lán)圖，并從中反思、解構(gòu)、重建自我.結(jié)果表明，隨著迭代次數(shù)的增加，該方法的體育旅游數(shù)據(jù)融合誤差始終低于傳統(tǒng)方法，表明該方法提供的體育旅游數(shù)據(jù)具有較高的可靠性，能為體育旅游服務(wù)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提高服務(wù)質(zhì)量.

以體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合管理能耗為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，比較不同方法的應(yīng)用效果，結(jié)果如表3所列.

表3 體育旅游服務(wù)管理中能源消耗的比較(s)

由于旅游場(chǎng)域景觀的多向度以及旅游者尋求認(rèn)同或差異的旅游動(dòng)機(jī)，該方法在旅游體驗(yàn)研究領(lǐng)域表現(xiàn)出強(qiáng)大的理論生命力.根據(jù)表3中體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合管理的能耗對(duì)比數(shù)據(jù)，所提方法的能耗低于這些傳統(tǒng)方法，證明所提方法可以提高體育旅游服務(wù)質(zhì)量.隨著迭代次數(shù)的增加，大多數(shù)對(duì)比方法的能量消耗逐漸增加，但該方法的能量消耗基本保持不變.在哲學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)以及一些人文學(xué)科的研究領(lǐng)域，隨著語(yǔ)境主義、情境主義、常人方法論、符號(hào)互動(dòng)論等理論的廣泛應(yīng)用，各種高卷入度的體育旅游項(xiàng)目能使旅游者不斷在某種身體的自我超越中感受一種完美的暢爽體驗(yàn).因身體參與的強(qiáng)度高于其他類(lèi)型的旅游形式，因而體育旅游可能實(shí)現(xiàn)較高層次的旅游體驗(yàn).因此，本文研究成果可為體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用研究，以及管理人員提供一定的參考.

3 結(jié)語(yǔ)

目前，體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合的發(fā)展正處于快速發(fā)展階段，但信息技術(shù)的發(fā)展還相對(duì)落后.大部分體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合仍停留在傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式.它們的組織能力有限，整體運(yùn)行效率不高，對(duì)資源的消耗巨大.這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合的可持續(xù)發(fā)展.在互聯(lián)網(wǎng)信息大發(fā)展的背景下，體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合依靠信息技術(shù)發(fā)展已成為一種趨勢(shì).體育旅游服務(wù)業(yè)管理的全過(guò)程必然關(guān)注資源整合和優(yōu)化，物聯(lián)網(wǎng)在體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域占有重要地位.本文選擇物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和邊緣計(jì)算技術(shù)在體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合中的應(yīng)用作為研究對(duì)象.與傳統(tǒng)方法相比，該方法在體育旅游數(shù)據(jù)檢索時(shí)間、體育旅游數(shù)據(jù)融合誤差、體育旅游服務(wù)管理能耗等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì).本文的創(chuàng)新之處在于體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合體系的構(gòu)建，但在相似度計(jì)算方法和邊緣計(jì)算方法上仍有改進(jìn)的空間，在今后的工作中將注重方法的進(jìn)一步創(chuàng)新.