中小企業(yè)智慧酒店入住管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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(chǎng)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(dòng)識(shí)別、人臉識(shí)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(zhǎng)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(shí)別;身份識(shí)別;RFID

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）04-0021-04

Design and Implementation of Smart Hotel Check-in Management System for Small and Medium-Sized Enterprises

LIU Bin

（Panzhihua University， Panzhihua? 617000， China）

Abstract： The maturity of Internet of Things technology has accelerated the informatization construction in the field of “smart tourism”. Intelligent hotel management and intelligent user check-in scene can most intuitively improve user's check-in experience and meet consumers' needs for “personalized service and informatization service”. Based on this background， it combines with the technical architecture of the Internet of Things， Internet thinking and the current capital situation of small and medium-sized hotels， designs smart hotel check-in management system suitable for small and medium-sized hotels by using GTK +， RFID， OpenCV and other technologies. It realizes the functions of automatic customer identification， face recognition， independent check-in handling， independent settlement and so on， and solves the problems of serious homogenization and low customer satisfaction of small and medium-sized hotel industry for a long time.

Keywords： smart hotel; face recognition; identification; RFID

0? 引? 言

21世紀(jì)以來，信息技術(shù)革命浪潮席卷全球，推動(dòng)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(duì)于酒店業(yè)來說，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為工具提升酒店品質(zhì)，提高酒店競(jìng)爭(zhēng)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(guó)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(yíng)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(jìng)爭(zhēng)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(yíng)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(shí)別，針對(duì)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(tái)，包括快速入住、快速退房、人臉識(shí)別以及RFID身份識(shí)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(kù)，快速入住及快速退房等各類點(diǎn)擊事件通過信號(hào)與回調(diào)函數(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，人臉識(shí)別功能通過OpenCV進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，NFC讀卡功能通過RFID操作庫(kù)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)DAC46ECB-D3D0-43CC-8F74-2DD9EEBA9917

管理員模塊旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)酒店房間及對(duì)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(hào)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(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)。（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(gòu)買：用戶可通過此功能購(gòu)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(shí)別設(shè)計(jì)

人臉識(shí)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(jiǎn)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(jí)聯(lián)算法與本地?cái)?shù)據(jù)集中的訓(xùn)練圖片進(jìn)行對(duì)比，對(duì)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(shí)別功能分析如圖4所示。

1.4? RFID讀卡設(shè)計(jì)

RFID，即射頻識(shí)別，是一種非接觸性自動(dòng)識(shí)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(chǔ)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(kù)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(jí)中，本模塊可進(jìn)一步應(yīng)用在智能停車場(chǎng)、物品及人員定位等場(chǎng)景。

1.5? 安全設(shè)計(jì)

由于信息安全形勢(shì)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(duì)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(duì)數(shù)據(jù)類型及長(zhǎng)度進(jìn)行限制，將手機(jī)號(hào)碼限制為十一位INTEGER數(shù)據(jù)類型、將用戶姓名進(jìn)行長(zhǎng)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(cè)、頁(yè)面跳轉(zhuǎn)等相關(guān)事件通過信號(hào)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(hào)時(shí)，程序便會(huì)自動(dòng)調(diào)用信號(hào)連接的回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

2.2? 人臉識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)

人臉識(shí)別功能通過OpenCV技術(shù)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前人臉檢測(cè)的主要方法有基于知識(shí)的檢測(cè)方法和基于統(tǒng)計(jì)的檢測(cè)方法兩種方式，前者檢測(cè)器官特征和器官之間的幾何關(guān)系，后者對(duì)像素進(jìn)行相似性度量。本方案采用基于統(tǒng)計(jì)的檢測(cè)方式，通過加載級(jí)聯(lián)分類器檢測(cè)人臉及人眼。為進(jìn)一步提高檢測(cè)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(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)化臉部圖像亮度和對(duì)比度方法，調(diào)用函數(shù)進(jìn)行人臉檢測(cè)（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(cè)結(jié)果更加精確。人臉識(shí)別功能流程主要分為人臉采集、人臉檢測(cè)以及訓(xùn)練人物圖片、人臉識(shí)別四步。

2.2.1? 人臉采集

人臉采集功能會(huì)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(huì)創(chuàng)建一個(gè)VideoCapture對(duì)象，通過VideoCapture對(duì)象對(duì)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(hào)。當(dāng)采集數(shù)據(jù)為空時(shí)，系統(tǒng)會(huì)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(huì)將采集數(shù)據(jù)保存至本地?cái)?shù)據(jù)集。

2.2.2? 人臉檢測(cè)

人臉檢測(cè)功能主要通過加載Haar級(jí)聯(lián)文件實(shí)現(xiàn)對(duì)人臉及人眼的檢測(cè)。臉部及眼部檢測(cè)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(cè)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(cè)效率。第三步，對(duì)直方圖均衡化后的人臉圖像進(jìn)行多尺度人臉檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到臉時(shí)，進(jìn)一步檢測(cè)眼睛，只有當(dāng)檢測(cè)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(hào)會(huì)自加存放，圖像大小也會(huì)被自動(dòng)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(huì)先打開人臉列表文件，將圖像及標(biāo)簽壓入容器中，然后對(duì)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(huì)創(chuàng)建一個(gè)人臉識(shí)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(shí)別

