摘? 要：物聯(lián)網(wǎng)技術的成熟加速了“智慧旅游”領域的信息化建設。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，滿足消費者“個性化服務，信息化服務”的需要?；诖吮尘?，結合物聯(lián)網(wǎng)技術架構、互聯(lián)網(wǎng)思維以及中小酒店資金現(xiàn)狀，利用GTK+、RFID、OpenCV等技術設計適用于中小酒店的智慧酒店入住管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了客戶身份自動識別、人臉識別、自主入住辦理、自主結算等功能，解決中小酒店行業(yè)長久以來同質化嚴重、客戶滿意度低等問題。

關鍵詞：智慧酒店;人臉識別;身份識別;RFID

中圖分類號：TP311? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：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世紀以來，信息技術革命浪潮席卷全球，推動了互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新型信息技術相繼出現(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施。對于酒店業(yè)來說，順應時代發(fā)展，以移動互聯(lián)網(wǎng)應用為工具提升酒店品質，提高酒店競爭力，滿足客戶“舒適、便捷、個性化服務”的需求迫在眉睫，智慧酒店時代已悄然來臨，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)絡化技術實現(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”建設項目，拉開了國內(nèi)智慧酒店建設的序幕，2013年文化和旅游部發(fā)布《飯店智慧化建設與服務指南》提出智慧酒店的建設規(guī)范，并給出相關服務指導建議。目前，越來越多的公司和團隊積極投入到智慧酒店建設行業(yè)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術從住宿流程、能效控制、交互娛樂等多個方面助力酒店改善傳統(tǒng)運營模式，加速酒店數(shù)字化轉型，為游客用戶帶來更便捷和個性化的入住體驗，提高酒店競爭力。

為進一步探索智慧酒店建設，提高酒店用戶入住體驗，降低酒店運營成本，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+技術實現(xiàn)圖形化界面、RFID模塊實現(xiàn)讀取房卡、OpenCV技術實現(xiàn)人臉識別，針對資金投入少、規(guī)模小的酒店，是一種經(jīng)濟實惠，切實可行的智慧酒店解決方案。

1? 系統(tǒng)設計

考慮到傳統(tǒng)酒店存在的客戶入住煩瑣性問題，本系統(tǒng)的主要研究目標在于設計并實現(xiàn)一個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擊事件通過信號與回調函數(shù)進行實現(xiàn)，人臉識別功能通過OpenCV進行實現(xiàn)，NFC讀卡功能通過RFID操作庫和讀卡器進行實現(xiàn)，整體系統(tǒng)以提升客戶體驗感為主，進一步增強酒店管理業(yè)務能力，系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

1.1? 管理員模塊設計DAC46ECB-D3D0-43CC-8F74-2DD9EEBA9917

管理員模塊旨在實現(xiàn)對酒店房間及對用戶服務的管理，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)相關操作的主要依據(jù)。（2）查詢：管理員可通過查詢功能查詢當前已入住房間及已入住房間的用戶相關登記信息。（3）服務管理：管理員可通過服務管理功能查看當前已入住房間是否有用戶呼叫洗漱清潔服務。（4）退房：管理員可通過退房功能，使用房間號實現(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? 用戶模塊設計

用戶模塊旨在實現(xiàn)用戶需求功能的設計與管理，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生成的當前入住房間密碼。（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。（4）洗漱用品：用戶可通過此功能呼叫洗漱用品服務。（5）商品購買：用戶可通過此功能購買酒店提供的商品，消費金額累積到房費中。（6）快速退房：用戶可通過此功能實現(xiàn)快速退房。（7）注銷：用戶可通過此功能退出用戶模塊。

1.3? 人臉識別設計

人臉識別模塊的設計主要使用OpenCV進行實現(xiàn)，目的在于簡化用戶操作及提高敏感操作安全性，實現(xiàn)方法為通過Haar級聯(lián)算法與本地數(shù)據(jù)集中的訓練圖片進行對比，對可信度進行判斷，達到設定閾值的人臉則驗證成功，反之驗證失敗。人臉識別功能分析如圖4所示。

1.4? RFID讀卡設計

RFID，即射頻識別，是一種非接觸性自動識別技術，使用RFID技術可保證數(shù)據(jù)更新及時，信息存儲量大，數(shù)據(jù)安全性高。本項目中利用RFID技術實現(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，本模塊可進一步應用在智能停車場、物品及人員定位等場景。

1.5? 安全設計

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

2? 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1? 管理員及用戶模塊實現(xiàn)

管理員及用戶模塊的所有圖形化界面使用GTK工具設計。登錄、注冊、頁面跳轉等相關事件通過信號與回調函數(shù)進行實現(xiàn)，當用戶在操作過程中觸發(fā)特定信號時，程序便會自動調用信號連接的回調函數(shù)實現(xiàn)相關功能。

2.2? 人臉識別功能實現(xiàn)

人臉識別功能通過OpenCV技術實現(xiàn)。當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系，后者對像素進行相似性度量。本方案采用基于統(tǒng)計的檢測方式，通過加載級聯(lián)分類器檢測人臉及人眼。為進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化為灰度圖像，之后使用直方圖均衡化作為自動的標準化臉部圖像亮度和對比度方法，調用函數(shù)進行人臉檢測（detectMultiScale），將人臉信息的坐標、大小用vector進行保存，通過調整函數(shù)參數(shù)使檢測結果更加精確。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VideoCapture對象，通過VideoCapture對象對電腦攝像頭進行選擇及操作，實現(xiàn)圖片的采集與自增編號。當采集數(shù)據(jù)為空時，系統(tǒng)會進行報錯處理;當采集數(shù)據(jù)不為空時，系統(tǒng)會將采集數(shù)據(jù)保存至本地數(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化為灰度圖。OpenCV中將彩色圖像轉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化為灰度圖，加快檢測速度。第二步，將灰度化的圖像進行直方圖均衡化，直方圖是圖像中像素強度分布的圖形表達方式，直方圖均衡化能提高采集到的人臉圖像的質量，能夠進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行多尺度人臉檢測，當檢測到臉時，進一步檢測眼睛，只有當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簽將寫入一個txt文件中，便于后期模型訓練等操作。

2.2.3? 訓練人物圖片

系統(tǒng)會先打開人臉列表文件，將圖像及標簽壓入容器中，然后對訓練數(shù)據(jù)是否為空、圖像類型及圖像尺寸進行判斷，判斷無誤后會創(chuàng)建一個人臉識別類并進行訓練，訓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，調動攝像頭進行人臉識別，然后將獲取到的圖像進行鏡像操作，之后依次進行人臉、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。

以下為人臉識別部分實現(xiàn)代碼：

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

/*！//加載Haar級聯(lián)文件，由此執(zhí)行人臉檢測和人眼檢測*/

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）; //轉化為灰度圖

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

//多尺度人臉檢測

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

2.3? RFID讀卡功能實現(xiàn)

RFID由電子標簽、天線和讀寫器三部分組成，其中電子標簽劃分為ID區(qū)和用戶數(shù)據(jù)區(qū)，ID區(qū)在制作芯片時便寫入ROM中，用于存儲全球唯一標識碼UID，而用戶數(shù)據(jù)區(qū)可對用戶存儲數(shù)據(jù)進行讀取、寫入以及增加的操作;天線旨在實現(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，電子標簽會將內(nèi)部存儲的標識信息通過電線發(fā)射出去，讀寫器通過天線接收并識別電子標簽發(fā)回的信息，最后由讀卡器將識別結果發(fā)送給主機，實現(xiàn)最終的結果識別。

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、調制載波的方案傳輸信號。拿傳輸過程中的二進制數(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150～200 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400 Kbit/s及以上;（3）外圍電路設計簡單。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。TypeB類卡的負載波采用BPSK調制技術，與TypeA相比降低了6dB信號聲。

以下為RFID模塊部分實現(xiàn)代碼：

unsigned char status = FAIL;

unsigned int len = 0;

unsigned char buf[18] = {0};

timer_set（5）; //定時器5ms

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

//返回：x xxxxxxx 0x90 0x00（后兩個字節(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)測試

3.1? 功能測試

通過對管理員模塊登錄、房間查詢、服務管理、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)會顯示賬號錯誤，點擊忘記密碼時頁面能夠正常跳轉，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)權限正常。所有的功能均能正常實現(xiàn)，系統(tǒng)所有報錯均能正常處理，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語言進行實現(xiàn)，占用資源少，運行效率高，響應時間低于1秒，單用戶登陸響應時間少于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行人臉識別，對當前用戶身份進行驗證，置信度達到設定閾值則驗證成功，反之失敗。不登錄的情況下，用戶無法進入相關頁面，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? 論

本文使用S5P6818開發(fā)板以及GTK+、RFID、OpenCV等技術設計并實現(xiàn)了一套智能無人酒店管理信息化平臺，實現(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)階段智能酒店建設在技術上取得了突破性進展，但從整體而言，智能酒店發(fā)展尚處于探索階段，結合用戶需求及酒店自身情況進行智慧酒店建設還需要進一步探索。

參考文獻：

[1] 劉超德，張愛軍.基于FM17550的智能酒店門鎖控制器設計 [J].國外電子測量技術，2021，40（3）：142-146.

[2] 孫竹梅，霍文杰，王琦，等.多協(xié)議兼容的酒店照明智能節(jié)能管控系統(tǒng)設計 [J].自動化儀表，2020，41（8）：99-102.

[3] 廖姝姝.淺談互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下酒店管理系統(tǒng)的新特點與發(fā)展趨勢 [J].中國管理信息化，2020，23（12）：77-78.

[4] 蘇康友，陳家棟，王佳穎，等.基于S5P6818無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計 [J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2019，9（3）：25-26.

[5] 許曉，畢遠偉.基于Cortex-A53的嵌入式圖像采集系統(tǒng)設計 [J].智能計算機與應用，2019，9（1）：65-68.

[6] 落葉_小唱.基于OpenCV的人臉檢測——C++和Python實現(xiàn)[EB/OL].[2022-01-07].https：//blog.csdn.net/ouening/article/details/54647333.

作者簡介：劉彬（1982—），男，漢族，四川資陽人，網(wǎng)絡安全高級工程師，講師，碩士，研究方向：數(shù)據(jù)庫。DAC46ECB-D3D0-43CC-8F74-2DD9EEBA9917