人臉識(shí)別功能會(huì)先加載人臉識(shí)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(cè)配置文件，調(diào)動(dòng)攝像頭進(jìn)行人臉識(shí)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(cè)，圖像灰度化，直方圖均衡，多尺度人臉檢測(cè)，最終依據(jù)檢測(cè)可信度判斷人臉檢測(cè)是否通過。

以下為人臉識(shí)別部分實(shí)現(xiàn)代碼：

cv：：CascadeClassifierface_cascade，eyes_cascade;DAC46ECB-D3D0-43CC-8F74-2DD9EEBA9917

/*！//加載Haar級(jí)聯(lián)文件，由此執(zhí)行人臉檢測(cè)和人眼檢測(cè)*/

face_cascade.load（“haarcascade_frontalface_default.xml”）;

eyes_cascade.load（“haarcascade_eye.xml”）;

std：：vector faces; //保存人臉位置

std：：vector eyes;? //保存人眼位置

Mat grayImg ;

Mat use_face;

cvtColor（frame， grayImg，COLOR_BGR2GRAY）; //轉(zhuǎn)化為灰度圖

equalizeHist（grayImg，grayImg）; //直方圖均衡

//多尺度人臉檢測(cè)

face_cascade.detectMultiScale（grayImg， faces， 1.1， 3，0|CASCADE_SCALE_IMAGE， Size（30，30））;

2.3? RFID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(chǔ)全球唯一標(biāo)識(shí)碼UID，而用戶數(shù)據(jù)區(qū)可對(duì)用戶存儲(chǔ)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(hào)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(hào)，在收到能量或發(fā)送指令后，電子標(biāo)簽會(huì)將內(nèi)部存儲(chǔ)的標(biāo)識(shí)信息通過電線發(fā)射出去，讀寫器通過天線接收并識(shí)別電子標(biāo)簽發(fā)回的信息，最后由讀卡器將識(shí)別結(jié)果發(fā)送給主機(jī)，實(shí)現(xiàn)最終的結(jié)果識(shí)別。

本系統(tǒng)的RFID模塊主要針對(duì)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?jìng)鬏斝盘?hào)。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(hào)幅度較后者的信號(hào)幅度大，這個(gè)方案的優(yōu)勢(shì)在于信號(hào)會(huì)持續(xù)不斷的傳遞，不會(huì)出現(xiàn)能量波動(dòng)的情況。TypeB類卡相比于TypeA類卡有以下4點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：（1）更安全。TypeB類卡在接收信號(hào)的過程中芯片內(nèi)部邏輯和軟件不會(huì)因能量損失而停止工作;（2）更高的通信速率。相比于TypeA類卡150～200 Kbit/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)400 Kbit/s及以上;（3）外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。可采用簡(jiǎn)單的UARTS，即簡(jiǎn)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(hào)聲。

以下為RFID模塊部分實(shí)現(xiàn)代碼：

unsigned char status = FAIL;

unsigned int len = 0;

unsigned char buf[18] = {0};

timer_set（5）; //定時(shí)器5ms

//UID：[0x00.0x36.0x00.0x00.0x08.CRC16_B]

//返回：x xxxxxxx 0x90 0x00（后兩個(gè)字節(jié)為0x90 x00表示讀取成功）

buf[0] = 0x00;

buf[1] = 0x36;

buf[2] = 0x00;

buf[3] = 0x00;

buf[4] = 0x08;

buf[5] = 0x57;

buf[6] = 0x44;

status = rfid_cmd（PCD_TRANSCEIVE， buf， 7， buf， &len）;

if（status == CMD_SUCCESS）

{

memcpy（uid_buf， buf， 10）;

status = OK;

}

else

status = FAIL;

return status;

3? 系統(tǒng)測(cè)試

3.1? 功能測(cè)試

通過對(duì)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(gòu)買、衛(wèi)生清潔、洗漱用品、快速退房、注銷功能的測(cè)試，頁(yè)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(huì)顯示賬號(hào)錯(cuò)誤，點(diǎn)擊忘記密碼時(shí)頁(yè)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(cè)試

軟件主體使用C語(yǔ)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(cè)試

管理員登錄、商品購(gòu)買以及VIP辦理等敏感操作均會(huì)進(jìn)行人臉識(shí)別，對(duì)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(yè)面，用戶名及密碼輸入框均有類型限制、長(zhǎng)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(tái)，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(gòu)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(shí)別等功能。解決了現(xiàn)階段酒店入住煩瑣、運(yùn)營(yíng)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(yíng)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。

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作者簡(jiǎn)介：劉彬（1982—），男，漢族，四川資陽(yáng)人，網(wǎng)絡(luò)安全高級(jí)工程師，講師，碩士，研究方向：數(shù)據(jù)庫(kù)。DAC46ECB-D3D0-43CC-8F74-2DD9EEBA9917